半導體應變儀的制作方法
【專利摘要】本公開涉及半導體應變儀.公開了一種用于半導體應變儀壓力傳感器的方法和裝置.裝置包括被配置為暴露于壓力環境的感測元件，感測元件包括至少一個高摻雜半導體應變儀，該高摻雜半導體應變儀包括5焊盤單惠斯通全電橋，裝置還包括設置在載體上并且電耦接到感測元件的電子封裝件，所述載體設置在包括感測元件的端口上，殼體圍繞感測元件和電子封裝件設置，以及裝置包括連接器，該連接器連到殼體并且電連接到電子封裝件。
【專利說明】
半導體應變儀
技術領域
[0001]本發明總體涉及傳感器，并且更具體地涉及半導體應變儀.
【背景技術】
[0002]—般來說，微熔硅應變儀(MSG)壓力傳感器在整個汽車產業中廣泛使用，應用范圍從制動、傳動和燃料壓力傳感器到乘客重力感測.這樣的壓力傳感器通常包括玻璃接合到不銹鋼膜片的硅應變儀元件.傳感器設計為通過校準它提供了正比于在鋼膜片上施加的壓力的線性電壓輸出.
【發明內容】
[0003]以下呈現了創新的簡要說明，以提供對本發明一些方面的基本理解.該說明不是本發明的廣泛綜述.其既不旨在標識本發明的關鍵或重要元件，也不旨在描繪本發明的范圍.其唯一的目的在于以簡化的形式呈現本發明的一些概念，作為隨后呈現的更詳細描述的序蒂.
[0004]本發明提供了一種用于半導體應變儀的方法和裝置.
[0005]在一個方面，本發明特征在于一種裝置，其包括配置為暴露于壓力環境的感測元件，感測元件包括至少一個高摻雜半導體應變儀，該高摻雜半導體應變儀包括5焊盤單惠斯通全電橋，裝置還包括設置在載體上并且電耦接到感測元件的電子封裝件，所述載體設置在包括感測元件的端口上，本裝置還包括圍繞感測元件和電子封裝件設置的殼體以及連到殼體并且電連接到電子封裝件的連接器，連接器包括外部接口.
[0006]在另一方面，本發明特征在于一種高摻雜半導體應變儀，其包括5焊盤單惠斯通全電橋、4個壓阻式電阻器以及側壁上的絕緣層.
[0007]這些和其它特征以及優點將從下面的詳細描述的閱讀中以及相關附圖的查閱中變得顯而易見.可以理解的是，前面的大致描述和下面的詳細描述都僅是解釋性的，并不是對所要求的方面的限制.
【附圖說明】
[0008]通過參照詳細描述結合下面附圖，本發明將被更充分地理解，其中:
[0009]圖1A、圖1B和圖1C為示例性微熔硅應變儀(MSG)壓力傳感器的示圖.
[0010]圖2為根據本發明的示例性高摻雜半導體單個全惠斯通應變儀的示圖.
[0011]圖3示出了本發明的半導體單個全惠斯通應變儀的頂視圖.
[0012]圖4示出了包括絕緣層的高摻雜半導體應變儀的截面圖.
【具體實施方式】
[0013]現在參照附圖描述本主題的創新，其中相似的附圖標記用來指代各處的相似元件.在下面的描述中，出于解釋的目的，提出了多個具體細節以便提供對本發明的透徹理解.然而，會顯而易見的是，本發明可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在其它情況下，公知的結構和設備以框圖的形式示出，以便于幫助描述本發明.
[0014]在下面的描述中，術語“或”旨在表示包括性的“或”，而不是排他性的“或”.S卩，除非另有規定，或者從上下文可以清楚知道，則“X采用A或B”旨在表示自然的包括性排列的任何一種.也就是說，如果X采用A，X采用B，或者X采用A和B，則在前述情況的任一種下滿足“X采用A或B”.此外，在本說明和附圖中使用的冠詞“一”通常應被解釋為表示“一個或多個”，除非另有規定或從上下文清楚看出是指單數形式.
