专利名称：压力传感器的制作方法
技术领域：
本公开一般地涉及传感器，并且更具体地涉及压力传感器。
背景技术：
传感器当今普遍用于感测环境参数，比如温度，湿度，压力，流量，热导率，气体浓度，光，磁场，电场以及很多其它环境参数。这样的传感器被用于广泛多样的应用，例如包括医学应用，飞行控制应用，工业过程应用，燃烧控制应用，天气监控应用，水计量应用，以及很多其它应用。
发明内容
本公开致力于制造电响应传感器的几种可替代的设计，材料和方法。尽管已知存在传感器，但仍存在对这样的传感器进行改进的需要。因此，本公开的一个说明性方面包括一种压力传感器，该压力传感器具有隔膜(membrane),具有输出的两个或更多个传感元件，以及接收来自传感元件的输入和具有它自己的输出的放大器，其中隔膜，传感元件和放大器可以被设置在衬底上。隔膜可以是膜片(diaphragm),其中该膜片能够响应与其紧密接触的介质而弯曲。两个或更多个传感元件可以设置在隔膜上，并且可以具有随膜片弯曲的程度而改变的特性。例如，传感元件可以是被布置以形成传感桥(例如Wheatstone桥)的压电电阻，该传感桥具有与通过紧密接触膜片的介质引起的膜片上的压力成比例或以其它方式相关的输出。在一个例子中，放大器可以具有与传感桥的输出成比例或以其它方式相关的输出。此外，放大器的输出可以具有跨度，其中该跨度可以是最小输出值和最大输出值之间的差。在例子中，放大器的输出跨度可以至少大于隔膜的灵敏度的两倍。在一些实例中，压力传感器的隔膜可以具有它工作在其中的输入压力范围，其中输入压力可以源于紧密接触该隔膜的介质。该输入压力范围可以引起放大器的输出在它的最小输出值和它的最大输出值之间运行和保持。输入压力范围和放大器的输出值跨度之间的关系可以是放大器的输出具有小于与将最小输出值连接到最大输出值的直线之间的特定百分比偏差的基于端子的线性(Terminal Based Linearity) (TBL)。在一些情况中，隔膜或膜片可被配置成经受得住跨负破裂压力和正破裂压力之间的输入压力范围而紧密接触隔膜或膜片的介质。接收来自与膜片相连的传感桥的输入的放大器可以具有对应于不超过隔膜或膜片上的输入压力范围的特定百分比的输出范围。在一些进一步的实例中，压力传感器可以通过接收电源电压来工作，并且响应施加至或不施加至膜片的压力，放大器可以输出输出信号。例如，放大器可以输出与电源电压的幅度成比例的共模信号，以及在特定限定范围内的最大差分输出，或者放大器可以具有其它期望的输出特性或值或两者。前面的概述被提供来帮助理解只有本公开才有的一些创新特征，并且不打算是全部的说明。通过作为一个整体考虑整个说明书，权利要求书，附图和摘要可以获得本公开的
全部理解。
考虑结合附图的本公开的各个说明性实施例的下面的详细描述可以更完全地理解本公开，其中图I是依据本公开的一个方面的说明性传感模组(die)放大器组合的示意图；图2是依据本公开的一个方面的说明性传感模组放大器组合的示意性横截面图；
图3是依据本公开的一个方面的传感模组的差分输出跨度的说明性曲线图；图4是依据本公开的一个方面的传感模组的说明性电路的示意图；图5是依据本公开的一个方面的具有传感桥，微调桥和放大器电路的说明性传感模组放大器组合的示意图；图6A和6B是依据本公开的一个方面的其中存在放大器选择的说明性传感模组放大器组合的示意图；图7是依据本公开的一个方面的其中可以通过控制电阻值来选择放大器增益的说明性传感模组放大器的一部分的示意图；图8是依据本公开的一个方面的用于说明性传感模组放大器组合的制备处理的处理步骤的流程图；图9是依据本公开的一个方面的说明性传感桥和电并联微调桥的示意图；以及 图10是依据本公开的一个方面的说明性膜片和衬底的横截面图。虽然本公开经得起各种修改和替代形式，通过附图中的例子已经示出其细节，并将详细描述。然而应当理解，不打算将要求保护的公开限制为所描述的特定实施例。相反，打算覆盖落入本公开的精神和范围中的全部修改，等效和替代。
