久久一区二区免费播放,国产在线欧美日韩一区二区,国产综合色在线视频,精品伊人久久久香线蕉,精品视频麻豆网站,玖玖国产,国内精品久久久久影,在线观看精品视频一区二区三区,午夜久久影院,国产精品一区久久

基于嵌入式微柱的超高加速?zèng)_擊傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器及其制備方法，其包括基片、位于所述基片上表面的金屬漿料、焊接于所述金屬漿料上的芯片，所述芯片包括質(zhì)量塊以及嵌入在所述質(zhì)量塊底部的圓柱形敏感微柱，所述敏感微柱與所述質(zhì)量塊為一體的且具有壓阻效應(yīng)，自所述質(zhì)量塊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質(zhì)量塊的下表面，所述敏感微柱的下表面坐落在所述金屬漿料上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器將單晶硅加工成一體化的質(zhì)量塊和敏感微柱，用材料的體電阻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的擴(kuò)散電阻、用圓柱縱向受力代替懸臂型應(yīng)變梁的橫向受力，具有靈敏度高、諧振頻率高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于嵌入式微柱的超高加速?zèng)_擊傳感器及其制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前，超高加速度沖擊傳感器大多是沿用低加速度傳感器的結(jié)構(gòu)，即以懸臂梁加質(zhì)量塊為核心的結(jié)構(gòu)形式。但其工藝復(fù)雜、對(duì)工藝環(huán)境要求高；其次，由于受結(jié)構(gòu)固有性能的影響，諧振頻率低，在超高加速度瞬時(shí)沖擊時(shí)易損，因而嚴(yán)重影響其使用的可靠性，特別是在嚴(yán)重惡劣環(huán)境中如武器、航空、航天領(lǐng)域的運(yùn)用；現(xiàn)有的大多傳感器是運(yùn)用傳統(tǒng)的懸臂梁，通過(guò)傳統(tǒng)的剪切應(yīng)力作用到懸臂梁上，對(duì)傳感器的量程造成了較大的限制。
[0003]因此，有必要提供一種新的超高加速度沖擊傳感器來(lái)解決上述問(wèn)題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種量程大、可靠性高的基于嵌入式微柱的超高速度沖擊傳感器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的:一種基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其包括基片、位于所述基片上表面的金屬漿料、焊接于所述金屬漿料上的芯片，所述芯片包括質(zhì)量塊以及嵌入在所述質(zhì)量塊底部的圓柱形敏感微柱，所述敏感微柱與所述質(zhì)量塊為一體的且具有壓阻效應(yīng)，自所述質(zhì)量塊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質(zhì)量塊的下表面，所述敏感微柱的下表面坐落在所述金屬漿料上。
[0006]具體的，所述敏感微柱為偶數(shù)個(gè)，且包括第一組敏感微柱、第二組敏感微柱。
[0007]具體的，所述第一組敏感微柱和所述第二組敏感微柱通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)方式構(gòu)成敏感電阻。
[0008]具體的，所述金屬漿料包括第一區(qū)域金屬漿料、第二區(qū)域金屬漿料。
[0009]具體的，所述第一區(qū)域金屬漿料和所述第二區(qū)域金屬漿料上具有金屬電極，所述金屬電極端連接有引線。
[0010]具體的，所述第一組敏感微柱焊接在所述第一區(qū)域金屬漿料上，所述第二組敏感微柱焊接在所述第二區(qū)域金屬漿料上。
[0011]具體的，所述基于嵌入式微柱的超高速度沖擊傳感器還具有用于固定連接傳感器的金屬連接件，所述基片焊接在所述金屬連接件的上表面。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出了一種基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0013]I)制備芯片
[0014]①在具有壓阻效應(yīng)的材料上進(jìn)行雙面濃硼擴(kuò)散；
[0015]②在所述材料的一個(gè)表面濺射或蒸發(fā)一層金屬薄膜；
[0016]③對(duì)金屬薄膜進(jìn)行光刻；
