校正压力传感器的方法和设备技术

差压传感器包括一个或多个半导体管芯，半导体管芯在管芯的部分处减薄，以形成限定敏感膜片的腔室，压阻元件限定在膜片表面处。第一膜片与第一膜片的上表面上的第一流体流体连通，并且与第一膜片的下表面上的第二流体流体连通。第二膜片在第二膜片的上表面和下表面处与环境压力流体连通。对应于第二膜片的压阻元件电连接到第一膜片的压阻元件，以相对于第一膜片的输出补偿第二膜片的输出。

【技术实现步骤摘要】
校正压力传感器的方法和设备
本申请涉及传感器。更具体地，本申请涉及具有压敏膜片结构的半导体压力传感器。
技术介绍
差压传感器测量流体的两个测量点(例如，P1和P2)之间的压力差。差压传感器(或换能器)将压差转换为可测量的电信号，以确定差压。例如，在油管中可以使用差压传感器来测量燃料管中的孔之前和之后的压力，从中可以确定油的流量。这种装置通常使用基于微机械或微机电系统(MEMS)的技术制造。用于制造压力传感器的一种常见技术是将MEMS装置附接到诸如陶瓷或印刷电路板(PCB)衬底的衬底上，伴随蚀刻和接合技术以制造非常小的廉价装置。压力感测管芯通常可以由诸如硅的半导体材料形成。图1是现有技术的MEMS型压力感测装置或管芯100的剖视图。压力感测装置100可以通过诸如切割的方法由硅晶片形成以产生硅衬底结构101。结构101减薄以形成腔室105和限定膜片103的减薄部分。半导体衬底101可以通过任何合适的方式减薄。例如，可以使用本领域已知的各向异性蚀刻来减薄衬底101。电阻元件107形成在膜片103的表面上。电阻元件107表现出与放置在形成膜片103的减薄的半导体材料上的应变成比例的电阻。图2是使用压力感测装置100的常规MEMS压差传感器200的图示。压力感测装置100可以安装到支撑结构201，支撑结构201又接合到基板203，基板203可以由非腐蚀性材料(例如，不锈钢)形成。感测装置100和支撑结构201可以通过粘合剂(未示出)接合到基板203，基板203也可以称为集管。支撑结构201用于将压力感测装置100从与在压力感测装置100和基板203之间变化的压力(例如，热膨胀)无关的应变源隔离。开口221限定在基板203中，限定了与压力感测装置100的膜片的下侧气体或流体连通的孔。虽然压力感测装置100的热膨胀系数与支撑结构201的热膨胀系数之间存在一些差异，但是支撑结构201可以由玻璃或类似材料形成，与组成基板203的不锈钢的热膨胀系数相比较，支撑结构201的热膨胀系数接近于硅压力感测装置100的热膨胀系数。由于压力感测装置100和支撑结构201之间的热膨胀差异，例如，由于压力感测装置100施加的应力，这减少了但不消除由压力感测装置100测量的非压力相关误差。如果压力感测装置100直接接合到基板203，则这些非压力相关误差可能更大。压力传感器200包括上壳体220。上壳体220构造成提供与基板203的密封附接。封闭体积217限定在上壳体220和基板203之间。柔性波纹膜片215用于将封闭体积217分成第一体积217和第二体积213。端口219通过上壳体220的壁限定，并且与要测量其压力P2的气体或流体的第二部分或部连通，并且其与压力感测装置100的邻近第一体积217的另一侧接触。压力感测装置100还包括产生并传送指示施加在装置100上的压力的电信号的电气部件。在被测试的流体是诸如燃料或油的恶劣介质的应用中，恶劣介质可能腐蚀装置100的电气部件。在这样的实施例中，装置100与被测试的流体的隔离是通过柔性波纹膜片215实现的。充油端口209设置为穿过基板203。充油端口209允许装置100和柔性膜片215之间的体积213填充有诸如硅油的非腐蚀性流体。当限定体积213的空腔被填充时，例如，通过将球211焊接在充油端口209的开口上来将充油端口209密封。因此，体积213中的油被完全封闭并与装置100的上表面流体连通。端口219可以是螺纹的，以允许压力传感器200经由接头附接到与待测试或测量的气体或流体连通的管线或其它传动器件。被测量的气体或流体进入端口219并填充内部体积217。当内部容积217被填充时，被测量的流体与柔性膜片215的上侧接触。被测量的气体或流体施加的压力通过柔性膜片215传递到油的封闭体积213。通过柔性膜片215施加到油的力被传送到整个油和包含油的表面，包括压力感测装置100的上表面。当压力P1和P2施加在压力感测装置100上时，通过形成在压力感测装置100的膜片的上表面中的压阻元件(图1中所示的107)的电信号响应于压阻元件的变化而变化。电信号代表施加到压力感测装置100的表面的差分力。电信号通过接合线202传导到导电销205，导电销205可经电导体(例如，控制电路)电连接到其它系统电路，或转换为压力数据，压力数据可存储在通过非限制性示例的电子存储器中。柔性膜片215和充油体积213将压力感测装置100、接合线202和导电销205与经由端口219测量的腐蚀性或恶劣介质隔离。此外，容纳油的体积213必须密封，使得不会发生体积213内的油的泄漏或污染。承载来自压力感测装置100的电信号的导电销205必须通过基板203以允许其它系统部件的外部连接。导电销205被封闭在烧制到与基板203形成气密密封的管或开口207中的玻璃或陶瓷材料中。气密密封件生产成本高且易碎，但对于确保体积213的完整性是必需的。压力传感器，例如，图2的传感器，旨在仅响应于被测试的流体的压力变化。然而，至少部分由于设计和制造限制，引入了额外的刺激，其导致与压力无关的压力传感器输出的变化。例如，诸如应力、温度、装置内的泄漏电流、振动等的刺激可能导致传感器的输出变化而与压力无关。这些非压力相关的变化会对传感器的压力读数造成误差。希望有减少由压力传感器所经受的非压力相关刺激的影响的感测系统。
技术实现思路
压力传感器包括具有敏感膜片的第一半导体压力感测管芯和具有敏感膜片的第二半导体压力感测管芯。压力感测壳体容置第一压力感测管芯和第二压力感测管芯。壳体被配置成将第一流体置于第一压力下与第一压力感测管芯的敏感膜片的第一表面流体连通，并且将第二流体置于第二压力下与第一压力感测管芯的敏感膜片的第二表面流体连通，并且将第二压力感测管芯的敏感膜片的第一和第二表面放置为与处于第三压力(例如，环境压力)的第三流体流体连通。压阻元件形成在第一敏感膜片和第二敏感膜片的表面处。压阻元件表现出响应于相应的敏感膜片偏转的变化的电阻。形成在第一敏感膜片的表面处的压阻元件产生表示第一压力和第二压力之间的压差的电信号。形成在第二敏感膜片的表面处的压阻元件产生表示传感器的非压力相关误差的电信号。第二敏感膜片的输出与第一敏感膜片的输出电连接，以便从由第一敏感膜片测得的压差信号中减去由第二敏感膜片测得的非压力相关误差，以产生传感器的校正输出信号。附图说明图1是常规半导体压力感测管芯的横截面图。图2是使用图1的半导体压力感测管芯的常规压力传感器的横截面图。图3是根据本公开的实施例的利用两个压力感测管芯以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。图4是根据本公开的实施例的利用两个压力感测管芯以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。图5是根据本公开的实施例的利用两个压力传感器以减少非压力刺激的影响的、可以用于测量恶劣介质的环境的压力传感器的横截面图。图6A是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。图6B是根据本公开的实施例的利用由较低的约束件支撑的单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。图6C是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，包括：第一压力感测管芯，其包括半导体材料并具有第一敏感膜片；第二压力感测管芯，其包括半导体材料并具有第二敏感膜片；和容置所述第一压力感测管芯和所述第二压力感测管芯的壳体，所述壳体容置处于第一压力下且与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面流体连通的第一流体、以及处于第二压力下且与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面流体连通的第二流体，并且其中，所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片的第一和第二表面与第三压力下的第三流体流体连通。

