專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及探測(cè)流體壓力的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
具有傳感器芯片的傳統(tǒng)的己知壓力傳感器關(guān)閉形成在封裝主體中的 作為壓力引入孔的通孔的一端(例如專利文件l)。
根據(jù)專利文件.l中所揭示的壓力傳感器，通過(guò)線結(jié)合把傳感器芯片 通過(guò)玻璃底座安裝在樹(shù)脂封裝主體上。為了保證所需的探測(cè)準(zhǔn)確度，所 述玻璃底座具有增強(qiáng)封裝主體的功能，以保證傳感器芯片的所需探測(cè)準(zhǔn) 確度。
然而，傳統(tǒng)壓力傳感器具有這樣的問(wèn)題，即因?yàn)樗úＡУ鬃?相應(yīng)地增加了尺寸和重量。
因?yàn)橥ㄟ^(guò)線結(jié)合安裝傳感器芯片，存在把安裝操作變復(fù)雜的問(wèn)題， 且形成用于實(shí)施所述線結(jié)合的空間成為必需的，使得增加所述壓力傳感 器的尺寸。
因此，本發(fā)明的目的是提供較小的壓力傳感器。
專利文件1:日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.H10-300604

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，在具有被設(shè)置用于關(guān)閉形成在主體部分中的通孔的壓 力探測(cè)元件的壓力傳感器中，主體部分構(gòu)成為模塑互連裝置，其中，陶 瓷模塑成預(yù)定形狀且導(dǎo)電圖案形成在主體部分的表面上。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)倒裝芯片結(jié)合可把所述壓力探測(cè)元件安裝在主體 部分上。
根據(jù)本發(fā)明，在具有被設(shè)置用于關(guān)閉形成在主體部分中的通孔的壓 力探測(cè)元件的壓力傳感器中，主體部分可構(gòu)成為模塑互連裝置，其中，絕緣樹(shù)脂材料模塑成預(yù)定形狀且導(dǎo)電圖案形成在主體部分的表面上，通 過(guò)倒裝芯片結(jié)合可把所述壓力探測(cè)元件安裝在主體部分上。
根據(jù)本發(fā)明，所述壓力探測(cè)元件和不同于壓力探測(cè)元件的另一個(gè)元 件可彼此大致平行且間隔一定距離地被安裝在主體部分上。
根據(jù)本發(fā)明，具有底面和臺(tái)階面的凹部可形成在主體部分中，所述 通孔可被形成使得它在所述底面開(kāi)口 ，所述壓力探測(cè)元件可被安裝在所 述底面上，且所述另一元件可被安裝在所述臺(tái)階面上。
根據(jù)本發(fā)明，凹部可被形成在主體部分中，所述通孔可被形成使得 它在凹部的底面上開(kāi)口，所述壓力探測(cè)元件可被安裝在所述底面上，所 述導(dǎo)電圖案可被形成以跨過(guò)凹部的開(kāi)口邊緣連接凹部的內(nèi)表面和主體部 分的側(cè)壁表面。
根據(jù)本發(fā)明，所述凹部可被真空密封。
根據(jù)本發(fā)明，從通孔的內(nèi)周表面朝通孔的中心突出的凸緣部分可形 成在主體部分上，所述壓力探測(cè)元件可被安裝在通孔的壓力引入開(kāi)口的 一側(cè)上的凸緣部分的表面上，所述另一個(gè)元件可被安裝在與壓力引入開(kāi) 口相對(duì)的凸緣部分的表面上。
根據(jù)本發(fā)明，由彈性材料制成且使用制造模塑互連裝置的技術(shù)形成 一種壓力傳感器，所述壓力傳感器形成有通過(guò)其引入被探測(cè)流體的壓力 引入孔，所述壓力探測(cè)器包括在壓力引入孔的底部形成有薄膜部分的主 體部分，所述壓力探測(cè)器把形成在主體部分的表面上且根據(jù)壓力改變產(chǎn) 生的薄膜部分的形變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，所述壓力探測(cè)器可包括形成在相對(duì)于壓力引入孔的薄 膜部分的表面上的第一電極圖案和第二電極圖案，所述第一和第二電極 圖案彼此相對(duì)且彼此間隔一定距離，以及所述壓力探測(cè)器可探測(cè)壓力變 化作不電極圖案之間的電容變化。
根據(jù)本發(fā)明，電路圖案可被形成在形成有上述兩種電極圖案的主體 部分的表面上，電路圖案被電連接至電極圖案。
根據(jù)本發(fā)明，所述主體部分包括具有壓力引入孔的壓力引入管和凸 出部，所述凸出部與插入壓力引入管的探測(cè)管的內(nèi)表面彈性接觸，且可 被形成在壓力引入管的外表面上，從而密封探測(cè)管的內(nèi)表面和壓力引入管的外表面之間的間隙。
根據(jù)本發(fā)明，壓力傳感器包括構(gòu)成為模塑互連裝置且包括在接收流 體壓力時(shí)彎曲的薄隔膜的主體部分、形成在不與流體接觸的所述隔膜的
表面上且把在所述隔膜上產(chǎn)生的彎曲轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的壓力探測(cè)器、以及 安裝在主體部分上的信號(hào)處理電路，所述信號(hào)處理電路通過(guò)形成在主體 部分上的導(dǎo)電圖案連接至所述壓力探測(cè)器，且處理通過(guò)導(dǎo)電圖案從壓力 探測(cè)器接收到的電信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，所述壓力探測(cè)器可包括形成在所述隔膜表面上的介電 膜和形成在介電膜上的電極。
根據(jù)本發(fā)明，所述介電膜可由壓電主體形成。
根據(jù)本發(fā)明，所述主體部分可包括配合部分，所述配合部分是圍繞 與流體接觸的隔膜表面的圓柱形，且被配合至存在流體的管子。
根據(jù)本發(fā)明，所述配合部分可以是圓柱形，螺紋可被形成在所述配 合部分的外周表面上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓力傳感器的透視圖。
