用于力传感器的埋入式腔体感测管芯膜片止动件制造技术

本发明专利技术提供了一种压力传感器，所述压力传感器可包括：第一晶片，所述第一晶片包括形成在其上的多个凹槽；第二晶片，所述第二晶片在所述多个凹槽上方粘合到所述第一晶片，其中所述第二晶片包括由设置在每个凹槽上方的所述第二晶片的区域限定的多个感测膜片，并且其中所述每个凹槽在所述第一晶片和所述第二晶片之间形成腔体；由每个感测膜片支撑的一个或多个感测元件，其中至少一个感测膜片被构造成接触相应腔体的表面以防止所述至少一个感测膜片上的过载，并且其中当所述至少一个感测膜片与所述相应腔体的所述表面接触时，所述至少一个感测膜片上的所述一个或多个感测元件继续提供压力指示。

Core Diaphragm Stopper of Embedded Cavity Sensor Tube for Force Sensor

The present invention provides a pressure sensor, which may include: a first wafer comprising a plurality of grooves formed thereon; a second wafer, the second wafer bonded above the grooves to the first wafer, the second wafer comprising a plurality of sensors defined by the area of the second wafer located above each groove. A diaphragm, in which each groove forms a cavity between the first and the second wafers; one or more sensing elements supported by each sensing diaphragm, in which at least one sensing diaphragm is constructed to contact the surface of the corresponding cavity to prevent overload on the at least one sensing diaphragm, and when the at least one sensing diaphragm and the corresponding cavity are described When the surface of the body contacts, the one or more sensing elements on the at least one sensing diaphragm continue to provide pressure indication.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于力传感器的埋入式腔体感测管芯膜片止动件相关申请的交叉引用本专利申请要求RichardWade等人于2016年9月8日提交且名称为“BuriedCavitySenseDieDiaphragmStopForForceSensors(用于力传感器的埋入式腔体感测管芯膜片止动件)”的美国专利申请序列号15/260,065的优先权，该申请以引用方式并入本文，就如同将其全文复制在此一样。关于联邦赞助研究或开发的声明不适用。缩微平片附件的引用不适用。
技术介绍
压力传感器用于各种应用，包括例如商业、汽车、航空、工业和医疗应用。压力传感器通常使用压力感测管芯，该压力感测管芯使用管芯附接件安装到压力传感器封装上。压力感测管芯通常被配置为通过将由压力感测管芯的感测膜片中的感测介质引起的机械应力转换为电输出信号来检测感测介质的压力。具有以下特征的传感器构造可提供可以用于各种环境中的稳健压力传感器：允许向感测管芯向下施加压力，并且还将压力感测管芯的敏感部件与待感测的介质隔离。
技术实现思路