[0017]④在同一面上再濺射或蒸發(fā)一層鋁薄膜；
[0018]⑤對(duì)鋁薄膜進(jìn)行光刻；
[0019]⑥以深槽刻蝕工藝對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，形成質(zhì)量塊和嵌入在質(zhì)量塊內(nèi)部的敏感微柱；
[0020]⑦去除鋁薄膜，再次以深槽刻蝕工藝對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕,使敏感微柱表面高于其余部分表面。
[0021]2)制備基片
[0022]在所述基片上印刷金屬漿料，印刷域分為兩個(gè)相互絕緣的部分；
[0023]3)整合芯片和基片
[0024]以金屬漿料將芯片與基片焊接為一個(gè)整體；
[0025]4)焊接引線
[0026]在基片上的金屬漿料燒結(jié)成的金屬電極上焊接引線。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器及其制備方法的有益效果在于:
[0028]1、本發(fā)明提供的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器將單晶硅加工成一體化的質(zhì)量塊和敏感微柱，具備了靈敏度高和諧振頻率高的優(yōu)點(diǎn)，從而在瞬態(tài)超高加速度沖擊測(cè)量中具有更高的可靠性；
[0029]2、以圓柱形敏感微柱的串并聯(lián)構(gòu)成的敏感電阻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的擴(kuò)散電阻，用圓柱縱向受力代替型應(yīng)變梁的橫向受力，提高了極限應(yīng)變值，提高了傳感器的可靠性，簡(jiǎn)化了傳感器的制作工藝，同時(shí)也降低了制造成本；
[0030]3、用材料的體電阻代替?zhèn)鹘y(tǒng)器件的擴(kuò)散電阻提高了器件的一致性、互換性，為使用帶來(lái)了方便。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0031]圖1為本發(fā)明基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0032]圖中數(shù)字表示:
[0033]I為芯片，11為敏感微柱，111為第一組敏感微柱，112為第二組敏感微柱，12為質(zhì)量塊;
[0034]2為基片；
[0035]3為金屬漿料，31為第一區(qū)域金屬漿料，32為第二區(qū)域金屬漿料，33為金屬電極；
[0036]4為金屬連接件；
[0037]5為引線。
【【具體實(shí)施方式】】
[0038]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器包括基片2、位于基片2上表面的金屬漿料3、焊接于金屬漿料3上的芯片1，芯片I包括質(zhì)量塊12以及嵌入在質(zhì)量塊12底部的圓柱形敏感微柱11，敏感微柱11與質(zhì)量塊12為一體的且具有壓阻效應(yīng)，自質(zhì)量塊12的下表面向上凹陷形成有凹槽，敏感微柱11自凹槽向下凸出質(zhì)量塊12的下表面，敏感微柱11的下表面坐落在金屬衆(zhòng)料3上。
[0039]壓阻效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時(shí)，由于載流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。壓阻效應(yīng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種半導(dǎo)體材料制作而成的感知器中，在本實(shí)施方式中，敏感微柱11與質(zhì)量塊12是由具有壓阻效應(yīng)的(110)晶向的高阻單晶硅片通過(guò)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)加工而成的一個(gè)整體，高阻單晶硅片的厚度范圍為300μ?2000μ。具有壓阻效應(yīng)的材料還有鍺、多晶硅、非晶硅、碳化硅等。硅的電阻變化不單是來(lái)自與應(yīng)力有關(guān)的幾何形變，而且也來(lái)自材料本身與應(yīng)力相關(guān)的電阻。在硅中摻入特定的雜質(zhì)可以制成P型硅和N型硅，在本實(shí)施方式中，制作芯片I的材料為P型硅，在其他實(shí)施方式中也可選取N型硅。
[0040]將敏感微柱11與質(zhì)量塊12制作成一體的好處在于用材料的體電阻代替了傳統(tǒng)的擴(kuò)散電阻，提高了敏感微柱11的靈敏度，并且具有較高的諧振頻率，從而在瞬態(tài)超高加速度沖擊測(cè)量中具有更高的可靠性。
