具有内置校准能力的压力传感器的制造方法_4

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所属技术人员将认识到各种附加操作可以在切割任务168或任务170之后被执行,为了清楚说明,附加操作在此被省略。
[0056]图8显示了用于估计图4的压力传感器的灵敏度的测试配置172的简化方框图。测试配置172包括具有传感组件71和控制电路145的至少被部分地封装的压力传感器70。压力传感器70电耦合于测量电路174。通常,测量电路174被配置为接收来自压力传感器70的输出信号、计算测试单元82 (图4)的灵敏度并且基于所计算的测试单元82的灵敏度估计传感单元80(图4)的灵敏度。测量电路174可以随后响应于传感单元的所估计的灵敏度计算压力传感器70的校准系数。这些校准系数可以被传达到压力传感器70的控制电路145,在此随后可被用于校准压力传感器70。
[0057]根据特定的工业测试环境,测试配置172可以具有很多形式并且可以使用多种多样的系统来说实现以充当测量电路174。例如,在器件切单(例如,在图7中所示的制造过程150的任务166)之前,测量电路174可以作为晶片探针系统实现以测量压力传感器70的灵敏度并且校准压力传感器70。或者,在封装之后,但在填胶(例如,在图7中所示的制造过程150的任务170)之前,测量电路174可以作为测量控制单元(MCU)电路实现以测量压力传感器70的灵敏度并且校准压力传感器70。此外,这样工业测试环境可以被调整为适合于同时测试并且校准多个压力传感器70。不管特定的测试环境如何,压力传感器70的灵敏度可以被估计并且校准参数可以被计算,而无需强加物理刺激校准信号。
[0058]图9根据另一个实施例,显示了压力传感器校准过程180的流程图。压力传感器校准过程180被执行以使用测试单元82(图4)估计压力传感器70的测试单元82的灵敏度。随后,所估计的灵敏度可以被用于计算针对于受测的压力传感器70的校准系数。校准过程180可以在测试环境172 (图8)内使用测量电路174(图8)执行,并且可以在环境压力条件下,例如标准大气压力下执行,而无需强加超过环境压力的物理压力校准刺激。
[0059]校准过程180开始于任务182。在任务182,测量电路174被配置为从试验单元82测量,即,获取压力读数。即,测量电路174被配置为接收测试信号,Ptest, 148(图4)。
[0060]校准过程180继续任务184。在任务184,环境压力26 (图5)在压力传感器70的测试单元82被检测,并且测量电路174获取表示环境压力26的测试信号148 (图4)。该初始测试信号148在图9中由原始测试信号,Ptest_q186表示。由于测试单元82具有真空参考,即,接近真空的初始腔压力51 (图5),在测试单元82的测试隔膜108 (图5)上的净外加压力将是例如大约100千帕的环境压力26。
[0061]任务188结合任务184被执行。在任务188,环境压力26在压力传感器70被测试的位置被测量。环境压力26可以使用任何适当的并且高度精确的压力测量器件测量。环境压力度量在图9中由环境压力度量Pamb190表示。
[0062]过程180继续任务192。在任务192,测试单元82的测试腔104内的初始腔压力51 (图5)被改变为环境压力26。在一个实施例中,任务192可以通过破裂密封结构84的密封膜118 (图5)实现。用于破裂密封膜118的技术可以包括机械地开裂密封膜118、使用激光器在密封膜118中钻一开口或在密封膜118中燃烧金属或多晶硅熔丝。
[0063]另外的技术可以是在晶片衬底上形成多个压力传感器70,每个密封结构84物理上位于晶片衬底的切锯通道中。因此,校准过程180的任务182、184和188可以在制造过程150 (图7)的切割操作168之前被执行。任务192可以与切割操作168同时执行。因此,当晶片衬底被切割时,密封膜118被弄破裂。校准过程180的剩余操作可以在切割操作168之后被执行。
[0064]不管所实施的特定技术如何,当密封膜118在任务192被弄破裂时,处于环境压力26的空气或其它适当的气体流过密封膜118的破口并且进入密封腔120 (图5)。空气或其它适当的气体从密封腔120穿过沟道122和沟道结构124流入每个测试腔104 (图5),直到测试腔104内的压力正常化,即,改变为环境压力26。然而,由于传感腔102与测试腔104、密封腔120、沟道122和沟道结构124物理上隔离,位于传感腔102内的腔压力保持在初始腔压力51 (图5),例如处于真空。
