壓力傳感器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種壓力傳感器和一種壓力傳感器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的壓阻式MEMS壓力傳感器利用硅材料的壓阻特性制作惠斯通電橋的四個(gè)橋臂電阻，利用壓力產(chǎn)生的電阻變化導(dǎo)致的電壓變化來檢測(cè)壓力。但壓阻材料天然易受外界溫度改變的影響，溫漂特性差，而且在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，采用惠斯通電橋的電路模式也容易受到干擾，這些都會(huì)導(dǎo)致壓力測(cè)量不夠準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要提供一種壓力傳感器，其可以有效避免壓阻式壓力傳感器本身的溫漂和電磁干擾的問題。
[0004]一種壓力傳感器，包括:檢測(cè)薄膜，設(shè)于硅襯底上，用于檢測(cè)施加在所述檢測(cè)薄膜表面的壓力并產(chǎn)生與壓力大小相適應(yīng)的凸起形變；
[0005]光發(fā)射器和光檢測(cè)器，設(shè)于硅襯底上，位于與所述檢測(cè)薄膜所在平面平行的平面，并相對(duì)地置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)；
[0006]壓力計(jì)算模塊，與所述光檢測(cè)器連接，獲取檢測(cè)到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光強(qiáng)數(shù)據(jù)計(jì)算壓力值。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述檢測(cè)薄膜為與所述娃襯底一體的娃結(jié)構(gòu)。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述檢測(cè)薄膜的厚度為5?100微米。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述檢測(cè)薄膜的凸起量在30微米以內(nèi)。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光發(fā)射器發(fā)射的光束的直徑大于所述檢測(cè)薄膜的最大凸起量。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光發(fā)射器發(fā)射的光束的直徑為300微米以內(nèi)。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光發(fā)射器的發(fā)射端光纖和光檢測(cè)器的接收端光纖相對(duì)地設(shè)于所述檢測(cè)薄膜所在平面，并置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)。
[0013]一種壓力傳感器的制造方法，包括如下步驟:
[0014]提供硅襯底；
[0015]在所述硅襯底上用于形成檢測(cè)薄膜的區(qū)域進(jìn)行蝕刻得到具有設(shè)定厚度的檢測(cè)薄膜；
[0016]在所述硅襯底上設(shè)置光發(fā)射器和光檢測(cè)器，所述光發(fā)射器和光檢測(cè)器相對(duì)地設(shè)于與所述檢測(cè)薄膜所在平面平行的平面，并置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述硅襯底上設(shè)置光發(fā)射器和光檢測(cè)器，具體是在所述硅襯底上設(shè)置所述光發(fā)射器的發(fā)射端光纖和光檢測(cè)器的接收端光纖。
[0018]上述壓力傳感器采用光學(xué)的方法將檢測(cè)薄膜的形變量轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)，并利用光檢測(cè)器將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，繼而進(jìn)行計(jì)算獲得壓力，有效避免了壓阻式壓力傳感器本身的溫漂和電磁干擾的問題。
【附圖說明】
[0019]圖1為一實(shí)施例的壓力傳感器側(cè)視圖；
[0020]圖2為圖1中的壓力傳感器的工作原理示意圖；
[0021]圖3為圖1中的壓力傳感器的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，為一實(shí)施例的壓力傳感器側(cè)視圖。該壓力傳感器包括設(shè)于硅襯底100上的檢測(cè)薄膜200、光發(fā)射器300和光檢測(cè)器400。