[0041]將敏感微柱11設(shè)置成圓柱形，其用處在于用圓柱縱向受力代替型應(yīng)變梁的橫向受力提高了極限應(yīng)變值，因而提高了傳感器的測(cè)量上限值，即提高了傳感器的量程。
[0042]在本實(shí)施方式中，敏感微柱11為偶數(shù)個(gè)，且包括通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)方式構(gòu)成敏感電阻的第一組敏感微柱111、第二組敏感微柱112，敏感微柱11的直徑為Φ50μ?Φ500μ，凸出質(zhì)量塊12底面3 μ?50 μ，與質(zhì)量塊12的間距為20 μ?100 μ。
[0043]金屬漿料3包括相互絕緣的第一區(qū)域金屬漿料31、第二區(qū)域金屬漿料32，第一組敏感微柱111焊接在第一區(qū)域金屬漿料31上，第二組敏感微柱112焊接在第二區(qū)域金屬漿料32上，金屬漿料3還包括用于連接電線的金屬電極33，金屬電極33端焊接有引線5。
[0044]本發(fā)明基于嵌入式微柱的超高速度沖擊傳感器還具有用于固定連接傳感器的金屬連接件4，基片2焊接在金屬連接件4的上表面。
[0045]請(qǐng)參照?qǐng)D1，當(dāng)質(zhì)量塊12受力時(shí)，質(zhì)量塊12將沖擊加速度轉(zhuǎn)化為慣性力，慣性力通過(guò)壓應(yīng)力作用到敏感微柱11上，敏感微柱11產(chǎn)生縱向形變，因敏感微柱11是由具有壓阻效應(yīng)的單晶硅制成，形變的同時(shí)引起由敏感微柱11通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式形成的敏感電阻阻值的變化，通過(guò)測(cè)量敏感電阻阻值的變化量，即通過(guò)相關(guān)運(yùn)算獲得沖擊加速度的量值。
[0046]本發(fā)明還提出一種上述的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器的制備方法，具體按照以下步驟制備:
[0047]I)制備芯片I
[0048]①在(110)晶向的高阻P型硅片上進(jìn)行雙面濃硼擴(kuò)散；
[0049]②在該硅片的一個(gè)表面(定義此表面為元件面)濺射或蒸發(fā)一層金屬薄膜，可以是鉻、鈦、鶴、鎳、金等一種或多種組合,其厚度一般在0.08 μ mm?I μ mm ;
[0050]③對(duì)金屬薄膜進(jìn)行光刻，微柱對(duì)應(yīng)區(qū)域保留，其余部分去除；
[0051]④在元件面上再濺射或蒸發(fā)一層鋁薄膜，其厚度一般在0.08 μ mm?2 μ m ;
[0052]⑤對(duì)鋁薄膜進(jìn)行光刻，圍繞敏感微柱11對(duì)應(yīng)區(qū)域外側(cè)40 μ m?60 μ m的環(huán)形區(qū)域和單個(gè)芯片I的邊緣區(qū)域去除鋁薄膜，其余部分保留；
[0053]⑥以深槽刻蝕工藝對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，深度為100 μ mm?200 μ m，形成嵌入式的敏感微柱11，敏感微柱11包括第一組敏感微柱111、第二組敏感微柱112 ；
[0054]⑦去除鋁薄膜，再次以深槽刻蝕工藝對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，深度為5 μ mm?30 μ m，使敏感微柱11表面高于其余部分表面；
[0055]⑧對(duì)硅片進(jìn)行分離，形成由嵌入式敏感微柱11和質(zhì)量塊12組成的一體化單個(gè)芯片I ;
[0056]2)制備基片2
[0057]目前常用的基片材料有3大類，即塑料基、金屬基和陶瓷基材料，其中陶瓷基材料是綜合性能較好的基片材料，制作陶瓷基片的材料一般有Al203、AlN、Be0、SiC等，在本實(shí)施方式中，基片材料選用的是熱導(dǎo)率高、膨脹系數(shù)低、強(qiáng)度高、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、電阻率高、介電損耗小的氮化鋁陶瓷。
[0058]在氮化鋁陶瓷的基片2上印刷金屬漿料21，印刷區(qū)域分為相互絕緣的兩個(gè)部分，分別對(duì)應(yīng)兩組敏感微柱；
[0059]3)整合芯片I和基片2
[0060]將由嵌入式敏感微柱11和質(zhì)量塊12組成的一體化單個(gè)芯片I的元件面置于印刷了金屬漿料3的氮化鋁陶瓷基片2上，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)工藝，以金屬漿料3將硅芯片I上敏感微柱11的元件面與氮化鋁陶瓷基片2焊接為一個(gè)整體，同時(shí)也將芯片I的電極引出至金屬漿料3燒結(jié)成的金屬電極33上；
