[发明专利]模块化感测装置

说明书

技术领域

实施例大体上涉及感测装置及其方法。实施例还涉及压力换能器 (pressure transducer)。另外，实施例还涉及压力和温度传感器。

发明背景

压力传感器和温度传感器用于各种商业、消费和工业应用中。压 力换能器和温度换能器是众所周知的感测装置。例如，一种压力换能 器类型是由硅基底和在该基底上生长的外延层形成的装置。然后可除 去基底的一部分，留下薄的柔性膜片部分。传感构件可定位在隔膜部 分中，以形成压力换能器。在运转中，膜片的至少一个表面可暴露于 操作压力(process pressure)下。

在压力和/或温度压力-传感结构中，膜片根据压力的大小而偏转， 并且这种偏转使所附的传感构件弯曲。膜片的弯曲产生了传感构件的 电阻值上的变化，这种变化可反映为至少部分地由传感构件所形成的 电阻电桥的输出电压信号上的变化。

某些用于形成复合膜片(该复合膜片用于压力换能器或相似装置) 的技术涉及构造具有第一电导率类型的基底层，其中该基底层包括第 一表面。然后可将阳性注入物沉积在基底层的第一表面上，并在基底 层的第一表面上生成外延层，使得阳性注入物在外延层中形成正向扩 散。然后可在外延层上形成氧化物图案，并在外延层和氧化物图案上 沉积顶层。之后可将基底层和外延层的正向扩散蚀刻以形成复合膜 片。这种复合膜片从而可用于压力传感器或相似装置。这种膜片包括 第一氮化硅层和附在氮化硅层上并包括硅材料的压力传感器图案的 第二层。

这种类型的压力换能器包括由合适的材料，例如硅或陶瓷制成的 薄的相对柔韧的膜片部分，膜片上印刷有选定的电阻元件或电容板， 由此暴露于压力源下造成膜片的偏转，此偏转将造成电阻元件的电阻 值上的变化或电容板与配合电容板的间距上的变化，以及伴随的电容 变化，因此该类型的压力换能器在本领域中是众所周知的。

当用作低压力传感器时，例如将换能器经济地封装在外壳中，从 而获得有效的密封，而同时防止与换能器的安装和密封相关的应力影 响输出，这将变得有问题。这至少部分地是由于用来形成换能器的材 料，例如硅、陶瓷等和塑料等材料的外壳之间存在的热膨胀的显著差 异而造成的。

传统的密封布置涉及将密封材料环放置在外壳中的入口压力端 口周围，并安装换能器，使得压力敏感膜片与压力端口精确地对准。 这种传统设计不仅涉及应力隔离问题，其还限制了在限定封装内的换 能器位置的设计选择的灵活性。

用于同时测量温度和压力的典型传感器受到了将所利用的压力 传感技术附在压力连接或端口上的方式的限制。内部密封件或垫圈典 型地用于密封连接，但这种构件将传感器的破裂压力限制在操作范围 的大约三至五倍。

这些类型的传感器所造成的另一困难是需要不同的密封材料以 适应宽的传感介质的范围。换句话说，传感器的机械结构必须匹配存 在于测量中的介质。另外，典型的解决方案对压力和/或温度范围所提 供的选择很少，通常局限于一个或两个选择。例如，这种传感器通常 只提供一种用于压力和温度的输出类型以及一种电气终端。这种装置 提供的用于压力和/或温度连接的端口很少。如果需要不同于这些标准 选择的东西，那么必须构造特别的传感器，增加了构造这种传感器的 时间和费用。

基于前面所述，据信克服前述问题所需要的是开发一种改进的压 力和温度感测装置，其容许许多不同的选择，而不需要特别的传感器 构造，同时适应宽范围的传感介质。

概要

提供以下概要以促进对所公开的实施例的某些独特的创新特征 的理解，而不意在成为完整的描述。通过将整个说明书、权利要求、 图纸和摘要视为一个整体可获得对实施例的各个方面的完整的理解。

因此，本发明的一个方面是提供一种改进的感测装置。

本发明的另一方面是提供一种温度和压力感测装置。

本发明的又一方面是提供一种模块化感测装置。