半導(dǎo)體應(yīng)變儀的制作方法
【專利摘要】本公開(kāi)涉及半導(dǎo)體應(yīng)變儀.公開(kāi)了一種用于半導(dǎo)體應(yīng)變儀壓力傳感器的方法和裝置.裝置包括被配置為暴露于壓力環(huán)境的感測(cè)元件，感測(cè)元件包括至少一個(gè)高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，該高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀包括5焊盤(pán)單惠斯通全電橋，裝置還包括設(shè)置在載體上并且電耦接到感測(cè)元件的電子封裝件，所述載體設(shè)置在包括感測(cè)元件的端口上，殼體圍繞感測(cè)元件和電子封裝件設(shè)置，以及裝置包括連接器，該連接器連到殼體并且電連接到電子封裝件。
【專利說(shuō)明】
半導(dǎo)體應(yīng)變儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體涉及傳感器，并且更具體地涉及半導(dǎo)體應(yīng)變儀.
【背景技術(shù)】
[0002]—般來(lái)說(shuō)，微熔硅應(yīng)變儀(MSG)壓力傳感器在整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中廣泛使用，應(yīng)用范圍從制動(dòng)、傳動(dòng)和燃料壓力傳感器到乘客重力感測(cè).這樣的壓力傳感器通常包括玻璃接合到不銹鋼膜片的硅應(yīng)變儀元件.傳感器設(shè)計(jì)為通過(guò)校準(zhǔn)它提供了正比于在鋼膜片上施加的壓力的線性電壓輸出.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]以下呈現(xiàn)了創(chuàng)新的簡(jiǎn)要說(shuō)明，以提供對(duì)本發(fā)明一些方面的基本理解.該說(shuō)明不是本發(fā)明的廣泛綜述.其既不旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元件，也不旨在描繪本發(fā)明的范圍.其唯一的目的在于以簡(jiǎn)化的形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，作為隨后呈現(xiàn)的更詳細(xì)描述的序蒂.
[0004]本發(fā)明提供了一種用于半導(dǎo)體應(yīng)變儀的方法和裝置.
[0005]在一個(gè)方面，本發(fā)明特征在于一種裝置，其包括配置為暴露于壓力環(huán)境的感測(cè)元件，感測(cè)元件包括至少一個(gè)高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，該高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀包括5焊盤(pán)單惠斯通全電橋，裝置還包括設(shè)置在載體上并且電耦接到感測(cè)元件的電子封裝件，所述載體設(shè)置在包括感測(cè)元件的端口上，本裝置還包括圍繞感測(cè)元件和電子封裝件設(shè)置的殼體以及連到殼體并且電連接到電子封裝件的連接器，連接器包括外部接口.
[0006]在另一方面，本發(fā)明特征在于一種高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其包括5焊盤(pán)單惠斯通全電橋、4個(gè)壓阻式電阻器以及側(cè)壁上的絕緣層.
[0007]這些和其它特征以及優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)描述的閱讀中以及相關(guān)附圖的查閱中變得顯而易見(jiàn).可以理解的是，前面的大致描述和下面的詳細(xì)描述都僅是解釋性的，并不是對(duì)所要求的方面的限制.
【附圖說(shuō)明】
[0008]通過(guò)參照詳細(xì)描述結(jié)合下面附圖，本發(fā)明將被更充分地理解，其中:
[0009]圖1A、圖1B和圖1C為示例性微熔硅應(yīng)變儀(MSG)壓力傳感器的示圖.
[0010]圖2為根據(jù)本發(fā)明的示例性高摻雜半導(dǎo)體單個(gè)全惠斯通應(yīng)變儀的示圖.
[0011]圖3示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體單個(gè)全惠斯通應(yīng)變儀的頂視圖.
[0012]圖4示出了包括絕緣層的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀的截面圖.
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)在參照附圖描述本主題的創(chuàng)新，其中相似的附圖標(biāo)記用來(lái)指代各處的相似元件.在下面的描述中，出于解釋的目的，提出了多個(gè)具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解.然而，會(huì)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其它情況下，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以框圖的形式示出，以便于幫助描述本發(fā)明.
