專利名稱：具有差動(dòng)放大器的壓力換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及壓力傳感器。本發(fā)明還涉及需要信號(hào)放大的硅基
(silicon-based)壓力傳感器。更具體地，本發(fā)明涉及包括在相同小片(die)上
協(xié)同定位的(colocated)放大電路的硅基壓力傳自。
背景技術(shù)：
壓力傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中美國專利號(hào)6452427,美國專利號(hào)6445053,美國專利號(hào)6229190，美國專利號(hào)6167763，美國專利號(hào)6112598，美國專利號(hào)5808210，美國專利號(hào)5747705,美國專利號(hào)5585311,美國專利號(hào)5535135，美國專利號(hào)5528452,美國專利號(hào)5459351,美國專利號(hào)5453628，美國專利號(hào)5155061，美國專利號(hào)4098133，美國專利號(hào)4008619。
典型的壓力傳感器的頂邊包括植入的壓電電阻器，用來將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；到金屬互連的接點(diǎn)(contact)和用于引線接合的接合墊(bondingpad)。
無法以成本有效的方式制造具有全尺度(foil scale)輸出的硅壓電電阻器低壓換能器(transducer),所述全尺度輸出大到足以與控制電子設(shè)備對(duì)接(interface)。隔膜(diaphragm)的尺寸以及由此生產(chǎn)足夠跨度(span)所需的小片的尺寸使小片成本太高。本發(fā)明通過放大換能器的信號(hào)而解決了這個(gè)問題，并允許隔腺小片的尺寸保持足夠小以使赫有效 {共足夠的跨度給控制電子設(shè)備。
對(duì)于低級(jí)壓力傳感器，隔膜的靈敏度與隔膜的尺寸和厚度成比例。更大的信號(hào)需要更大的隔膜，這不是成本有效的。因此，對(duì)于低壓傳感器，需要一種方法，會(huì),#[專 ^為傳麟進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)和》鵬補(bǔ)償?shù)腁SIC對(duì)接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)時(shí)征M過將壓力傳感器的輸出路由(route)至設(shè)置于與在其上加工傳繊的小片相同的小片上的差動(dòng)放大器，掛共一種適于與控制器(例如ASIC)的增 ，作的基于半導(dǎo)體的壓力傳感器。
本發(fā)明的另一^fT征是放大器的輸出然后被路由妾lJ與小片相關(guān)聯(lián)的輸出墊(outputpad)，測(cè)量和控帝他子設(shè)備，包括ASIC，會(huì),從輸出墊連接以獲得壓力
本發(fā)明的另一啊寺征是能夠i頓與制造硅基壓力換能器所需的相同加工步驟來將組合的壓力傳繊和放大器制造在相同小片上。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是與傳自協(xié)同定位的放大器產(chǎn)生可容易由控制電子設(shè)備(例如ASIC)對(duì)接和i頓的信號(hào)，以針對(duì)鵬和壓力對(duì)換能器的輸出進(jìn)行校準(zhǔn)。


圖1圖示出具有隔膜的壓力傳 和在與壓力傳感器的相同的半導(dǎo)體層上協(xié)同定位的放大器的頂視圖。
圖2圖示出了圖1的壓力傳麟放大器組合的頂視圖，其中傳繊電路連接到控制電子設(shè)備。
圖3圖示出依據(jù)本發(fā)明的特征的壓力傳 放大器組合的詳細(xì)示意圖。
圖4圖示出利用圖1的本發(fā)明的步驟流程圖。
圖5圖示出制造圖1的發(fā)明的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，示出基于半導(dǎo)體的壓力傳感設(shè)備100。在設(shè)備100上，硅襯底105具有壓力傳感器120，所述壓力傳感器120包，,本領(lǐng)J^術(shù)人員公知的方法形成的隔膜125。隔膜125包括表面，待湖啲介質(zhì)壓力l繊加于其上。放大器130被制造在硅襯底上，與傳麟120相鄰。放大器的輸入被電連接至傳繊的信號(hào)輸出，如箭頭140所指示的。放大器的輸出倉^電路由到墊150或多個(gè)墊150、 151，在那里外部的控制電子設(shè)備(未示出)會(huì)^夠被連接到設(shè)備100。
參見圖2，來自設(shè)備100的放大器130的輸出肯,連接至外部控制系統(tǒng)210的輸入，如箭頭220所指示的。因?yàn)樵趬毫π盘?hào)IMil至啦帝他子設(shè)備210 (例如ASIC)之前，來自傳感器120的信號(hào)由協(xié)同定位的放大器130放大，所以就傳繊所檢測(cè)的剝牛而言能夠獲得更好的響應(yīng)。
參見圖3，示出了依據(jù)本發(fā)明的表示組合的傳自放大器設(shè)備的電路圖300的更詳細(xì)示意圖。^^f圖示的電路中，所有的電阻器會(huì)嫩由相同材料制成。電流源被設(shè)計(jì)成使得I"R與^^驢成比例。Q4和Q5育,負(fù)載 It/2。利用R8T和R6T來調(diào)整(trim)集電極電流以消除固有放大器偏置。差動(dòng)電流^^負(fù)荷