具体实施例方式参照附图阅读下面的描述，其中类似的附图标记表示贯穿几幅图的类似元件。说明书和附图示出了试图说明本公开的几个实施例。参照附图，并在一个说明性的实施例中，传感模组(sense die)放大器组合或压力传感器装置10可以具有传感模组12和放大器14，其中传感模组12可以包括隔膜或膜片20(术语“隔膜”和“膜片”在这里可以互换使用)和(一个或多个)电阻16，所述隔膜或膜片和电阻都位于衬底18上，或者与衬底18 —起形成，如图I和2中所示。在一些实例中，可以在膜片20上形成电阻16(例如压电电阻)，并被按照使它们的电阻可以响应膜片20的弯曲而改变的方式配置。连接起来以形成电路的膜片20和压电电阻16的组合通常可以被认为是形成于衬底18上，或与衬底18集成的传感模组12。在一些情况中，放大器14(例如集成差分放大器或不同种类的放大器)可以在邻近或靠近传感模组12的衬底18上制备，并且可以具有耦合至电路22的输出的输入，其中放大器14可以通过电连接或者耦合24 (例如有线连接或无线连接)或通过能够传输来自电路22的输出至放大器14的现有技术已知的任何其他耦合技术而耦合至电路22。在类似或不同的连接中，来自放大器14的输出可以通过电连接28 (例如有线连接或无线连接)或通过能够传输来自放大器14的信号至外部系统26的现有技术已知的任何其他连接或耦合技术连接或耦合至(一个或多个)外部系统26。外部系统26可以是能够利用来自放大器14的信号的任何系统；例如外部系统26可以是专用标准部件(Application Specific Standard Part (ASSP))或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit (ASIC))或其他有能力的系统或部件，如期望的。通常，装置10可以通过接收电源电压Ncc的电路22来工作，并且响应施加至膜片20或不施加至膜片20的压力，传感模组12可以输出电压至放大器14，其中输出电压的值与通过所感侧的介质施加至膜片20的压力成比例或通过其它方式与该压力相关。在一些情况中，放大器14可以是差分放大器，并且可以输出与电源电压Vcc的幅度(例如电源电压 Vcc的大约一半)成比例的共模信号以及输出在特定限定范围内的最大差分输出。膜片在工作中，并且当压力被施加至膜片20或紧密接触膜片20时，膜片或隔膜20可以相对于静止位置(rest position)偏转，并与紧密接触其的施加压力成比例或以其它方式相关。隔膜或膜片20可以被配置成能够经受得住跨横跨负破裂压力和正破裂压力的输入压力范围而与其紧密接触的介质，其中破裂压力通常可被限定为系统预期失效时的压力。响应施加的压力，膜片20可以相对于向其施加的每单位压力的静止位置具有最大量的偏转。隔膜或膜片20的最大偏转的说明性例子可以包括小于Γ’Η20处的10. O微米，小于I”H2O处的2. O微米，小于I”H2O处的I. O微米，小于I”H2O处的O. I微米或其他最大偏转值。响应所述偏转，膜片20的配置可以是当与膜片20的背侧20b相比有更大的输入压力施加至第一侧20a时，传感模组12的输出可以是正输出信号，并且可以导致来自放大器14的正输出信号。类似地，当与膜片20的前侧20a相比有更大的输入压力施加至背侧20b时，传感模组12的输出可以是负输出信号，并且可以导致来自放大器14的负输出信号。膜片20可以形成在传感模组12的中央部分中，如图I所示，或形成在关于传感模组12的另一位置中，具有设置在膜片20周围的各种电路系统(比如在图5-7中图示和参照图5-7所述的电路系统)。除了所述电路系统之外，或作为所述电路系统的部件，沿着外围可以提供各种外部连接焊盘，通过例子，在图9中图示的焊盘52可被包括在膜片20上或周围。所述电路系统可以包括形成传感桥30的电阻16a-16d，其中可以在包括膜片20的传感模组12的中央区域中定位所述桥30，也见图I。