CN1751232A - 在所测量的压力和参考室之间的压力均衡减少的硅压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及绝对压力传感器，该压力传感器具有两片相结合的晶片，其含有压力检测结构和形成参考压力室和缓冲室。由于缓冲室收集通过晶片之间的结合层渗透的分子，所以可以避免参考室中的压力升高。所以，该传感器更耐受压力室和周围的压力即所检测的压力之间的压力均衡，并且避免了对传感器反复的校正。

Description

在所测量的压力和参考室之间的压力均衡减少的硅压力传感器

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，特别地，本发明涉及一种包括第一晶片部件和第二晶片部件的压力传感器。晶片部件之一包括用于检测第一环境空间的压力与参考室的压力之间的差值的压电电阻部件。这两个晶片部件具有结合在一起的接触表面来形成压力传感器。

背景技术

存在由包括两个晶片的层叠结构制备的绝对传感器。在这些传感器中，在所检测的环境压力与参考压力室的压力之间的压力差使室的侧壁偏转，并且将该偏转转变为代表该压力差的电信号。通常，参考压力室被抽真空以消除室内残余气体的热效应。

为了保持来自传感器读出值之间给定的相关性，重要的是要维持密封腔内部的真空。但是，测试已经显示无论结合了多少层，仍然经常发生从环境到密封腔的泄漏。通常，泄漏发生为分子通过结合的层的横向渗透。

分子横向渗透具有这样的效果，即在密封腔内的压力将从真空向环境压力上升。压力随时间上升导致密封腔和所检测压力之间的压力均衡。对于高压应用，该均衡发生最快，且对传感器有最大的影响。

在“High pressure sensor based on fusion bonding”中公开了这样的硅传感器，该文献公开于“Proceedings of the Sixth International symposium onSemiconductor Wafer bonding；Science，Technology and Applications in SanFrancisco，Califomia September 2-7，2001”(对比文献1)。在“High-pressuresilicon sensor with low-cost packaging”中公开一种绝对传感器，该文献公开于“Sensors and Actuators A：Physical 92(2001)16-22”(对比文献2)。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝对硅高压传感器，该绝对硅高压传感器更加可靠并且需要更少校正时间。因此，本发明在第一方面提供了一种传感器，其中，当接触表面被结合来形成压力传感器时，至少一个接触表面中的表面结构形成参考室和缓冲室。

由于除参考室外至少还形成缓冲室，至少部分的通过晶片之间的结合层渗透的分子可以由缓冲室收集。这些收集的分子将不会促成参考室中的压力的升高，并且缓冲室因此有助于使得压力传感器对密封腔和检测到压力之间的压力均衡更具抵抗力，并有助于使得传感器在时间上更可靠。

晶片中的一个或两个可以由硅或玻璃制备。参考室和/或缓冲室可以通过在接触表面被结合在一起之前在一个或两个接触表面中形成凹入来制备。作为一种替换，一个或两个室可以这样形成：通过一个表面的平面中进行平移(shift)，例如，通过在它们结合之前在一个表面上放置电极。由于晶片的非柔性防止表面在平面中的平移上紧密粘附，所以可以在平移附近的区域中于两个晶片之间形成间隙。

优选的是，缓冲室形成一种沟道布置，其位于参考室和第一环境空间之间。因此，可以实现分子渗透将发生在环境压力和该沟道布置之间。

为了进一步增加传感器在时间上的可靠性，缓冲室可以与一开口流体连通，该开口通入周围的的第二环境空间中，例如其处于常规大气压力。因此，渗透分子可以流出缓冲室，进入周围的气氛中。

传感器可以包括位于一表面中的线路连接区域，该表面暴露于第二环境空间的压力。建立起缓冲室和第二环境空间之间的该开口可以位于线路连接附近。

在第二方面，本发明提供了一种减少第一环境空间和参考室之间的分子渗透的方法，参考室位于压力传感器的部件之间。根据该方法，缓冲室形成在压力传感器中、于第一环境空间和参考压力室之间，来收集渗透分子。该方法可以与结合本发明的第一方面所述的任何特征相组合，具体而言，收集的分子可以被引导至第二环境空间，例如周围的大气。

附图说明

现在已经从总的方面对本发明进行了说明，下面将参考附图对本发明的一个实施例进行详细地说明，在附图中：

图1示出了硅压力传感器的侧视图；

图2示出了标准晶片的结合区域的俯视图；

图3示出了标准晶片的横截面视图；

图4示出了传感器更详细的横截面视图；

图5示出了包括用于将传感器插入受压系统中的密封装置的传感器；

具体实施方式

图1示出了由第一晶片1和第二晶片2构成的硅压力传感器的侧视图。在第二晶片中，如图2所示，当晶片被结合在一起时，表面结构形成了缓冲室8以及参考室4。第一晶片1是部件晶片，具体而言是SOI(绝缘体上硅)晶片，其上设置有至少一个压电电阻器形式的传感结构，这通常为压电电阻部件的网络形式。在参考文献1和2中可以找到第一晶片1的总的方面。