在一个实施方案中，压力传感器可包括：第一晶片，该第一晶片包括形成在其上的多个凹槽；第二晶片，该第二晶片在多个凹槽上方粘合到第一晶片，其中第二晶片包括多个感测膜片，其中多个感测膜片中的每个感测膜片由设置在多个凹槽中的每个凹槽上方的第二晶片的区域限定，并且其中多个凹槽中的每个凹槽在第一晶片和第二晶片之间形成腔体；一个或多个感测元件，该一个或多个感测元件由多个感测膜片中的每个感测膜片支撑，其中多个感测膜片中的至少一个感测膜片被构造成响应于压力而朝向相应腔体折曲，其中该至少一个感测膜片被构造成接触相应腔体的表面以防止该至少一个感测膜片上的过载，并且其中当该至少一个感测膜片与相应腔体的表面接触时，该至少一个感测膜片上的一个或多个感测元件继续提供压力指示。在一个实施方案中，压力传感器可包括：第一晶片，该第一晶片包括凹槽；第二晶片，其中第一晶片粘合到第二晶片使得形成在第一晶片中的凹槽在第一晶片和第二晶片之间产生腔体，其中第二晶片包括由设置在凹槽上方的第二晶片的一部分限定的感测膜片；和一个或多个感测元件，该一个或多个感测元件由第二晶片的感测膜片支撑，其中第一晶片和第二晶片之间的密封腔体的深度被构造成通过允许感测膜片在凹槽中接触第一晶片的表面来防止感测膜片上的过载，并且其中当感测膜片与腔体的表面接触时，一个或多个感测元件被构造成继续提供输出。在一个实施方案中，使用压力传感器检测压力的方法可包括：将力施加到压力传感器，压力传感器包括腔体，其中腔体位于两个晶片之间，其中晶片中的一者的一部分限定感测膜片，并且其中压力传感器包括位于感测膜片上的一个或多个感测元件；在膜片在腔体内自由移动时，以第一速率检测压力增加；使膜片至少部分地接触腔体的表面；以及在膜片至少部分地接触腔体的表面时，以第二速率检测压力增加。附图说明为了更完整地理解本公开，现在结合附图和具体实施方式参考以下简要描述，其中类似的附图标号表示类似的部分。图1A至图1F示出了根据本公开的一个实施方案的组装压力传感器的感测区域的步骤；图2示出了根据本公开的一个实施方案的压力传感器内的一个或多个晶片的剖视图；图3示出了根据本公开的一个实施方案的压力传感器内的一个或多个晶片的顶视图；图4示出了根据本公开的一个实施方案的压力传感器的输出的曲线图；图5示出了根据本公开的一个实施方案的压力传感器的输出的另一个曲线图；并且图6是根据本公开的一个实施方案的感测管芯的示意性顶视图。具体实施方式首先应当理解，尽管以下示出了一个或多个实施方案的示例性实施方式，但是可以使用任何数量的技术(无论是当前己知的还是尚不存在的技术)来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等同物的全部范围内进行修改。以下简短术语的定义应适用于整个申请文件：术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释；短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可包括在本专利技术的至少一个实施方案中，并且可包括在本专利技术的不止一个实施方案中(重要的是，这类短语不一定是指相同实施方案)；如果说明书将某物描述为“示例性的”或“示例”，则应当理解为是指非排他性的示例；术语“约”或“大约”等在与数字一起使用时，可意指具体数字，或另选地，如本领域技术人员所理解的接近该具体数字的范围；并且如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类词语)被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。这种部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。本公开的实施方案包括使用压力传感器检测压力的系统和方法，该压力传感器包括位于传感器内的两个晶片之间的腔体。随着将力传感器开发为适配越来越小的封装，实现高过载保护水平所面临的挑战也在增加。市场上的典型力传感器或荷重元通过将一个或多个机械特征部添加到设计中来实现其过载保护。就荷重元而言，这可通过将机械行程限制器放置在感测的梁元件上来完成。然而，对于荷重元和力传感器，较小的封装可限制包括机械特征部(诸如止动元件或控制元件)的能力。本公开的实施方案在传感器本身的结构内提供了过载保护，其中该结构可不依赖于任何最终组件控件，而是利用精确的晶片粘合工艺。实施方案可包括粘合到第二(装置)晶片的第一(处理或约束)晶片。装置晶片可包含惠斯通电桥和感测元件以及在所施加的力下移动的膜片。装置晶片可粘合到处理晶片。处理晶片可包括在其上产生的浅腔，该浅腔可以是通气的或不通气的。装置晶片膜片在被操作力移位时向下移动到处理晶片的浅腔中。随着负荷继续增加到超过第一(操作)力范围并且进入第二(验证)力范围，膜片接近浅腔的底表面并且最终接触底表面，并且可停止移动。当膜片接触腔的底表面时，这可将来自所施加的力的整个负荷转移到处理晶片并且可限制膜片上的应力，从而防止膜片的过载(和可能的损坏)。