【技术特征摘要】
2016.11.11 US 15/349,4791.一种压力传感器，包括：第一压力感测管芯，其包括半导体材料并具有第一敏感膜片；第二压力感测管芯，其包括半导体材料并具有第二敏感膜片；和容置所述第一压力感测管芯和所述第二压力感测管芯的壳体，所述壳体容置处于第一压力下且与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面流体连通的第一流体、以及处于第二压力下且与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面流体连通的第二流体，并且其中，所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片的第一和第二表面与第三压力下的第三流体流体连通。2.根据权利要求1所述的压力传感器，还包括基座，其中，所述第一压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片与从所述基座的第一表面延伸穿过所述基座到所述基座的与第一表面相对的第二表面的孔对准，所述第二压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，使得为所述第二压力感测管芯的内部体积在所述第二压力感测管芯和所述基座之间限定通风通道。3.根据权利要求2所述的压力传感器，其中，所述壳体包括：上壳体构件，其附接到所述基座的第一表面，所述上壳体构件在所述第一压力感测管芯和所述第二压力感测管芯之间限定第一隔片，所述第一隔片限定容置所述第一压力感测管芯的第一隔离体积和容置所述第二压力感测管芯的第二隔离体积，所述第二隔离体积配置为处于第三压力。4.根据权利要求3所述的压力传感器，其中，所述上壳体构件包括第一输入端口，所述第一输入端口与容置所述第一压力感测管芯的第一隔离体积和所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片流体连通。5.根据权利要求4所述的压力传感器，其中，所述壳体还包括附接到所述基座的与所述基座的第一表面相对的第二表面的下壳体构件，所述下壳体构件具有第二输入端口，所述第二输入端口与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面流体连通。6.根据权利要求5所述的压力传感器，其中，当第一压力下的第一流体被引入所述第一输入端口时，所述第一压力下的第一流体施加第一压力到所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面，并且当第二压力下的第二流体被引入所述第二输入端口时，所述第二压力下的第二流体施加第二压力到所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面，由此产生施加到所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的差压。7.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片包括多个压敏电阻器，所述多个压敏电阻器限定在布置在第一桥电路中的第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面中，并且所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片包括第二多个压敏电阻器，所述第二多个压敏电阻器限定在布置在第二桥电路中的第二压力感测管芯的第二敏感膜片的第一表面中，其中，所述第一桥电路和所述第二桥电路连接，使得所述第二桥电路的输出信号从所述第一桥电路的输出信号中减去。8.根据权利要求7所述的压力传感器，其中，所述第二桥接电路的输出信号代表由于非压力相关因素引起的误差，并且从所述第一桥接电路的输出信号中减去所述第二桥接电路的输出信号的结果代表压力传感器的校正输出信号。9.根据权利要求1所述的压力传感器，还包括：基座，其中，所述第一压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片与从所述基座的第一表面延伸穿过所述基座到所述基座的与第一表面相对的第二表面的孔对准，所述第二压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片与从第一表面延伸穿过所述基座到与第一表面相对的第二表面的第二孔对准。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：NV卡申科，JH霍夫曼，DE瓦格纳，
申请(专利权)人：测量专业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US