TW593994B - Sensor usable in ultra pure and highly corrosive environments - Google Patents

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五、發明説明（1 ) I ·發明範圍 本發明大體上係關於多個感測:,，更具體而言係關於一 壓力及/或溫度係關於感測器’其於200。。以上具有優異之 穩定度且於7G()t以上仍能有效地運作。本發明感測器之 操作热須液體充填，且無外在曝露金層㈣。該感測器包 括-無孔隙、不滲透表面’其可置於高度潔淨環境直接與 流髖接觸。在本發明一具體實施例中，該無孔隙表面被包 括於化學攻擊無法渗透之單晶藍寶石（氧化㈤之一層。依 此方式Η匕學物或污染物無法自感測器過量被柚出至製程 流。在無限制了，本發明壓力感測器可適用於一化學插入 壓力探頭換組或流量計以感測在製程流體中之壓力，及可 直接射出成形為壓力探頭模組或流量計之高溫塑膠外罩。 Π·發明背景 壓力感測器已被運用於多樣不同之應用以量測計量壓力 或絕對壓力。這些應用中的許多包括在不利的環境中的壓 力量測。δ亥壓力感測器可為一電容形式或壓阻形$。例 如，一氧化鋁陶瓷電容感測器可包括一薄，通常合用的陶 瓷板其具有一絕緣間隔環包夾於一厚，不合用陶瓷板之 中。第一個薄陶瓷板或隔膜厚度約.005至.050吋，典型地 為.020吋。厚陶瓷板則有一厚度範圍·1〇〇至·2〇〇吋。熟諳此 藝者將認可，隔膜之厚度係較佳地取決於該薄膜之直徑。 。亥間隔則可由一適用之聚合物建構。附添之面由金屬如 金、鎳、黃鉛金屬化合以造出一電容盤。一類似之電容壓 力探頭已被貝爾（Bell)等人說明於美國專利第4，177,496號 -4 - 593994 A7 _____ B7__ 五、發明説明（2 ) (專利f496號）。其他類似專利，49 6號中述及之電容壓力探 頭，均可取得且為此藝所知。一壓阻感測器典型地利用到 一惠斯頓電橋，其可量測電壓變化並將該電壓變化關聯至 感測壓力之變化。任一這些壓力感測器形式可利用以量測 高度潔淨環境中之流體壓力，然而，一無污染壓力感測器 仍有其必要。 敏感材料之高度潔淨製程典型地需要利用腐蝕性的流 體。在製造程序中敏感材料對污染物之敏感性，是製造者 面對的一項重大難題。多樣不同之製造系統已祐^設計出 俾減低外來微粒、離子污染物、及製造程序產生之煙霧對 敏感材料之污染。敏感材料之製程經常包括直接接觸腐蝕 性的流體。因此，蔣腐姓性的流體以一無污染狀態且無外 來微粒下輸送至製程位址是非常重要的。製程設備之多樣 不同元件一般設計以減低產生微粒之總量與溶解至製程流 體之離子，並隔絕製程化學物以免遭污染物影響。， 製程設備典型地包括流體傳送系統，以自進料槽運送腐 餘性化學物經過汞，控制站，及製程設備本身。該流體化 學傳送系統包括輸送管、汞、軟管、監視裝置、感測裝 置、閥、接頭配件、及相關裝置等，係經常由抗腐蝕性化 學物毀壞效應之塑膠製成。傳統上用於如此監視裝置之金 屬’無法可靠地長時間處於該腐蝕性環境。因此，監視與 感測裝置必須併入替代材料或維持與腐蝕性流體隔絕。 由於製程必須非常潔淨，因而製程常包括侵略性非常強 之化學物。其可包括例如強烈之酸、驗、與溶劑。半導體