圖2是從它后側(cè)(與壓力探測(cè)元件的探測(cè)側(cè)相對(duì)的一側(cè))觀看時(shí)根 據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓力傳感器的平面視圖。 圖3是沿圖2中的Ill-Ill線的截面圖。 圖4是沿圖2中的IV-IV線的截面圖。
圖5是從它后側(cè)觀看時(shí)且顯示由密封劑密封的壓力探測(cè)元件的密封
區(qū)域的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的壓力傳感器的平面視圖。
圖6是顯示安裝根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓力傳感器的狀態(tài)的側(cè)視
圖(部分截面視圖)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的壓力傳感器的垂直截面視圖。 圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的壓力傳感器的垂直截面視圖。 圖9顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的壓力傳感器，其中，圖9 (a)是
示意截面視圖，圖9 (b)是從底面觀看時(shí)部分B的相關(guān)部件的放大視圖。圖IO是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的制造方法的概要的流程圖。
圖11 (a)至11 (d)是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的在所述步驟中
表面加工的透視圖。
圖12 (a)至12 (b)是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的在所述步驟中 表面加工的透視圖。
圖13顯示本發(fā)明第五實(shí)施例，其中，圖13 (a)是前截面視圖，圖
13 (b)是平面視圖，圖13 (c)是沿圖13 (a)中的箭頭xni-xni的方
向的截面視圖，圖13 (d)是仰視圖，和圖13 (e)是從其中除去信號(hào)處 理電路的仰視圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的包括壓力探測(cè)器的相關(guān)部件的截面 視圖。
圖15顯示本發(fā)明的第六實(shí)施例，其中，圖15 (a)前截面視圖，圖 15 (b)是平面視圖，圖15 (c)是沿圖15 (a)中的XV-XV箭頭的方向 的截面視圖，圖15 (d)是仰視圖，和圖15 (e)是從其中除去信號(hào)處理 電路的仰視圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的包括壓力探測(cè)器的相關(guān)部件的截面 視圖。
圖17是在從其中除去信號(hào)處理電路的根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的具有 另一種配置的壓力探測(cè)器的仰視圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓力傳感器的透 視圖，圖2是從它后側(cè)(與壓力探測(cè)元件的探測(cè)側(cè)相對(duì)的一側(cè))觀看時(shí) 的壓力傳感器的平面視圖，圖3是沿圖2中的in-III線的截面圖，圖4是 沿圖2中的IV-IV線的截面圖，圖5是從它后側(cè)觀看時(shí)且顯示密封劑密 封壓力探測(cè)元件的密封區(qū)域的壓力傳感器的平面視圖，圖6是顯示安裝 壓力傳感器的狀態(tài)的側(cè)視圖。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓力傳感器1包括設(shè)置在具有大致長(zhǎng)方體外觀 的基部2的平坦表面(密封表面)2e上的大致圓柱形的凸出部3。在本 實(shí)施例中，基部2和凸出部3對(duì)應(yīng)于主體部分。由主體部分(基部2和凸出部3)構(gòu)成為模塑互連裝置(MID)。在
本實(shí)施例中，可通過(guò)用于MID的各種已知技術(shù)(例如，諸如UV曝光法 (減法、半加法和加法)、激光成像法以及IVOND法的一次照射 (shot)過(guò)程和諸如SKW方法的二次照射過(guò)程)獲得主體部分，使得陶 瓷材料形成預(yù)定形狀(例如通過(guò)噴射模塑法)，并且所述主體部分的表 面上形成有導(dǎo)電圖案6。
通過(guò)陶瓷噴射模塑(使用陶瓷粉末作為原材料的粉末噴射模塑； CIM)可形成這種主體部分。更具體地，把粘結(jié)劑(例如蠟的低分子成 分、例如熱塑樹(shù)脂的高分子成分以及其它成分以適合比例混合，以獲得 進(jìn)入模具填充流動(dòng)性且成型)混合到陶瓷粉末中，由具有模具的噴射模 塑機(jī)器形成所謂的壓坯(green compact)，之后進(jìn)行除去粘結(jié)劑的脫脂 操作，在等于或低于熔點(diǎn)的溫度下熱處理所述粉末，以及通過(guò)結(jié)合粉末 顆粒的燒結(jié)操作獲得具有預(yù)定形狀的產(chǎn)品。在這種情況中，需要粘結(jié)劑 可形成模塑材料且當(dāng)過(guò)加熱和脫脂時(shí)所述粘結(jié)劑可分解和揮發(fā)。粘結(jié)劑 的一個(gè)例子是具有60%的聚苯乙烯(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)％) 、 20%的固體石蠟和 20%的硬脂酸的粘結(jié)劑。優(yōu)選地，例如所使用的粘結(jié)劑的量相對(duì)于100% 的陶瓷粉末是在大約15%至25% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù)％)的范圍內(nèi)。當(dāng)把硅石 或氧化鋯混合到陶瓷粉末中時(shí)，可提高韌性。
