[发明专利]基于微电子封装工艺的湿/湿差动压力感测器设计

说明书

技术领域

实施例总体上涉及感测器方法和系统。实施例也涉及用于湿/湿应用的差动压力感测器。实施例也涉及基于微电子和/或MEMS(微机电系统)封装工艺的差动压力感测器设计。

背景技术

压力感测器或者压力变送器可以用于大范围的感测应用中。在很多情况下，期望测定特定类型介质(例如，通常为气体或者液体)的压力，如水，燃料，油，酸，碱，溶剂和腐蚀性气体。感测介质也可以包括(但是无需限定为)空气，氮气，工业过程气体，水，自推进流体(automotive fluid)，气动流体，冷冻剂，工业化学品等。对于这些应用，压力感测器可用于精确感测介质的压力。

特别地，压力感测器的一种类型或者配置被称为差动压力感测器。这种类型的感测器测量作为输入提供的两个或者更多个压力之间的差别。差动压力感测器的一个实例应用可包括测量穿过炉过滤器(furnace filter)或者油过滤器的压力降从而确定堵塞水平。另一个差动压力感测器应用可以与文丘里效应一起来实现流量测量。在这种情况下，采用不同缝隙设计的文丘里管的两个部分之间会产生压力差动。压力差别直接与穿过文丘里管的流动速率成比例并且可由差动压力感测器精确地测量。

在很多工业和商业应用中最通常使用的其中一种差动压力感测器类型是固态MEMS压力感测器，该感测器使用硅压阻技术。典型的MEMS压力管芯采用一个响应于施加的压力而被加压的薄硅膜片。压敏电阻器被战略地设置在或者布置在膜片上。当压力施加到感测器时，膜片被加压并且压敏电阻器将该机械应力转换成电信号。通常地，压敏电阻器形成惠斯通电桥并且差动信号与所施加的压力成比例。

在湿性应用(wet application)中，压力感测器与液体或者与具有高含水量的气体相接触。差动压力感测器也能够用于感测管芯(sense die)的两侧都暴露在被感测介质(例如水或者油)的湿/湿应用中。这样的差动压力感测器可能要求膜片的顶边和底边上均有流体介质。因此差动压力感测器的膜片可以与通常为腐蚀性或者有害的介质接触。这种腐蚀性或者有害介质能够破坏压力感测器的部件，尤其是作为到差动压力感测器的被暴露的电连接的接合焊盘。

在许多应用中，即使介质自身不是导电的，它也可能产生对于暴露的接合焊盘来说恶劣的环境，导致长期可靠性失效。因此，期望的是将感测元件、电路和电连接与和介质的直接接触隔离，从而进行可靠操作。然而对于湿-湿压力感测器来说极少有节省成本的解决方法。大多数解决方法都是基于利用油填充的介质隔离硅压阻技术的不锈钢隔离膜片设计结构。在差动压力感测器的一些隔离设置中，对环境敏感的硅压力管芯可以采用三明治方式放置在弹性密封之间，其中一个弹性密封包括用于电连接的导电堆叠。压力感测器可以使用预模制的弹性密封将压力管芯和相对恶劣、潮湿的压力感测环境分隔开。这样的压力感测器可以获得真正的差动操作和精确的介质压力，但是所增加的生产和材料成本却令人望而却步。另外，一个与这样的压力感测器相关联的问题是与随着温度而伸缩和移动的弹性密封相关的热滞后，从而引起设备的参数特性的偏移。

因此存在一种对湿/湿应用具有高可靠性的改进差动压力感测器的需求，该差动压力感测器能够提供介质隔离的电连接，所述介质隔离的电连接最终会比目前实施的压力感测器更高效以及鲁棒(robust)。这种差动压力感测器在这里被更详细地描述。

发明内容

提供如下说明从而有助于理解一些相对已公开的实施例来说特别的创新性特征并且所述说明并不意图作为全面描述。实施例的不同方面的全面理解可以通过将整个详细说明书，权利要求，附图和摘要作为一个整体来获得。

因此，本发明的一方面是提供改进的感测器方法和系统。

本发明的另一个方面是提供改进的顶面帽差动压力感测器，该感测器具有孔，其能够克服前面提到的缺陷。

本发明的另一个方面是提供一种用于组装具有介质隔离的电连接的差动压力感测器的改进方法，该感测器用于基于微电子封装过程的湿-湿应用。