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本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x 297公釐) 593994 A7 __ B7 I、發明説明（4~) ' ~ 法黏附。蓋舍林（Ghiselin)等人並未提供該玻璃黏合材料的 進一步說明或該玻璃黏合如何黏附於藍寶石（氧化鋁）及鋁 基氧化物。然而，蓋舍林（Ghiselin)等人說明了一幾何變化 以降低應變點即因此避免低強度玻璃之缺點。頒發給海格 納（Hegner)等人的美國專利第5,954,9〇〇號中，說明使用玻 璃黏合於鋁氧化物陶瓷部分的難題。海格納（Hegner)等人 就明了於氧化鋁陶瓷使用氧化鋁作為黏接材料。海格納 (Hegner)等人及蓋舍林（Ghiselin)等人說明的裝置被相信被 限制於低於400 C溫度下可有效操作。因此，當溫度超過 400°C時’海格納（Hegner)等人及蓋舍林（Ghiselin)等人說明 的感測器之可靠度便降低。製程設備之腐蝕性流體溫度經 常超過400°C。因此，具有一無孔隙表面之壓力感測器有其 必要，該表面係以一高強度黏合黏合於該基底，其中介於 無孔隙材料與基底間之該黏合於溫度超過4〇(rc時為穩定。 頃發現，電磁與射頻干擾（電磁干擾與射頻干擾個別地） ，降低壓阻感測器性能。由於藍寶石（氧化鋁）上之矽的磊 3曰、’Ό構，一傳導屏蔽層不能直接置於一矽層（其上構型有惠 斯頓電橋）與藍寶石（氧化鋁）之間。而當藍寶石（氧化鋁）外 部與腐蝕性流體接觸時，一傳導屏蔽層置於藍寶石（氧化紹） 外邛並不為較佳。因此，一無污染壓力感測器存在一需 长/、為可封鎖電磁干擾與射頻干擾，免於影響構型於壓 力感心一非外露表面之感測元件。檢閱本發明之說明， 則易顯本發明符合這些及其他需求。 發明概要 I_____ 小 本紙張尺度適财® g家標準(CNS) A4^(2l〇^T^y A7 發明説明 本發明提供一壓力感測器，包括一無孔隙外部表面。該 無孔隙表面性質為一低擴散性與低吸收性。在較佳具體實 她例中壓力感測器包括，一支撐壓電複合板，無孔隙隔 膜，一感測元件毗連於隔膜内部表面，及一高強度材料之 玻璃層，該層係藉鑲玻璃黏合於支撐壓電複合板與無孔隙 隔獏之間。支撐壓電複合板提供結構剛性。支撐壓電複合 板之剛性抗拒自外罩（未圖示）傳送至感測隔膜上的感測元 件之應力。雖然支撐壓電複合板未直接接觸製程升值，其 仍必需為機械穩定且經得起高溫製程考驗^支撐壓電複合 板之熱膨脹率應極近似感測隔膜。由於熱效應之（溫度）補 償為可能，一大型不協調將在製程中產生應力導致兩元件 的黏合超過時間而被迫失效。熟諳此藝者將認可無孔隙隔 膜可包括一惠斯頓電橋或一構型於其上之探頭層以個別地 作為電容形式感測器之一壓阻。 在热限制下，於較佳具體實施例中，一石夕層構型於一無 孔隙隔膜之内部表面上，其中一應變計例如一惠斯頓電橋 構型於其上。支撐壓電複合板包括伸展穿透於其中之多個 隙縫’ δ玄縫隙被改裝得適應接受此連於感測元件之電錯 心。接近無孔隙隔膜之一壓力變化可經感測元件偵測。沿 靠隔膜之一壓力增減會導致隔膜撓曲，該撓曲因而改變應 變計之電阻。該電阻變化係相關於毗連隔膜之壓力。 在無限制下，無孔隙隔膜係較佳地被包括於一化學插入 材料例如藍寶石（氧化鋁）。介於藍寶石（氧化鋁）與支樓壓 電複合板之玻璃層，係較佳地由高黏合強度矽酸硼玻璃或 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 593994 A7