可通過(guò)壓縮模塑(壓模)陶瓷形成主體部分。在這種情況中，例如 可使用具有100%的丙烯酸類聚合物(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)％)或100%的PVA (聚乙烯醇)的粘結(jié)劑。優(yōu)選地，所使用的粘結(jié)劑的量相對(duì)于100%的陶 瓷粉末是大約4%至6% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù)％)。
例如，通過(guò)噴射模塑把作為基本材料的絕緣樹(shù)脂材料(例如聚酰胺 和聚酞脲胺(polyphthalamide)的各種工程塑料)模塑成預(yù)定形狀，并且通 過(guò)用于MID的各種已知技術(shù)(例如，諸如UV曝光法(減法、半加法和 加法)、激光成像法以及IVOND法的一次照射過(guò)程和諸如SKW方法的 二次照射過(guò)程)在所述主體部分的表面上形成導(dǎo)電圖案6，可獲得主體部 分。
如圖3所示，通孔5形成在凸出部3的中心，使得所述孔沿凸出部3 的軸向方向穿透，且圍繞凸出部3的外圍形成用于安裝的陽(yáng)螺紋3a。如圖3和4所示，凹部2a形成在與凸出部3相對(duì)的一側(cè)上的基部2 上。在平面視圖中，凹部2a基本上是矩形。形成在凸出部3中的通孔5 基本上在凹部2a的底面的中心部開(kāi)口 。
如圖3至圖5所示，把壓力探測(cè)元件4安裝成把底面2b上的通孔5 的開(kāi)口端(在延伸方向上的通孔5的一端)關(guān)閉的狀態(tài)。通過(guò)在單晶硅 襯底的一個(gè)表面上形成壓力接收面獲得所述壓力探測(cè)元件4。所述壓力探 測(cè)元件4包括隔膜、應(yīng)變計(jì)、電極等等(未顯示)，且通過(guò)壓電電阻效 應(yīng)把壓力轉(zhuǎn)換成電阻。通孔5對(duì)應(yīng)于壓力引入孔。
在本實(shí)施例中，如圖4所示，通過(guò)倒裝芯片結(jié)合法把所述壓力探測(cè) 元件4安裝在形成于底面2b上的導(dǎo)電圖案6上。在附圖中，參考標(biāo)記8 表示導(dǎo)電粘結(jié)劑，參考標(biāo)記9表示底層填料(underfill,樹(shù)脂絕緣粘結(jié) 劑)，以及參考標(biāo)記10表示壓力探測(cè)元件4的每個(gè)電極的突起 (bump)。
在這種情形中，如圖5中的A所顯示的，底層填料9沿壓力探測(cè)元 件4的外邊緣大致設(shè)置成矩形環(huán)的形式。底層填料9和壓力探測(cè)元件4 避免被探測(cè)的流體(液體或氣體)從通孔5進(jìn)入(泄漏)到凹部2a中。 也就是，底層填料9也起到密封件的作用。當(dāng)高熱輻射材料(例如基于 硅的樹(shù)脂材料)用作為底層填料9時(shí)，可提高壓力傳感器的熱阻，可抑 制由壓力探測(cè)元件4的溫度引起的探測(cè)誤差。
通過(guò)使用例如物理氣相沉積的各種處理、通過(guò)使用例如激光的電磁 波照射除去多余的部分以及通過(guò)電解液鍍敷(electorolytic plating)薄膜 的加壓操作，可適當(dāng)?shù)匦纬蓪?dǎo)電圖案6。
如圖2至圖5所示，所述導(dǎo)電圖案6被形成以跨過(guò)凹部2a的開(kāi)口邊 緣2c連接凹部2a的內(nèi)表面和主體部分(基部2)的側(cè)壁2d。因此，通 過(guò)與暴露于側(cè)壁2d上的導(dǎo)電圖案6建立傳導(dǎo)可輕易地獲得壓力探測(cè)元件 4的探測(cè)結(jié)果。
用在凸出部3的相對(duì)側(cè)上的平坦的蓋7關(guān)閉凹部2a。在安裝壓力探 測(cè)元件4之后，且如上所述地通過(guò)底層填料9牢固密封時(shí)，在真空室中 執(zhí)行用所述蓋7關(guān)閉的操作，使得可真空密封凹部2a。在這種情形中， 通過(guò)壓力探測(cè)元件4可探測(cè)絕對(duì)壓力。當(dāng)不能執(zhí)行真空密封時(shí)，探測(cè)到相對(duì)于大氣壓力的壓力(計(jì)示壓力，gauge pressure)。
例如，可把具有上述配置的壓力傳感器1安裝在如圖6所示的狀態(tài) 中。也就是，在這個(gè)例子中，對(duì)應(yīng)于凸出部3的陽(yáng)螺紋3a的陰螺紋20a 被形成在存在被探測(cè)流體的區(qū)域中的分隔壁20(例如管壁)上。凸出部3 與陰螺紋孔20a螺紋結(jié)合，使得把環(huán)形密封件12 (墊圈、襯墊、0形環(huán) 等等)夾在分隔壁20的表面20b和形成凸出部3的一側(cè)上的基部2的平 坦表面2e之間。因此，通過(guò)密封件12保證流體的密封。
根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)橹黧w部分(基部2和凸出部3)由陶瓷制成，所 以通過(guò)主體部分自身保證剛性和強(qiáng)度和即使沒(méi)有提供玻璃底座保證壓力 探測(cè)元件4的所需的探測(cè)精度變得簡(jiǎn)單。
根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)橥ㄟ^(guò)倒裝芯片結(jié)合把壓力探測(cè)元件4安裝在主 體部分上，所以與通過(guò)線結(jié)合安裝壓力探測(cè)元件4的情形相比，可減少 制造勞動(dòng)，可縮短花費(fèi)的時(shí)間且可降低制造成本。
根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)跨過(guò)凹部2a的開(kāi)口邊緣2c設(shè)置的導(dǎo)電圖案6， 可輕易地從主體部分的側(cè)壁2d上獲取壓力探測(cè)元件4的每個(gè)電極的電 勢(shì)。
在本實(shí)施例中，當(dāng)真空密封在壓力探測(cè)元件4的探測(cè)側(cè)相對(duì)的一側(cè) (后表面?zhèn)?上的凹部2a時(shí)，可測(cè)量絕對(duì)壓力。