在一个例子中，膜片20可以是正方形或圆形或另一形状，具有长度(未示出)或直径(未示出)，并且尺寸能够包括设置在膜片上的电阻16。在该例子中，膜片20的长度可以大约是I. 9mm，并且整体模组尺寸可以在2. 5-3. 5平方毫米的范围中。在其他例子中，长度或直径可以是10mm,5mm,2. 5mm, lmm,500 μ m, 100 μ m，50 μ m或一些其他合适的尺寸；并且可以合适地伸缩整体尺寸，以便如期望地适合相关联的电路系统。除了具有长度之外，膜片20可以具有厚度T。图10图示了膜片20的横截面，其中如所图示的，膜片20的厚度T可以具有多个值T1, T2, T3的一个或其他值。例如，基于蚀刻处理(例如可变深度蚀刻或其他制造技术)，通过所述蚀刻处理可以形成膜片20，厚度T可以具有T1, T2或T3的厚度，其中T1可以大约是10-12微米，T2可以大约是16-17微米，并且T3可以大约是28微米，但是这些仅是例子。在该例子中，传感模组12可以具有在图4-7或9中描绘的电路系统或其他电路系统，并且可以用具有值为T1, T2*T3或其他值的厚度T的膜片20形成。因此在制造处理过程可以动态选择期望的厚度Τ，以便适合特定客户的应用。膜片20可以是由任何材料制成的、能够与衬底18连接或与衬底18 (例如硅衬底或能够如于此所述地被操作的衬底)集成形成的隔膜，能够具有厚度Τ，并能够响应连接或紧密接触其表面的介质而弯曲。特定材料形成的膜片20可以具有取决于膜片20的几何形状的灵敏度，其中该灵敏度可被定义为每单位输入压力(例如Γ 20)每单位电源电压(例如Vcc电源)的输出电压(mV)的变化。也就是可以以每单位输入压力，每伏电源电压的毫伏的输出电压或其他合适度量单位来具体化膜片20的灵敏度。膜片20的灵敏度的说明性 例子可以包括小于I. 0mV/V/l”H20的灵敏度，小于2. 0mV/V/l”H20的灵敏度，小于4. OmV/V/1"H2O的灵敏度，小于10mV/V/l”H20的灵敏度，小于100mV/V/l”H20的灵敏度，或其他灵敏度。传感元件电路在一些实施例中，传感元件或电阻16可以是压电电阻或能够告知或指示施加至膜片20或施加于膜片20上的差压力的任何其他类型的电阻。例如，电阻16可以具有响应施加至膜片20或施加于膜片20上的压力而变化的特征或特性(例如电阻或其它特性)。在工作中，当电阻16布置在合适的电路22中时，比如在膜片20上形成第一桥或传感桥30，比如在图4-6B和9中示出的Wheatstone桥，并且电源电压Vcc被施加至电路22，可以生成与接触或紧密接触膜片20的介质的压力相关的电信号。除了传感桥30之外，第二桥或微调桥40在一些情况中可以被应用于电路22，如图5-6B和9中所图示的。微调桥40可以与传感桥30并联耦合，并能够微调传感桥30和改变跨传感桥30的支线32的电阻或以另一方式微调传感桥30。当如图9中所示，微调桥40的兀件被微调或触发时,微调桥40可以永久地或以其它方式偏移在传感桥30的输出处产生的输出电压，其中该输出电压可以是具有共模电压的差分输出或任何其他类型的输出电压。此外，如果有的话，微调桥40的元件如何被触发或微调的顺序可以取决于放大器14的不同选择的增益或其它变量以及其它变量的值。现在参照图9，描述具有与传感桥30电并联的微调桥40的有源传感模组的说明性实施方式。如所图不的，传感桥30可以包括电阻16 (例如传感器电阻16a, 16b, 16c, 16d),以Wheatstone桥配置来布置。与传感桥30并联地，多个微调电阻17 (例如微调电阻17a，17b-a, 17b-b, 17c, 17d_a，17d_b，17e, 17f-a, 17f-b, 17g, 17h_a，17h_b)可以至少部分形成并联的微调桥40。微调桥40可被以这种方式布置可以制备后修改它的电阻，例如通过二极管跳过(zapping)处理,熔丝熔断处理或其他合适的处理。在所述说明性的例子中，具有焊盘52a_h的很多二极管连接的晶体管50a_h可以与各个微调电阻17a-h并联连接。如图9中示出的，二极管连接的晶体管50a可以与17b-b并联；二极管连接的晶体管50b可以与17b-a并联；二极管连接的晶体管50g可以与17h_b并联；等等。通过短路二极管连接的晶体管50，可以与二极管连接的晶体管50并联的电阻17可以被短路，并且可以被有效地从桥40移除。通过该技术，可以减小或以其它方式修改微调桥40的对应支线的电阻。