，他已知^構適用之玻璃製成，及溶點高於鳩。^且較佳地 门於1000 C。隔膜撓曲之總量由玻璃層之厚度與直徑控 制。玻璃可有一厚度範圍自·002至03时且較佳地為010 寸及外經範圍自1〇〇至2 〇忖時且較佳地為〇•晰忖。隔 膜之有效感測區域可有範圍自㈣至^时且較佳地為〇.楊 时。熟諳此藝者將認可，隔膜之厚度與直徑範圍不應建構 為有限制 > 於某些特定應用中，厚度與直徑可依所意欲進 步減少或增加。依此方式，當無孔隙隔膜撓曲至最大曲 率，隔膜内部表面之一部分嚙合支撐壓電複合板之内部表 面熟相此藝者將認可，支撐壓電複合板與無孔隙隔膜係 以具類似膨脹率之材料建構，俾避免歷經大範圍溫度時之 非必要應力。如下更詳細之說明，壓力感測器可建構為其 感測元件可偵測一絕對壓力或計量壓力。 壓力感測器可更包括一矽層與一金屬化合或傳導層，該 等層置於矽層與支撐壓電複合板之間（見圖11}。依此方 式，該氮化矽層作用如一電絕緣體，且該金屬化合層封鎖 封鎖EMI/RFI免於影響該感測元件2 0。壓力感測器可更包括 一塗層、襯墊、或密封墊毗連於無孔隙隔膜、氮化矽層、 金屬化合層及支撐壓電複合板的一外緣之至少一部分部 件。在無限制下，抗酸環氧化物或抗腐蝕聚合物例如PTFE (聚四氟乙烯），PVDF (聚偏二氟乙烯），PEEK (聚二醚 酮），聚胺酯，或聚對亞苯基二甲基（parylene)均可利用，其 中一抗酸環氧化物係為較佳。 壓力感測器包括多個黏合墊，構型於介於玻璃層與無孔 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董)

I 593994 A7 ---- —_ B7 五、發明説明（7 ) 隙隔膜間之隔膜上。在無限制下，黏合墊之具體實施例包 括一鈦層與一擴散阻障層。摻雜矽薄膜以一已知適用方式 互連黏合墊，俾構型為惠斯頓電橋。一窗口被構型於玻璃 層與支撐壓電複合板，藉此提供黏合墊通道。電鉛心係硬 輝於黏合塾’且玻璃層係鑲玻璃於隔膜與支撐壓電復合 板。 在替代性具體貫施例中，隔膜與感測元件被修正以創 ia —電谷而非壓阻感測器。施壓會撓曲的薄感測隔膜有一 電容板構型於感測隔膜内部表面，及另一電容板構型於支 撐壓電複合板内部表面。一電鉛心被連接至構型於感測隔 膜内部表面之電容板，及另一電鉛心被電吡連至支撐壓電 複合板之薄表面。隔膜與板之間隔隨著板之電容改變而變 化。此電容變化可由一已知適用結構之電連接感測元件偵 測。 自檢閱如下具體實施例之詳細說明，對熟諳此藝者而 言’則易顯本發明之優點，特別是當一併慮及申請專利範 圍及如編號所指相關部件一些視圖之附圖時。 圖式說明 圖1為本發明壓力感測器之一透視圖； 圖2為本發明壓力感測器之一具體實施例的部分部件側視 圖； 圖3為本發明壓力感測器之一具體實施例的部分部件側視 圖； 圖4為本發明壓力感測器之一具體實施例的部分部件側視 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐) 593994

圖； 圖5為本發明壓力感測器之一具體實施例的部分部件側視 圖； 圖6為本發明具有一惠斯登電橋構型於其上的該隔膜之上 平面視圖； 圖7為本發明隔膜之一具體實施例的部分部件上平面視 圖； 圖8為本發明黏合塾之一具體實施例的部份部件上平面視 圖；

圖9為本發明黏合墊之一具體實施例的部分部件側視圖； 裝 圖1 〇為本發明黏合墊之一具體實施例的部分部件側視 圖； 圖11為本發明壓力感測器之一具體實施例的部分部件側 視圖； 訂

線 圖1 2為本發明壓力感測器之一具體實施例的部分部 視圖； 口 ，圖13為本發明壓力感測器之-具體實施例的部分部件側 視圖，圖示為位於一壓力探頭外罩内； 圖1 4為本發明壓力感測器之一具體實施例的部分部件 視圖，圖示為射出成形為一壓力探頭外單； 圖1 5為本發明隔膜之一具體實施例的部 国· 77々件上平面視 圖 圖 1 6為本發明隔膜之一具體實施例的部公 、 、 上平面視圖 1 7為本發明—I力感測器之一具體實施你丨认 J的部分部个 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593994

