[发明专利]压差传感器和制造

说明书

一种压差传感器包括第一传感器壳体构件和第二传感器壳体构件，该第一传感器壳体构件具有用于接收第一压力下的第一流体的第一流体入口端口，该第二传感器壳体构件具有用于接收第二压力下的第二流体的第二流体入口端口。一种压力传感子组件包括具有用于传感压力的敏感隔膜的半导体压力传感管芯。压力传感子组件配置为用于插入到压差传感器中，使得一旦被插入则第一流体入口端口与敏感隔膜的第一表面流体连通且第二流体入口端口与敏感隔膜的第二表面流体连通。

技术领域

本申请涉及传感器。更具体地，本申请涉及半导体压力传感器。

背景技术

压差传感器测量两种隔绝流体或气体之间的压力差。在用于包括导电或腐蚀气体或流体的环境中时，传感器必须与这些严苛的介质隔绝，以便保护传感器本身，以及与之附接电子或电气部件。由于施加到传感器相反侧的两种压力源的存在，压差传感器比仪表或绝对压力传感器更难以与严苛介质隔绝。因此，传感器两侧必须以某种方式隔绝，否则传感器会损坏。

压差传感器(或换能器)将压力差转换为可被测量以确定压力差值的电信号。传感器的压力传感装置通常使用微机械或微机电系统(MEMS)类型的方法制造。该技术用于与蚀刻和连结技术一起制造商用半导体，以制造非常小、不昂贵的装置，其能将压力差转换为电信号。用在这些装置中的材料不能抵抗腐蚀，且公知的耐腐蚀金属(例如不锈钢、钛、铜和黄铜)通常用在腐蚀性流体和气体管道系统中。为此，隔绝方法需要用作腐蚀屏障，但是允许压力导通到压力传感装置，而不会使得所产生的信号显著变差。

压力传感管芯用半导体材料形成，例如硅。通过例如切割(dicing)这样的方法用硅晶片形成管芯，以制造硅结构，其会被变薄以形成空腔并限定相关隔膜。压阻元件形成或被置于隔膜的表面且配置为呈现与形成隔膜的被变薄半导体材料上的应变成比例的电阻。

差压传感器可以用于测量与严苛介质相关的压力，例如石油流体、酸等。压力传感管芯的半导体表面支撑压阻元件和其相关的电连接部，该半导体表面会被损坏其会因暴露至严苛介质而短路。为了允许在严苛环境中使用半导体压力传感管芯，压力传感管芯可以被插入封装结构中，其保护压力传感管芯不受被测量压力的介质影响。

合适的封装结构可以包括一个或多个输入端口，用于接收要被测量压力的介质。被测量的介质进入封装结构的通过可挠膜或隔膜而与压力传感管芯隔绝的第一空间。可挠膜或隔膜用可承受与被测量压力的介质有关的任何严苛影响的材料形成。例如，接触被测量介质的可挠膜或隔膜可以包括不锈钢。可挠膜或隔膜配置为在测试中的介质向可挠膜或隔膜的表面施加力时挠曲。

封装结构可以进一步限定与可挠膜或隔膜接触的第二空间，其与含有测试中介质的第一空间相反。第二空间进一步与限定在压力传感管芯中的压力传感隔膜的压力敏感表面流体接触。第二空间填充有流体，其可以安全地接触隔膜和压力传感管芯的相关电连接部。例如，第二空间可以填充有硅油，其不会对于基于半导体的压力传感管芯造成损害。在测试中的介质处于压力下时，其填充封装结构的第一空间并在可挠膜上施加力，其在所施加的力下挠曲。可挠膜或隔膜的挠曲又对包含在第二空间中的流体施加力。该力代表测试中介质的压力，且通过第二空间中的流体传输到压力传感管芯的半导体隔膜。所施加的力使得半导体隔膜和形成在半导体隔膜表面上的压阻元件挠曲。压阻元件上的应变使得其电阻与由于介质压力所施加的力成比例地改变。连接到压阻元件的电路部分地基于压阻元件的电阻值形成电信号。因而，电信号代表测试中介质的压力。

压力传感管芯的封装增加制造可用在严苛环境中的压力传感器的复杂性。进而，封装结构需要被制造为适应特定用途。因此，期望一种压力传感管芯以及其相关的电路，其可容易地制造且适于安装到各种封装实施方式中。

发明内容