CN208622718U - 一种集成式多参量传感芯片、电路板和电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成式多参量传感芯片、电路板和电子装置。所述多参量传感芯片具有衬底(11)，在所述衬底(11)上设置有顶硅层(10)，在该顶硅层上集成地制作有用于测量差压的差压传感芯片模块(3)、用于测量绝压的绝压传感芯片模块(6)、用于测量温度的温度传感芯片模块(8)中的至少两个。采用本实用新型可以使得整个测试操作更为简单、高效且成本更低，并且有助于实现测量设备或系统在整体结构上更为紧凑。

Description

一种集成式多参量传感芯片、电路板和电子装置

技术领域

本实用新型涉及芯片技术领域，尤其涉及到一种集成式多参量传感芯片、电路板和电子装置。

背景技术

随着科技进步和社会发展，各类电子元器件、装置或设备等已经获得了广泛应用，例如人们可能需要利用它们来测量诸如压力、温度、速度等参数。然而，现有技术在此方面仍然存在着一些缺陷和不足之处。

举例来讲，在过程工业中进行差压测量时往往同时存在一定的静压，由于该静压会影响差压的测量准确性，因此需要预先检测过程静压，并据此进行静压补偿。为此，现有技术通常是在差压芯片附近额外安装一个静压传感芯片，但是这将导致最终的传感器尺寸偏大，测量过程复杂并且会增加故障点。

此外，在过程工业中进行差压式流量测量时，需要采集现场温度和静压用于进行温压补偿。为此，现有技术通常是系统级整合路线(分别采集差压、静压、温度后统一传送至上位机进行运算)、变送器级整合路线(在差压变送器端通过内置或外置温度、静压传感器，统一采集相应数据并运算后输出)或传感器级整合路线(在差压传感器内部通过内置温度、静压传感芯片，与传感器电路连接)，然而这些技术方案也都存在着系统结构复杂且尺寸偏大、数据处理效果不高，并且容易发生故障等诸多问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种集成式多参量传感芯片、电路板和电子装置。本实用新型属芯片级整合路线：在同一芯片上同时集成有差压、静压和温度三种传感芯片模块，从而有效解决或缓解了现有技术中存在的以上这些问题和其他方面问题中的一个或多个。

首先，根据本实用新型的第一方面，它提供了集成式多参量传感芯片，其具有衬底，在所述衬底上设置有顶硅层，在该顶硅层上集成地制作有用于测量差压的差压传感芯片模块、用于测量绝压的绝压传感芯片模块、用于测量温度的温度传感芯片模块中的至少两个。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，所述差压传感芯片模块、所述绝压传感芯片模块和所述温度传感芯片模块被设置成使其在所述衬底上的信号输出触点之间相互独立，即无电气连接。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，所述差压传感芯片模块和所述绝压传感芯片模块被设置成使其在所述衬底上的供电触点相互连接以共用同一电源。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，所述差压传感芯片模块和/或所述绝压传感芯片模块采用平膜片结构。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，所述差压传感芯片模块在所述衬底上的布置区域内设置有至少一个贯穿所述衬底的通孔，所述通孔被设置在所述布置区域的中心位置。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，所述差压传感芯片模块包括采用惠斯顿电桥的电路，并且所述差压传感芯片模块的背部设置有与所述通孔相连通的第一腔体。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，所述绝压传感芯片模块包括采用惠斯顿电桥的电路，并且所述绝压传感芯片模块的背部设置有第二腔体，所述第二腔体在与所述衬底键合时形成为真空腔。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，所述温度传感芯片模块包括由两个二极管串联形成的电路。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，在所述衬底与顶硅层之间设有绝缘层，该绝缘层用于实现各芯片模块与衬底的介质隔离。在此，通过采用SOI技术(即绝缘衬底上的硅)来制作和引入该绝缘层，以便实现介质隔离、阻断电荷泄漏通道，从根本上解决电荷泄漏的问题，有效隔离了各模块之间的信号干涉，避免了多模块共存于同一衬底时各模块信号之间的相互影响。

在根据本实用新型的多参量传感芯片中，可选地，在衬底背离所述顶硅层的那侧设置有背衬，该背衬用作为对外连接的机械接口、与所述衬底通过Si-Si或Si-Glass键合连接。