化導出。 若選擇離子植入法摻雜該矽層，則在摻雜後用超過1 〇〇〇 C的高溫爐管退火步驟，以移除在植入過程中施於薄膜中 之應力’將是所意欲的。超過100(rc的高溫爐管退火步 驟’亦有助於將摻雜原子更均勻地分佈於整個矽層。矽模 式20構型一惠斯頓電橋22 (見圖6與7)。熟諳此藝者應瞭 解尚有一些不同的模式可構型為惠斯頓電橋2 2。矽電阻2 0 可由光姓刻技術構型。一絕緣之氮化石夕層2 4 (見圖8與9 ) 藉由化學氣相沉積被施用於藍寶石（氧化鋁）晶圓表面。光 蝕刻電阻被用於防止氮化矽層2 4免於黏合墊2 6區域内被沉 積。當電阻被蝕刻，一窗口 2 8被開於其上並毗連至惠斯頓 電橋（見圖8 )之每一連接點或黏合墊2 6。氮化矽層2 4係為 一南絕緣層且可更進一步保護精密的矽層。 金屬化合墊2 6是必需的，俾將電鉛心丨8連接至惠斯頓電 橋22。因諸如金與鋁在鑲玻璃溫度會與矽化合，並不適 用’故一般在半導體中使用其他金屬做為黏合墊26。在具 體實施例中，一兩金屬層黏合墊被構型（見圖i 〇)。利用被 稱為射頻（R F )的程序濺鍍之一鈦層3 〇，被沉積至整個晶 圓。欽是一種極活躍之金屬，且有一極佳之黏合特性。然 而’在鈦與硬銲填料3 4之間仍需有一擴散阻障層3 2。該硬 銲填料合金3 4將黏合墊2 6連結至多個腳1 8。若無擴散阻障 層3 2 ’硬銲填料3 4將與鈦層3 〇及薄矽層2 〇兩者合金化。 當冷卻時，該合金將被表面張力拉在一起，並局部摧毀該 矽薄膜。擴散阻障層3 2應為一折射性金屬，其不會於硬、銲 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) M3 994 五、發明説明（11 之溫度（約10 〇 〇 °C )構型在八a 、h ;再生為合金。為此目的，鈮、鎢、銥、 鉬、妲、鉑等均適用， ， 亚"，、任何限制。擴散阻障層3 2必須 可被製於薄膜中’该薄獏有一伸展穿過其中之最小數量 的腳洞。任何氧化物在硬銲之溫度均會分解。銳被發現可 為一良好的擴散阻障層。銳係經RF射頻賤鍍於鈒層3〇頂部 之整個藍寶石（氧化紹）晶圓i 4。銳層因而藉幕所熟知之光 蝕刻技術被模造。 在較佳具體實施例中，製成黏合墊26的金屬係被沉積及 模造，藉熟諳此藝者所熟知之方法，包括且不限於，如蒸 發及濺鍍。黏合墊2 6係按金屬鍍於（見圖8 )矽層2 〇之一部 份，但主要為直接接觸藍寶石（氧化鋁）隔膜丨4之方式被模 造。如此做的理由是因為金屬化合的層可能有著小的腳 洞。頃發現，如果硬銲填料3 4能穿透擴散阻障層3 2，其將 與石夕合金化導致薄膜損壞。在鑲玻璃與硬銲時，二氧化石夕 玻璃1 6可用以禁止硬銲填料3 4自腳流至黏合墊2 6鍍於矽模 式2 0的區域。硬銲填料3 4絕不可覆蓋矽模式2 〇。 一旦藍寶石（氧化鋁）隔膜丨4被模造，藍寶石（氧化鋁）晶 圓被以眾所熟知之切割法切割，俾將藍寶石（氧化鋁）隔膜 自藍寶石（氧化铭）晶圓分離。一些方法包括且不限於，加 在沿晶平面劃刻及破裂切削，超音波切割，或雷射切割， 均可利用。已知之方法皆可用以切割製造壓力感測器所意 欲的圓形隔膜1 4。 電鉛心1 8被硬銲於黏合墊2 6，而支撐壓電複合板丨2則藉 鑲玻璃至隔膜14。厚的支撐壓電複合板12或晶圓係由具有 裝 訂 線 14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x 297公釐） 593994 A7 __ B7 五、發明説明（12 ) 多個洞或孔3 6 (見圖2 )的陶瓷構成。孔3 6構型於支撐壓電 複合板1 2之内，以與黏合墊2 6成一直線，並利用壓力資訊 提供電錯心1 8由感測隔膜1 4至多個電子裝置之通道。當一 量測壓力感測合意時，一孔洞3 8被提供穿過支撐壓電複合 板1 2。