参见图1A，示出了组装在压力传感器内的晶片的详细视图。可形成第一晶片102，其中第一晶片102可包括“处理”晶片。在一些实施方案中，腔体104可形成在第一晶片102的顶表面上。腔体允许膜片的移动受限，并且腔体104的后表面可用作膜片止动件，同时允许信号跨越传感器上预期的满刻度负荷。可严格控制腔体104的深度，以确保膜片止动在过载中发生，同时防止或降低膜片断裂的可能性。如图1B所示，第二晶片106可粘合到第一晶片102的顶表面，其中腔体104位于第一晶片102和第二晶片106之间。在一些实施方案中，第二晶片106可包括“装置”晶片。第二晶片106(晶片“A”)用氧化硅层处理以有利于硅晶片粘合，或用任何需要的工艺流程处理以有利于晶片粘合工艺。该晶片可在粘合之前研磨或粘合之后研磨。一旦将两个晶片粘合，就可以处理第二晶片106以将金属层添加到顶侧并且添加压阻感测元件或其他感测技术，其中在一些实施方案中感测元件可被布置在半惠斯通电桥或全惠斯通电桥中。一旦完成该处理，就可以切割和使用第二晶片106，或者可以进一步在第一晶片102(或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力传感器(100)，包括：第一晶片(102)，所述第一晶片包括形成在其上的多个凹槽(104)；第二晶片(106)，所述第二晶片在所述多个凹槽(104)上方粘合到所述第一晶片(102)，其中所述第二晶片(106)包括多个感测膜片(116)，其中所述多个感测膜片中的每个感测膜片(116)由设置在所述多个凹槽中的每个凹槽(104)上方的所述第二晶片(106)的区域限定，并且其中所述多个凹槽中的所述每个凹槽(104)在所述第一晶片(102)和所述第二晶片(106)之间形成腔体；一个或多个感测元件(110)，所述一个或多个感测元件由所述多个感测膜片中的每个感测膜片(116)支撑，其中所述多个感测膜片中的至少一个感测膜片(116)被构造成响应于压力而朝向相应腔体(104)折曲，其中所述至少一个感测膜片(116)被构造成接触所述相应腔体(104)的表面以防止所述至少一个感测膜片(116)上的过载，并且其中当所述至少一个感测膜片(116)与所述相应腔体(104)的所述表面接触时，所述至少一个感测膜片(116)上的所述一个或多个感测元件(110)继续提供压力指示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.08 US 15/260,0651.一种压力传感器(100)，包括：第一晶片(102)，所述第一晶片包括形成在其上的多个凹槽(104)；第二晶片(106)，所述第二晶片在所述多个凹槽(104)上方粘合到所述第一晶片(102)，其中所述第二晶片(106)包括多个感测膜片(116)，其中所述多个感测膜片中的每个感测膜片(116)由设置在所述多个凹槽中的每个凹槽(104)上方的所述第二晶片(106)的区域限定，并且其中所述多个凹槽中的所述每个凹槽(104)在所述第一晶片(102)和所述第二晶片(106)之间形成腔体；一个或多个感测元件(110)，所述一个或多个感测元件由所述多个感测膜片中的每个感测膜片(116)支撑，其中所述多个感测膜片中的至少一个感测膜片(116)被构造成响应于压力而朝向相应腔体(104)折曲，其中所述至少一个感测膜片(116)被构造成接触所述相应腔体(104)的表面以防止所述至少一个感测膜片(116)上的过载，并且其中当所述至少一个感测膜片(116)与所述相应腔体(104)的所述表面接触时，所述至少一个感测膜片(116)上的所述一个或多个感测元件(110)继续提供压力指示。2.根据权利要求1所述的压力传感器(100)，其中所述至少一个感测膜片(116)上的所述一个或多个感测元件(110)被配置为在所述膜片(116)接触所述相应腔体(104)的所述表面之前以第一速率测量压力变化，并且在所述至少一个感测膜片(116)与所述相应腔体(104)的所述表面接触时以第二速率测量所述压力变化。3.根据权利要求1所述的压力传感器(100)，其中所述腔体(104)的深度小于大约2.5微米。4.根据权利要求1所述的压力传感器(100)，其中所述压力传感器(100)包括介于大约120个和140个之间的凹槽。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·韦德，阿利斯泰尔·大卫·布兰得利，理查德·艾伦·戴维斯，贾森·丹尼斯·帕奇，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US