箱隔离的充油微机电系统压力传感器技术方案

本公开的一个方面涉及箱隔离的充油微机电系统压力传感器。提供了一种充油压力传感器。该传感器包括安装到头体并且与头体电隔离的漂移稳定压力传感元件，该压力传感元件被浸入充油腔并且温度稳定，以用于在腔中传感压力，而没有大量的信号漂移。提供了一种制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本文公开的专利技术涉及压力传感器，并且特别涉及在充油包装中具有有限的表面电荷积聚影响的压力传感器的低成本包装。
技术介绍
由于表面电荷积聚的偏置漂移是众所周知的现象，并且常见的故障模式发生在广泛多样的半导体设备中。该故障机制涉及设备表面电荷积聚，其驱动电荷反型层的形成。另外，该反型层破坏电隔离的节状态。该电荷反型层的增长允许通过外延层(epi-layer)的寄生电流泄露，其导致传感元件偏置漂移。正如许多其它类型的设备一样，压力传感元件受到这种现象的影响。用于包括场屏蔽(FieldShield,FS)的压力传感元件的现今设计易受表面电荷积聚的影响并且由于传感元件充电而显示出严重的偏置漂移。尤其是当被部署在油封装包装组件和应用中的情况。在许多包装配置中，压力传感元件是由介电油封装的。所述油提供外部绝对或差分压力输入与传感元件的耦合。遗憾的是，这也促进了将存在于包装或其它地方上的外部静电电荷耦合到压力传感元件的传感表面。典型地，响应于外部场，以及相关联的在传感元件和油的界面处的空间电荷积聚，电荷耦合通过油中分子的极性排列发生。因此，经由油的分子极化，比较大的外部静态电荷可以耦合到传感元件。这种电荷可以存在于例如用于包装传感元件的塑料外壳组件上或通过到塑料包装的静电放电(ESD)被引入外壳。该高静电荷足够引起严重的输出漂移。进一步的复杂性能是随着温度升高或降低，油的体积膨胀或收缩。油膨胀对孤立隔膜施加压力并且引起传感器输出变化。进一步的复杂性能是油的泄露。通常，这种充油包装的密封不良也导致性能下降，并且最终导致压力传感器的破坏。因此，需要的是用以提高封装在含油包装中的压力传感器的性能的方法和装置。
技术实现思路
在一个实施例中，公开了一种充油压力传感器。该充油压力传感器包括安装到头体并且与头体电隔离的漂移稳定压力传感元件，该压力传感元件被浸入充油腔并且温度稳定，以用于在腔中传感压力而没有大量的信号漂移。该漂移稳定压力传感元件可以包括具有场屏蔽的压力传感单元。该漂移稳定压力传感元件可以通过至少一个玻璃金属密封与头体电隔离。该漂移稳定压力传感元件可以进一步包括配置为减少充油腔中的油的体积的隔膜，并且该隔膜可以是波纹的和平坦的中的至少一种。可以包括可以支撑压力传感元件的基板。该充油腔一般可以由包括传感元件(MEMS(微机电系统)组件)、基板和隔膜的组件定义。该充油腔可以是气密封的。在另一实施例中，提供了一种用于制造充油压力传感器的方法。该方法包括：选择安装到头体并且与头体电隔离的漂移稳定压力传感元件，该压力传感元件被配置成浸入充油腔并且温度稳定，以用于在腔中传感压力而没有大量的信号偏移；设计至少一个传感器隔膜和充油腔以限制温度对漂移稳定压力传感元件输出的影响；以及将漂移稳定压力传感元件和传感器隔膜并入充油压力传感器。设计传感器隔膜可以包括评估至少一个充油腔的体积以及用于充油腔的油的热膨胀系数(TCE)。设计传感器隔膜可以包括评估至少包括用于构造隔膜的材料的热膨胀系数(TCE)，材料的厚度，隔膜的宽度、直径、几何结构和弹性。并入包括将漂移稳定压力传感元件连接到至少一个玻璃金属封接。在另一实施例中，提供了一种充油压力传感器。该充油压力传感器包括：包括利用场屏蔽保护的子元件的漂移稳定压力传感元件，该漂移稳定压力传感元件安装到头体并且利用至少一个玻璃金属封接与头体电隔离，该压力传感元件被浸入充油腔并且温度稳定，以用于在腔中传感而没有大量的信号漂移。