[发明专利]无胶封装的高稳定性光纤法-珀压力传感器及制作方法

权利要求书

1.一种无胶封装的光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于该传感器包括：

传感器头：

传感器头为四层结构，第一层为第一单晶硅片，用作弹性膜片，感受压力，第一单晶硅片的后表面同时构成法布里-珀罗腔的第一个反射面；第二层为第一Pyrex玻璃片，形状为环形，中间加工有通孔，第一Pyrex玻璃片的厚度决定了法布里-珀罗腔的初始长度；第三层为第二单晶硅片，用于提供法布里-珀罗腔的第二个反射面；第四层为第二Pyrex玻璃片，第二Pyrex玻璃片的中间加工有通孔，用于对光纤的定位；

传感器体：

用作传感器的支撑结构和传输光纤的容纳结构，形状为圆柱形或是长方体形，传感器体的中间开有一个轴向通孔，制作材料是Pyrex玻璃或K9玻璃材料，该传感器体的前端面与传感器头中的第二Pyrex玻璃片的后端面熔接在一起；

传输光纤：该传输光纤由传感器体中间的轴向通孔内穿过，传输光纤的前端置于第二Pyrex玻璃片中间的通孔内，传输光纤的前端面与第二单晶硅片的后表面紧密贴合，用来传输入射光和出射光；传输光纤种类包括单模光纤和多模光纤。

2.一种权利要求1所述的无胶封装的光纤法布里-珀罗压力传感器的制作方法，其特征在于该方法包括：

第1、对第一片4英寸Pyrex玻璃晶圆片双面抛光减薄，厚度100μm～400μm，然后在Pyrex玻璃晶圆片上钻出通孔阵列，通孔直径0.8mm～3mm，该层玻璃作为传感器头的第二层，用于形成法布里-珀罗空腔体和支撑单晶硅片；

第2、将厚度为10μm～50μm的双面抛光的4英寸单晶硅片清洗后，采用阳极键合的方式键合在第1步加工的第一片Pyrex玻璃晶圆片上；

第3、对第二片4英寸Pyrex玻璃晶圆片双面抛光，厚度300μm～450μm，然后在4英寸Pyrex玻璃晶圆片上钻出通孔阵列，通孔直径127～135μm，阵列中各个孔中心与第1步中第一片4英寸Pyrex晶圆片中的通孔阵列保持一致，该层玻璃用作传感器头的第四层；

第4、将厚度为50μm～400μm的双面抛光的4英寸单晶硅片清洗后，采用阳极键合的方式键合在第3步加工的第二片4英寸Pyrex玻璃晶圆片上，作为第三层的单晶硅片；

第5、将已经键合好的传感器头第三层和第四层组成的硅玻璃片组件清洗，将已经键合好的传感器头第一层和第二层组成的硅玻璃片组件清洗，然后将第三层的单晶硅片未键合的一面与第二层的Pyrex玻璃的未键合面接触，同时第二层的Pyrex玻璃通孔阵列与第四层的Pyrex玻璃通孔阵列进行位置对中，然后加电压进行真空阳极键合，构成四层结构的传感器头阵列晶圆片；

第6、采用Nd:YAG激光加工系统对4英寸传感器头阵列晶圆片的第一层单晶硅片外表面进行毛化处理；

第7、采用划片机将4英寸传感器头阵列晶圆片进行划片处理，切割成表面是圆形或正方形的单个传感器头单元；

利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作传感器体，首先将传感器体制成外径为1mm～5mm，长度为5mm～15mm的圆柱体形或长方体形，在传感器体中部钻出直径为127μm的通孔；将传感器头第四层Pyrex玻璃的通孔与传感器体通孔精确对准，然后用CO₂激光器将传感器头的第四层与传感器体进行激光熔接，使得二者连接在一起；

第8、将传输光纤从传感器体通孔的另一端插入，该光纤端面与传感器头第三层的单晶硅片紧密接触，利用光谱仪观察传输光纤是否到达设计位置，利用CO₂激光器在距传感器体尾端2mm～4mm处照射通孔与传输光纤处，使得光纤通过激光熔接的方式与传感器体固定；给光纤套上光纤保护套，并在传感器尾端涂环氧树脂胶，在电热箱中60℃的温度下固化一小时，或常温下固化24小时，即制作完成无胶封装的光纤法布里-珀罗压力传感器。