通过外部接触焊盘52的使用可以实现二极管短路或跳过。例如，焊盘52a，52b可以提供用于跳过或短路二极管连接的晶体管50a和二极管连接的晶体管50b的一个或二者的接触，以便移除(也就是短路)微调桥40的电阻17b-b或17b-a。也就是说，通过跨52a和52b施加合适的电压，可以短路二极管连接的晶体管50a，因此从微调桥40的17a-17b-b-17b-a支线移除17b_b。如上面所述的，可以调节跨微调桥40的电阻，以便至少部分控制传感桥30的共模电压(例如焊盘0+和O-处输出的电压)，如果给定合适的电源电压V。。和各个V。。和GND焊盘处的接地连接的话。(一个或多个)放大器放大器14可以是内差分(differential in)和外差分(differential out)放大 器，或者能够感测传感元件或电阻16的特性变化并放大所感测的变化的任何其他类型的放大器14。响应感测电阻16的特性变化,说明性的放大器14可以具有跨越仅仅对应于膜片20能够经受得住的输入压力范围的特定部分的全范围(例如从最小输出值到最大输出值)的输出。如上面指出的，隔膜或膜片20可以被配置成能够经受得住跨横跨负破裂压力和正破裂压力的输入压力范围而紧密接触隔膜或膜片20的介质，其中破裂压力通常可以被限定为系统预期失效时的压力。其中放大器14跨越全范围的输入压力范围的一部分的说明性例子可以包括输入压力范围的50%，输入压力范围的10%，输入压力范围的5%，输入压力范围的2%，输入压力范围的1%或更小。例如，在隔膜20具有一百英寸水的输入压力范围并且放大器14的输出跨越其超过O至10英寸水的全范围的情况中，放大器14据说可以具有跨越输入压力范围的10%的输出。此夕卜,可以关于电源电压Vcc量化放大器14的输出，其中放大器14可以具有在对应于电源电压\c的特定范围内的最大差分输出。例如，放大器14可以具有包括电源电压Vcc的大约一半幅度的共模信号的输出。在一些情况中，放大器14可以具有在6mV至180mV的范围内的最大差分输出。可替代或附加地，放大器14可以具有与电源电压Vrc成其它比例的共模信号和/或如期望的其它最大差分输出。放大器14可以具有输出跨度，其中该跨度可以是放大器14的最小输出值和最大输出值之间的差，其可以被以每单位压力(例如英寸的水)每伏特的毫伏或其它合适的量度单位被测量。在一个例子中，放大器14的输出跨度可以至少大于隔膜20的灵敏度的两倍。放大器14的输出跨度的值的说明性例子可以包括大于2. 0mV/V/l%0的输出跨度,大于4. 0mV/V/l"H20的输出跨度，大于8. 0mV/V/l”H20的输出跨度，大于10mV/V/l”H20的输出跨度，大于100mV/V/l”H20的输出跨度，大于1000mV/V/l”H20的输出跨度，或其它输出跨度值。在该例子中，隔膜可以具有小于4.0mV/V/l”H20的灵敏度。而且，在一些情况中，放大器可以具有大于2. 0mV/V/l”H20或甚至6mV/V/l”H20或更大的可选择增益。如上面暗示的，放大器14的增益可以具有各种值并且是可选择的，如于此进一步描述的。可选择的增益主要包括可在装置10的制造过程中选择的增益，或者可通过装置10的使用者选择的增益。在一些情况中，比如在放大器的跨度大于隔膜20的灵敏度的两倍的情况中，放大器14的增益可被设置为2。放大器14的增益的其他说明性的例子可以包括三或更大，四或更大，六或更大，或者不同的更高或更低值。