[发明专利]耐高温硅压阻压力敏感元件

说明书

本发明公开的一种耐高温硅压阻压力敏感元件，旨在提供一种长期稳定性能好、响应时间快、耐高温的压力敏感元件。本发明提供下述技术方案予以实现：透明盘(5)上方层叠阳极键合划片形成的硅压阻感压芯片(3)，并通过周向上支撑的环盘形成盘腔，硅压阻压力芯片底部上的四个中央对称铂金电极导柱的四个感压电阻组成的惠思登电桥，面向透明盘，通过环盘底部制有落入透明盘周向分布的锥形孔(4)中的导柱对位固定，围绕透明盘圆心等分均布的金属导线(7)穿过绝缘子(6)，伸入填充有导电银浆的锥形孔中，连同固定在透明盘下方的玻璃绝缘子一体高温烧结组成承受被测应力的透明基座，实现高温环境下压力测量。

技术领域

本发明涉及一种可广泛用于航空航天等领域各种压力测量系统的高温硅压阻压力敏感元件。

背景技术

目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。随着我国航空、航天、船舶、电力、石油、化工等领域的不断技术发展，需要使用温度达430℃以上、压力测量范围达60MPa以上、输出信号灵敏度达30mv/V以上、测量精度达±0.1％FS的工程化应用的高温硅压阻压力敏感元件。在飞机喷气发动机中心压力的测量中，使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500℃以上。硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的。硅压力传感器基本上分成两类：电容式和压阻式。电容式压力传感器包括一个薄膜，它作为可变电容器的一个极板，当薄膜上承受压力时，薄膜产生位移，从而改变电容值，利用这种变化经过相应的电路处理，就可得到压力值。压阻式压力传感器以压阻式扩散硅桥路为敏感元件，又称为固态压力传感器。压阻式压力传感器使用硅材料承受压力时会产生电阻变化的原理制成，一般将4个硅材料的应变电阻构成惠斯通电桥来测量压力。硅压阻压力传感器是采用硅压阻原理，利用单晶硅良好的机械性能和电学性能，通过扩散或离子注入工艺将对压力敏感的电阻注入到感压薄膜中，实现感压元件和转换电路的集成而制作的传感器。压阻式压力传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。由于半导体材料对温度十分敏感，压阻式压力传感器的四个检测电阻多接为惠斯登电桥型，因此压阻式压力传感器在硅膜片特定方向上扩散4个等值的半导体电阻，并连接成惠斯通电桥，作为电变换器的敏感元件。当膜片受到外界压力作用，电桥失去平衡时，若对电桥施加恒流或恒压激励电源，便可得到与被测压力成正比的输出电压，实现测量压力。