[0015]如圖1A所示，示例性壓力傳感器100示出為包含在殼體110內.殼體110包括彈簧導向件120，其可以包括多個彈簧130.彈簧130可以從彈簧導向件120的頂端突出.圖1B為圖1A中描繪的壓力傳感器100的剖面圖，其中剖面圖為沿著軸A.
[0016]如圖1B所示，壓力傳感器100圍繞長軸設置.感測元件膜片140通過內部鉆孔150而暴露于外部環境(即，壓力環境)，內部鉆孔150開放到環境.內部鉆孔150圍繞軸A-A中心設置，并且設在壓力端口 160內.印刷電路板(PCB)170安裝在壓力端口 160上，并且通常垂直于長軸，其沿著圖1A所示的軸設置.通常地，PCB170設置在壓力端口 160上，其間具有合適的凝膠180.支撐環190圍繞PCB170周向設置，并且用于保持PCB170的定心，而彈簧130與彈簧保持器200協作.
[0017]如圖1C所示，PCB170承接玻璃基板210，在玻璃基板210上安裝至少一個應變儀220。由接合導線230將各個應變儀220電耦接到PCB170.
[0018]如圖2所示，根據本發明的示例性高摻雜半導體單個全惠斯通應變儀220玻璃接合到鋼制端口 160的頂表面240上，其中“P”指的是施加到鋼制端口 160的壓力的方向.
[0019]如圖3所示，半導體單個全惠斯通應變儀220的頂視圖包括4個壓阻式電阻器250(R2)、260(R3)、270(R1)、280(R4).此外，在一個實施例中，應變儀220包括5個焊盤290、300、310、320、330.在一個實施例中，焊盤290、330為電橋輸出，焊盤310為接地，并且焊盤300、320為電壓供給.這樣的5焊盤硅儀器配置使得接地焊盤310位于中間，并且當壓力施加到鋼制端口 160時，使得接地焊盤310連接拉伸的電阻器(250)和壓縮的電阻器(280)，同時，260為拉伸的而270為壓縮的，從而惠斯通電橋形成為感測壓力變化.相比于使用兩個半電橋，這樣的5焊盤硅儀器配置還使得成本降低.而且，由于兩對電阻器是對稱的，這樣的5焊盤硅儀器配置減小了壓力非線性.此外，這樣的具有5個相同取向的平行焊盤的5焊盤硅儀器配置使引線接合過程變得容易.
[0020]如圖4所示，如前所述的高摻雜半導體應變儀220通常由玻璃340接合到鋼制壓力端口 160.玻璃絕緣電阻和化學網絡接合對于一定溫度范圍是良好的.當環境溫度增加到閾值水平時并且如果傳感器持續被供電，由于外延(EPI)層直接與玻璃接觸，則在玻璃中存在顯著的離子迀移和聚集;這可能改變半導體硅儀器的電阻并且導致傳感器輸出漂移.高摻雜半導體應變儀220包括在儀器側壁上的絕緣層350，以隔離儀器并且阻止運動離子迀移.因此，包括絕緣層350顯著地降低了傳感器信號漂移.在實施例中，絕緣層350可以為一氮化娃(SiN)或者是氮化娃(Si3N4).
[0021]在其它實施例中，高摻雜半導體應變儀220可以配置為3焊盤半電橋、4焊盤全電橋、6焊盤全電橋等等.這些實施例中的每一個可以包括側壁氮化物沉積物/絕緣層.
[0022]可以使用“一個實施例”或者“實施例”連同其衍生的表達來描述一些實施例.這些術語表示與實施例一起描述的特定的特征、結構或者特性被包括在至少一個實施例中.說明書中的各個地方出現的短語“在一個實施例中”不一定全部指的是同一實施例.
