專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量液體或氣體媒介中的壓力用的非封裝的無(wú)殼壓力傳感器，并且尤其涉及帶有安排在半導(dǎo)體芯片形式的基片上的條形導(dǎo)體電阻單元的壓力傳感器。
測(cè)量液體壓力，例如血管中的血壓中，公知地使用在導(dǎo)管內(nèi)的壓力傳感器，所述傳感器含有一個(gè)其上設(shè)有電阻單元的半導(dǎo)體芯片。在所述電阻單元下面，形成基片的半導(dǎo)體芯片設(shè)有凹陷，從而在測(cè)量點(diǎn)給出非常薄的壁厚。由于壓力的作用，薄壁彎曲，從而在電阻單元的電阻器部分發(fā)生不同程度的拉延。從而有可能從在電阻單元上測(cè)量的電壓變化測(cè)定作用在基片上的壓力。基片貼附在一個(gè)支承壁上，支承壁可進(jìn)而處在一根導(dǎo)管中，電阻單元位于基片的避開支承壁的側(cè)面上。因?yàn)榇藗?cè)暴露于受測(cè)量其壓力的媒介，它覆蓋以一個(gè)附加的分別地防止媒介與電阻單元之間或與基片之間接觸的附加鈍化層?？v然壓力傳感器的所有電氣部件都被覆蓋，但是可能會(huì)發(fā)生電蝕，尤其是壓力傳感器在導(dǎo)電液體中工作時(shí)，所述電蝕可引起傳感器失效或者原有傳感器漂移。而且鈍化層的潛在損傷對(duì)傳感器的功能性可能有直接的影響。最后，在血液循環(huán)中使用這種壓力傳感器存在一定的問題，因?yàn)闀?huì)發(fā)生與流體相關(guān)的有誤差的測(cè)量結(jié)果和血液成分的沉積。
從DE39 37522A1公知一種有支承壁和半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體壓力傳感器。在所述的基片上設(shè)有一個(gè)壓力傳送孔。所述孔形成為基片中的凹陷并且由一個(gè)膜限定。電阻單元位于基片的靠在支承壁的側(cè)面。在基片和支承壁之間設(shè)有一個(gè)彈性體的密封。然而后者不伸到膜的區(qū)域上。
本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)損傷不敏感并且尤其可以用作小體積高精度傳感器的非封裝的無(wú)殼壓力傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的用權(quán)利要求1所述的特征解決。
在本發(fā)明的壓力傳感器中，其上設(shè)有電阻單元的基片側(cè)上面對(duì)支承壁，同時(shí)在支承壁和基片之間設(shè)有一個(gè)彈性的中間層。此壓力傳感器，設(shè)在基片上的電部件在基片和支承之間受到保護(hù)。如果有外部影響引起傳感器損傷，因?yàn)橹挥谢谋砻婊蛘咝酒谋砻媸艿接绊?，所造成的損傷對(duì)功能也無(wú)關(guān)緊要。因?yàn)殡娮鑶卧牟课皇艿奖Ｗo(hù)，所述傳感器能夠在導(dǎo)電的液體中操作，而沒有電蝕作用引起的傳感器失效或者固有傳感器漂移。即使要求絕緣層，也可以保持得非常薄。本發(fā)明的無(wú)殼壓力傳感器設(shè)計(jì)得到小的體積和扁平的結(jié)構(gòu)，并且可以集成到十分之幾毫米厚的薄支承壁中而不突出出來(lái)。支承壁可以是平面的也可以在導(dǎo)管處彎曲。而且，所述的壓力傳感器對(duì)光不敏感，因?yàn)殡姷暮涂赡艿墓怆婋姵匦?yīng)的活性表面以光密封的方式安排在基片和支承壁之間。本發(fā)明提供特別扁平的傳感器裝置，沒有任何附加的傳感器殼，所述傳感器裝置甚至適用于測(cè)量導(dǎo)電媒介中的壓力。在支承擘和基片之間絕緣的中間層是彈性的。這意味著，這個(gè)中間層允許傳感器相對(duì)支承壁有一定的移動(dòng)，從而可以說，基片以浮動(dòng)的方式固定在支承壁上。