可以考虑，放大器14可以具有特定的基于端子的线性(TBL)，其中对于给定的绝对输入压力，TBL可以是放大器14的输出与截取放大器14的最小输出值和最大输出值的直线之间的最大偏差。可以以与最小输出值和最大输出值之间的直线的百分比偏差测量该TBL0用于放大器14的TBL的说明性例子可以包括与在最小输出值至最大输出值之间延伸的线偏差小于1%的TBL，与在最小输出值至最大输出值之间延伸的线偏差小于O. 50%的TBL，与在最小输出值至最大输出值之间延伸的线偏差小于O. 1%的TBL，与在最小输出值至最大输出值之间延伸的线偏差小于O. 05%的TBL，或其它TBL值。该装置的设计和制造如讨论的，用电阻16形成的说明性的电路22可以包括在膜片20上的传感桥30，比如Wheatstone桥，如例如图4中示出的。在传感模组12中可以以这样的方式配置第一，第二,第三和第四电阻16a, 16b, 16c, 16d,使膜片20的弯曲可以引起Wheatstone桥的支线32的电阻(也就是通过第一电阻16a和第二电阻16b形成的第一支线32a，以及通过第二电阻16b和第四电阻16d形成的第二支线32b)关于彼此进行不同的调节，从而使输出0+和O-处的差分输出以与紧密接触膜片20的压力相关的方式改变。可以根据每单位压力，每伏特的电源电压的毫伏，或者以任何其他期望或合适的量度单位表述传感桥30的差分输出。 也就是，传感桥30可以提供每单位压力(比如若干英寸的水，若干毫米的汞，成千的帕斯卡等等)每伏特的电源电压的特定数量的毫伏的差分输出。尽管电路22可被配置成使输出0+和O-处的共模电压大约是电源电压\c的一半，差分电压输出的幅度相对于紧密接触膜片20的压力的幅度(例如膜片的灵敏度)之间的关系可以与膜片20的厚度T和面积相关。更具体地，给定电路22的相同配置和设计(也就是在材料和尺寸方面相同的电阻16结构；以及膜片20上那些电阻16的相同布置)和相同的输入压力，电路22的差分输出对于较薄的膜片20可以大于其对于相同尺寸的较厚膜片20的情况。类似地，给定电路22的相同配置和设计以及相同的输入压力，电路22的差分输出对于较大的膜片20 (基于表面积)可以大于其对于较小的膜片20的情况。因此,通过改变膜片20的尺寸(例如形状，表面积，厚度等等)，对于给定的电源电压和输入压力范围，能够定制电路22的差分输出(例如定制膜片的灵敏度)。改变膜片20上电阻16的设计和布置可以允许传感桥30输出的进一步定制。对于传感模组12的给定形状和尺寸，传感模组12上传感桥30的差分输出跨度常常可以随施加的输入压力的对应范围非线性地改变，如图3中图表示出的，其中X-轴描绘施加至传感模组12的压力，并且y_轴描绘以毫伏为单位的传感桥30的差分输出。在示出的例子中并参照图3，在大约40个单位的输入压力时，差分输出可以大约是160mV ;在大约15个单位的输入压力时，差分输出可以大约是42mV;并且对于大约8个单位的输入压力，差分输出可以大约是20mV。如在图3中的这些关系和它们的图形表示所图示的，在大的输入压力范围上，不同的输出电压可以是显著非线性的。然而，在较小范围的输入压力(例如在9-11个单位的输入压力之间)上，差分输出可以基本上是线性的。如上面讨论的，微调桥40可以对传感桥30输出提供补偿，以移除一些上面所述的非线性。该补偿也可以校正传感模组12的输出中的温度变化和任何其它非线性。可替代或附加地，可以考虑，通过增加膜片20的厚度T或减小它的尺寸可以基本上减小膜片20的灵敏度，从而使膜片20更线性，但对于输入压力较不敏感，并且传感桥的输出然后可以被放大以提高分辨率。在一些情况中，传感桥的输出信号可以被放大，并被转换成可用的范围和形状(例如0-5V比例输出，4-20mA模拟信号，数字输出值等等)。
