改进温度校准的防水压力传感器装置及相应温度校准方法制造方法及图纸

公开了改进温度校准的防水压力传感器装置及相应温度校准方法。一种压力传感器装置，具有：在半导体材料的第一管芯中制造的压力检测结构；封装件，被配置为以不可渗透的方式在内部容纳压力检测结构，所述封装件具有基座结构和本体结构，所述本体结构布置在所述基座结构上，具有与外部环境接触并在内部限定壳体腔的出入口，所述第一管芯布置在所述壳体腔中，在所述壳体腔中所述第一管芯被涂层材料覆盖。压力传感器装置还设置有加热结构，该加热结构容纳在壳体腔中并允许从封装件的内部加热压力检测结构。力检测结构。力检测结构。

【技术实现步骤摘要】
改进温度校准的防水压力传感器装置及相应温度校准方法


[0001]本公开涉及具有改进的温度校准的防水压力传感器装置和温度校准方法。

技术介绍

[0002]耐水或不渗透(所谓“防水”)的微机电(MEMS
‑
微机电系统)压力传感器装置是已知的。
[0003]例如，这些压力传感器装置可用于便携式或可穿戴电子设备，例如智能手机、智能手环或智能手表，其可用于水下应用或一般在水中。
[0004]前述压力传感器装置典型地包括检测结构，该检测结构提供有悬挂在腔上方的膜，并且其中设置有检测元件(例如压阻器)，以检测由冲击压力波引起的变形。
[0005]该检测结构集成在封装件内，通常与相应的信号读取和处理电子器件一起，作为ASIC(专用集成电路)提供，ASIC在输出端提供指示检测到的压力的压力信号。
[0006]前述封装件具有允许检测外部压力的出入口，并且在内部限定壳体腔，壳体腔容纳前述检测结构和相关ASIC。
[0007]典型地，该壳体腔填充有例如聚合物或硅树脂类型的保护涂层，例如涂层凝胶(所谓的“灌封凝胶”)，其涂覆并保护检测结构和ASIC免受潮湿和通常来自封装件外部的污染物的影响。只有这种保护材料与外部环境接触，有效地使壳体腔(填充有相同的保护材料)不可渗透或密封。
[0008]以公知的方式，压力传感器装置的电测试程序，具体是在相应的制造过程结束时，包括在不同的温度值下执行多个压力测量，以校准同一压力传感器装置在温度变化时的响应(例如，以便作为温度的函数，适应在随后的正常操作期间在输出处提供的压力信号)。
[0009]这些测试过程典型地设想使用外部测试设备，所述外部测试设备设置有测量探头并被配置为调节其中布置有压力传感器装置的测试室的温度，以改变其温度并获取相应的校准压力信号。例如，压力传感器装置的输出端的压力信号可以在以下不同的校准温度值(或设定点)处获得：10℃、42.5℃和70℃。
[0010]合适的温度传感器可以集成在压力传感器装置中，以便在校准阶段期间实现对同一压力传感器装置所达到的温度的反馈控制。
[0011]影响该测试过程的一个问题涉及这样一个事实，即压力传感器装置的封装件内的上述保护涂层是隔热的，这是由于制造它的材料的热导率降低。
[0012]因此，在上述测试过程中，通常需要长时间的等待才能达到所需的校准温度值；具体地，这些等待时间甚至可以是几十秒的数量级。
[0013]例如，图1显示了校准过程中的测试温度趋势，考虑了多个不同的压力传感器装置进行电气测试。
[0014]该图1显示了温度稳定在校准值附近所需的斜坡；例如，考虑到测试的压力传感器装置，这些斜坡(用“Ramp1”、“Ramp2”和“Ramp3”表示)具有以下平均持续时间：从25℃到10℃的斜坡(Ramp1)约为30秒；从10℃到42.5℃的斜坡(Ramp2)大约50秒；从42.5℃到70℃的
斜坡(Ramp3)大约需要30秒。
[0015]具体地，当测量室和压力传感器装置内部之间的热梯度的减小确定热传递速率的减小和随后达到校准值的等待时间时，时间延迟主要发生在校准值附近。
[0016]这些等待时间通常需要测试压力传感器装置的电气程序的相当长的总持续时间。
[0017]此外，外部测试设备中用于控制和调节压力传感器装置的校准温度所需的电路相当复杂。