因此，傳感器是從支承壁上機(jī)械地脫離耦合的，并且它確保支承壁的機(jī)械或溫度相關(guān)的形變基本上不引起電信號(hào)。優(yōu)選地，中間層用硅酮材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，電阻單元設(shè)在一個(gè)與面對(duì)支承壁的基片表面平齊的基片薄膜上，在所述膜后面設(shè)有一個(gè)凹陷。所述凹陷的直徑作為0.1到0.6毫米，從而凹陷小得不能用通常的攝子之類的工具夠著和損傷沉入的薄膜。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，連接基片的底表面的電線可以膠粘或者直接凝結(jié)在支承壁上，從而在連接位置上緩解了應(yīng)力。而且，在其絕緣起關(guān)鍵作用的連接區(qū)，因?yàn)樗才旁诨椭С斜谥g受到機(jī)械保護(hù)。
本發(fā)明的壓力傳感器可以設(shè)計(jì)成絕對(duì)壓力傳感器。這里基片中的凹陷排空并用一個(gè)真空封閉層加以覆蓋。另一個(gè)方面，可以把所述傳感器設(shè)計(jì)成壓差傳感器，這里支承壁的雙側(cè)，以及所述薄膜的雙側(cè)受到不同的壓力。
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中

圖1是設(shè)計(jì)成絕對(duì)壓力傳感器的本發(fā)明的壓力傳感器的第一實(shí)施例的剖視圖，圖2是沿圖1的箭頭II-II方向的基片底視圖，和圖3是設(shè)計(jì)為壓差傳感器的壓力傳感器的剖視圖。
圖1和2的壓力傳感器有一個(gè)形成為支承壁的一側(cè)上的壓力P1與環(huán)境之間的屏障的支承壁10。這里假定環(huán)境中以壓力P2為主導(dǎo)。支承壁10優(yōu)選地厚度僅十分之幾毫米，由硬質(zhì)的氣體密封尤其金屬制造。它可以是平面的膜，然而也可能提供圓柱或者其它形狀的膜。
芯片11設(shè)在支承壁10上，含有一個(gè)在面對(duì)支承壁10的底表面13上的帶電阻單元14的基片12?；?2由厚度約為200微米的高純度硅制造。在本例中，這它是尺寸為1,400微米×600微米的矩形片?；?2上設(shè)有用常規(guī)半導(dǎo)體沉積和蝕刻工藝施加的條形導(dǎo)體15。和條形導(dǎo)體15一起，形成可以與外部電線連接的接觸表面16。條形導(dǎo)體15進(jìn)一步與電阻橋17連接以形成一個(gè)橋式電路。在本例中，設(shè)有四個(gè)電阻器橋17，形成常規(guī)的橋式電路。電阻器橋17含有窄從而是高歐姆的條形導(dǎo)體15段，所述的電阻橋17設(shè)在膜18的區(qū)域中。所述膜18含有一個(gè)凹陷19中留下的基片薄壁。凹陷19相應(yīng)于帶有傾斜的側(cè)面20的截棱錐體。所述邊緣的長(zhǎng)度是250微米。所述膜18的厚度約為10微米。膜18在基片12的底面上延伸，從而其下側(cè)完全是平滑，即，它既不凹陷也不凸起。
傳感器電線22的導(dǎo)體21平面地粘接或者連接到接觸表面16上。這些傳感器電線22的絕緣借助于環(huán)氧樹脂膠23固定在支承板10上。在支承板10中，設(shè)有一個(gè)凹口24，導(dǎo)體21進(jìn)入其中，使其端部容納在基片12之下。凹口24填充以絕緣且有彈性的塑料團(tuán)塊25，類似于彈性中間層26的塑料團(tuán)塊。
在芯片11的底表面13和支承壁10之間設(shè)有另一個(gè)硅材料的彈性中間層26。這個(gè)層26延伸在包括膜18的基片12整個(gè)底面上支撐。芯片11在中間層26上浮動(dòng)。