[0061]4)焊接引線5
[0062]在金屬漿料3上的金屬電極33端焊接引線5，完成傳感器芯體的制作。
[0063]5)焊接金屬連接件4
[0064]將基片2下表面焊接在金屬連接件4的上表面，使得芯片1、基片2、金屬連接件4成為一個(gè)整體，完成基于嵌入式微柱的超高速度沖擊傳感器的制備過(guò)程。
[0065]以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(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。
【權(quán)利要求】
1.一種基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其包括基片、位于所述基片上表面的金屬漿料、焊接于所述金屬漿料上的芯片，其特征在于:所述芯片包括質(zhì)量塊以及嵌入在所述質(zhì)量塊底部的圓柱形敏感微柱，所述敏感微柱與所述質(zhì)量塊為一體的且具有壓阻效應(yīng)，自所述質(zhì)量塊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質(zhì)量塊的下表面，所述敏感微柱的下表面坐落在所述金屬漿料上。
2.如權(quán)利要求1所述的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其特征在于:所述敏感微柱為偶數(shù)個(gè)，且包括第一組敏感微柱、第二組敏感微柱。
3.如權(quán)利要求2所述的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其特征在于:所述第一組敏感微柱和所述第二組敏感微柱通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)方式構(gòu)成敏感電阻。
4.如權(quán)利要求1所述的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其特征在于:所述金屬漿料包括第一區(qū)域金屬漿料、第二區(qū)域金屬漿料。
5.如權(quán)利要求4所述的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其特征在于:所述第一區(qū)域金屬漿料和所述第二區(qū)域金屬漿料上具有金屬電極，所述金屬電極端連接有引線。
6.如權(quán)利要求3所述的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其特征在于:所述第一組敏感微柱焊接在所述第一區(qū)域金屬漿料上，所述第二組敏感微柱焊接在所述第二區(qū)域金屬漿料上。
7.如權(quán)利要求1所述的基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器，其特征在于:所述基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器還具有用于固定連接傳感器的金屬連接件，所述基片焊接在所述金屬連接件的上表面。
8.一種基于嵌入式微柱的超高加速度沖擊傳感器的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)制備芯片 ①在具有壓阻效應(yīng)的材料上進(jìn)行雙面濃硼擴(kuò)散； ②在所述材料的一個(gè)表面濺射或蒸發(fā)一層金屬薄膜； ③對(duì)金屬薄膜進(jìn)行光刻； ④在同一面上再濺射或蒸發(fā)一層鋁薄膜； ⑤對(duì)鋁薄膜進(jìn)行光刻； ⑥以深槽刻蝕工藝對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，形成質(zhì)量塊和嵌入在質(zhì)量塊內(nèi)部的敏感微柱； ⑦去除鋁薄膜，再次以深槽刻蝕工藝對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，使敏感微柱表面高于其余部分表面。 2)制備基片 在所述基片上印刷金屬漿料，印刷域分為兩個(gè)相互絕緣的部分； 3)整合芯片和基片 以金屬漿料將芯片與基片焊接為一個(gè)整體； 4)焊接引線 在基片上的金屬漿料燒結(jié)成的金屬電極上焊接引線。
【文檔編號(hào)】G01P15/12GK104237559SQ201410370448
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】李策 申請(qǐng)人:昆山泰萊宏成傳感技術(shù)有限公司