CN1926421A - 微制造的热丝真空传感器 - Google Patents

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Abstract

一种使用半导体集成电路工艺形成的微制造真空传感器。所述传感器可与微制造元件一并形成在外壳内。随后就可使用该传感器测量外壳内的压力。

Description

微制造的热丝真空传感器
技术领域
本发明总的涉及在密封系统内感知压力的真空传感器。
背景技术
集成电路可被气密封装。对元件进行气密封装的原因很多，但主要是因为气密封装可以为这些元件隔绝周围环境的有害影响。在微系统中集成电路的真空封装可以增强器件性能和/或提高可靠性。
但由于独立的真空传感器通常过大且并入集成电路的成本过高，所以通常很难监视真空封装内的压力。因为缺乏内部传感器，所以真空封装空腔内的内部压力在产品使用寿命内都无法得知，并且仅能根据封装期间测得的气体压力而进行估计。
气密封装还能够使能对周围气体成分和/或压力的控制。业已存在以表示封装密闭度为特征的技术，诸如碳氟化合物气泡(fluorocarbon bubble)和氦检测测试。然而，尚未开发出能测量商用微机电系统中包括射频元件在内的极小空腔(诸如那些尺寸小于一立方厘米的空腔)封装密闭度的通用技术。
于是就需要一种更好的方法来测量空腔压力。
附图说明
图1是本发明一个实施例的透视图；
图2是本发明一个实施例的简化截面图；
图3是本发明另一个实施例的简化截面图；
图4是本发明一个实施例在制造过程中的简化截面图；
图5是根据本发明一个实施例的后续步骤的简化截面图；
图6是根据本发明一个实施例的后续制造步骤的简化截面图；以及
图7是根据本发明一个实施例对衬底沿着图1中线7-7切开的简化截面图。
具体实施方式
参见图1，微制造的热丝真空传感器10可通过在衬底(未示出)上使用集成电路制造技术而形成。在某些实施例中，传感器10可以测量内部空腔压力。在一个实施例中，传感器10可以测量真空封装微系统中范围在10-2至103托(Torr)之间的压力。传感器10还可用于密封集成电路或微系统封装的泄漏测试。通过直接使用已校准真空传感器10就可对真空封装设备执行压力监视。而通过使用真空传感器10的合适计量就能执行密闭度测试。
可在绝缘体24上形成传感器10。第一U形接触件12位于传感器10的一侧而第二U形接触件12则位于相反的一侧。接触脚17支持悬空的蛇形导电微制造导线14。脚17还电气耦合接触件12和导线14。导线14在提供给接触件12的电流通过其自身时会发热。在一个实施例中，接触件12可以包括两个使能进行四点电阻测量的引脚13。
导线14发热至部分由外加电压和周围压力决定的温度。可以测量导线14两端的电压以及通过的电流，并且使用合适校准还能测量导线14的温度。由导线14的电压和电流就能确定导线14的稳态热量散失。
为了测量悬空导线14的温度，可以局部使用四点电阻测量来测量导线14的电阻，并使用已知的电阻温度系数或导线材料的合适校准函数来计算温度。
导线本身起到热敏电阻或基于电阻的温度传感器的作用。此种安排可以实现一种更简单的传感器，这种仅带有一种结构材料的传感器适合集成电路、微制造并可并入集成电路或微系统。
参见图2，可在集成电路18上的绝缘体20上方形成传感器10。在一个实施例中，可以使用集成电路、单片制造技术来制造设备10。与此同时，也可使用单片微电路集成电路制造技术在衬底18上方形成微系统22。
随后可将系统22和传感器10密封在外壳24内。结果就形成了与周围空气隔绝的密封腔26。在一个实施例中，空腔26的体积可以小于一立方厘米。
外壳24例如可采取与衬底18相粘合的罩顶形式，作为诸如金属或陶瓷气密封装的传感器10和衬底18专用物理外壳或诸如真空室的密封室。
在许多情况下，使用形成微系统22的制造工艺或对其稍加修改就能集成真空传感器10。
可以使用传感器10监视空腔26内部的压力。在一个实施例中，真空传感器10可以仅占用外壳24内容积的一相对较小的部分或衬底或管芯18表面相对较小的部分。例如在一个实施例中，传感器10可以集成入包括金悬臂射频开关的系统22而无需修改微制造工艺。在这样一个实施例中也可使用金制造导线14。
参见图3，根据本发明的另一个实施例，一种混合集成方案在密闭封装内使用真空传感器10。真空传感器10可以形成作为分立制造的集成电路管芯。微系统28也可形成为分立的集成电路管芯。可将用于传感器10和电路28的管芯封装在一公共外壳24内。在某些实施例中，衬底18可以是硅、玻璃、陶瓷或者有机管芯或封装衬底。
可以使用引线接合、倒装封装和/或其他电气互连技术将传感器10和电路28彼此耦合和/或耦合至其他元件。混合集成可能比图2所示的单片方法产出更大的封装。然而因为所述真空传感器10较小的管芯尺寸和简单的制造工艺，使其具有在大小和成本上优于现有技术中的真空传感器。
参见图4，传感器10的制造从在衬底18上沉积绝缘体20开始。可以沉积籽晶层12并形成图案，以在传感器10相对的两端上形成接触件12。
如图5所示，可以沉积牺牲层32并形成图案，以形成其中最终会形成脚17的开口34。随后参见图6，可以在牺牲层32上沉积导线14并形成图案。可以使用传统的光刻掩膜技术形成所需图案。
随后例如就通过化学蚀刻、加热或其他相关释放技术移除层32。结果如图7所示，得到安装在脚17上并悬在绝缘层20上方的导线14。
外壳24可采用罩顶的形式并与衬底相附连，形成诸如金属和陶瓷气密封装的传感器和衬底专用的物理外壳或者诸如真空室的密闭室。衬底18上的接触件12可在外壳24之下延伸以实现真空传感器10与外壳24外部的电气通路。电气接触可通过外壳24或者通过衬底18(例如，通过导电通孔)延伸至外壳24外部。
可以使用外部测量硬件(未示出)对传感器10进行操作。这些硬件包括DC电源、电流表和伏特计。
系统22可以是例如微机械传感变换器、微机电系统、微型光学传感变换器、光学微机电系统、微型电离辐射传感变换器、微型热传感变换器、微型磁或电磁传感变换器、微型化学或生物传感变换器、或微型射流设备。系统22能够与真空传感器10密封在同一外壳24内。
作为两个实例，外壳24分别可以是集成电路封装的一部分或者本身也被封入其他封装内。
虽然对本发明的描述参考了有限的实施例，但是本领域普通技术人员应该从中认识到各种修改和变化。应该理解所附权利要求覆盖所有这些修改和变化，它们都位于本发明的实际精神和范围之内。