當(dāng)主體部分構(gòu)成由樹(shù)脂制成的模塑互連裝置時(shí)，獲得精細(xì)導(dǎo)電圖案6 變得很簡(jiǎn)單。
(第二實(shí)施例)圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的壓力傳感器的垂 直截面視圖(對(duì)應(yīng)于圖3的截面視圖)。根據(jù)本實(shí)施例的壓力傳感器1A 包括與根據(jù)第一實(shí)施例的壓力傳感器1相同的構(gòu)成元件。因此，由共同 的參考標(biāo)記表示相同的構(gòu)成元件，將省略對(duì)它們多余的說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，具有底面2b和沿臺(tái)階凹部2a的深度方向大致形成 在中心部分處的臺(tái)階面2f的臺(tái)階凹部2a，形成在基部2A上。壓力探測(cè) 元件4安裝在底面2b上，不同于壓力探測(cè)元件4的另一元件(即包括處 理(也就是過(guò)濾、糾正、計(jì)算、溫度補(bǔ)償)來(lái)自壓力探測(cè)元件4的信號(hào) 輸出的電路的元件)安裝在臺(tái)階面2f上。除了這些之外，壓力傳感器1A具有與根據(jù)第一實(shí)施例的壓力傳感器1相同的配置。盡管沒(méi)有在圖7中 顯示，與圖2至圖5中顯示的導(dǎo)電圖案6相類似的導(dǎo)電圖案也形成在凹
部2a的表面上。
根據(jù)這種配置，通過(guò)采用臺(tái)階凹部2a的底面2b和臺(tái)階面2f，壓力 探測(cè)元件4和其它元件4A以彼此間隔一定距離且大致彼此平行地安裝在 基部2A上。在這種配置時(shí)，多個(gè)元件4和4A可被有效地聚集在一個(gè)壓 力傳感器1A中。因此，可更加緊湊地構(gòu)成包括元件4和4A的電路。
可在多個(gè)臺(tái)階上安裝壓力探測(cè)元件4和其它元件4A，因此可更加緊 湊地構(gòu)成具有其它元件4A的壓力傳感器1A。
雖然在第一和第二實(shí)施例的凸出部上形成用于安裝的陽(yáng)螺紋，但也 可被替換成在通孔的內(nèi)周表面上形成用于安裝的陰螺紋。所述凸出部可 成錐形。
可用磁材料或?qū)щ姴牧?例如碳納米管和鎳的復(fù)合鍍層)涂敷主體 部分的外表面。由于具有這種配置，可抑制由來(lái)自外部的電磁波引起的 影響(探測(cè)誤差或噪音污染的出現(xiàn))。
(第三實(shí)施例)圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的壓力傳感器的垂 直截面視圖(對(duì)應(yīng)于圖3的截面視圖)。根據(jù)本實(shí)施例的壓力傳感器1B 具有與第一或第二實(shí)施例的壓力傳感器1或1A相同的組成元件。因此，
由共同的參考標(biāo)記表示相同的組成元件，且省略對(duì)它們多余的說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，形成了從基部2B的通孔5的內(nèi)周表面朝通孔5的中 心突出的環(huán)形凸緣部分13。通過(guò)倒裝芯片結(jié)合把壓力探測(cè)元件4安裝在 通孔5的壓力引入開(kāi)口 5b的一側(cè)上的凸緣部分13的表面5a上。不同于 壓力探測(cè)元件4的另一元件4B (即包括處理(即過(guò)濾、糾正、計(jì)算)來(lái) 自壓力探測(cè)元件4的信號(hào)輸出的電路的元件)安裝在與壓力引入開(kāi)口 5b 相對(duì)的一側(cè)上的凸緣部分13的表面(底面2b)上。
與壓力探測(cè)元件4傳導(dǎo)的導(dǎo)電圖案(未在圖8中顯示)形成在凸緣 部分13的內(nèi)端邊緣(內(nèi)周表面)14上，且該導(dǎo)電圖案連接至凹部2a中 的導(dǎo)電圖案(與圖2至圖5中顯示的導(dǎo)電圖案6相似)。
在本實(shí)施例中，幾乎與第二實(shí)施例相類似，具有底面2b和沿深度方向大致形成在中心部分處的臺(tái)階面2f的臺(tái)階凹部2a形成在基部2B上。 不同于壓力探測(cè)元件4和元件4B的另一元件4A安裝在臺(tái)階面2f上。
根據(jù)這種配置，所述壓力探測(cè)元件4和其它的元件4A和4B以彼此 間隔一定距離且大致彼此平行地安裝在基部2B上。由于具有這種配置， 可有效地把多個(gè)元件4、 4A和4B聚集在一個(gè)壓力傳感器1A中。因此， 可更緊湊地構(gòu)成包括這樣的多個(gè)元件4、 4A和4B的電路。
特別地，通過(guò)采用把凸緣部分13設(shè)置在通孔5上，可有效地把壓力 探測(cè)元件4和其它元件4B安裝在多個(gè)臺(tái)階中，可更加緊湊地構(gòu)成具有多 個(gè)元件4和4B的壓力傳感器1B。
(第四實(shí)施例)將參考圖9至12說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的 壓力傳感器。圖9 (a)是壓力傳感器100的相關(guān)部件的截面視圖。壓力 傳感器100包括由具有彈性和絕緣性(例如聚酰亞胺的樹(shù)脂材料)的材 料制成且通過(guò)使用制造模塑互連裝置(之后描述的)的技術(shù)形成的主體 部分IOI。
主體部分101整體地設(shè)置有在其底表面中心部形成有凹部102a的長(zhǎng) 方體主體102和從主體102的上表面突出的壓力引入管103。壓力引入管 103是中空的圓柱體，壓力引入孔104形成在壓力引入管103的中心。壓 力引入孔104被形成一直到靠近凹部102a的最高限度的部分。薄膜部分 (隔膜)105形成在壓力引入孔104的底部。
