[发明专利]使用双重背侧绝对压力传感的差动压力传感器有效
申请号: | 201280006410.6 | 申请日: | 2012-01-23 |
公开(公告)号: | CN103314283A | 公开(公告)日: | 2013-09-18 |
发明(设计)人: | J-H.A.乔 | 申请(专利权)人: | 大陆汽车系统公司 |
主分类号: | G01L9/00 | 分类号: | G01L9/00;G01L13/02 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 臧永杰;卢江 |
地址: | 美国密*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 使用 双重 绝对 压力 传感 差动 压力传感器 | ||
背景技术
许多基于硅的微传感器使用所谓的MEMS(microelectromechanical system,微机电系统)技术以达到低成本和高性能。一个这样的设备是MEMS压力传感器,其包括小的、薄的硅膜片(diaphragm),在该硅膜片上形成压阻式电路,通常是惠斯通(Wheatstone)电桥。由施加到膜片的压力引起的膜片应力,改变在电桥电路中压电电阻器的电阻值。电子电路检测压阻式电桥的电阻变化并且输出表示所施加压力的电信号。
图1A是现有技术差动压力传感器100的横截面视图,这样命名因为其提供表示在图1B中所示的差动压力传感元件102的图1B的膜片122上的顶部压力和底部压力之间的压力差的输出信号。图1B是差动压力传感元件102的横截面图,该差动压力传感元件102装在图1A中描绘的外壳内部。
在图1A中,压力传感器100包括外壳104,该外壳104封装MEMS压力传感元件102和专用集成电路(ASIC)106。一个来自液体或气体的流体压力通过形成到外壳104中的压力端口108被施加到MEMS压力传感元件的膜片的底部。其他来自通过盖子107的气体的流体压力被施加到凝胶124的顶部,该凝胶124将压力传递给MEMS压力传感元件(或者硅裸片)102的膜片的顶部。MEMS压力传感元件102通过导线103被电连接到ASIC 106,该导线103在现有技术中是众所周知的并且在ASIC 106和压力传感元件102之间提供电连接。导线也将ASIC 106连接到用于输入和输出电压的引线框(leadframe)105上。
如上所述,图1B是现有技术MEMS压力传感元件102的横截面图。MEMS压力传感元件102是包括薄的硅裸片110的差动压力传感元件。裸片(die)110由硅形成。压阻式惠斯通电桥电路112在裸片110中形成并且位于薄的膜片区域114的边缘附近。
裸片110存在于基座116之上,该基座116通过粘合剂120依次被附到外壳104上。在端口108中流动的流体将压力施加到膜片122的底部,该膜片122通过将裸片110放置在端口108之上而形成。其他流体流向凝胶124的顶部并且向膜片122的顶部加压。箭头123表示施加到膜片的顶部和底部的压力。在向下施加的压力123和向上施加的压力123之间的差动压力或者差引起膜片122偏转。由压力差引起的偏转使电桥电路112中的压电电阻器改变它们的物理尺度,其依次改变它们的电阻性值。在图1B中所示的MEMS压力传感元件102在图1A中可以被看到嵌入在传统凝胶124中,其预期功能是保护传感元件102。
附图说明
图1A是现有技术差动压力传感器的横截面视图;
图1B是在图1A中所示的压力传感器中所使用的现有技术微机电系统传感元件的横截面视图;
图2是图1中所示的压力传感器的横截面;
图3显示了两个惠斯通电桥电路在第一实施例中是怎样连接的;
图4A是第一硅裸片的第二侧的视图并且显示了电连接所连到的接合焊盘(bond pad);
图4B显示了第一硅裸片的第一侧和到其上的第一惠斯通电桥电路的连接;
图4C显示了在第一硅裸片和间隔物(spacer)之间的氧化物层上的接合焊盘;
图4D显示了穿过间隔物的通孔(vias);
图4E显示了在间隔物和第二硅裸片之间的氧化物层上的接合焊盘;
图4F显示了第二硅裸片的第一侧和到其上的第二惠斯通电桥电路的连接;
图5显示了两个惠斯通电桥电路在第二实施例中是怎样连接的;
图6A是第一硅裸片的第二侧的视图并且显示了电连接所连到的接合焊盘;
图6B显示了第一硅裸片的第一侧和到其上的第一惠斯通电桥电路的连接;
图6C显示了在第一硅裸片和间隔物之间的氧化物层上的接合焊盘;
图6D显示了穿过间隔物的通孔;
图6E显示了在间隔物和第二硅裸片之间的氧化物层上的接合焊盘;
图6F显示了第二硅裸片的第一侧和到其上的第二惠斯通电桥电路的连接;
图7是压力传感器的一部分的横截面视图;和
图8是压力传感器的一部分的替换的实施例的横截面视图。
具体实施方式
在MEMS传感器中使用的凝胶124倾向于是体积大并且厚重的。因此其可能在振动期间不利地影响MEMS压力传感器响应度设备。
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