其次，根据本实用新型的第二方面，它提供了电路板，所述电路板上设置有一个或多个如以上任一项所述的多参量传感芯片。

另外，根据本实用新型的第三方面，它还提供了电子装置，所述电子装置包括一个或多个如以上任一项所述的多参量传感芯片、或者一个或多个如以上所述的电路板。

从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本实用新型的各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。例如，将会明白的是，与现有技术相比较，采用根据本实用新型设计提供的多参量传感芯片可以非常便捷地同时测量例如差压、绝压和/或温度等参数，从而不仅使得整个测试操作相当简单、高效且成本更低，而且有助于实现测量设备或系统在整体结构上更为紧凑。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是一个根据本实用新型的多参量传感芯片实施例的组成结构示意图；

图2是图1所示的多参量传感芯片实施例的纵剖结构示意图；

图3是图1所示的多参量传感芯片实施例中的差压传感芯片模块的纵剖结构示意图；

图4是图1所示的多参量传感芯片实施例中的绝压传感芯片模块的纵剖结构侧视示意图；

图5是图1所示的多参量传感芯片实施例中的温度传感芯片模块的纵剖结构侧视示意图；

图6是根据本实用新型的多参量传感芯片另一个实施例的组成结构示意图；

图7是图6所示的多参量传感芯片实施例的纵剖结构示意图；以及

图8是根据本实用新型的多参量传感芯片又一个实施例的纵剖结构示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的多参量传感芯片、电路板和电子装置的结构、组成、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将它们理解为对本实用新型形成任何的限制。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐合在各附图中的任意单个技术特征，本实用新型仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而也应当认为这些根据本实用新型的更多实施例是在本文的记载范围之内。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示。

请结合参考图1至图5，通过这些附图示意性地显示出了一个根据本实用新型的多参量传感芯片实施例的基本组成结构情况，下面就对此进行详细说明。

在这个给出的实施例中，多参量传感芯片1具有衬底11，在该衬底11上设置有顶硅层10，在该顶硅层10上同时集成地制作有差压传感芯片模块3、绝压传感芯片模块6和温度传感芯片模块8，它们被提供分别用于测量差压、绝压和温度信号。即，通过在该多参量传感芯片1上同时布置上述三种传感芯片模块，就可以仅借助于该多参量传感芯片1来非常方便地测量采集到差压、绝压和/或温度参数，从而不仅使得在整体构造上非常得紧凑，而且能够大大降低测量操作过程的复杂性，使得对于例如以上这些参数的测量工作能够相当高效地一站式完成，并且还尤其能显著减少在现有技术中经常容易出现的故障或异常的发生。

具体来讲，请参阅图1、图2和图3，可以将差压传感芯片模块3布置在衬底11上的任何适宜区域内，用于实现对差压信号的测量。作为示例说明，该差压传感芯片模块3可以包括采用惠斯顿电桥的电路，但是本实用新型是允许在差压传感芯片模块3中增加或者替换性地设置任何适宜的其他元件、部件或单元等。

如图2和图3所示，在所给出的这个实施例中，可以在差压传感芯片模块3的背部处可选地设置形成第一腔体18，并且使得该第一腔体18与通孔12保持连通。对于通孔12来讲，它是设置在差压传感芯片模块3在衬底11上的布置区域内并且贯穿了该衬底11，即、经由该通孔12可以使得差压传感芯片模块3的背部与外界保持流体连通，以便使用该差压传感芯片模块3进行差压参数测量。

在可选情形下，可将上述通孔12设置在差压传感芯片模块3在衬底11上的布置区域的中心位置处。当然，在实际应用情形下，可以根据差压传感芯片模块3的电路组成、衬底11的结构等具体情况，本实用新型允许灵活地选择设定通孔12的布置位置、数量、形状、尺寸等，以便更好地满足一些实际测量需求。

此外，在可选情形下，差压传感芯片模块3可以采用平膜片结构，其具体尺寸可以随着测量量程的不同而不同。如图1所示，在该差压传感芯片模块3中，可以设置供电触点2和14用作供电连接，并且可以设置信号输出触点4和13用于进行信号输出。在本实施例中，以上这些触点2、4、13和14是与下面将讨论的绝压传感芯片模块6和温度传感芯片模块8上的各触点保持相互独立的，即无电气连接。

接下来，请再结合参阅图1和图4，其中示例性地图示出了绝压传感芯片模块6。具体来讲，可以将该绝压传感芯片模块6布置在衬底11上的任何适宜区域内，用来进行绝压参数的测量。举例来讲，绝压传感芯片模块6可以采用包括采用惠斯顿电桥的电路，并且本实用新型同样允许在绝压传感芯片模块6中增加或者替换性地设置任何适宜的其他元件、部件或单元等。