當(dāng)從下面觀看圖9 (a)的部分B時(shí)，圖9 (b)是相關(guān)部件的放大視 圖。梳子形的第一電極圖案107a和第二電極圖案107b形成在薄膜部分 105的表面上(與壓力引入孔104相對(duì)的表面)。電極圖案107a和107b 包括形成在薄膜部分105的表面上的金屬鍍層，且彼此以一定距離彼此. 相對(duì)。包括金屬鍍層的電路圖案108a和108b形成在形成有電極圖案 107a和107b的主體部分101的表面上。電路圖案108a和108b分別電連 接至電極圖案107a和107b。通過(guò)在凹部102a兩側(cè)上的臺(tái)階102b和 102b，電路圖案108a和108b沿伸至左和右側(cè)表面。形成在臺(tái)階102b和 102b上的電路圖案108a和108b部分是將被焊接至用于安裝的襯底(未 顯示)的終端。把壓力引入管103插入到探測(cè)管140中，該探測(cè)管140從外面把被
探測(cè)的流體引入到壓力引入管103中。凸出部106整體地形成在壓力引 入管103的外周表面上。凸出部106彈性地與探測(cè)管140的內(nèi)表面接觸 以密封其與探測(cè)管140的間隙。
根據(jù)本實(shí)施例的壓力傳感器100具有上述的配置。當(dāng)被引入到壓力 引入孔104中的流體壓力變化時(shí)，根據(jù)所述壓力變化薄膜部分105被形 變，根據(jù)所述形變改變了第一電極圖案107a和第二電極圖案107b之間 的距離。因此，可從電極圖案107a和107b之間的電容變化探測(cè)流體的 壓力變化。當(dāng)主體部分101由例如硅的導(dǎo)電材料制成時(shí)，因?yàn)樵陔姌O圖 案107a和107b與主體部分101之間形成絕緣層是必需的，所以優(yōu)選地 主體部分101由絕緣材料形成。在這種情形中，壓電電阻不能用于壓力 探測(cè)器，然而，因?yàn)樵诒緦?shí)施例中使用了包括第一電極圖案107a和第二 電極圖案107b的電容壓力探測(cè)器，所以可從電極圖案107a和107b之間 的電容變化探測(cè)流體的壓力變化。另外，與使用計(jì)示電阻的壓力探測(cè)器 相比，電容壓力探測(cè)器具有很好的靈敏度，且可準(zhǔn)確地探測(cè)流體的壓 力。
通過(guò)使用制造模塑互連裝置的技術(shù)由彈性材料制成壓力傳感器100 的主體部分101。薄膜部分105整體地形成在壓力引入孔104的底部上的 主體部分101上。主體部分101也形成有第一電極圖案107a和第二電極 圖案107b，作為壓力探測(cè)器，把薄膜部分105的形變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因 此，可降低壓力傳感器100的部件的數(shù)量，且可獲得小且便宜的壓力傳 感器IOO。另外，因?yàn)樵O(shè)置在壓力引入管103的外表面上的凸出部106具 有密封壓力引入管103和探測(cè)管140之間間隙的功能，所以不需要單獨(dú) 地提供例如0型環(huán)的密封構(gòu)件且可進(jìn)一步地減小部件的數(shù)量。為了提高 凸出部106的密封性能，優(yōu)選地，例如橡膠的具有高彈性模量的材料被 用作主體部分101的材料。
另外，電路圖案108a和108b形成在形成有電極圖案107a和107b 的主體部分101的表面上，可在形成電路圖案108a禾B 108b的步驟中同 時(shí)形成電路圖案108a和108b。因此，可減少制造步驟的數(shù)量，且可減少 制造成本。在根據(jù)本實(shí)施例的壓力傳感器ioo中，由具有彈性和絕緣性的材料 制成主體部分101，然而，主體部分101可由彈性的導(dǎo)電金屬材料形成。
在這種情形中，需要在主體部分101與導(dǎo)電圖案7a、 7b和電路圖案 108a、 108b之間形成由聚酰亞胺(polyimide)或類似的材料形成的絕緣 層。通過(guò)沉積或涂敷(application)在主體部分101的表面上形成這樣的 絕緣層。
使用制造模塑互連裝置的技術(shù)形成主體部分101，將參考圖10至12 對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。在下文中說(shuō)明由彈性導(dǎo)電金屬材料制成主體部分101的 情形。
圖10顯示了制造模塑互連裝置的方法概要的流程圖。通過(guò)相繼地執(zhí) 行以下步驟制造所述模塑互連裝置制備氮化鋁襯底121的步驟
(51) ，其中，氮化鋁粉末材料被模制和燒結(jié)；氧化層形成步驟
(52) ，其中，氮化鋁襯底121被加熱，且它的表面被氧化以形成氧化 層122 (絕緣層)；通過(guò)例如濺射、沉積或離子鍍的物理氣相沉積法在氧 化層122上形成導(dǎo)電薄膜123的金屬化步驟(S3);通過(guò)高能量束(在 本實(shí)施例中是激光束)分離電路部分/非電路部分的激光加工步驟
(S4);通過(guò)鍍敷形成鍍敷層124加厚電路部分的鍍敷步驟(S5);以 及刻蝕所述非電路部分的步驟(S6)。
圖11 (a)至圖11 (d)和圖12 (a)和圖12 (b)顯示在上述步驟 中的模塑互連裝置C的表面加工。首先，圖11 (a)顯示氮化鋁襯底121 的制備步驟(Sl)，其中，由粉末模塑和燒結(jié)形成氮化鋁襯底121。氮化 鋁粉末是用于形成氮化鋁襯底的原材料，通過(guò)使用還原氮化方法、直接 氮化方法或氣相復(fù)合法制造。在此并不特殊地限制襯底材料的制造方 法。因?yàn)榈X是耐燒結(jié)材料，所以可把氧化釔(Y203)或氧化鈣(CaO) 加入到原材料中作為燒結(jié)劑。
另外，對(duì)于把氮化鋁粉末模塑成三維形狀的方法，使用通常模塑陶 瓷的壓縮模塑、擠壓模塑、噴射模塑以及帶模塑是可能的，可獲得所需 三維形狀的主體部分101。為了獲得三維形狀，優(yōu)選地使用噴射模塑。依 賴于模塑方法，例如有機(jī)溶劑或樹(shù)脂的有機(jī)物質(zhì)可被加入以提供具有流 動(dòng)性或塑性的原材料。在模塑原材料之后，如果需要，進(jìn)行除脂處理以除去包括在模塑產(chǎn) 品中的有機(jī)物質(zhì)。在除脂步驟中，把溫度逐漸地從室溫升高至大約 600°C，包括在模塑產(chǎn)品中的有機(jī)物質(zhì)被提走?？稍诳諝鈿夥栈蚶绲?dú)?的惰性氣體氣氛中進(jìn)行所述除脂處理。
之后燒結(jié)模塑產(chǎn)品，從而獲得作為致密燒結(jié)體的三維氮化鋁襯底 121。通過(guò)用例如氮?dú)獾亩栊詺怏w替換大氣，且逐漸地把溫度升高至大約