附图说明结合附图，本专利技术的特征和优势从下面的描述中变得明显，其中：图1是描绘根据本文教导的示例性压力传感器的各方面的轴测图；图2是描绘根据本文教导的另一示例性压力传感器的各方面的轴测图；图3是用于在图1和图2的压力传感器中使用的压力传感元件的各方面的轴测图；图4是图3的压力传感元件的复合剖视图；图5是图4和图5的压力传感元件的自上而下视图；图6是描绘结合电接触引脚的压力传感元件的轴测图；图7和图8描绘部署在MEMS组件中，并且与电子模块组件(EMA)有关的压力传感元件；图9是图1的压力元件的侧面剖视图；图10和图11是描绘图1的压力传感元件的各方面的分解视图轴测图；图12是描绘传感元件的比较性能的曲线图；以及图13-16是描绘压力传感器的性能的各方面作为设计变量的函数的曲线图。具体实施方式本文公开的是充油压力传感器的实施例。有利地，压力传感器利用低成本部件和设计，以用低成本获得高性能。特别地，设计允许使用低成本的金属冲压件来形成关键结构部件，以及使用低成本的大批量制造方法，诸如激光焊接。该设计最小化了填充油的量并且使用相对大面积的弹性隔膜来最小化与油的热膨胀相关联的热误差。场屏蔽传感元件(本文中被称为“压力传感单元”)的使用通过降低为了克服油中的电荷对数据信号的影响所需的设计复杂性也有助于低成本。此外，设计适应于提供与金属外壳构件(parts)的高介电隔离，如被一些工业应用所要求的。该适应这种配置使用低成本容易制造的紫外(UV)固化胶粘剂来防止跨越玻璃到金属密封的晶体管外形(TO)头销引脚的表面电弧跟踪。该介电隔离提供外壳上的电噪声到输出信号的微不足道可忽略的耦合的益处，并且防止高电压通过传感器到达读出电子器件。结合合理设计的电子电路板和信号调节电子器件，该设计获得了对于辐射敏感度和传导敏感度的高性能电磁兼容性。此外，该简单和低成本设计提供了在脉冲压力下的优秀的机械可靠性和长期压力循环寿命。通常压力传感器包括压力传感单元，其被配置为限制可以引起信号偏置的表面电荷或大的静电荷积聚的影响。在一些实施例中，这通过集成场屏蔽的使用来提供。该压力传感器的实施例也可以利用传感组件，其被配置有包括相应的玻璃金属密封的馈电贯穿引脚。有利地，该组合基本导致针对来自传感器的输出数据中的漂移的免疫力。例如，通过利用这些特征，在一个实施例中，小尺寸的玻璃密封头组件被焊接到更大面积的成型底板。该压力传感单元被附接到头部并且弹性隔膜被焊接到成型底板。这导致相对低的油体积和相对大的隔膜面积，其中两者均降低了充填油的热膨胀效应。现在参考图1和2，其中示出了压力传感器100的示例性实施例。通常，压力传感器100是箱隔离的，充油MEMS压力传感器100。有利地，压力传感器100制造廉价、设计简单、并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充油压力传感器，包括：安装到头体并且与头体电隔离的漂移稳定压力传感元件，所述压力传感元件被浸入充油腔并且温度稳定，以用于在没有实质的信号漂移的情况下感测所述腔中的压力。

【技术特征摘要】
2014.12.02 US 14/557,8411.一种充油压力传感器，包括：
安装到头体并且与头体电隔离的漂移稳定压力传感元件，所述压
力传感元件被浸入充油腔并且温度稳定，以用于在没有实质的信号漂
移的情况下感测所述腔中的压力。
2.根据权利要求1所述的充油压力传感器，其中所述漂移稳定
压力传感元件包括具有场屏蔽的压力传感单元。
3.根据权利要求1所述的充油压力传感器，其中所述漂移稳定
压力传感元件通过至少一个玻璃金属密封与所述头体电隔离。
4.根据权利要求1所述的充油压力传感器，其中所述漂移稳定
压力传感元件进一步包括配置为减少充油腔中的油的体积的隔膜。
5.根据权利要求4所述的充油压力传感器，其中所述隔膜是波
纹的和平坦的中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的充油压力传感器，其中基板是由适合
于在压力传感器的操作期间支撑压力传感器元件的材料制造的。
7.根据权利要求1所述的充油压力传感器，其中所述充油腔是
由包括传感元件(MEMS微机电系统组件)、基板和隔膜的组件限定的。
8.根据权利要求1所述的充油压力传感器，其中所述充油腔是
密封的。
9.一种用于制造充油压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·B·斯特罗特，R·P·布罗德，K·R·沃时博恩，
申请(专利权)人：森萨塔科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US