一般而言，陶瓷包括金屬氧化物粉末，其係典型地 使用小置玻璃作為黏合劑，而於南溫燒結在一起。一普通 的陶瓷為氧化鋁，其具有許多性質與單晶藍寶石（氧化鋁） 類似。只要氧化鋁陶瓷中的玻璃成分被保持在低百分比， 則這兩種材料的熱漲性質將是可以忽略地差異。 一將良好黏合藍寶石（氧化鋁）與氧化鋁陶瓷的玻璃，必 須有類似的熱漲性質。矽酸硼玻璃已被發現極適合此目 的。這些玻璃具有遠高於用以燒結黏合材料的玻璃質之炼 點。頃發現，自大塊矽製成的感測器，遭受摻雜原子之過 度擴散進入田比連區域。因而，這些大塊石夕感測器典型地被 限制於處理溫度不超過450 t：，及僅於短程。如蓋舍林 (Ghiselin)等人於美國專利第4,774 843號中所指出，藍寶石 (氧化鋁）隔膜之可靠黏合於一陶瓷支撐壓電複合板，一直 是一項重大難題。所推薦的用於鑲玻璃之高黏合強度矽酸 硼玻璃，顯然與低溫低強度的銲錫玻璃或（用以製造瓷器或 袖料之）玻璃質不同。銲錫玻璃有一熔點約45〇且為低強 度。 為藉“鑲玻璃，，而非硬銲俾黏合藍寶石（氧化鋁）於氧化鋁 陶瓷，二氧化矽玻璃可被預先成型或映射至支撐壓電複合 板12之表面上。在兩者任一實例中，重要的是二氧化矽玻 _ _15_ I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21Gx 297公董)------ 593994 A7 ____B7 五、發明説明（13 ) 璃並未流動遠離其起始位置。如果玻璃模式之内徑顯著地 變化，則感測器1 0之壓力特性亦會大大地變化。另外，在 鑲玻璃過程期間，如果在黏合墊2 6上的硬銲填料3 4熔化 前’玻璃1 6流動經過金屬化合墊2 6，則多個腳1 8將無法硬 銲於黏合墊26。玻璃之爐火應為固定的溫度，以避免遺留 可導致不穩定或玻璃破裂之應力於玻璃黏合中。二氧化矽 玻璃更庳為多個電腳1 8而具有多個開口或窗口。此外，藉 由控制二氧化矽玻璃黏合1 6介於隔膜1 4與支撐壓電複合板 1 2間之厚度，感測隔膜1 4於過大壓力期間在支撐壓電複合 板1 2上將降至最低點（見圖4 )。因而，此過大壓力阻擋藉由 一係數1 00或更高得以增加感測器1 0之過大壓力容量。 用以將電鉛心1 8黏合於黏合塾2 6之硬銲填料合金3 4，溶 點必須低於二氧化矽玻璃1 6。另外，硬銲填料3 4於其熔點 時必須具足夠之侵略性，以移除金屬層2 6之任何氧化物。 在無限制下，頃發現一些可適用之已知結構的銅硬銲合 金’可符合這些條件。當硬銲填料34在玻璃16開始流動之 前熔化，則若二氧化矽玻璃1 6流動經過黏合墊2 6，其將流 動經過硬銲填料34與黏合墊26，藉此可對黏合墊區域提供 顯著的應力緩和。在無限制下，硬銲填料合金如由加州聖 卡羅斯（San Carlos，California)威 士高金屬公司（Wesg〇 Metals)，即摩根先進陶瓷公司（M〇rgan Advan(：ecl Ceramies Incorporated)之一分公司，所生產之巴庫索_ 15 (pakusiM5) 已被發現可適用於硬銲。 電錯心或腳1 8其橫斷面應小，且較佳地出易延展的材料 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593994 A7 B7 五、發明説明（15 ) 限制條件於製成晶圓過程中，限制單晶藍寶石（氧化鋁）晶 圓之厚度。然而，不像單晶矽，並無藉由化學製程可構型 薄的藍寶石（氧化鋁）隔膜的簡易方法。雖然自一薄的藍寶 石（氧化鋁）晶圓製造隔膜已研發到達某程度，在感測器構 型過程中誘發的高熱應力仍會導致自我毀滅的内部應力。 替代性地，增加隔膜感測區域的直徑，亦會增加一壓力感 測裝置的敏感度。