1S00。C，進(jìn)行這種燒結(jié)步驟。如果在空氣中進(jìn)行所述燒結(jié)，氧化鋁沉積
在氮化鋁的晶界上。因此，不但降低了燒結(jié)速度而且除氮化鋁之外的成 份被混合，也劣化了燒結(jié)體的熱傳導(dǎo)性。因此，需要在例如氮?dú)獾亩栊?br> 氣氛中燒結(jié)氮化鋁。所述襯底121的制造方法并不限于此，可模塑絕緣
的合成樹(shù)脂。
其次，圖11 (b)顯示了氧化層形成步驟(S2)。氧化在步驟 (Sl)中獲得的氮化鋁襯底121的表面，以形成氧化層122，從而在它被
激光加工步驟(S4)中的高能量束照射之后保持很高的絕緣性。此時(shí)，
根據(jù)本發(fā)明，氧化層122形成在對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電薄膜123中的電路部分123a (之后對(duì)其進(jìn)行描述)的區(qū)域中和靠近電路部分123a的區(qū)域中，更具
地，形成在相對(duì)于電路部分123a且大于電路部分123a預(yù)定寬度的區(qū)域中。
作為用于形成氧化層122的氧化加工，在空氣中進(jìn)行加熱加工。在 這種方法中，氮化鋁襯底材料的溫度每小時(shí)升高大約100°C、從室溫一直 到1000。C，并且之后，在1000°C保持幾個(gè)小時(shí)至幾十個(gè)小時(shí)，薄且絕 緣的氧化層122形成在氮化鋁襯底材料的表面上。當(dāng)在加壓的蒸汽中進(jìn) 行所述加工而不是在空氣中進(jìn)行時(shí)，與在空氣中進(jìn)行所述加工的情形相 比可在較低的溫度進(jìn)行更短的時(shí)間的所述氧化加工。氧化層122的形成 方法不限于通過(guò)加熱氧化加工，可使用例如化學(xué)氣相沉積法(CVD法) 或?yàn)R射法的其它薄膜形成方法。當(dāng)相互比較這些方法時(shí)，在空氣中加熱 加工最容易管理薄膜的厚度。
其次，圖11 (c)顯示了金屬化步驟(S3)。例如，通過(guò)例如使用銅 作為靶的濺射的物理氣相沉積法(PVD法)、真空沉積以及離子鍍?cè)诘?化鋁襯底121和氧化層122上形成導(dǎo)電薄膜123。然而，所述方法不限于物理氣相沉積法，例如化學(xué)氣相沉積法的其它方法可被進(jìn)行。除了銅， 可采用例如鎳、金、鋁、鈦、鉬、鉻、鎢、錫和鉛的單金屬，或例如黃
銅和NiCr的合金用作導(dǎo)電薄膜23。
圖11 (d)顯示激光加工步驟(S4)。用是電磁波束的高能量束(例 如激光束)照射導(dǎo)電薄膜123中的電路部分123a和非電路部分123b之 間的邊界。在所述部分中的導(dǎo)電薄膜123被蒸發(fā)和除去，由被除去的部 分123c把電路部分123a和非電路部分123b彼此分離開(kāi)，并且形成了預(yù) 定電路圖案。此時(shí)，氧化層122的寬度比電路部分123a和被除去部分 123c的總寬度還寬，已經(jīng)穿過(guò)導(dǎo)電薄膜123的激光束可靠地碰撞氧化層 122，激光束不直接碰撞氮化鋁襯底121的表面。
其次，圖12 (a)顯示鍍敷步驟(S5)。把電力供給至電路部分 123a，電流流過(guò)，且例如由電解銅鍍敷加厚電路部分123a以形成鍍敷層 124。此時(shí)，沒(méi)有電流穿過(guò)非電路部分123b，使得沒(méi)有鍍敷非電路部分 123b，并且因此其薄膜的厚度保持很薄。
圖12 (b)顯示刻蝕步驟(S6)。通過(guò)刻蝕整個(gè)電路圖案形成表面， 除去非電路部分123b，使得底層氧化層122出現(xiàn)，從而完成形成有電路 圖案(電極圖案107a和107b以及電路圖案108a和108b)的模塑互連裝 置。使用所述制造技術(shù)，可形成所述主體部分101。
在傳統(tǒng)的壓力傳感器(例如參見(jiàn)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. H8-94468) 中，傳感器芯片被固定至樹(shù)脂模塑主體，所述樹(shù)脂模塑主體具有插入模 塑引線，密封流體的0型環(huán)被安裝在壓力引入管上。因此，傳統(tǒng)的壓力 傳感器的部件的數(shù)量很大，并且存在增加壓力傳感器的成本和尺寸的問(wèn) 題。根據(jù)第四實(shí)施例的壓力傳感器，可減小部件的數(shù)目，從而減小壓力 傳感器的尺寸和成本。另外，根據(jù)本實(shí)施例，不需要玻璃底座和線結(jié)合 安裝。
(第五實(shí)施例)將參考圖13和14說(shuō)明本發(fā)明的第五實(shí)施例。根 據(jù)本實(shí)施例的壓力傳感器包括主體部分201，其包括模塑互連裝置且被 提供有當(dāng)它接收流體壓力時(shí)被彎曲的薄隔膜210;壓力探測(cè)器202，其形 成在流體不與其接觸的隔膜210的表面上(圖13 (a)的下表面)，且把在隔膜210上產(chǎn)生的彎曲轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；以及信號(hào)處理電路204，其被安
裝在主體部分201上，其通過(guò)在主體部分201上形成的導(dǎo)電圖案203被 連接至壓力探測(cè)器202，并處理通過(guò)導(dǎo)電圖案203從壓力探測(cè)器202接收 的電信號(hào)。在隨后的描述中，參考圖13 (a)限定了垂直和縱向方向。
由彈性合成樹(shù)脂材料制成主體部分201，且形成平坦的矩形盒型的形 狀。主體部分201在其中心部分上設(shè)置有薄隔膜210。圓柱形配合部分 212從主體部分201的上表面向上突出，流體通過(guò)配合部分212與隔膜 210接觸。螺紋213形成在所述配合部分212的外圍表面上。