[0023]盡管已經參照本發明優選實施例具體示出并描述了本發明，但是本領域技術人員可以理解，在不背離由所附權利要求限定的本申請的精神和范圍的情況下可以做出各種形式上和細節上的改變.這樣的變化旨在被本申請的范圍來覆蓋.因此，本申請實施例的前述描述并不旨在限制.而是，對本發明的任何限制呈現在下面的權利要求中。
【主權項】
1.一種裝置，包括: 感測元件，所述感測元件被配置為暴露于壓力環境，所述感測元件包括至少一個高摻雜半導體應變儀，所述高摻雜半導體應變儀包括5焊盤單惠斯通全電橋； 電子封裝件，所述電子封裝件設置在載體上并且電耦接到所述感測元件，所述載體設置在包括所述感測元件的端口上，殼體圍繞所述感測元件和所述電子封裝件設置;以及連接器，所述連接器連到所述殼體并且電連接到所述電子封裝件，所述連接器包括外部接口。2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述高摻雜半導體應變儀還包括側壁上的絕緣層。3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述絕緣層包括一氮化硅SiN。4.根據權利要求2所述的裝置，其中所述絕緣層包括氮化硅Si3N4。5.根據權利要求1所述的裝置，其中所述5焊盤單惠斯通全電橋包括: 第一電橋輸出焊盤； 第一電壓供給焊盤； 接地焊盤； 第二電壓供給焊盤；以及 第二電橋輸出焊盤。6.根據權利要求5所述的裝置，其中所述接地焊盤位于所述第一電壓供給焊盤和所述第二電壓供給焊盤之間。7.根據權利要求5所述的裝置，其中所述5焊盤單惠斯通全電橋還包括4個壓阻式電阻器。8.根據權利要求5所述的裝置，其中所述第一電橋輸出焊盤、所述第一電壓供給焊盤、所述接地焊盤、所述第二電壓供給焊盤和所述第二電橋輸出焊盤在相同的取向上并且平行排列。9.根據權利要求1所述的裝置，其中所述5焊盤單惠斯通全電橋包括兩個具有側壁沉積物的半電橋。10.根據權利要求1所述的裝置，其中所述高摻雜半導體應變儀包括3焊盤半電橋、4焊盤全電橋或6焊盤全電橋中的一種。11.根據權利要求10所述的裝置，其中所述高摻雜半導體應變儀還包括側壁氮化物沉積物/絕緣層。12.一種高摻雜半導體應變儀，包括: 5焊盤單惠斯通全電橋； 4個壓阻式電阻器；以及 側壁上的絕緣層。13.根據權利要求12所述的高摻雜半導體應變儀，其中所述絕緣層包括一氮化硅SiN。14.根據權利要求12所述的高摻雜半導體應變儀，其中所述絕緣層包括氮化硅Si3N4。15.根據權利要求12所述的高摻雜半導體應變儀，其中所述5焊盤單惠斯通全電橋包括: 第一電橋輸出焊盤； 第一電壓供給焊盤； 接地焊盤； 第二電壓供給焊盤；以及 第二電橋輸出焊盤。16.根據權利要求15所述的高摻雜半導體應變儀，其中所述接地焊盤位于所述第一電壓供給焊盤和所述第二電壓供給焊盤之間。17.根據權利要求15所述的高摻雜半導體應變儀，其中所述第一電橋輸出焊盤、所述第一電壓供給焊盤、所述接地焊盤、所述第二電壓供給焊盤和所述第二電橋輸出焊盤在相同的取向上并且平行排列。18.根據權利要求12所述的高摻雜半導體應變儀，其中所述5焊盤單惠斯通全電橋包括兩個具有側壁沉積物的半電橋。19.根據權利要求12所述的高摻雜半導體應變儀，其中采用3焊盤半電橋、4焊盤全電橋或6焊盤全電橋中的一種來代替所述5焊盤單惠斯通全電橋。20.根據權利要求19所述的高摻雜半導體應變儀，其中所述高摻雜半導體應變儀還包括側壁氮化物沉積物/絕緣層。
【文檔編號】G01L1/18GK106017750SQ201610240558
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月25日
【發明人】霍史紅, C·布斯奎特, D·岡卡爾維斯
【申請人】森薩塔科技公司