[发明专利]一种MEMS气体差压传感器

摘要

本发明提出的是一种MEMS气体差压传感器，其结构包括外壳，密封橡胶圈，芯片，电路板；其中，外壳中间有一个凹槽，芯片处在凹槽内，电路板盖在凹槽上方，电路板与外壳之间有密封橡胶圈。本发明的优点：1）相对于隔膜式差压传感器，能够检测低至0.1Pa的微小差压，并且具有高灵敏度、零点漂移小、以及高动态响应速度等优点；2）能够运用到医疗设备以及供热通风与空气调节等应用领域。

主权项

1.MEMS气体差压传感器，其特征是包括外壳，密封橡胶圈，芯片，电路板；其中，外壳中间有一个凹槽，芯片处在凹槽内，电路板盖在凹槽上方，电路板与外壳之间有密封橡胶圈；所述电路板与外壳之间通过固定螺丝固定连接，或者电路板和外壳之间直接采用密封胶粘接；所述芯片包括衬底，环境电阻，加热电阻，第一温度检测电阻，第二温度检测电阻，四个隔热槽，背腔；其中，环境电阻、加热电阻、第一温度检测电阻、第二温度检测电阻处在衬底的正面；加热电阻、第一温度检测电阻、第二温度检测电阻并排放置，加热电阻处在第一温度检测电阻和第二温度检测电阻之间，四个隔热槽分别处在第一温度检测电阻的左边、第一温度检测电阻与加热电阻之间、加热电阻与第二温度检测电阻之间、第二温度检测电阻的右边，衬底的背面有背腔，四个隔热槽贯穿芯片的上下表面，四个隔热槽的位置正对着背腔；所述衬底是硅衬底、陶瓷衬底、玻璃衬底、PCB基板衬底中的一种；所述环境电阻、加热电阻、第一温度检测电阻、第二温度检测电阻的材料均为铂、铜、镍、锰、铑中的一种，环境电阻、加热电阻、第一温度检测电阻、第二温度检测电阻具有相同的温度系数；所述环境电阻、加热电阻、第一温度检测电阻、第二温度检测电阻的制作方法均为以下几种方法中的一种；方法一：采用物理气相沉积、或化学气相沉积、或金属箔与衬底压合的方法在衬底上形成金属薄膜，再采用刻蚀工艺去除多余的金属薄膜，形成环境电阻、加热电阻、第一温度检测电阻和第二温度检测电阻；方法二：采用剥离工艺，即采用光刻胶形成几何图形，然后通过蒸发、溅射方法，在基片表面获得不连续的金属层，最后剥离掉掩膜层及其上金属层，形成环境电阻、加热电阻、第一温度检测电阻和第二温度检测电阻；所述环境电阻，加热电阻，第一温度检测电阻，第二温度检测电阻之间通过若干导线连接引出六个引线焊盘，六个引线焊盘分别为：环境电阻与加热电阻公共端、第一温度检测电阻端、第一温度检测电阻与第二温度检测电阻公共端、第二温度检测电阻端、加热电阻端、环境电阻端；并且将六个引线焊盘远离感测区域，所述感测区域指环境电阻、加热电阻、第一温度检测电阻、第二温度检测电阻所处的范围，便于封装时采用点胶的方式对引线键合区域进行保护，提高可靠性；所述电路板上包含电源电路、恒温差驱动电路、以及惠斯通电桥电路，采用带有可编程放大器的24位模数转换芯片，对惠斯通电桥输出的电压信号进行放大并进行模数转换，转换结果进入stm8l152单片机，根据标定数据，输出差压的数值，所述电源电路给恒温差驱动电路和惠斯通电桥电路供电；所述芯片上的加热电阻能够在恒流、恒压、恒功率、恒温差几种电路模式下的任一种电路模式下工作；其中，恒温差模式能够消除被测气体温度变化带来的影响，即能够实现温度自动补偿，采用恒温差驱动电路来实现差压的检测；采用芯片上的环境电阻和加热电阻，再加上R_a电阻、R_b电阻、R_c电阻、R_s电阻和运放，形成恒温差驱动电路，所述R_a、R_b、R_c、R_s分别为固定在电路板上的具有固定阻值的R_a电阻、R_b电阻、R_c电阻、R_s电阻的电阻值；恒温差实现的条件为：R_a/R_b＝R_r/R_h，R_c＝αR_r0ΔT，其中α为芯片上环境电阻，加热电阻，第一温度检测电阻，第二温度检测电阻的温度系数，R_r为环境电阻的电阻值，R_h为加热电阻的电阻值，R_r0是环境电阻在零摄氏度时的电阻值，加热电阻工作时，加热电阻的温度总是比被检测气体温度高ΔT；/n第一温度检测电阻、第二温度检测电阻、R₁电阻、R₂电阻、R₃电阻形成惠斯通电桥，其中，R₁电阻与第一温度检测电阻串联，R₂电阻与第二温度检测电阻串联，再一起与R₃电阻串联；第一温度检测电阻的电阻值为R_u，第二温度检测电阻的电阻值为R_d，所述R₁、R₂、R₃分别为固定在电路板13上的具有固定阻值的R₁电阻、R₂电阻、R₃电阻的电阻值，差压越大，第一温度检测电阻和第二温度检测电阻测得的温差越大，惠斯通电桥输出的电压越大，输出的电压经过可编程放大器进行放大，再经过模数转换进入微处理器，微处理器根据标定数据，采用模拟信号或数字信号输出差压的数值,此电路还能够测量正负差压、惠斯通电桥输出响应的正电压或负电压。/n