[发明专利]微机电可缩放直插型压阻力/压力传感器

说明书

本公开涉及微机电可缩放直插型压阻力/压力传感器，其具有：半导体材料的传感器裸片，其具有在水平面内延伸的前表面和下表面，并且由具有沿垂直方向的厚度的横向于水平面的紧凑块体区域平面；压阻元件，集成在传感器裸片的块体区域中，位于其前表面处；以及帽状裸片，其耦合在传感器裸片上方，覆盖压阻元件，帽状裸片具有沿垂直方向彼此相对的相应前表面和底表面，底表面面向传感器裸片的前表面。转换层布置在传感器裸片的前表面和帽状裸片的底表面之间，被图案化以限定沿着垂直方向横穿整个厚度的凹槽；压阻元件垂直对应于凹槽布置，并且转换层被设计为将施加到帽状裸片的前表面和/或传感器模的底表面的负载沿垂直方向转换成在凹槽处的平面应力分布，这在水平面上起作用。

技术领域

本公开涉及一种微机电可缩放直插型压阻力/压力传感器。

背景技术

例如在工业或汽车领域存在若干应用，需要使用具有高满缩放量程值的力/压力传感器来测量高范围负载(力或压力)值，例如高达10kN或更高。

用于感测高范围负载的已知传感器解决方案通常设想使用高强度金属负载单元，包括不同种类的应变计作为感测元件。应变计感测元件通过电阻的变化来检测它们所耦合到的芯的几何变形。

虽然通常使用，但这些传感器的缺点是灵敏度低，并且小型化的可能性有限。

使用半导体技术制造的集成压力传感器也是已知的，其使用集成在硅裸片中的压阻元件来检测施加的压力。

这些传感器的缺点是需要复杂的封装结构，以便将施加的负载转换为作用于硅裸片和集成压阻上的应力。这些传感器因此昂贵，并且通常不允许容易定制，特别是在所施加负载的范围方面。

例如，已知的集成压力传感器在W.Kurniawan，R.Tjandra，E.Obermeier的Proceedings of the Eurensensors XXIII conference，Proceia Chemistry 1(2009)544-547中的文件“Bulk-type piezoresistive force sensor for high pressureapplications”中得到公开。该文件中公开的解决方案基于在硅裸片上紧密相邻的突出岛上施加力，以在岛之间的区域中引起机械应力。对于压力测量，使用含金属隔膜和耦合金属棒的壳体将压力转化为力。传感器裸片采用SOI技术制造，这简化了突出岛的实现。

虽然具有良好的灵敏度并且允许小型化，但是该传感器也具有上述缺点，即具有昂贵且复杂的制造工艺和封装设计以将外部施加的压力转换为集中在硅裸片(也称为“管芯”)上的力。

发明内容

提供一种易于制造、实现高度定制并且具有高检测灵敏度的微机电传感器及其形成方法。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参照附图仅通过非限制性示例来描述本发明的优选实施例，其中：

图1A是根据本方案的没有帽状裸片的力/压力传感器的示意性平面图；

图1B是具有图1A的帽状裸片的传感器的示意性截面图；

图2示出了力/压力传感器中惠斯通电桥的电路图；

图3A是根据本方案的实施例的力/压力传感器的平面图；

图3B是图3A的传感器的截面图；

图4A是根据本解决方案的另一实施例的力/压力传感器的平面图；

图4B-图4C是图4A的传感器的截面图；

图5A是根据本方案的又一实施例的力/压力传感器的平面图；

图5B是图5A的传感器的截面图；

图6A是力/压力传感器的平面图，示出了用于高负载应用的可能的尺寸；