然而，典型地當隔膜直徑增加時，成本 亦會增加。 圖5所示經修正之隔膜1 4，在自一厚的藍寶石（氧化鋁）晶 圓製造時，係於近似感測區域減少隔膜厚度。在薄膜製程 完成後令隔膜變薄，可產製更多合用的壓力感測隔膜。經 過母一裝置之一材料外緣提供所需之強度，例如，當感測 隔膜直接接觸一壓力感測外罩時。薄的中央感測區域4 6提 供所需之敏感度。藍寶石（氧化鋁）隔膜可藉傳統之機械方 法變薄’例如為熟諳此藝者熱知之磨粒（磨粒（研磨粉體）粉 體）切削或超音波切削。替代性地，一環狀溝槽8 〇可構型於 隔膜1 4之外部感測表面（見圖1 7 )。熟諸此藝者應瞭解的 疋’雖然溝槽之形狀並非十分緊要，但環繞之邊及溝槽是 較佳的。同樣地’雖然溝槽是環狀的，其他幾何形狀於毗 連玻璃黏合1 6之區域亦可適用以緩和撓曲應力。 現在參考圖1 1所示為本發明壓力感瀏器之一替代性具體 實施例，具有一傳導層夾在支撐壓電複合板丨2與氮化矽層 2 4中間。所示之該傳導層4 8係為電接地。於此方式，電磁 干擾與射頻干擾（（EMI及RFI)係被封鎖。電磁干擾與射頻 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公 593994 五、發明説明（16 干擾已知會降低屢阻感測器性能。由於藍寳石 之矽的磊晶結構，及咅欲 （虱化鋁）上 旬，切與藍寳石（氧化紹）之間置—傳導層藍並?非石戶=匕 的。另外’在藍寶石(氧化銘)隔膜 ； 孔隙失效’化學地在藍寶石(氧化銘)隔膜插入屬導：將= 限制下，該傳導層或金屬化合層48可包括—銀、鶴、：： 翻、鈕、始、及鈀層’或其他材料已知可屏蔽電磁干擾盘 射頻干擾者。如此，金屬層48便可屏蔽發自傳導層上方之 電磁干擾與射頻干擾。 由於傳導層4 8為接地電位，電磁干擾與射頻干擾將於傳 導層48建立零電位的靜止波。已為吾人所知者為，若靜止 波之放射線具有頻率組成為波長介於地面及電阻元件之間 的規律距離，則顯著的干擾將產生。另一方面，若地面至 電阻元件的距離是小的，則靜止波於壓阻元件位置上具有 可以忽略之振幅且沒有干擾會產生。由於電磁干擾與射頻 干擾之干擾範圍為1 MHz至1，〇〇〇 MHz ,該頻率範圍之最小 波長為0.3公尺。另外，地面與壓阻元件或矽模式2 Q間之距 離等於氮化矽層之厚度，其規律為5〇〇埃或〇 〇〇〇〇〇〇〇5公 尺。如此，可預期之電磁干擾與射頻干擾有效屏蔽為約 6,000,000:1 〇 現在參考圖1 2，所示為本發明壓力感測器1 〇之又一替代 性具體實施例。一無孔隙化學插入的壓力感測器1 〇可用於 一高腐蝕性的環境便利地偵測壓力。具有一由單晶藍寶石 (氧化鋁）建構的感測隔膜之感測器，提供極佳保護免於化 19 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593994 A7 ___B7 五、發明説明（19 ) ' 圍以虛線代表。同樣地，包括惠斯頓電橋的單晶矽電阻器 具有良好清楚之溫度依賴度。圖1 6中標為‘‘ Rt，，之一電阻器 7 6係電眺連於惠斯頓電橋2 2，但可絕緣於來自製程流體溫 度變化之任何溫度影響。例如，在無限制下，電阻器7 6可 與一壓力探頭之感測電子裝置置於同處，並自隔膜14遙 控。電阻器7 6之值較佳為近似惠斯頓電橋2 2電阻之一半。 當溫度係由一熟諳此藝者所熱知之數據符合程序多項式所 決定，則壓力效應在溫度決定之準確性是可忽略的。當惠 斯頓電橋2 2電阻因溫度變化時，電壓Vt亦會變化。整個電 橋可利用為一在電壓區分電路中之電阻。電壓乂{可因而被 用為類比或數位校正結構之一溫度訊號。 電壓V t將幾乎全賴惠斯頓電橋2 2之溫度決定，特別是若 石夕電阻被重度摻雜時。