第二晶片2是标准晶片，并且是基于其中所要检测压力的介质而选择的材料制成。它可以仅仅是玻璃晶片。

第一表面部分形成传感器的检测部分10。该表面暴露于在虚线12右侧存在的第一环境空间的压力，即相对于参考压力室被检测的压力。第二表面部分11暴露于在虚线12左侧存在的第二环境空间的压力，即周围大气压力。用于线路连接的区域位于第二表面部分中。虚线12表示边界，例如，将第一环境空间从第二环境空间分开的压力室的壁。通常，传感器将与促进密封附着的设备相配合。该配合可以包括外部密封装置以防止两个空间之间的流体连通。如图5所详细示出的那样，该密封例如可以包括外表面的螺纹部分和例如O型圈的衬垫以实现传感器和压力系统的壁之间的密封啮合。

图1中的线2-2表示两个晶片相结合的部分，图2示出了沿该结合线从上看的横截面视图，即第二晶片2的俯视图。如图2所示，第二晶片2具有在晶片的端部5附近形成参考室4的凹入。当将晶片结合时，参考室4放置于形成在第一晶片1中的检测区域10之下，参考图1。

图2还示出了为沟道布置8形式的缓冲室，呈从第一端部9沿侧边部分7、第二端部5、侧边部分6返回到第一端部9的U型。沟道布置因此位于第一参考室和第一环境空间之间的位置，晶片之间通过结合部分渗透的分子因此由缓冲室收集。

由于沟道布置8具有两个开口13、14，它们位于虚边界指示线12的左侧，所以渗透的分子可以释放到第二环境空间。对第二环境空间的开口防止缓冲室中的压力上升。但是，这些开口是可选的。

图3示出了沿图2的线3-3横截面视图，其清楚地示出了参考压力室4和缓冲室8形成为第二晶片2的结合表面15中的凹入。

图4示出了传感器更加详细的横截面视图。外面的线16表示由例如石英制成的保护涂层。参考室17含有压电电阻器18以及互连19，其用于该电阻器和设置在传感器外的调节电子器件之间的电连接。该缓冲室20位于环境空间和参考室之间。

图5示出了在完成后的组件中的传感器。该传感器21经套管23被密封地固定到压力系统的壁22。将套管和传感器成型以通过玻璃釉料24接触，并且套管被衬套26推入壁的开口25。该衬套包括螺纹部分27，O型圈28提供密封。在衬套内，线29连接到传感器的表面30，该表面也包括对传感器的缓冲室的开口。

Claims (8)

1、一种压力传感器，包括第一晶片部件和第二晶片部件，二者之一包括至少一个压电电阻部件用于检测第一环境空间的压力和参考室的压力之间的差值，所述两个晶片具有接触表面，其中，当所述接触表面被结合来形成所述压力传感器时，所述接触表面中至少一个的表面结构形成所述参考室和缓冲室。

2、根据权利要求1的压力传感器，其中，所述表面结构包括凹入，当所述晶片结合在一起时，所述凹入在所述晶片之间形成至少一个所述室。

3、根据权利要求1或2的压力传感器，其中，所述缓冲室沟道布置，其位于所述参考室和所述第一环境空间之间

4、根据前述权利要求中任一的压力传感器，还包括：附着装置，用于将所述传感器附着到所述第一环境空间和第二环境空间之间，所述附着装置将所述传感器的外表面分为暴露于所述第一环境空间的压力的第一表面部分和暴露于所述第二环境空间的压力的第二表面部分，其中，所述缓冲室与所述第二表面部分中的开口处于流体连通以均衡所述缓冲室和所述第二环境空间之间的压力差。

5、根据权利要求4的压力传感器，其中，所述压电电阻部件电连接到位于所述第二表面部分中的线路连接区域。

6、根据前述权利要求中任一的压力传感器，其中，所述第一晶片是由硅制成，所述第二晶片是由选自玻璃和硅的材料制成。

7、一种用于位于减少压力传感器部件之间的第一环境空间和参考室之间的分子渗透的方法，其中，在所述压力传感器中、于所述第一环境空间和参考压力室之间形成缓冲室来收集渗透的分子。

8、根据权利要求7的方法，其中，所述被收集的分子被引导到第二环境空间。

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