5電阻器R9和R10。放大器的增益是恒定的。輸出上的共模信號(hào)近似為Vbr/2。Rl-R4是電橋電阻器(bridge resistor)。 R1T-R4T是用于調(diào)整電,置(o他et)的高值電阻器。電橋能夠 恒定電壓或恒定電^ 驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明雌iMK頓那些半導(dǎo)體加工領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的光亥怵、沉積和/或蝕刻技術(shù)來完成。半導(dǎo)體制itX藝是本領(lǐng)域公知的。參見圖4，依據(jù)用于帝隨和^^依據(jù)本發(fā)明提供特征和優(yōu)點(diǎn)的壓力傳 的新穎方法的步驟被示出。如塊410中所示，首先制造硅襯底，其帶有具有將物理壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，用于傳感器的輸入和輸出電連接，相鄰于壓力傳 定位的放大器(所述放大器包括連接到壓力傳感器的輸出電連接的輸入電連接)，和來自放大器的輸出電連接。如塊420中所示，壓力傳感器的輸出電連接被連接M^大器的輸入電連接。然后，如塊430中所示，放大器的輸出連接被連接至與晶片(wafer湘關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)墊。墊(一個(gè)或多個(gè))可以接受(accept)到控制器的電連接，所述控制雜于協(xié)同定位的傳繊和放大器封裝的外部。在操作過程中，電源(power)連接至與壓力傳繊相關(guān)聯(lián)的輸入電連接，并且控制辦皮連接至墊以獲得來自放大器的輸出連接的信號(hào)。
A^f周知，壓力傳繊的隔E^、須被暴露于正被測(cè)量、記錄和分析的介質(zhì)。用來獲得來自傳感器的測(cè)量以用于進(jìn)一步的分析和/或記錄的電子系統(tǒng)是公知的。參見圖5，示出了使用依據(jù)本發(fā)明的特征所描述的壓力傳感器的方法。如塊510中所示，基于半導(dǎo)體的壓力傳感器設(shè)備被提供，其包括適于響應(yīng)于壓力而產(chǎn)生電信號(hào)的壓力隔膜，和電連接至壓力隔膜并與壓力隔膜一起被制造在相同半導(dǎo)體晶片上的信號(hào)放大器。如塊520中所示，壓力隔膨皮暴露于流體介質(zhì)，其中隔膜所經(jīng)受的壓力被用作參考?jí)毫σ援a(chǎn)生表示介質(zhì)壓力的測(cè)量的電信號(hào)。然后隔膜所產(chǎn)生的電信號(hào)被放大器放大，如塊530中所示。然后經(jīng)放大的信號(hào)能夠被^f雜合控制器，例如AS1C。
權(quán)利要求
1、一種基于半導(dǎo)體的壓力傳感器，適于與控制電子設(shè)備的增強(qiáng)操作，包括壓力換能器，具有輸出，形成在硅小片上；和放大器，具有輸入和輸出，并且被制造在硅小片上，與壓力換能器相鄰；其中壓力換能器的輸出通過電連接被提供給放大器的輸入。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體的壓力傳感器，其中放大器進(jìn)一步包括 差動(dòng)放大器。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體的壓力傳感器，其中來自放大器的輸出 可連接至控制器。
4、 如權(quán)利要求3所述的基于半導(dǎo)體的壓力傳感器，其中放大器進(jìn)一步包括 差動(dòng)放大器。
5、 如權(quán)利要求2戶腿的基于半導(dǎo)體的壓力傳繊，其中來自放大器的輸出 可連接至控制器。
6、 如權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體的壓力傳感器，其中來自放大器的輸出 被路由到與小片相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)輸出墊，夕卜部測(cè)量和控制電子設(shè)備能夠/A^f 述輸出墊連接。
7、 一種^^基于半導(dǎo)體的壓力傳,設(shè)備來測(cè)量壓力的方^&括 基于半導(dǎo)體的壓力傳感器設(shè)備包括適于響應(yīng)于壓力而產(chǎn)生電信號(hào)的壓力隔膜，和信號(hào)放大器，所述信號(hào)放大器被電連接至壓力隔膜并與壓力隔膜一起被 制造在相同半導(dǎo)體晶片上；以及使壓力隔膜暴露于流體介質(zhì)，其中隔膜戶形5受的壓力被用作參考?jí)毫σ援a(chǎn) 生表示介質(zhì)壓力測(cè)量的電信號(hào)；以及利用放大器對(duì)隔M^f產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大。
8、 如權(quán)利要求7朋述的方法，其中放大器包括差動(dòng)放大器。
9、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中來自放大器的輸出可連接，制器。
10、 一種制造壓力傳ii^和放大器設(shè)備的方法，包括制造硅襯底，其帶有具有將物理壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的結(jié)構(gòu)的壓力傳感器， 用于傳感器的輸入和輸出電連接，與壓力傳自相鄰定位的放大器，所述放大 器包繊接到壓力傳感器的輸出電連接的輸入電連接，和來自放大器的輸出電連接；將壓力傳感器的輸出電連接連接至放大器的輸入電連接；以及 將放大器的輸出連接連接至墊，戶腿墊能夠接受到獨(dú)立控制器的電連接。
全文摘要
一種適于與控制電子設(shè)備的增強(qiáng)操作的基于半導(dǎo)體的壓力傳感器包括壓力換能器和放大器，所述壓力換能器具有輸出，形成在硅小片上，所述放大器具有輸入和輸出并且被制造在硅小片上，與壓力換能器相鄰。壓力換能器的輸出通過電連接被提供給放大器的輸入。來自放大器的輸出可連接至諸如ASIC之類的控制器。
文檔編號(hào)G01L9/00GK101467014SQ200780022133
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者C·E·斯圖爾特, P·G·漢庫克 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司