[發明專利]壓差傳感器和制造

在審

• 申請號: 201780069860.2
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN109952498A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: D.E.瓦格納
• 申請（專利權）人: 測量專業股份有限公司
• 主分類號: G01L13/02
• 分類號: G01L13/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 賀紫秋

一種壓差傳感器包括第一傳感器殼體構件和第二傳感器殼體構件，該第一傳感器殼體構件具有用于接收第一壓力下的第一流體的第一流體入口端口，該第二傳感器殼體構件具有用于接收第二壓力下的第二流體的第二流體入口端口。一種壓力傳感子組件包括具有用于傳感壓力的敏感隔膜的半導體壓力傳感管芯。壓力傳感子組件配置為用于插入到壓差傳感器中，使得一旦被插入則第一流體入口端口與敏感隔膜的第一表面流體連通且第二流體入口端口與敏感隔膜的第二表面流體連通。

技術領域

本申請涉及傳感器。更具體地，本申請涉及半導體壓力傳感器。

背景技術

壓差傳感器測量兩種隔絕流體或氣體之間的壓力差。在用于包括導電或腐蝕氣體或流體的環境中時，傳感器必須與這些嚴苛的介質隔絕，以便保護傳感器本身，以及與之附接電子或電氣部件。由于施加到傳感器相反側的兩種壓力源的存在，壓差傳感器比儀表或絕對壓力傳感器更難以與嚴苛介質隔絕。因此，傳感器兩側必須以某種方式隔絕，否則傳感器會損壞。

壓差傳感器(或換能器)將壓力差轉換為可被測量以確定壓力差值的電信號。傳感器的壓力傳感裝置通常使用微機械或微機電系統(MEMS)類型的方法制造。該技術用于與蝕刻和連結技術一起制造商用半導體，以制造非常小、不昂貴的裝置，其能將壓力差轉換為電信號。用在這些裝置中的材料不能抵抗腐蝕，且公知的耐腐蝕金屬(例如不銹鋼、鈦、銅和黃銅)通常用在腐蝕性流體和氣體管道系統中。為此，隔絕方法需要用作腐蝕屏障，但是允許壓力導通到壓力傳感裝置，而不會使得所產生的信號顯著變差。

壓力傳感管芯用半導體材料形成，例如硅。通過例如切割(dicing)這樣的方法用硅晶片形成管芯，以制造硅結構，其會被變薄以形成空腔并限定相關隔膜。壓阻元件形成或被置于隔膜的表面且配置為呈現與形成隔膜的被變薄半導體材料上的應變成比例的電阻。

差壓傳感器可以用于測量與嚴苛介質相關的壓力，例如石油流體、酸等。壓力傳感管芯的半導體表面支撐壓阻元件和其相關的電連接部，該半導體表面會被損壞其會因暴露至嚴苛介質而短路。為了允許在嚴苛環境中使用半導體壓力傳感管芯，壓力傳感管芯可以被插入封裝結構中，其保護壓力傳感管芯不受被測量壓力的介質影響。

合適的封裝結構可以包括一個或多個輸入端口，用于接收要被測量壓力的介質。被測量的介質進入封裝結構的通過可撓膜或隔膜而與壓力傳感管芯隔絕的第一空間。可撓膜或隔膜用可承受與被測量壓力的介質有關的任何嚴苛影響的材料形成。例如，接觸被測量介質的可撓膜或隔膜可以包括不銹鋼?？蓳夏せ蚋裟づ渲脼樵跍y試中的介質向可撓膜或隔膜的表面施加力時撓曲。

封裝結構可以進一步限定與可撓膜或隔膜接觸的第二空間，其與含有測試中介質的第一空間相反。第二空間進一步與限定在壓力傳感管芯中的壓力傳感隔膜的壓力敏感表面流體接觸。第二空間填充有流體，其可以安全地接觸隔膜和壓力傳感管芯的相關電連接部。例如，第二空間可以填充有硅油，其不會對于基于半導體的壓力傳感管芯造成損害。在測試中的介質處于壓力下時，其填充封裝結構的第一空間并在可撓膜上施加力，其在所施加的力下撓曲。可撓膜或隔膜的撓曲又對包含在第二空間中的流體施加力。該力代表測試中介質的壓力，且通過第二空間中的流體傳輸到壓力傳感管芯的半導體隔膜。所施加的力使得半導體隔膜和形成在半導體隔膜表面上的壓阻元件撓曲。壓阻元件上的應變使得其電阻與由于介質壓力所施加的力成比例地改變。連接到壓阻元件的電路部分地基于壓阻元件的電阻值形成電信號。因而，電信號代表測試中介質的壓力。

壓力傳感管芯的封裝增加制造可用在嚴苛環境中的壓力傳感器的復雜性。進而，封裝結構需要被制造為適應特定用途。因此，期望一種壓力傳感管芯以及其相關的電路，其可容易地制造且適于安裝到各種封裝實施方式中。

發明內容