如圖13 (e)所示，壓力探測(cè)器202包括一對(duì)電極220和220，其 中，梳狀導(dǎo)電圖案的齒彼此相對(duì)。把隔膜210的彎曲轉(zhuǎn)換成電極220和 220之間的電容變化，輸出對(duì)應(yīng)于所述變化的量的水平的電信號(hào)。在構(gòu)成 電極220和220的導(dǎo)電圖案中，在如圖14所顯示的由合成樹(shù)脂材料制成 的隔膜210上通過(guò)濺射銅形成底層(ground layer) 220a，通過(guò)在底層 220a上鍍銅形成導(dǎo)電層220b。
通過(guò)獲得從壓力探測(cè)器202輸出的電信號(hào)且進(jìn)行例如放大或波形修 整的信號(hào)處理，所述信號(hào)處理電路204輸出具有對(duì)應(yīng)于流體壓力的水平 的壓力探測(cè)信號(hào)。所述信號(hào)處理電路204包括集成電路(IC)且被安裝 在設(shè)置于主體部分201的下表面上的臺(tái)階211上。通過(guò)形成在主體部分 201上的導(dǎo)電圖案203把信號(hào)處理電路204連接至壓力探測(cè)器202和外部 電線(參見(jiàn)圖13 (e))。
當(dāng)把測(cè)量的流體引入到配合部分212且使得其與隔膜210接觸時(shí)， 由流體壓力彎曲隔膜210，通過(guò)壓力探測(cè)器202把隔膜210的彎曲轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)，把電信號(hào)帶入至信號(hào)處理電路204中，且把由信號(hào)處理電路204 處理的壓力探測(cè)信號(hào)輸出至外部，使得可探測(cè)流體的壓力。根據(jù)本實(shí)施 例，在接收流體壓力時(shí)彎曲的隔膜210被整體地設(shè)置在包括模塑互連裝 置的主體部分201上。因此，沒(méi)有流體從傳感器芯片和底座之間的結(jié)合 部分或在底座和主體部分之間的連接部分泄露，因此，不同于傳統(tǒng)的例 子，壓力探測(cè)沒(méi)有被流體的泄露阻礙。
通過(guò)把配合部分212配合到管子中，可由引入流體的管子(未顯 示)支撐主體部分201。當(dāng)在配合部分212的外圍表面上的螺紋213與所
18述管子的內(nèi)周表面上形成的螺紋迸行螺紋結(jié)合，以牢固地彼此連接配合
部分212和所述管子時(shí)，沒(méi)有在除了主體部分201中的隔膜210之外的
部分上產(chǎn)生扭曲，并且具有改善了流體壓力探測(cè)靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。
(第六實(shí)施例)將參考圖15和16說(shuō)明本發(fā)明的第六實(shí)施例。本實(shí) 施例的特殊的特點(diǎn)在于壓力探測(cè)器202的配置，而其它配置與第五實(shí)施 例相同。因此，由共同的參考標(biāo)記表示與第五實(shí)施例中的相同構(gòu)成元 件，將省略對(duì)它們多余的說(shuō)明。
如圖16所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓力探測(cè)器202，介電膜221形成在 隔膜210的表面上，電極220和220形成在介電膜221上。通過(guò)濺射把 鉻層222形成在介電膜221與電極220和220之間。
在本實(shí)施例中，壓力探測(cè)器202包括形成在隔膜210表面上的介電 膜221和形成在介電膜221上的梳狀電極220和220。因此，與不具有介 電膜221的第五實(shí)施例相比，相對(duì)于相同水平的隔膜210的彎曲在電極 220和220之間的電容變化被極大地提高，并且因此，改善了壓力探測(cè)器 202的靈敏度。
可由具有高介電性的材料(即例如鎬鈦酸鋅(PZT)的壓電主體)形 成介電膜(壓電主體膜)221。通過(guò)使用壓電主體的精細(xì)粉末的氣膠沉積 法在隔膜210的表面上形成薄膜、在其上添加電場(chǎng)以及取向它們，形成 壓電主體膜221。在具有壓電主體膜221的配置中，當(dāng)由流體壓力彎曲隔 膜210時(shí)，在形成在隔膜210的表面上的壓電主體膜221中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于 彎曲量(壓力的量)的電壓。穿過(guò)梳狀的電極220和220可獲取所述電 壓，并且因此可把流體的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
當(dāng)由扭曲敏感材料(扭曲時(shí)電阻變化的材料，例如Ni-Cu (鎳-銅) 或Ni-Cr (鎳-鉻))制成形成在隔膜210的表面上的電極220時(shí)，可把 隔膜210的彎曲量作為電極220的電阻的變化量。在這種情形中的電極 220被形成如圖17所示的從一端至另一端蜿蜒的形狀，所述蜿蜒部分是 由扭曲敏感材料制成的應(yīng)變測(cè)量計(jì)。
在傳統(tǒng)的配置(例如日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2003-133453和H10-3Q0604)中，關(guān)注流體從傳感器芯片和底座之間的結(jié)合部分或從底座和主體部分之間的連接部分泄露，如果流體泄露，出現(xiàn)了阻礙壓力探測(cè)的問(wèn) 題(或不能探測(cè)壓力)。根據(jù)第五和第六實(shí)施例，獲得不被流體泄漏阻 礙壓力探測(cè)的壓力傳感器是可能的。另外，根據(jù)第五和第六實(shí)施例，不 需要玻璃底座和線結(jié)合安裝。
雖然在上文說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于此，可 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
工業(yè)適用性
本發(fā)明可被用作探測(cè)流體壓力的壓力傳感器。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，具有被設(shè)置用于關(guān)閉形成在主體部分中的通孔的壓力探測(cè)元件，其中所述主體部分構(gòu)成為模塑互連裝置，其中，陶瓷模塑成預(yù)定形狀且導(dǎo)電圖案形成在主體部分的表面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中，通過(guò)倒裝芯片結(jié)合把 所述壓力探測(cè)元件安裝在主體部分上。
