压力传感器与测试器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及电子器件领域，并更为具体地涉及压力传感器。
【背景技术】
[0002]在固体结构中，特别是在例如桥梁、建筑物、隧道、铁轨、安全壳壁、大坝、路堤、管线以及城市运输线的地下结构等的承重结构中，在许多点监测如压力、温度和机械应力等的重要参数是重要的。这样的监测被周期地或连续地执行，并且在结构的初始阶段以及寿命期间均是有利的。
[0003]出于这一目的，在该领域的方法包括基于电子传感器的电子监测的应用，其能够以低成本提供良好的性能。通常，将这样的器件应用到待被监测的结构的表面上，或者应用到结构中已预见的凹陷内部的并能从外部访问的表面上。
[0004]然而，这样的器件无法彻底地检测待被监测的结构内的参数，为了评估结构的质量、安全性、老化、对变化的大气状况的反应等，了解结构内的参数可能是有用的。此外，这样的器件仅可以在结构已被构建之后应用。因此，它们无法评估可能的初始缺陷。
[0005]在Yamashita等人的美国专利号6，950, 767中公开了针对这些需求的方法，其提供了一种完全被包含(即，“被掩埋”)在材料(例如，钢筋混凝土)内的电子监测器件，根据该电子监测器件来制造待被监测的结构。更加具体地，被掩埋在结构中的器件是由不同的部分组成的、包封在单一容器中的整个系统，不同的部分组装到衬底上(诸如，集成电路、传感器、天线、电容器、电池、存储器、控制单元)，并且此外制作在通过由金属连接制成的电连接连接在一起的不同芯片中。
[0006]Yamashita等人的美国专利号6，950，767的系统还包括具有与电源相关的功能的子系统，例如，在通过电磁波从外部接收能量的情况中的整流器，或用于在内部生成电源的其自身的电池。应当注意到，旨在初始“嵌入”在建筑材料(例如，随后将固化的液态混凝土)中并然后保持“掩埋”在固体结构中的监测系统承受临界条件，例如，可能甚至为几百个大气压力的极高压力。还存在其他由于例如水分渗透而引起的能够损坏系统的随时间的磨损。
[0007]诸如在Yamashita等人的美国专利号6，950, 767中公开的，系统的潜在缺点来源于系统为复杂系统这一事实，即使它们被封闭在封装中，并且因此在面临系统在其中工作的操作条件时，系统可能被损坏。特别地，封装的各个部分之间的电互连可能是脆弱的。
[0008]此外，在封装中设置有允许传感器检测相关参数“窗口”，其对于可能的湿度渗透可能成为弱点。此外，涂覆材料中的裂缝或瑕疵可能使得水分穿透到封装内部并引起短路。除水分之外，诸如潜在的腐蚀酸性物质之类的其他物质也可以渗透。总之，尽管针对所述的使用而设计系统，但如在Yamashita等人的美国专利号6，950，767的系统的可靠性由于这样的(尽管小型化的)系统的结构的复杂性而具有局限性。
【实用新型内容】
[0009]总地来说，一种用于定位在结构内的传感器可以包括压力传感器集成电路1C，压力传感器集成电路1C包括响应于弯曲的压力传感器电路和耦合到压力传感器电路的收发器电路。压力传感器可以包括在其中具有凹陷、耦合到压力传感器集成电路1C的支撑体，使得在压力传感器受到外部压力时，压力传感器向凹陷内弯曲。
[0010]更具体地，压力传感器集成电路1C可以包括耦合到收发器电路用于接收射频(RF)能量的导电天线迹线。例如，凹陷在形状上可以是梯形的。
[0011]在一些实施例中，压力传感器可以进一步包括在压力传感器集成电路1C与支撑体之间的玻璃粉键合层。此外，支撑体可以包括限定凹陷并且包括耦合到收发器电路的附加导电天线迹线的第一层，以及邻近第一层的第二层。
[0012]在其他实施例中，压力传感器可以进一步包括至少一个衬底，至少一个衬底邻近压力传感器集成电路1C并且包括耦合到收发器电路的附加导电天线迹线。至少一个衬底可以包括从压力传感器集成电路1C向外横向延伸的柔性衬底。附加导电天线迹线可以围绕压力传感器集成电路1C。支撑体可以包括例如陶瓷材料、玻璃材料以及硅材料中的至少一种。