如图4所示，在可选情形下，可以在绝压传感芯片模块6的背部可选地设置第二腔体19，并且使得该第二腔体19在与衬底11键合时形成为真空腔。

另外，在可选情形下，绝压传感芯片模块6可以采用平膜片结构，其具体尺寸可以随着测量量程的不同而不同。如图1所示，在该绝压传感芯片模块6中，可以设置供电触点5和9用作供电连接，并且可以设置信号输出触点7和15用于进行信号输出。在本实施例中，以上这些触点5、7、9和15是与上述差压传感芯片模块3和以下将介绍的温度传感芯片模块8上的各触点保持相互独立的，即无电气连接。

在图1和图5中进行以示意方式图示出了温度传感芯片模块8的构成及布置情况。在所讨论的示例中，该温度传感芯片模块8与绝压传感芯片模块6并排地布置在差压传感芯片模块3的右边，用于提供温度测量的功能。然而，应当知道的是，根据实际应用需求情况，本实用新型允许将温度传感芯片模块8布置在衬底11上的任何适宜位置处。

作为举例说明，在图1中示出了温度传感芯片模块8包括由两个二极管串联形成的电路，并且可以通过设置电信号触点16和17来对外提供电信号连接。同样应当理解，在不违背本实用新型主旨的情况下，可以在温度传感芯片模块8中增加或者替换性地设置任何适宜的其他元件、部件或单元等。

为了能够更好地理解根据本实用新型的设计思路、特点以及优势等，在图6中示范性地图示出了另一个多参量传感芯片实施例的组成结构，并且在图7中进一步展示出了该多参量传感芯片实施例的纵剖示意结构。

在这个多参量传感芯片实施例中，如图6所示，差压传感芯片模块3、绝压传感芯片模块6和温度传感芯片模块8是被同时布置在衬底11上，其中已经将差压传感芯片模块3的供电触点2、14分别与绝压传感芯片模块6的供电触点5、17进行互接，由此可以使得差压传感芯片模块3和绝压传感芯片模块6共同使用一个电源，这不仅能为测量工作进一步提供便利性，而且非常有助于促进测量设备或系统在整体结构上更加紧凑，实现小型化。

需要说明的是，除非在本文中特别指出，可将在前文中关于图1中所示的多参量传感芯片实施例的组成结构、各模块的功能、布置、构造等的相关说明同样用于图6中所示的多参量传感芯片实施例，由于这些技术内容都已在前文中进行了非常详尽的介绍，完全可以直接参阅前述各部分的详细说明，因此不再赘述。

图8示出了根据本实用新型的多参量传感芯片又一个实施例的纵剖结构示意图。在这个实施例中，通过采用SOI技术，在衬底11与顶硅层10之间加工出绝缘层20。衬底11的底侧与背衬21通过Si-Si或Si-Glass键合连接，并构成空腔18，该空腔18为加工平膜片而产生。差压芯片模块3、绝压芯片模块6、温度芯片模块8制作于顶硅层10上。通过引入绝缘层20，使得顶硅层10上的这些芯片模块与衬底11介质隔离，从而解决了体硅器件的电荷泄漏问题，使得传感芯片性能产生实质性的提升。

通过参阅图1至图8中示出的以上这三个实施例，已经详细说明了根据本实用新型的多参量传感芯片的大致结构组成、工作原理和技术优势等内容，但是必须说明在不脱离本实用新型主旨的情况下，本实用新型允许根据实际应用情况来进行各种可能的灵活设计、改变和调整。

举例而言，尽管在给出的这些实施例中示出了将芯片本体10、即差压传感芯片模块3、绝压传感芯片模块6和温度传感芯片模块8同时集成在多参量传感芯片1的衬底11上，形成了一种集成式多功能芯片。该芯片本体实际上是一个顶硅层10，在该顶硅层10上可以加工制作出各种传感芯片模块，例如，上述的压传感芯片模块3、绝压传感芯片模块6和温度传感芯片模块8等等。然而可以根据应用需求情况来灵活地选择差压传感芯片模块3、绝压传感芯片模块6和温度传感芯片模块8当中的任意两个模块来构成多参量传感芯片，以此用来测量所需要的差压、绝压和/或温度等参数。