在支承板10中，于伸過支承板厚度的膜18的下方設(shè)有一個(gè)壓力傳送孔27。壓力傳送孔27充以由中間層26或壓力傳播凝膠材料構(gòu)成的填料28。填料28的底側(cè)與支承壁10的底側(cè)平齊。結(jié)果，由支承壁10限定的媒介不能進(jìn)入傳送孔27從而不能沉積于此。而且，因?yàn)樵诎搴吞盍现g的無(wú)階過渡，在支承板的底側(cè)上的高流動(dòng)速率不會(huì)導(dǎo)致壓力偽差。
形成后側(cè)的芯片11的頂表面覆蓋有一個(gè)真空密封層29，所述密封層29也可以用硅制造。層29把凹陷19對(duì)外封閉。凹陷19被排空。經(jīng)過填料28作用在膜18上的壓力是壓力P1，并且膜18的形變只取決于這個(gè)壓力P1。因此所述的壓力傳感器是一種絕對(duì)壓力傳感器。
圖3示出圖1的實(shí)施例是形成為壓差傳感器的一種修改形式。此處去掉了層29，從而壓力P1作用在膜的一側(cè)上，而壓力P2作用在膜的后側(cè)上。壓差傳感器從而測(cè)量P1減P2的差。這里凹陷19可以用壓力傳輸凝膠或者硅酮填充。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，含有由條形導(dǎo)體(15)構(gòu)成并且安排在一個(gè)基片(12)上的電阻單元(14)、一個(gè)基片(12)附著于其上的支承壁(10)和一個(gè)在電阻單元(14)對(duì)面的壓力傳送孔(27)，基片(12)面對(duì)帶有其上設(shè)有電阻單元(14)的側(cè)面(13)的支承壁(10)，并且一個(gè)彈性的中間層(26)安排在支承壁(10)和基片(12)之間，其特征在于，壓力傳送孔(27)設(shè)在支承壁(10)中，并且面對(duì)基片(12)的平面?zhèn)取?br> 2.權(quán)利要求1所述的，其特征在于，所述壓力傳送孔(27)明顯由中間層(26)的材料填充。
3.權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于，電阻單元(14)設(shè)在基片(12)上與面對(duì)支承壁(10)的基片(12)的表面平齊的薄膜(18)上，一個(gè)凹陷(19)設(shè)在膜(18)的后面。
4.權(quán)利要求1至3之一所述的壓力傳感器，其特征在于，在基片(12)支承電阻單元(14)的側(cè)面(13)上設(shè)有接觸表面(16)，插入到支承壁(10)的凹槽(24)中的連接電線(22)平面地連接到所述接觸表面(16)上。
5.權(quán)利要求3所述的壓力傳感器，其特征在于，基片(12)的凹陷(19)是排空的，并且覆蓋上一個(gè)真空封閉層(29)。
全文摘要
一種由安裝在支承壁(10)上并且設(shè)有電阻單元的芯片構(gòu)成的壓力傳感器,所述電阻單元由條形導(dǎo)體組成,并且安排在基片(12)的下側(cè)(13)所述的下側(cè)面對(duì)支承壁(10)。電阻單元位于一個(gè)薄膜(18)上。一個(gè)凹陷(19)位于所述膜的后面。芯片(11)借助于彈性的中間層(26)固定在支承壁(10)上。芯片的電部件保護(hù)性地安排在基片(12)和支承壁(10)之間。本發(fā)明提供一種沒有附加的殼的極為扁平的傳感器單元。所述傳感器甚至可以測(cè)量導(dǎo)電媒介中的壓力。
文檔編號(hào)G01L9/04GK1354830SQ99813968
公開日2002年6月19日 申請(qǐng)日期1999年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月2日
發(fā)明者索爾斯坦·西斯, 克里斯托夫·尼克斯 申請(qǐng)人:因派樂心血管技術(shù)股份公司