[0023]參考圖2，檢測(cè)薄膜200用于檢測(cè)施加在其表面的壓力并產(chǎn)生與壓力大小相適應(yīng)的凸起形變。一般地，通過對(duì)形成檢測(cè)薄膜200的材料選擇以及尺寸的選擇使得壓力的大小與檢測(cè)薄膜200的凸起量成比例。本實(shí)施例中，檢測(cè)薄膜200為與硅襯底100 —體的硅結(jié)構(gòu)。檢測(cè)薄膜200的厚度根據(jù)最大壓力值可以設(shè)計(jì)為5?100微米。檢測(cè)薄膜200的凸起量在30微米以內(nèi)。
[0024]參考圖3,光發(fā)射器300和光檢測(cè)器400設(shè)于娃襯底100上,位于與檢測(cè)薄膜200所在平面平行的平面，并相對(duì)地置于檢測(cè)薄膜200兩側(cè)。光發(fā)射器300和光檢測(cè)器400是相互適配的，光發(fā)射器300可以發(fā)射可見光或不可見光，相應(yīng)地，光檢測(cè)器400可以檢測(cè)該可見光或不可見光。一個(gè)示例為，紅外光發(fā)射器和紅外光檢測(cè)器。
[0025]光發(fā)射器300發(fā)射的光束的直徑大于檢測(cè)薄膜200的最大凸起量，并且一般不大于所述最大凸起量的10倍。在一個(gè)實(shí)施例中，光發(fā)射器300發(fā)射的光束的直徑為30?60微米。這樣，在檢測(cè)薄膜200完全平坦至完全凸起的范圍內(nèi)，光的遮擋量會(huì)在一個(gè)變化相對(duì)較大的范圍內(nèi)，壓力的區(qū)分度較高。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，是把光發(fā)射器300的發(fā)射端光纖和光檢測(cè)器400的接收端光纖相對(duì)地設(shè)于所述檢測(cè)薄膜所在平面，并置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)。這樣可以占用更少的硅襯底100的面積。
[0027]該壓力傳感器還包括壓力計(jì)算模塊(圖未示)。壓力計(jì)算模塊與光檢測(cè)器400連接，獲取檢測(cè)到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光強(qiáng)數(shù)據(jù)計(jì)算壓力值。
[0028]上述壓力傳感器采用光學(xué)的方法將檢測(cè)薄膜的形變量轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)，并利用光檢測(cè)器將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，繼而進(jìn)行計(jì)算獲得壓力，有效避免了壓阻式壓力傳感器本身的溫漂和電磁干擾的問題。
[0029]還提供一實(shí)施例的壓力傳感器的制造方法。該方法包括如下步驟。
[0030]步驟SlOl:提供硅襯底。
[0031]步驟S102:在所述硅襯底上用于形成檢測(cè)薄膜的區(qū)域進(jìn)行蝕刻得到具有設(shè)定厚度的檢測(cè)薄膜。參考圖2，檢測(cè)薄膜200用于檢測(cè)施加在其表面的壓力并產(chǎn)生與壓力大小相適應(yīng)的凸起形變。一般地，通過對(duì)形成檢測(cè)薄膜200的材料選擇以及尺寸的選擇使得壓力的大小與檢測(cè)薄膜200的凸起量成比例。本實(shí)施例中，檢測(cè)薄膜200為與硅襯底100 —體的硅結(jié)構(gòu)。檢測(cè)薄膜200的厚度根據(jù)最大壓力值可以設(shè)計(jì)為5?100微米。檢測(cè)薄膜200的凸起量在30微米以內(nèi)。
[0032]步驟S103:在所述硅襯底上設(shè)置光發(fā)射器和光檢測(cè)器，所述光發(fā)射器和光檢測(cè)器相對(duì)地設(shè)于所述檢測(cè)薄膜所在平面，并置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)。
[0033]參考圖3,光發(fā)射器300和光檢測(cè)器400設(shè)于娃襯底100上,位于與檢測(cè)薄膜200所在平面平行的平面，并相對(duì)地置于檢測(cè)薄膜200兩側(cè)。光發(fā)射器300和光檢測(cè)器400是相互適配的，光發(fā)射器300可以發(fā)射可見光或不可見光，相應(yīng)地，光檢測(cè)器400可以檢測(cè)該可見光或不可見光。一個(gè)示例為，紅外光發(fā)射器和紅外光檢測(cè)器。
[0034]光發(fā)射器300發(fā)射的光束的直徑大于檢測(cè)薄膜200的最大凸起量,并且一般不大于所述最大凸起量的10倍。在一個(gè)實(shí)施例中，光發(fā)射器300發(fā)射的光束的直徑為30?60微米。這樣，在檢測(cè)薄膜200完全平坦至完全凸起的范圍內(nèi)，光的遮擋量會(huì)在一個(gè)變化相對(duì)較大的范圍內(nèi)，壓力的區(qū)分度較高。
[0035]在步驟S103中，具體是在硅襯底100上設(shè)置光發(fā)射器300的發(fā)射端光纖和光檢測(cè)器400的接收端光纖。