技术实现思路

[0018]总的来说，本公开旨在克服已知解决方案的先前强调的缺点。
[0019]根据本公开，因此提供了一种压力传感器装置和相应的校准方法。
[0020]本公开的压力传感器装置的至少一个实施例可以概括为包括设置在半导体材料的第一管芯中的压力检测结构；封装件，被配置为以不可渗透的方式在内部容纳所述压力检测结构，所述封装件包括基座结构和本体结构，所述本体结构布置在所述基座结构上，具有与外部环境接触的出入口并在内部限定壳体腔，其中所述第一管芯被布置成覆盖有涂层材料，还包括容纳在所述壳体腔中的加热结构，所述加热结构被配置为允许从所述封装件的内部加热所述压力检测结构。
附图说明
[0021]为了更好地理解本公开，现在仅仅通过非限制性示例并参考附图来描述其实施例，其中：
[0022]图1示出了压力传感器装置的电测试过程期间校准温度的示例性趋势；
[0023]图2示出了根据本公开的实施例的压力传感器装置的示意性横截面；
[0024]图3示出了图2的压力传感器装置的压力检测结构带有相关联的加热结构的示意性平面图；
[0025]图4是压力传感器装置的测试系统的示意性框图；以及
[0026]图5和图6是压力传感器装置电测试过程的流程图。
具体实施方式
[0027]图2示出了压力传感器装置1，包括设置在半导体材料特别是硅的第一管芯4中的压力检测结构2。
[0028]第一管芯4具有顶部或第一表面4a和底部或第二表面4b，其平行于水平面xy延伸，并且沿着正交于上述水平面xy的垂直轴线z彼此相对。
[0029]压力检测结构2包括膜6，膜6设置在顶表面4a处，布置在腔7上方，埋在管芯4内；换言之，膜6插入在下方的腔7和第一管芯4的前述顶表面4a之间。
[0030]检测元件8，特别是压电电阻，被布置在膜6中，并且被配置为允许检测由于冲击压力波引起的膜6的变形。
[0031]压力传感器装置1还包括处理电路10，实现为ASIC，集成在半导体材料特别是硅的第二管芯12中，具有相应的顶或第一表面12a和相应的底或第二表面12b。
[0032]在所示实施例中，前述第一管芯4和第二管芯12被布置为堆叠，其中第二管芯12的
顶面12a通过第一接合区域13耦合到第一管芯4的底面4b。
[0033]第一接合线15将由第一管芯4的顶面4a承载的第一焊盘16电连接到由第二管芯12的顶面12a承载的相应第二焊盘17，以允许压力检测结构2(和相应的检测元件8)和处理电路10之间的电连接。
[0034]具体地，处理电路10被配置为根据由检测元件8提供的电信号产生输出压力信号，该输出压力信号指示冲击在膜6上的压力。
[0035]压力传感器装置1还包括防水封装件20，防水封装件20被配置为以不渗透或密封的方式在内部容纳由压力检测结构2和相关联的处理电路10形成的前述叠层。
[0036]该封装件20包括基座结构21和本体结构22，本体结构22布置在基座结构21上并具有杯形，并且内部限定壳体腔23，压力检测结构2和处理电路10布置在壳体腔23中。
[0037]第二管芯12的底表面12b通过第二接合区域24连接到基座结构21的面向前述壳体腔23的内表面21a。
[0038]第二接合线25将由第二管芯12的顶表面12a承载的第三焊盘26电连接到由基座结构21的内表面21a承载的相应第四焊盘27，以允许处理电路10和封装件20的外部之间的电连接。
[0039]为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装置，包括：第一管芯，包括：压力检测结构，包括膜和在所述膜内的检测元件；以及加热结构；包含所述第一管芯的封装件，所述封装件包括基座结构和在所述基座结构上的本体结构，所述封装件具有与外部环境流体连通的出入口，并且在内部限定壳体腔，所述第一管芯被布置在所述壳体腔中，并且在所述壳体腔中所述第一管芯被涂层材料覆盖，其中所述加热结构被配置为从所述封装件的内部加热所述压力检测结构。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一管芯还包括：第一部，在所述第一部处集成有压电换能结构；以及与所述第一部分离并且不同的第二部，在所述第二部处集成有所述加热结构。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述加热结构包括位于所述第一管芯的第一表面的多个电阻元件，所述多个电阻元件彼此并联连接，用于被加热电流穿过以实现对所述压力检测结构的加热。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述压力检测结构包括设置在所述第一管芯的所述表面处的膜，所述膜布置在埋设在所述第一管芯内的腔上方；并且其中所述检测元件是压阻型的，并且被配置为检测由于冲击压力波引起的所述膜的变形，并且其中所述加热结构的所述多个电阻元件被布置成邻近和接近所述膜。5.根据权利要求3所述的装置，其中所述多个电阻元件包括位于所述第一管芯的所述第一表面处的相应多晶硅区域，并且所述多个电阻元件横向于所述膜。6.根据权利要求3所述的装置，还包括第二管芯，所述第二管芯包括被实现为专用集成电路ASIC的处理电路，所述第二管芯位于所述封装件的所述壳体腔中，并且所述处理电路包括温度调节模块，所述温度调节模块被配置为控制向所述加热结构供应所述加热电流。7.根据权利要求6所述的装置，其中：所述第一管芯还包括温度传感器，所述温度传感器被配置为检测所述压力检测结构的温度，并且所述温度调节模块被配置为基于在测试和温度校准过程期间由所述温度传感器检测到的、所述压力检测结构的温度的反馈控制，来控制向所述加热结构供应所述加热电流。8.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一管芯和所述第二管芯被堆叠，并且所述第二管芯的第二表面通过接合区域耦合到所述第一管芯的所述第一表面。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热结构被配置为在电测试过程期间从所述封装件的内部实施对所述压力检测结构的加热，并且其中来自所述压力检测结构的输出信号在不同的温度参考值下被获取。10.一种方法，包括：测试压力传感器装置，所述压力传感器装置包括：第一管芯，包括：压力检测结构；以及加热结构；
包含所述第一管芯的封装件，所述封装件包括基座结构和在所述基座结构上的本体结构，所述本体结构具有与外部环境接触的出入口，并且在内部限定壳体腔，所述第一管芯被布置在所述壳体腔中，所述第一管芯被涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：