[发明专利]校正压力传感器的方法和设备

说明书

差压传感器包括一个或多个半导体管芯，半导体管芯在管芯的部分处减薄，以形成限定敏感膜片的腔室，压阻元件限定在膜片表面处。第一膜片与第一膜片的上表面上的第一流体流体连通，并且与第一膜片的下表面上的第二流体流体连通。第二膜片在第二膜片的上表面和下表面处与环境压力流体连通。对应于第二膜片的压阻元件电连接到第一膜片的压阻元件，以相对于第一膜片的输出补偿第二膜片的输出。

技术领域

本申请涉及传感器。更具体地，本申请涉及具有压敏膜片结构的半导体压力传感器。

背景技术

差压传感器测量流体的两个测量点(例如，P1和P2)之间的压力差。差压传感器(或换能器)将压差转换为可测量的电信号，以确定差压。例如，在油管中可以使用差压传感器来测量燃料管中的孔之前和之后的压力，从中可以确定油的流量。这种装置通常使用基于微机械或微机电系统(MEMS)的技术制造。用于制造压力传感器的一种常见技术是将MEMS装置附接到诸如陶瓷或印刷电路板(PCB)衬底的衬底上，伴随蚀刻和接合技术以制造非常小的廉价装置。

压力感测管芯通常可以由诸如硅的半导体材料形成。图1是现有技术的MEMS型压力感测装置或管芯100的剖视图。压力感测装置100可以通过诸如切割的方法由硅晶片形成以产生硅衬底结构101。结构101减薄以形成腔室105和限定膜片103的减薄部分。半导体衬底101可以通过任何合适的方式减薄。例如，可以使用本领域已知的各向异性蚀刻来减薄衬底101。电阻元件107形成在膜片103的表面上。电阻元件107表现出与放置在形成膜片103的减薄的半导体材料上的应变成比例的电阻。

图2是使用压力感测装置100的常规MEMS压差传感器200的图示。压力感测装置100可以安装到支撑结构201，支撑结构201又接合到基板203，基板203可以由非腐蚀性材料(例如，不锈钢)形成。感测装置100和支撑结构201可以通过粘合剂(未示出)接合到基板203，基板203也可以称为集管。支撑结构201用于将压力感测装置100从与在压力感测装置100和基板203之间变化的压力(例如，热膨胀)无关的应变源隔离。开口221限定在基板203中，限定了与压力感测装置100的膜片的下侧气体或流体连通的孔。虽然压力感测装置100的热膨胀系数与支撑结构201的热膨胀系数之间存在一些差异，但是支撑结构201可以由玻璃或类似材料形成，与组成基板203的不锈钢的热膨胀系数相比较，支撑结构201的热膨胀系数接近于硅压力感测装置100的热膨胀系数。由于压力感测装置100和支撑结构201之间的热膨胀差异，例如，由于压力感测装置100施加的应力，这减少了但不消除由压力感测装置100测量的非压力相关误差。如果压力感测装置100直接接合到基板203，则这些非压力相关误差可能更大。

压力传感器200包括上壳体220。上壳体220构造成提供与基板203的密封附接。封闭体积217限定在上壳体220和基板203之间。柔性波纹膜片215用于将封闭体积217分成第一体积217和第二体积213。端口219通过上壳体220的壁限定，并且与要测量其压力P2的气体或流体的第二部分或部连通，并且其与压力感测装置100的邻近第一体积217的另一侧接触。压力感测装置100还包括产生并传送指示施加在装置100上的压力的电信号的电气部件。在被测试的流体是诸如燃料或油的恶劣介质的应用中，恶劣介质可能腐蚀装置100的电气部件。在这样的实施例中，装置100与被测试的流体的隔离是通过柔性波纹膜片215实现的。充油端口209设置为穿过基板203。充油端口209允许装置100和柔性膜片215之间的体积213填充有诸如硅油的非腐蚀性流体。当限定体积213的空腔被填充时，例如，通过将球211焊接在充油端口209的开口上来将充油端口209密封。因此，体积213中的油被完全封闭并与装置100的上表面流体连通。

端口219可以是螺纹的，以允许压力传感器200经由接头附接到与待测试或测量的气体或流体连通的管线或其它传动器件。被测量的气体或流体进入端口219并填充内部体积217。当内部容积217被填充时，被测量的流体与柔性膜片215的上侧接触。被测量的气体或流体施加的压力通过柔性膜片215传递到油的封闭体积213。通过柔性膜片215施加到油的力被传送到整个油和包含油的表面，包括压力感测装置100的上表面。