[0065]在任务192之后,校准过程180继续任务194。在任务194,测量电路174再次获得测试信号148 (图4)。在破裂密封膜118之后,测试信号148 (图5)在图9中由原始测试信号,Ptest-J96表示。由于测试单元82的测试腔104现在有等于环境压力26的压力,在测试单元82的测试隔膜108 (图5)上的净施加压力将是大约O千帕。
[0066]任务198在任务194之后被执行。在任务198,测试单元82对环境压力26的灵敏度可以使用在破裂密封膜118之前的原始测试信号,Ptest_0186并且使用在破裂密封膜118之后的原始测试信号,ΡΤΚη196由测量电路174计算。测试单元82的所计算的灵敏度在图9中由测试单元灵敏度值SENStest200表示。测试单元82的灵敏度的计算由以下等式例示:
[0067]SENStest — (Ptest-ci_Ptest-1)/Pamb (I)
[0068]其中,Ptesm是在破裂密封膜118之前的原始测试信号186,Ptest^1是在破裂密封膜118之后的原始测试信号196,Pamb是环境压力度量190,以及SENStest是测试单元灵敏度200。
[0069]在任务198之后,校准过程180继续任务202。在任务202,测量电路174使用测试单元灵敏度200估计传感单元80 (图5)的灵敏度。在一个实施例中,由于它们相等的几何参数和它们使用相同的半导体制造过程同时被制造,传感单元80的灵敏度大约等于测试单元灵敏度200。传感单元80的所估计的灵敏度在图9中由传感单元灵敏度SENSsense204表示。该近似相等可以由以下等式例示:
[0070]SENSsense ^ SENStest (2)
[0071]然而,在实践中,可以与理想有偏差,可能需要包括一个或多个比例常数,Ctl和/或其它项。因此,所估计的传感单元灵敏度204可以由以下示例等式更精确地被估计:
[0072]SENSsense = C0^SENStest (3)
[0073]在估计任务202之后,所估计的传感单元灵敏度204被用于计算压力传感器70的校准系数。因此,校准过程180继续任务206。在任务206,测量电路174(图8)被配置为从传感单元80(图5)测量,即,获取压力读数。即,测量电路174被配置为接收传感信号146 (图 4)。
[0074]过程180继续任务208。在任务208,环境压力26 (图5)在压力传感器70的传感单元80被检测,并且测量电路174获取表示环境压力26的传感信号146 (图4)。传感信号146在图9中由原始传感信号,Psense210表示。由于传感单元80的传感腔102具有真空参考,即,接近真空的初始腔压力51 (图5),在传感单元80的传感隔膜106 (图4)上的净施加压力将是例如大约100千帕的环境压力26。
[0075]在任务208之后,校准过程180继续任务212。在任务212,测量电路174计算传感单元80的校准系数。这些校准系数可以以已知方式作为原始传感信号210、传感单元灵敏度204和环境压力度量190的函数被计算。校准系数在图9中由β 214表示。校准系数214的计算可以以下示例函数为特征:
[0076]β = f (Psense, SENSsense, Pamb) (4)
[0077]应从上文所述讨论观察到,传感单元灵敏度204, SENSsense响应于所计算的测试单元灵敏度200,SENStest而被估计。由此,响应于测试单元灵敏度200传感单元80的校准系数214被确定。
[0078]在任务212确定校准系数214之后,校准过程180继续任务216。在任务216,校准系数214被用于校准压力传感器70。例如,校准系数214可以与控制电路145相联系地被存储,使得当处理传感电容140 (图4)时,校准系数214可以被应用以产生校准的传感信号146。在任务216之后,校准过程180结束。
[0079]因此,通过包含密封结构84和测试单元82作为传感结构72 (图4)的部分和压力传感器校准过程180的相关执行,压力传感器70的传感单元80的灵敏度204可以使用测试单元82的所计算的灵敏度200容易地被估计。随后,针对受测的压力传感器70的校准系数214可以被应用于校准压力
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