3. —種壓力傳感器，具有被設(shè)置用于關(guān)閉形成在主體部分中的通孔 的壓力探測(cè)元件，其中所述主體部分構(gòu)成為模塑互連裝置，其中，絕緣樹(shù)脂材料模塑成預(yù) 定形狀且導(dǎo)電圖案形成在主體部分的表面上，和通過(guò)倒裝芯片結(jié)合把所述壓力探測(cè)元件安裝在主體部分上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述壓力探測(cè)元件和 不同于壓力探測(cè)元件的另一個(gè)元件彼此大致平行且間隔一定距離地被安 裝在主體部分上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其中，具有底面和臺(tái)階面的 凹部形成在主體部分中，所述通孔被形成為它在所述底面開(kāi)口，所述壓力探測(cè)元件安裝在所述底面上，且所述另一元件安裝在所述 臺(tái)階面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中，凹部形成在主體部分中，所述通孔被形成使得它在凹部的底面上開(kāi)口，所述壓力探測(cè)元件安裝在所述底面上，和所述導(dǎo)電圖案被形成以跨過(guò)所述凹部的開(kāi)口邊緣連接凹部的內(nèi)表面 和主體部分的側(cè)壁表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其中，所述凹部被真空密封。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其中，從所述通孔的內(nèi)周表面朝該通孔的中心突出的凸緣部分形成在主體 部分上，所述壓力探測(cè)元件安裝在所述通孔的壓力引入開(kāi)口的一側(cè)上的凸緣 部分的表面上，和所述另一個(gè)元件安裝在與所述壓力引入開(kāi)口相對(duì)的凸緣部分的表面上。
9. 一種由彈性材料制成且使用制造模塑互連裝置的技術(shù)形成的壓力 傳感器，其中，所述壓力傳感器形成有通過(guò)其引入被探測(cè)流體的壓力引入孔，所述壓力探測(cè)器包括在所述壓力引入孔的底部形成有薄膜部分的 主體部分和壓力探測(cè)器，所述壓力探測(cè)器把形成在主體部分的表面上且 根據(jù)壓力改變產(chǎn)生的薄膜部分的形變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器，其中，所述壓力探測(cè)器包括 形成在相對(duì)于壓力引入孔的薄膜部分的表面上的第一電極圖案和第二電 極圖案，所述第一和第二電極圖案彼此相對(duì)且彼此間隔一定距離，以及 所述壓力探測(cè)器以電極圖案之間的電容變化探測(cè)壓力變化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器，其中，電路圖案形成在形成 有上述兩種電極圖案的主體部分的表面上，所述電路圖案被電連接至所 述電極圖案。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器，其中，所述主體部分包括具有所述壓力引入孔的壓力引入管和凸出部，所述凸出部與插入所述壓力 引入管的探測(cè)管的內(nèi)表面彈性接觸，且形成在壓力引入管的外表面上， 從而密封所述探測(cè)管的內(nèi)表面和所述壓力弓I入管的外表面之間的間隙。
13. —種壓力傳感器，其包括構(gòu)成為模塑互連裝置且包括在接收流體壓力時(shí)彎曲的薄隔膜的主體部分、形成在不與流體接觸的所述隔膜的表 面上且把在所述隔膜上產(chǎn)生的彎曲轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的壓力探測(cè)器、以及安 裝在主體部分上的信號(hào)處理電路，所述信號(hào)處理電路通過(guò)形成在主體部 分上的導(dǎo)電圖案連接至所述壓力探測(cè)器，且處理通過(guò)導(dǎo)電圖案從壓力探 測(cè)器接收到的電信號(hào)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的壓力傳感器，其中，所述壓力探測(cè)器包 括形成在所述隔膜表面上的介電膜和形成在介電膜上的電極。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓力傳感器，其中，所述介電膜由壓電 主體形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的壓力傳感器，其中，所述主體部分包括 配合部分，所述配合部分是圍繞與流體接觸的隔膜表面的圓柱形，且被 配合至存在流體的管子。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓力傳感器，其中，所述配合部分是圓 柱形，螺紋形成在所述配合部分的外周表面上。
全文摘要
在一種壓力傳感器1中，所述壓力傳感器1包括在中間部分或在形成在凸出部3中的通孔5的深側(cè)的壓力探測(cè)元件4、由陶瓷或絕緣樹(shù)脂材料制成且模塑成預(yù)定形狀的主體部分(基部2和凸出部3)，該壓力傳感器構(gòu)成為模塑互連裝置且在其表面上形成導(dǎo)電圖案6。因此，可獲得較小的壓力傳感器。
文檔編號(hào)G01L9/08GK101517387SQ200780035468
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月2日
發(fā)明者中原陽(yáng)一郎, 井上浩, 今井順二, 小林充, 正木康史, 池川直人, 牧永仁 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社