[0014]在下面的描述中，術(shù)語(yǔ)“或”旨在表示包括性的“或”，而不是排他性的“或”.S卩，除非另有規(guī)定，或者從上下文可以清楚知道，則“X采用A或B”旨在表示自然的包括性排列的任何一種.也就是說(shuō)，如果X采用A，X采用B，或者X采用A和B，則在前述情況的任一種下滿足“X采用A或B”.此外，在本說(shuō)明和附圖中使用的冠詞“一”通常應(yīng)被解釋為表示“一個(gè)或多個(gè)”，除非另有規(guī)定或從上下文清楚看出是指單數(shù)形式.
[0015]如圖1A所示，示例性壓力傳感器100示出為包含在殼體110內(nèi).殼體110包括彈簧導(dǎo)向件120，其可以包括多個(gè)彈簧130.彈簧130可以從彈簧導(dǎo)向件120的頂端突出.圖1B為圖1A中描繪的壓力傳感器100的剖面圖，其中剖面圖為沿著軸A.
[0016]如圖1B所示，壓力傳感器100圍繞長(zhǎng)軸設(shè)置.感測(cè)元件膜片140通過(guò)內(nèi)部鉆孔150而暴露于外部環(huán)境(即，壓力環(huán)境)，內(nèi)部鉆孔150開(kāi)放到環(huán)境.內(nèi)部鉆孔150圍繞軸A-A中心設(shè)置，并且設(shè)在壓力端口 160內(nèi).印刷電路板(PCB)170安裝在壓力端口 160上，并且通常垂直于長(zhǎng)軸，其沿著圖1A所示的軸設(shè)置.通常地，PCB170設(shè)置在壓力端口 160上，其間具有合適的凝膠180.支撐環(huán)190圍繞PCB170周向設(shè)置，并且用于保持PCB170的定心，而彈簧130與彈簧保持器200協(xié)作.
[0017]如圖1C所示，PCB170承接玻璃基板210，在玻璃基板210上安裝至少一個(gè)應(yīng)變儀220。由接合導(dǎo)線230將各個(gè)應(yīng)變儀220電耦接到PCB170.
[0018]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性高摻雜半導(dǎo)體單個(gè)全惠斯通應(yīng)變儀220玻璃接合到鋼制端口 160的頂表面240上，其中“P”指的是施加到鋼制端口 160的壓力的方向.
[0019]如圖3所示，半導(dǎo)體單個(gè)全惠斯通應(yīng)變儀220的頂視圖包括4個(gè)壓阻式電阻器250(R2)、260(R3)、270(R1)、280(R4).此外，在一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)變儀220包括5個(gè)焊盤(pán)290、300、310、320、330.在一個(gè)實(shí)施例中，焊盤(pán)290、330為電橋輸出，焊盤(pán)310為接地，并且焊盤(pán)300、320為電壓供給.這樣的5焊盤(pán)硅儀器配置使得接地焊盤(pán)310位于中間，并且當(dāng)壓力施加到鋼制端口 160時(shí)，使得接地焊盤(pán)310連接拉伸的電阻器(250)和壓縮的電阻器(280)，同時(shí)，260為拉伸的而270為壓縮的，從而惠斯通電橋形成為感測(cè)壓力變化.相比于使用兩個(gè)半電橋，這樣的5焊盤(pán)硅儀器配置還使得成本降低.而且，由于兩對(duì)電阻器是對(duì)稱的，這樣的5焊盤(pán)硅儀器配置減小了壓力非線性.此外，這樣的具有5個(gè)相同取向的平行焊盤(pán)的5焊盤(pán)硅儀器配置使引線接合過(guò)程變得容易.
[0020]如圖4所示，如前所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀220通常由玻璃340接合到鋼制壓力端口 160.玻璃絕緣電阻和化學(xué)網(wǎng)絡(luò)接合對(duì)于一定溫度范圍是良好的.當(dāng)環(huán)境溫度增加到閾值水平時(shí)并且如果傳感器持續(xù)被供電，由于外延(EPI)層直接與玻璃接觸，則在玻璃中存在顯著的離子迀移和聚集;這可能改變半導(dǎo)體硅儀器的電阻并且導(dǎo)致傳感器輸出漂移.高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀220包括在儀器側(cè)壁上的絕緣層350，以隔離儀器并且阻止運(yùn)動(dòng)離子迀移.因此，包括絕緣層350顯著地降低了傳感器信號(hào)漂移.在實(shí)施例中，絕緣層350可以為一氮化娃(SiN)或者是氮化娃(Si3N4).