再举例来讲，在前文讨论的两个实施例中，是将差压传感芯片模块3、绝压传感芯片模块6和温度传感芯片模块8的供电触点和信号输出触点示例性地分别布置在各模块的周边位置。然而，需要指出的是，在一些实际应用中，可以考虑根据具体需求情况来灵活地调整布置以上供电触点和/或信号输出触点的位置。

此外，在根据本实用新型的技术方案中，对于贯穿衬底11的通孔12来讲，可以不必采用图2中所示的直孔形式。例如，在一些可选实施例中，可将通孔12设置成具有相对复杂的构造，而只需要保证能借助于此类通孔12实现差压传感芯片模块3的背部与外界保持流体连通以完成差压参数测量即可。通孔12可以制作于衬底11中，相应地腔体18、19设置在顶硅层10的背面。在设有背衬21的情况下，通孔12可以制作于背衬21中而将腔体18、19设置在衬底11的背面，通孔12与腔体18、19相连通。

作为明显优于现有技术的一个方面，本实用新型还提供了一种电路板，可在该电路板上设置一个或多个如以上讨论的根据本实用新型设计提供的多参量传感芯片，由此可以提供应用本实用新型方案所带来的如前所述的这些明显技术优势。

鉴于根据本实用新型的多参量传感芯片和电路板具有如上所述的显著优于现有技术的技术优势，因此非常适合在电子装置上配置一个或多个这样的多参量传感芯片或者电路板，这样的电子装置包括但不限于用于测量例如差压、绝压、温度等参数的电子测量设备。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本实用新型的多参量传感芯片、电路板和电子装置，这些个例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。

Claims (12)

1.一种集成式多参量传感芯片，其具有衬底(11)，其特征在于，在所述衬底(11)上设置有顶硅层(10)，在该顶硅层上集成地制作有用于测量差压的差压传感芯片模块(3)、用于测量绝压的绝压传感芯片模块(6)、用于测量温度的温度传感芯片模块(8)中的至少两个。

2.根据权利要求1所述的集成式多参量传感芯片，其中，所述差压传感芯片模块(3)、所述绝压传感芯片模块(6)和所述温度传感芯片模块(8)被设置成使其在所述衬底(11)上的信号输出触点之间相互独立。

3.根据权利要求1所述的集成式多参量传感芯片，其中，所述差压传感芯片模块(3)和所述绝压传感芯片模块(6)被设置成使其在所述衬底(11)上的供电触点相互连接以共用同一电源。

4.根据权利要求1所述的集成式多参量传感芯片，其中，所述差压传感芯片模块(3)和/或所述绝压传感芯片模块(6)采用平膜片结构。

5.根据权利要求1所述的集成式多参量传感芯片，其中，所述差压传感芯片模块(3)在所述衬底(11)上的布置区域内设置有至少一个贯穿所述衬底(11)的通孔(12)，所述通孔(12)被设置在所述布置区域的中心位置。

6.根据权利要求5所述的集成式多参量传感芯片，其中，所述差压传感芯片模块(3)包括采用惠斯顿电桥的电路，并且所述差压传感芯片模块(3)的背部设置有与所述通孔(12)相连通的第一腔体(18)。

7.根据权利要求1所述的集成式多参量传感芯片，其中，所述绝压传感芯片模块(6)包括采用惠斯顿电桥的电路，并且所述绝压传感芯片模块(6)的背部设置有第二腔体(19)，所述第二腔体(19)在与所述衬底(11)键合时形成为真空腔。

8.根据权利要求1所述的集成式多参量传感芯片，其中，所述温度传感芯片模块(8)包括由两个二极管串联形成的电路。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的集成式多参量传感芯片，其中，在所述衬底(11)与顶硅层(10)之间设有绝缘层(20)，该绝缘层用于实现各芯片模块(3、6、8)与衬底(11)的介质隔离。

10.根据权利要求9所述的集成式多参量传感芯片，其中，在衬底(11)背离所述顶硅层(10)的那侧设置有背衬(21)，该背衬用作为对外连接的机械接口、与所述衬底(11)通过Si-Si或Si-Glass键合连接。

11.一种电路板，其特征在于，所述电路板上设置有一个或多个如权利要求1-10中任一项所述的集成式多参量传感芯片。

12.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括一个或多个如权利要求1-10中任一项所述的集成式多参量传感芯片、或者一个或多个如权利要求11所述的电路板。