[0013]另一方面涉及一种用于至少一个被测压力传感器的测试器件。至少一个被测压力传感器被定位在结构内并且可以包括压力传感器集成电路1C以及在其中具有凹陷、耦合到压力传感器集成电路1C的支撑体，压力传感器集成电路1C包括响应于弯曲的压力传感器电路以及耦合到压力传感器电路的收发器电路。测试器件可以包括:被配置为向至少一个被测压力传感器的支撑体施加压力的探测块；以及被配置为向至少一个被测压力传感器的压力传感器集成电路1C施加压力以及生成RF能量以激活至少一个被测压力传感器的无线卡。
[0014]至少一个被测压力传感器可以包括多个被测压力传感器，并且测试器件可以进一步包括耦合到无线卡并被配置为将无线卡邻近相应的被测压力传感器定位的接合部。在一些实施例中，无线卡可以包括:被配置为向至少一个被测压力传感器的压力传感器集成电路1C施加压力的刚性压件(rigid press)、被配置为生成RF能量以激活至少一个被测压力传感器的导电天线迹线、以及耦合到刚性压件并承载导电天线迹线的衬底。
[0015]此外，刚性压件与衬底可以是一体的。备选地，刚性压件与衬底是横向间隔开的。在一些实施例中，刚性压件具有弯曲的表面。测试器件可以进一步包括无线卡与至少一个压力传感器之间的可变形层。
【附图说明】
[0016]图1是根据本公开的压力传感器的截面图的示意图。
[0017]图2是根据本公开的压力传感器的另一实施例的截面图的示意图。
[0018]图3是根据本公开的压力传感器的又一实施例的截面图的示意图。
[0019]图4是根据本公开的压力传感器的另一实施例的截面图的示意图。
[0020]图5是图4的压力传感器的俯视平面图的示意图。
[0021]图6是图4的压力传感器的另一实施例的俯视平面图的示意图。
[0022]图7和图8是根据本公开的、晶片级的压力传感器的实施例的俯视平面图的示意图。
[0023]图9A和图9B是根据本公开的、针对压力传感器的测试器件的截面图的示意图。
[0024]图10是根据本公开的、测试器件的另一实施例的截面图的示意图。
[0025]图11是根据本公开的、测试器件的另一实施例的截面图的示意图。
[0026]图12是根据本公开的、测试器件的另一实施例的截面图的示意图。
[0027]图13是根据本公开的、测试器件的另一实施例的截面图的示意图。
[0028]图14是根据本公开的、测试器件的另一实施例的截面图的示意图。
[0029]图15是根据本公开的、测试器件的又一实施例的截面图的示意图。
[0030]图16是图14的测试器件的另一截面图的示意图。
【具体实施方式】
[0031]现将参考附图在下文中更加全面地描述本公开，附图中示出了本公开的若干实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施并且不应当被解释为限于本文中所述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将变得透彻且完整，并将向本领域的技术人员全面地传达本公开的范围。相同的附图标记在全文中指代相同的元件，并且上撇号标记被用于指示备选实施例中的相似元件。
[0032]首先参考图1，现描述了根据本公开的压力传感器20。压力传感器20用于定位在结构内。例如，如上面所讨论的，压力传感器20可以在建造期间被嵌入到混凝土子结构中。压力传感器20说明性地包括压力传感器集成电路1C 21，其包括响应于弯曲的压力传感器电路22 (例如，压阻或压电压力传感器电路装置)，和耦合到压力传感器电路(说明性地与压力传感器电路22间隔开，但在一些实施例中可以与压力传感器电路集成)的收发器或转发器电路23。压力传感器集成电路1C 21说明性地包括承载压力传感器22和收发器电路23的衬底28，以及在衬底上的介电层29。例如，压力传感器集成电路1C 21可以具有100微米的厚度，用来例如测量高压力，例如500个大气压或更高。
[0033]压力传感器20说明性地包括在其中具有凹陷26、耦合到压力传感器集成电路1C21的支撑体25，使得压力传感器集成电路1C在压力传感器集成电路1C受到外部压力的情况下向凹陷内弯曲或变形。此外，压力传感器集成电路1C 21说明性地包括导电天线