[0021]在其它實(shí)施例中，高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀220可以配置為3焊盤(pán)半電橋、4焊盤(pán)全電橋、6焊盤(pán)全電橋等等.這些實(shí)施例中的每一個(gè)可以包括側(cè)壁氮化物沉積物/絕緣層.
[0022]可以使用“一個(gè)實(shí)施例”或者“實(shí)施例”連同其衍生的表達(dá)來(lái)描述一些實(shí)施例.這些術(shù)語(yǔ)表示與實(shí)施例一起描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性被包括在至少一個(gè)實(shí)施例中.說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”不一定全部指的是同一實(shí)施例.
[0023]盡管已經(jīng)參照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離由所附權(quán)利要求限定的本申請(qǐng)的精神和范圍的情況下可以做出各種形式上和細(xì)節(jié)上的改變.這樣的變化旨在被本申請(qǐng)的范圍來(lái)覆蓋.因此，本申請(qǐng)實(shí)施例的前述描述并不旨在限制.而是，對(duì)本發(fā)明的任何限制呈現(xiàn)在下面的權(quán)利要求中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種裝置，包括: 感測(cè)元件，所述感測(cè)元件被配置為暴露于壓力環(huán)境，所述感測(cè)元件包括至少一個(gè)高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，所述高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀包括5焊盤(pán)單惠斯通全電橋； 電子封裝件，所述電子封裝件設(shè)置在載體上并且電耦接到所述感測(cè)元件，所述載體設(shè)置在包括所述感測(cè)元件的端口上，殼體圍繞所述感測(cè)元件和所述電子封裝件設(shè)置;以及連接器，所述連接器連到所述殼體并且電連接到所述電子封裝件，所述連接器包括外部接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀還包括側(cè)壁上的絕緣層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述絕緣層包括一氮化硅SiN。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述絕緣層包括氮化硅Si3N4。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述5焊盤(pán)單惠斯通全電橋包括: 第一電橋輸出焊盤(pán)； 第一電壓供給焊盤(pán)； 接地焊盤(pán)； 第二電壓供給焊盤(pán)；以及 第二電橋輸出焊盤(pán)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述接地焊盤(pán)位于所述第一電壓供給焊盤(pán)和所述第二電壓供給焊盤(pán)之間。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述5焊盤(pán)單惠斯通全電橋還包括4個(gè)壓阻式電阻器。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述第一電橋輸出焊盤(pán)、所述第一電壓供給焊盤(pán)、所述接地焊盤(pán)、所述第二電壓供給焊盤(pán)和所述第二電橋輸出焊盤(pán)在相同的取向上并且平行排列。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述5焊盤(pán)單惠斯通全電橋包括兩個(gè)具有側(cè)壁沉積物的半電橋。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀包括3焊盤(pán)半電橋、4焊盤(pán)全電橋或6焊盤(pán)全電橋中的一種。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀還包括側(cè)壁氮化物沉積物/絕緣層。12.一種高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，包括: 5焊盤(pán)單惠斯通全電橋； 4個(gè)壓阻式電阻器；以及 側(cè)壁上的絕緣層。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中所述絕緣層包括一氮化硅SiN。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中所述絕緣層包括氮化硅Si3N4。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中所述5焊盤(pán)單惠斯通全電橋包括: 第一電橋輸出焊盤(pán)； 第一電壓供給焊盤(pán)； 接地焊盤(pán)； 第二電壓供給焊盤(pán)；以及 第二電橋輸出焊盤(pán)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中所述接地焊盤(pán)位于所述第一電壓供給焊盤(pán)和所述第二電壓供給焊盤(pán)之間。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中所述第一電橋輸出焊盤(pán)、所述第一電壓供給焊盤(pán)、所述接地焊盤(pán)、所述第二電壓供給焊盤(pán)和所述第二電橋輸出焊盤(pán)在相同的取向上并且平行排列。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中所述5焊盤(pán)單惠斯通全電橋包括兩個(gè)具有側(cè)壁沉積物的半電橋。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中采用3焊盤(pán)半電橋、4焊盤(pán)全電橋或6焊盤(pán)全電橋中的一種來(lái)代替所述5焊盤(pán)單惠斯通全電橋。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀，其中所述高摻雜半導(dǎo)體應(yīng)變儀還包括側(cè)壁氮化物沉積物/絕緣層。
【文檔編號(hào)】G01L1/18GK106017750SQ201610240558
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】霍史紅, C·布斯奎特, D·岡卡爾維斯
【申請(qǐng)人】森薩塔科技公司