[发明专利]高压传感器及其制作方法

说明书

本发明总的来说涉及一种固态压力传感器，具体地说涉及一种检测高压的器件。

今天，以硅的压阻特性为基础的固态压力传感器已被公众所熟知并且用于许多领域。高压检测器件，即能够检测高达约14000千帕(Kpa)[大约2000磅/平方英寸(psi)]的压力的器件通常包括一个硅片，该硅片带有一个用于形成一层膜片的侵蚀穴。硅片被装在一个包括一层金属隔片的外壳中，金属隔片将硅片与高压环境隔离开。金属隔片与硅片相距一段距离，从而形成一个腔室。腔室内充满了硅油，硅油与金属隔片一起充当一种传输介质。

当这种高压检测器件处在高压环境中时，金属隔片产生朝向硅片的位移，引起硅油中的位移，最终引起膜片的位移。当膜片产生位移时，便产生一个电输出信号，该信号的幅度是压阻材料中的应力大小的函数。

现有的高压检测器件有几个缺点。首先，它们采用一种带有侵蚀穴的硅片，由于侵蚀膜片的脆性，这种硅片容易产生与应力有关的故障。其次，在硅片中形成空穴需要经过几道昂贵的处理工序。此外，由于硅油的热膨胀特性，现有的高压检测器件只能在一个有限的温度范围内工作。当温度上升时，硅油膨胀，产生一个作用于金属隔片的压力，这一压力也作用于作用在金属隔片上的外部压力，这样就使硅片检测到一个不精确的外部压力。另外，硅油与许多种硅片固定材料都不相容，从而带来可靠性方面的问题。并且，为了在大规模生产的基础上以最小的器件间差异制造出可靠的器件，现有的高压检测器件的制造者必须控制金属隔片、硅油以及硅片的公差。这极大地提高了制造成本。

因此，需要提供一种既不采用带侵蚀穴的半导体晶片、又不需要金属隔片/硅油传输介质、成本又低且能精确测试高达14000Kpa范围的压力的高压检测器件。

图1是本发明的高压传感器的一个实施例的横截面图；

图2是本发明的高压传感器的另一实施例的横截面图；

图3是本发明的高压传感器的又一实施例的横截面图。

参考图1至3能够更好地理解本发明的高压传感器。图1是用于检测高达约14000Kpa(约2000psi)压力的高压传感器或器件11的横截面图。传感器11包括一个外壳或含有腔室的部件12。外壳12最好是由一种注模塑料构成并利用公知的处理技术成形。最好选用如玻璃填充塑料，液晶聚合物(LCP)或玻璃填充聚苯撑硫(PPS)一类的高强度工程塑料。

外壳12包括一个上腔或上部13及一个下腔或下部16。传输压力的部件或膜片18位于外壳12内，并且将上腔13与下腔16分隔开。下腔部分16最好具有圆形或柱形的几何形状。下腔16的外表面17呈螺纹形，例如3/4″(美国)国家标准管螺纹(NPT)。可根据具体的应用要求改变外表面17。

如图1所示，膜片18最好由塑料构成并且在注模过程中与外壳12形成一个整体。膜片18具有厚度21，在模片18的位于其下表面的外露部分上的整个外露宽度或自由段23上，厚度21最好是大致均匀的。

传感器11还包括位于上腔13中并固定在膜片18的上表面上的半导体芯片或检测芯片26。半导体芯片26最好是借助粘接层27固定在所述上表面上，粘接层27最好是由如热塑性塑料、环氧树脂胶或聚酰亚胺一类的小片粘接剂构成。粘接层27的厚度最好是约0.1mm(约4mils)。半导体芯片26最好是固定在所述上表面的正中间。

半导体芯片26最好由一种非补偿的(只提供检测输出)、补偿的(提供检测输出以及温度和/或变形补偿)或集成的(提供信号处理)硅换能器构成。采用本领域公知的常规处理技术制成半导体芯片26。半导体芯片26最好不包括带有侵蚀穴的膜片，其片厚在大约0.3至0.5mm(大约12至18mils)的范围内。在半导体芯片26上形成一个焊接片38。下面将要更为详细地描述，膜片18的厚度21及外露宽度23都是经过选择的，使半导体芯片26可以在一个特定的高压范围内产生一个可测的电信号，并且不会过载、破裂或导致半导体芯片26、外壳12和/或膜片18破损。