基于晶圆级 MEMS 真空封装、具有玻璃电互连的高 Q 值谐振压力微传感器
引用
Luo, Z.; Chen, D.; Wang, J.; Li, Y.; Chen, J. 基于晶圆级MEMS真空封装的具有穿透玻璃电互连的高Q值谐振压力微传感器。《传感器》2014, 14, 24244–24257。
关键词
- 谐振压力传感器
- 穿透玻璃通孔 (TGV)
- 阳极键合
- 晶圆级真空封装
- 吸气材料
- Q值
- SOI晶圆
- 差分结构
简介
本文介绍了一种高灵敏度谐振压力微传感器，它利用晶圆级真空封装和穿透玻璃电互连来实现高性能。
摘要
本文于2014年发表在《传感器》杂志上，描述了一种高灵敏度谐振压力微传感器的设计、制造和特性。
以下是关键要点：
- 该微传感器采用差分设计，基于两个悬挂在压敏膜片上的“H”型双夹紧微谐振梁。施加压力时，一个梁受到拉应力，而另一个梁受到压应力，导致其谐振频率发生偏移。这种差分输出提高了灵敏度，并降低了温度变化的影响。
- 制造工艺利用晶圆级MEMS真空封装，特别是硅-玻璃阳极键合，为谐振器创建了一个密封的真空腔体。这种封装技术确保了长期的真空密封性，并保护了精密的谐振梁。
- 玻璃通孔（TGV）可从外部实现与谐振器的电气连接，从而简化了集成和封装工艺。
- 非蒸散性金属薄膜在真空腔内充当吸气材料。这种吸气材料吸收残余气体，进一步增强真空度并提高谐振器的Q值。
- 测试证明了该设计的有效性，微传感器实现了以下高性能指标：
1、高Q值：超过22,000，表明能量损失极小且灵敏度高。
2、高灵敏度：差分灵敏度高达89.86 Hz/kPa，能够检测微小的压力变化。
3、低非线性：在50 kPa至100 kPa的压力范围内，非线性度为0.02% F.S.。
4、低温漂：在-40°C至70°C范围内，漂移小于-0.01% F.S./°C，在较宽的温度范围内表现出优异的稳定性。
5、卓越的长期稳定性：5个月内漂移仅为0.01% F.S.。
6、高精度：优于满量程的0.01%。
作者总结认为，这种谐振式压力微传感器凭借其高灵敏度、高精度和高稳定性，是精密压力测量应用的理想选择。
来源：https://www.semanticscholar.org/reader/1f5d42cee449c93ad01aec61c7a2ce43df099bdd