[发明专利]基于嵌入式微柱的超高加速冲击传感器及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于传感器领域，特别是涉及一种基于嵌入式微柱的超高加速度冲击传感器及其制备方法。

【背景技术】

目前，超高加速度冲击传感器大多是沿用低加速度传感器的结构，即以悬臂梁加质量块为核心的结构形式。但其工艺复杂、对工艺环境要求高；其次，由于受结构固有性能的影响，谐振频率低，在超高加速度瞬时冲击时易损，因而严重影响其使用的可靠性，特别是在严重恶劣环境中如武器、航空、航天领域的运用；现有的大多传感器是运用传统的悬臂梁，通过传统的剪切应力作用到悬臂梁上，对传感器的量程造成了较大的限制。

因此，有必要提供一种新的超高加速度冲击传感器来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种量程大、可靠性高的基于嵌入式微柱的超高速度冲击传感器及其制备方法。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种基于嵌入式微柱的超高加速度冲击传感器，其包括基片、位于所述基片上表面的金属浆料、焊接于所述金属浆料上的芯片，所述芯片包括质量块以及嵌入在所述质量块底部的圆柱形敏感微柱，所述敏感微柱与所述质量块为一体的且具有压阻效应，自所述质量块的下表面向上凹陷形成有凹槽，所述敏感微柱自所述凹槽向下凸出所述质量块的下表面，所述敏感微柱的下表面坐落在所述金属浆料上。

具体的，所述敏感微柱为偶数个，且包括第一组敏感微柱、第二组敏感微柱。

具体的，所述第一组敏感微柱和所述第二组敏感微柱通过串联或并联方式构成敏感电阻。

具体的，所述金属浆料包括第一区域金属浆料、第二区域金属浆料。

具体的，所述第一区域金属浆料和所述第二区域金属浆料上具有金属电极，所述金属电极端连接有引线。

具体的，所述第一组敏感微柱焊接在所述第一区域金属浆料上，所述第二组敏感微柱焊接在所述第二区域金属浆料上。

具体的，所述基于嵌入式微柱的超高速度冲击传感器还具有用于固定连接传感器的金属连接件，所述基片焊接在所述金属连接件的上表面。

为了实现上述目的，本发明还提出了一种基于嵌入式微柱的超高加速度冲击传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)制备芯片

①在具有压阻效应的材料上进行双面浓硼扩散；

②在所述材料的一个表面溅射或蒸发一层金属薄膜；

③对金属薄膜进行光刻；

④在同一面上再溅射或蒸发一层铝薄膜；

⑤对铝薄膜进行光刻；

⑥以深槽刻蚀工艺对硅片进行腐蚀，形成质量块和嵌入在质量块内部的敏感微柱；

⑦去除铝薄膜，再次以深槽刻蚀工艺对硅片进行腐蚀，使敏感微柱表面高于其余部分表面。

2)制备基片

在所述基片上印刷金属浆料，印刷域分为两个相互绝缘的部分；

3)整合芯片和基片

以金属浆料将芯片与基片焊接为一个整体；

4)焊接引线

在基片上的金属浆料烧结成的金属电极上焊接引线。

与现有技术相比，本发明基于嵌入式微柱的超高加速度冲击传感器及其制备方法的有益效果在于：

1、本发明提供的基于嵌入式微柱的超高加速度冲击传感器将单晶硅加工成一体化的质量块和敏感微柱，具备了灵敏度高和谐振频率高的优点，从而在瞬态超高加速度冲击测量中具有更高的可靠性；

2、以圆柱形敏感微柱的串并联构成的敏感电阻代替传统的扩散电阻，用圆柱纵向受力代替型应变梁的横向受力，提高了极限应变值，提高了传感器的可靠性，简化了传感器的制作工艺，同时也降低了制造成本；

3、用材料的体电阻代替传统器件的扩散电阻提高了器件的一致性、互换性，为使用带来了方便。

【附图说明】

图1为本发明基于嵌入式微柱的超高加速度冲击传感器结构的剖面示意图。

图中数字表示：

1为芯片，11为敏感微柱，111为第一组敏感微柱，112为第二组敏感微柱，12为质量块；

2为基片；

3为金属浆料，31为第一区域金属浆料，32为第二区域金属浆料，33为金属电极；

4为金属连接件；

5为引线。

【具体实施方式】