Claims (27)

1.一种方法，包括：
微制造真空传感器；以及
将所述真空传感器连同集成电路密封在外壳内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在同一衬底内集成所述真空传感器和所述集成电路。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在分立管芯上集成所述真空传感器和所述集成电路，并且将所述分立管芯封入所述同一外壳内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括将所述真空传感器微制造成蛇形导线。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，包括将所述传感器微制造成悬空的蛇形导线。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，包括在一表面上形成接触件，所述接触件耦合至所述导线。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，包括将所述接触件制造成U形。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括提供覆盖了所述真空传感器和所述集成电路并提供气密腔室的外壳。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括提供所述外壳下方至所述腔室外部的电气连接。
10.一种集成电路器件，包括：
微制造的真空传感器；
集成电路；
外壳；以及
衬底，所述外壳安装于所述衬底之上，并且所述真空传感器和所述电路两者都被密封在所述外壳内。
11.如权利要求10所述的器件，其特征在于，所述真空传感器和所述集成电路被单片集成在同一管芯内。
12.如权利要求10所述的器件，其特征在于，所述真空传感器和集成电路位于分立管芯上。
13.如权利要求10所述的器件，其特征在于，所述真空传感器包括蛇形导线。
14.如权利要求13所述的器件，其特征在于，所述导线是悬空的。
15.如权利要求13所述的器件，其特征在于，包括耦合至所述导线的接触件。
16.如权利要求15所述的器件，其特征在于，所述接触件是U形的。
17.如权利要求16所述的器件，其特征在于，包括从所述接触件向上延伸至所述导线的垂直部分。
18.如权利要求10所述的器件，其特征在于，所述外壳是气密的。
19.如权利要求18所述的器件，其特征在于，包括从所述外壳下方延伸至所述外壳外部的电气连接。
20.一种集成电路器件，包括：
衬底；
集成在所述衬底上的真空传感器；
集成在所述衬底上的集成电路；以及
外壳，所述外壳安装于所述衬底之上，并且所述真空传感器和所述电路两者均被密封在所述外壳内。
21.如权利要求20所述的器件，其特征在于，所述真空传感器包括蛇形导线。
22.如权利要求21所述的器件，其特征在于，所述导线是悬空的。
23.如权利要求21所述的器件，其特征在于，包括耦合至所述导线的接触件。
24.如权利要求23所述的器件，其特征在于，所述接触件是U形的。
25.如权利要求24所述的器件，其特征在于，包括从所述接触件向上延伸至所述导线的垂直部分。
26.如权利要求20所述的器件，其特征在于，所述外壳是气密的。
27.如权利要求26所述的器件，其特征在于，包括从所述外壳下方延伸至所述外壳外部的电气连接。
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