[0036]上述壓力傳感器采用光學(xué)的方法將檢測(cè)薄膜的形變量轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)，并利用光檢測(cè)器將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，繼而進(jìn)行計(jì)算獲得壓力，有效避免了壓阻式壓力傳感器本身的溫漂和電磁干擾的問題。
[0037]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓力傳感器，其特征在于，包括: 檢測(cè)薄膜，設(shè)于硅襯底上，用于檢測(cè)施加在所述檢測(cè)薄膜表面的壓力并產(chǎn)生與壓力大小相適應(yīng)的凸起形變； 光發(fā)射器和光檢測(cè)器，設(shè)于硅襯底上，位于與所述檢測(cè)薄膜所在平面平行的平面，并相對(duì)地置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)； 壓力計(jì)算模塊，與所述光檢測(cè)器連接，獲取檢測(cè)到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光強(qiáng)數(shù)據(jù)計(jì)算壓力值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述檢測(cè)薄膜為與所述硅襯底一體的硅結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述檢測(cè)薄膜的厚度為5?100微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述檢測(cè)薄膜的凸起量在30微米以內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其特征在于，所述光發(fā)射器發(fā)射的光束的直徑大于所述檢測(cè)薄膜的最大凸起量。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其特征在于，所述光發(fā)射器發(fā)射的光束的直徑為300微米以內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述光發(fā)射器的發(fā)射端光纖和光檢測(cè)器的接收端光纖相對(duì)地設(shè)于所述檢測(cè)薄膜所在平面，并置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)。8.一種壓力傳感器的制造方法，包括如下步驟: 提供娃襯底； 在所述硅襯底上用于形成檢測(cè)薄膜的區(qū)域進(jìn)行蝕刻得到具有設(shè)定厚度的檢測(cè)薄膜；在所述硅襯底上設(shè)置光發(fā)射器和光檢測(cè)器，所述光發(fā)射器和光檢測(cè)器相對(duì)地設(shè)于與所述檢測(cè)薄膜所在平面平行的平面，并置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，在所述硅襯底上設(shè)置光發(fā)射器和光檢測(cè)器，具體是在所述硅襯底上設(shè)置所述光發(fā)射器的發(fā)射端光纖和光檢測(cè)器的接收端光纖。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種壓力傳感器，包括：檢測(cè)薄膜，設(shè)于硅襯底上，用于檢測(cè)施加在所述檢測(cè)薄膜表面的壓力并產(chǎn)生與壓力大小相適應(yīng)的凸起形變；光發(fā)射器和光檢測(cè)器，設(shè)于硅襯底上，位于與所述檢測(cè)薄膜所在平面平行的平面，并相對(duì)地置于所述檢測(cè)薄膜兩側(cè)；壓力計(jì)算模塊，與所述光檢測(cè)器連接，獲取檢測(cè)到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光強(qiáng)數(shù)據(jù)計(jì)算壓力值。還公開一種壓力傳感器的制造方法。上述壓力傳感器采用光學(xué)的方法將檢測(cè)薄膜的形變量轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)，并利用光檢測(cè)器將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，繼而進(jìn)行計(jì)算獲得壓力，有效避免了壓阻式壓力傳感器本身的溫漂和電磁干擾的問題。
【IPC分類】G01L1/04
【公開號(hào)】CN105092110
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410188950
【發(fā)明人】錢棟彪
【申請(qǐng)人】無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月6日
【公告號(hào)】WO2015169217A1