[发明专利]高压传感器装置的鲁棒设计

说明书

背景技术

高压传感器通常由用于压力感测的压力感测元件、用于放大和补偿的特定于应用的集成电路(ASIC)、耐高压和流体腐蚀并且用于安装压力感测元件的端口、以及用于电压输入和输出的连接器组成。对于所关注的新装置，这里仅仅描述了压力感测元件、端口以及它们的封装用于进行说明。图1示出了现有技术的高压传感器装置100的横截面图。该高压传感器装置100包括端口102，其中形成有平底孔104。端口102优选由金属制成。

端口102被设计为旋入到孔中。因而，在端口102的底部108的外表面106上形成有螺纹105，并且该螺纹使得传感器100能够被旋进到匹配的螺纹孔中。

孔104具有开口端110，流体通过该开口端110能够流入到孔104中。孔104中的流体处于压力下。因而，承压流体向孔104的相对平坦的底端面112施加压力。

端口102的底端面112与顶面116之间的膜片114是相对薄的，并且根据压力范围和孔104的大小典型地大约具有0.5到1.5mm的厚度。当膜片114响应于施加到底端面112的压力向上以及向下偏移时，膜片的顶面116响应于孔104中的压力变化而偏移。

端口102的顶面116的偏移使得连接到端口102的顶面116的压阻式压力感测元件118在膜片114边缘附近产生形变。压力感测元件118由薄的单晶硅(Si)制成，其被嵌入到玻璃熔块124中。如图1所示，玻璃熔块124在膜片边缘附近连接到端口102的顶面116并且位于其顶部。玻璃熔块124具有大约50微米、即50×10^-6米的厚度。在压力感测元件118的顶面126上，形成有4个压敏电阻并且它们之间相互连接从而形成如图2所示的用于压力感测的惠斯通电桥。

韦氏词典(Merriam-Webster's Collegiate Dictionary)第11版定义了惠斯通电桥是由通过检流计连接的两个平行电路分支组成的电桥并且用于确定其中一个分支中的未知电阻的值。如在这里使用的，术语惠斯通电桥指的是图2中所示的电路拓扑结构，即两组串联电阻的并联。

图2是规格为800um×800um×15um的压阻式压力感测元件118的顶视图。利用常用技术对压力感测元件118进行处理，以在压力感测元件118的顶面126中形成4个电阻202-1至202-4。电阻202-1至202-4由p型材料形成，p型材料的实施例是半导体领域中的普通技术人员众所周知的。由连接到接合焊盘206的底部的p+型材料形成的电气互连线204也形成在压力感测元件118的顶面126上。每个互连线204在两个电阻之间提供电气连接，以便使电阻相互连接以形成电阻惠斯通电桥电路。

4个互连线204示出在顶面126上。每个互连线204从位于四个电阻202中彼此相邻的两个电阻之间的点或节点205向外延伸，并且连接到金属接合焊盘206的底部。每个接合焊盘206被认为是位于压力感测元件118的顶面126的相应角落208中或临近该角落。因此，每个互连线204终止在并且连接到接合焊盘206。

图2还示出了顶面126上的定位基准210。基准210是视觉上可感知的符号或图标，其功能是能够简单地使压力感测元件118定位。

每个接合焊盘206都具有表示其用途的不同标签或名称。位于右下角的接合焊盘206和位于左上角的接合焊盘206接收惠斯通电桥电路的输入或电源电压。这两个接合焊盘分别命名为V_p和V_n。其它两个接合焊盘是输出信号节点，分别命名为S_p和S_n。