若矽電阻被輕度摻雜或若使用者棄 欲降低溫度量測之不穩定度，則溫度可由一矩陣描述導 出。以下多項式可被利用，其中溫度可T被表為以^與^^卩 兩者為輸出之方程式： ^a〇2Vr2^^a{QV^anVrVr -f ..4-α2〇^ 其中係數a xx係由一熟諳此藝者所熟知之最小二次幕符八 程序取得。利用上述數據符合程序描述，可提供一减測器 因應變效應校準之校準溫度輸出。如此，自一 ^ 曰 早一感測 器同時量測之壓力與溫度可藉快速反應次數達成。替代性 地，若只意欲溫度輸出，壓力描述可藉將電阻器之腳導 於應變不敏感之輔而被避免。例如，藍寶石 ° 、九1G銘）上的 -22-

Claims (1)

1. 593994 A8 B8 第090117810號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(93年1月）| 、申請專利範圍 .-種具有無孔隙外部表面之感測器，該感測器包括： 一支撐壓電複合板，具有一内部與外部表面，· 一無孔隙隔膜，具有一内部與外部表面； 一感測元件毗連於該隔膜之内部與外部表面； 一玻璃I，該層係藉鑲玻璃至支標壓電複合板之内部 :面近似外緣，與無孔隙隔膜之内部表面近似外緣而黏 。：並因此黏合支撐壓電複合板與無孔隙隔膜，而其中 至少之一於接近無孔隙隔膜處的壓力與溫纟 測元件偵測。 α 申月專利範圍第1項之感測器，其中該無孔隙隔膜係 由一化學鑲嵌物質組成。 有 3. ^申請專利範圍第2項之感測器，其中該玻璃同時具 高黏和強度與高熔點。 〃 尺 4. 如申請專利範圍第丨項之感測器，該玻璃層有一厚度 寸，其令當該無孔隙隔膜撓曲至一意欲之最大曲率時 表 隔膜内部表面之一部分嚙合支標壓電複合板之内部 面0 5·如申靖專利範圍第！至4項中任一項之感測器，其中支柃 壓電複合板與無孔隙隔膜，具有類似之熱膨脹率。專 6.如:請專利範圍第13戈2項之感測器，其中感測元件係偵 測一絕對壓力。 、 7_如申請專利範圍第lst2項之感測器，更包括一裝 展穿過支撐壓電複合板，俾允許偵測測量儀器壓力。'、 8.如中言青專利範圍第i項之感測器，更包括_外延地沉積 593994

   的石夕層’該矽層係位於支撐壓電複合板與隔膜之問的一 藍寶石隔膜上，其中該感測元件構型於其上。 9·如申請專利範圍第8項之感測器，更包括一化學電阻層 位於矽層與支撐壓電複合板之間，其中該化學電阻層作 用如一電絕緣體。 10·如申請專利範圍第8項之感測器，更包括多個黏合墊介 於玻璃層與無孔隙隔膜之間。 U·如申請專利範圍第1 0項之感測器，更包括多個窗口構型 於該玻璃層内，俾提供該黏合墊通道。 12·如申請專利範圍第1項之感測器，更包括一矽層位於支 撐壓電複合板與無孔隙隔膜之間，其中該感測元件構型 於其上。 13·如申請專利範圍第1項之感測器，更包括一金屬化合層 介於無孔隙隔膜與支撐壓電複合板之間，俾封鎖 £乂1/1^1免於影響該感測元件。 14·如申請專利範圍第丨〇項之感測器，其中該多個黏合墊包 括一鈦層與一擴散阻障層。 15.如申响專利範圍第1項之感測器，更包括一化學電阻層 聚合物’其係毗連於無孔隙隔膜與支撐壓電複合板的外 緣之至少一部份。 16·如申請專利範圍第1項之感測器，其中該無孔隙隔膜係 由藍寶石所組成。 17·如申請專利範圍第1項之感測器，其中該感測元件係為 一電容型態。 -2 - 本紙張尺度適用中S S *標準(CNS) A4規格(2i〇x297公釐) 593994 8 8 8 8 A BCD ^、申請專利範圍 18.如申請專利範圍第1項之感測器，其中該玻璃層係選用 熔點在700°C以上之玻璃。 -3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐)