用于测量介质中压力的压力传感器制造技术

公开了一种压力传感器模块。该压力传感器模块包括安装在支撑构件（５）的前侧（３）上的传感元件（１）。支撑构件（５）包括从前侧（３）至背侧（９）穿过支撑构件（５）的孔（７）。传感元件（１）在前侧（３）处覆盖孔（７）。在支撑构件（５）的背侧（９）处提供的背侧屏障（６）围绕支撑构件（５）的背侧（９）的表面，并形成封闭区域（８），其中封闭区域（８）和孔（７）形成压力通道（１０）。背侧保护构件（２）填充孔（７）和至少部分封闭区域（８）。支撑构件（５）、背侧屏障（６）和背侧保护构件（２）形成在压力传感器的制造过程中可被布置在压力传感器的外壳中的模块。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请要求于2008年7月31日申请的美国临时申请No.61/137,469和于2008年11月10日申请的欧洲专利申请No.EP08168746的优先权。
本专利技术一般地涉及混合电子元件，更具体地涉及用于压力传感器的压力传感器模块，并且更具体地涉及暴露至酸性环境的流体压力传感器。该传感器模块包括安装在支撑构件的前侧上的传感元件。该支撑构件包括从前侧至背侧穿过支撑构件的孔，并且传感元件在前侧处覆盖该孔。
技术介绍
从WO2002/079742已知上面提到类型的压力传感器模块。已知的压力传感器模块被用于计量压差结构。两个相同的传感器传感模块被用于测量两种介质的压差。每个结构都包括孔。该孔穿过在一侧被传感元件覆盖的衬底。由于两个传感元件位于相同的室中，两个传感元件的另一侧感测到相同的参考压力，通常为大气压。附加的入口可以穿过压力传感器的外壳，以便向该室提供大气压。在该开放结构中，水蒸气和其他污染物可以自由地进入室中。被设定为低压和高压的压力介质通过单独的压力入口进入外壳，并且经由穿过衬底的孔作用于传感元件上。另外，类似的压力传感器模块是已知的，其中穿过衬底的孔用抗酸凝胶填充，以便使传感元件与污染物和酸性环境隔离。通孔可以由激光切割制成。在陶瓷中激光切割出通孔是在混合电子元件中普遍实施的经济的工艺。然而，由于在陶瓷的表面上生成微裂缝和/或形成陶瓷的更易损坏的相(也就是玻璃相)，激光切割工艺会损坏陶瓷固有的对酸的鲁棒性。当被用于酸性环境中时，比如柴油机排气，没有被处理的激光切割表面可能易于被化学腐蚀和侵蚀。即使当利用保护性涂层封装通孔时，该激光切割表面也可能易于被化学腐蚀和侵蚀。该化学腐蚀和侵蚀将改变保护性涂层的特性，这可能会导致压力传感器的故障。-->
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种压力传感器模块，该压力传感器模块对诸如排气环境中的酸性条件具有改进的鲁棒性。根据本专利技术，压力传感器模块的支撑构件还包括在支撑构件的背侧处的背侧屏障，该背侧屏障围绕包括孔的支撑构件的背侧的表面并形成封闭区域，其中封闭区域和孔形成压力通道，以及背侧保护构件填充孔并至少部分地填充封闭区域。立法促使了对于用于客车和商务车的柴油动力发动机的排气系统中的炭烟过滤器的需要。当过滤器被塞满时，炭烟过滤器需要周期性再生。为了触发该再生过程并为了满足车载诊断系统(OBD)要求，需要测量过滤器上的压降。这可以通过基于MEMS的压差传感器实现。基于MEMS的压差传感器的传感元件需要被保护免受排气环境的影响。为此，使用保护性的凝胶。该凝胶应提供对于沉积物的机械隔离，并且提供对传感元件的保护以免受凝结水的损害。在前侧暴露的传感元件的情况中，这通常通过在传感元件周围布置凝胶屏障或障碍物并且利用保护性凝胶填充由凝胶屏障形成的室实现。为了保护其他侧的传感元件，穿过支撑构件的孔的壁被用作凝胶屏障，并且由孔形成的室填充有保护性凝胶。炭烟过滤器之前的排气压力作用于传感元件的一侧，并且炭烟过滤器之后的排气压力作用于传感器的其他侧。假定炭烟过滤器很好地过滤排气，使得炭烟过滤器之后的排气具有较小的侵蚀性，并且填充了保护性凝胶的通孔在产品寿命期间为传感元件提供了充分保护。保护性凝胶的量应足以保护传感元件不受化学腐蚀的损害。然而，已经发现，尽管假定炭烟过滤器之后的排气具有较小的侵蚀性，但背侧处支撑构件的孔中的凝胶也比前侧处凝胶屏障之间的凝胶更快速地退化。通孔的几何约束是孔中保护性凝胶的更快速退化的原因。已经发现，在孔的壁附近比在孔的中部，保护性凝胶被污染的更厉害。保护性凝胶的最初退化出现在陶瓷的表面、排气和保护性凝胶互相接触的点附近的区域中。原因之一是由于激光切割工艺的孔的表面结构。在没有背侧屏障的情况下，水穴将出现在狭窄通孔中的凝胶中。该水穴包括NOx气。该水穴在凝胶中引起机械应力，该机械应力随后作用于传感元件上。经过更长的时间，水穴使凝胶退化，从而在凝胶中出现腐蚀和水泡，导致传感器工作不正常。-->在暴露于炭烟过滤器之前的排气压力的传感元件的另一侧上的凝胶保护中也已经观察到类似的退化机制。然而，在该侧处的退化机制缓慢得多，不在边缘处开始，并且不导致输出故障。根据本专利技术，通过背侧屏障克服这些问题，该背侧屏障至少部分地填充有保护性凝胶。这扩大了暴露于排气的凝胶的表面和孔的壁之间的距离。这确保了凝胶中的水穴出现得更慢。另外，即使凝胶被污染，背侧屏障的壁附近的颗粒或水穴时传感器的性能的影响也将是较小的，这是因为背侧屏障的相对壁之间的距离大于孔的壁之间的距离。在本专利技术的一个实施例中，孔的横截面从支撑构件的背侧至前侧变宽，并且在另一个实施例中，孔的表面至背侧的过渡具有平滑的形状。凝胶是具有高热膨胀系数(CTE)的粘性物质。排气的压力的变化必须在宽的温度范围上没有任何信号损失地传递至传感元件。在温度改变的情况中，该特征减小了压力通道中的机械阻力，因为孔中的凝胶可以膨胀或收缩，不会在传感元件上产生太多的应力。这又改进了压力传感器的精度和稳定性。在本专利技术的一个实施例中，背侧屏障附装至支撑构件。该特征允许通过两个经济制造的部件构造压力通道，这两个部件例如是被胶合在一起的陶瓷印刷线路板(PWB)和陶瓷环。在本专利技术的另一实施例中，通过一块诸如陶瓷材料的材料形成支撑构件和背侧屏障。这允许跳过将凝胶屏障附装至支撑构件的制造步骤。在本专利技术的另一实施例中，通过珠状粘合剂(a bead of adhesive)形成背侧屏障。在本专利技术的另一实施例中，支撑构件是陶瓷PWB，其具有在前侧处设置并电连接至传感元件的导电元件。优选地，导电元件包括贵金属。该特征减小了由于作用于前侧的排气导致的酸性条件的影响。利用贵金属进一步改进了导电元件的鲁棒性。在本专利技术的另一实施例中，传感元件是压差传感元件。在优选实施例中，传感元件是微机电系统(MEMS)压差传感元件。该特征允许我们提供改进的压差传感器，其可以用于测量例如在排气系统中的炭烟过滤器上的压降。在另一实施例中，传感器还包括围绕传感元件的前侧屏障和前侧保护构件，-->该前侧保护构件具有电绝缘特性并且覆盖前侧屏障之间的传感元件和前侧。这些特征提供了具有对存在于压力传感器的两侧处的酸性条件改进的鲁棒性的压差传感器。在本专利技术的一个实施例中，背侧屏障中背侧上的封闭区域大于支撑构件中孔的区域。这允许用足够的保护性凝胶填充压力通道，以减小污染物的形成和影响，该污染物可以是通孔中凝胶中的水穴。在本专利技术的一个实施例中，其中覆盖传感元件的背侧保护构件的最小厚度大于由背侧保护构件覆盖的传感元件的表面和与支撑构件的背侧重合的平面之间的最小距离。通过对支撑构件的背侧增加凝胶屏障、优化通孔的形状、并将压力通道填充足够的保护性凝胶，增大了凝胶表面相对于凝胶高度的比，增大了凝胶表面和传感元件之间的距离，增大了凝胶的表面接触侧壁处的位置和传感元件之间的距离。在本专利技术的一个实施例中，通过包括下面步骤的方法改进了通孔的边缘状况：将支撑构件的温度以选定速率从大约25℃的环境温度升高至大约1300℃+/-100℃，将温度保持在大约1300℃处大约一个小时，以及以选定的速率将陶瓷构件的温度降低到环境温度。该工艺将受激光处理的表面从更易损坏的表面纹理和/或陶瓷相转换成更牢固的表面纹理和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压力传感器的压力传感器模块，所述压力传感器模块包括：　安装在支撑构件的前侧上的传感元件；　支撑构件，其包括从前侧至背侧穿过支撑构件的孔，并且传感元件在前侧处覆盖所述孔；　支撑构件的背侧处的背侧屏障，其围绕支撑构件的 背侧的表面并形成封闭区域，其中所述封闭区域和所述孔形成压力通道；以及　填充所述孔和至少部分填充所述封闭区域的背侧保护构件。

【技术特征摘要】
US 2008-7-31 61/137,469;EP 2008-11-10 08168746.9;U1、一种用于压力传感器的压力传感器模块，所述压力传感器模块包括：安装在支撑构件的前侧上的传感元件；支撑构件，其包括从前侧至背侧穿过支撑构件的孔，并且传感元件在前侧处覆盖所述孔；支撑构件的背侧处的背侧屏障，其围绕支撑构件的背侧的表面并形成封闭区域，其中所述封闭区域和所述孔形成压力通道；以及填充所述孔和至少部分填充所述封闭区域的背侧保护构件。2、根据权利要求1的压力传感器模块，其中所述孔的横截面从前侧至背侧变宽。3、根据权利要求1的压力传感器模块，其中所述孔的表面至背侧的过渡具有平滑的形状。4、根据权利要求1的压力传感器模块，其中背侧屏障附装至支撑构件。5、根据权利要求1的压力传感器模块，其中通过一块材料形成支撑构件和背侧屏障。6、根据权利要求1的压力传感器模块，其中支撑构件是陶瓷PWB，其具有在前侧处设置并电连接至传感元件的导电元件。7、根据权利要求6的压力传感器模块，其中导电元件包括贵金属。8、根据权利要求1的压力传感器模块，其中传感元件是压差传感元件。9、根据权利要求8的压力传感器模块，其中传感元件是MEMS压差传感元件。10、根据权利要求8的压力传感器模块，其中传感器还包括：围绕传感元件的前侧屏障；以及前侧保护构件，其具有电绝缘特性，并且覆盖前侧屏障之间的传感元件和前侧。11、根据权利要求1的压力传感器模块，其中背侧屏障内的背侧上的封...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP马利根，F莫辛克，J贝，G斯皮克斯玛，T特伯克霍斯特，
申请(专利权)人：森萨塔科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]