如所述的，传感模组12可以包括协同定位的有源电路系统(也就是在与形成压力膜片20的相同衬底的有源电路系统，比如微调桥40或放大器14)，其中协同定位的有源电路系统可以是用于任何用途的电路系统。例如，协同定位的有源电路系统可以是放大或补偿电路系统。更具体地，如图5中所述的，有源传感模组12可以包括传感桥30(例如Wheatstone传感桥,如描绘的)，可以与传感桥30电f禹合(例如并联I禹合)的微调桥40,以及可以与传感-微调桥30，40组合耦合的一个或多个放大器电路14 (例如所描绘的放大器电路14a, 14b, 14c)。( 一个或多个)放大器14可以具有差分输出，或者(一个或多个)放大器14可以具有单端输出，这取决于期望的配置。在一些实例中，每一个放大器14可以具有不同的增益，并且选择器电路34可以被采用来选择多个放大器电路14的哪一个来提供有源传感模组12的输出。例如，如图5中所图示的，传感模组12可以包括多个放大器电路14a，14b，14c，以及用以将特定的放大器14耦合至有源传感模组12的输出的多路复用器34。在传感模组12中，其中每一个放大器14可以提供不同的增益，选择器34可以有效选择传感模组12的增益。
可替代或附加地，可以形成具有不同增益的多个放大器14，并且在传感模组12的制备之后(或过程中)可以进行最终增益选择/放大器选择。可以以多种方式的至少一种选择将被用在装置10中的放大器14的选择。例如，可以与并联的多个二极管或晶体管一起形成多个电阻，所述并联的多个二极管或晶体管可被短路(例如二极管跳过，或者一次性编程)以便选择最终电阻，所述最终电阻继而可以确定对应放大器14的增益。作为另一例子，可以与可被短路的二极管串联地形成具有不同增益的多个放大器电路14a，14b，14c ；通过仅短路串联二极管的一个，仅一个特定的放大器14可以用在传感模组放大器组合10的电路中。作为另一例子，二极管可以被短路，以便控制在多个放大器14a，14b，14c中选择一个放大器14的多路复用器34。在又一例子中，在传感模组12上可以提供一个或多个可熔断的熔丝，所述传感模组取决于被熔断的(一个或多个)熔丝来选择和/或设置对应放大器14的增益和/或控制在多个放大器14a，14b，14c中选择一个放大器14的多路复用器34。作为再一例子，比如在图5中示出的，通过外部信号或通过编程到可写/可重写记录或存储器装置中的值，可以提供多路复用器34的控制。在附图中没有示出全部选择技术，因为相信没有在附图中图示的选择技术分别是在电路系统中进行选择的现有技术中熟知的技术。在进一步的例子中，可以选择具有不同增益的多个放大器14a，14b，14c，但实际上可以仅完全形成可能数量的放大器14的子集；或者可以形成一个具有多个可能增益的一个的放大器，但在制备处理过程中可以仅选择和形成一个具体的增益。在图6A和6B中图示了这样的例子的一种实施方式，其中图6A描绘了虚线以示出耦合24和潜在的放大器14之间的潜在的连接25。如所图示的，可以选择分别具有不同增益A1，A2，A3的放大器14a，14b, 14c的选择(见图6A)，并且在制备过程中，可以制作连接25，或者可以以下面的方式形成电路例如在电路中仅形成具有增益Al的放大器14a(见图6B)。在该例子中，可替代地，但没有示出，可以形成或连接分别具有增益A2或增益A3的放大器14b，14c。在一个例子中，通过在装置10的制备过程中选择对应的金属掩模可以进行特定放大器的选择。类似地，并且可替代或附加地，可以通过一个或多个电阻值控制放大器14的增益。例如，可以在衬底18中并与(一个或多个)放大器14成一行地形成多个选择器电阻36 (例如放大器电阻36a，36b，36c，36d)，其中可以形成至多个可能的不同点AB1, AB2, AB3,AB4的一个或其它点的最终金属掩模连接38，导致多个可能电阻值中的一个可以确定放大器14的最终增益。在该例子中，参照图7，在衬底18中可以形成四个电阻36a，36b，36c，36d (例如点A和B之间的电阻)，但是一个或多个最终金属层连接38可以确定点C在哪里连接至点AB1，AB2,AB3或AB4。在图7中，虚线示出了经由金属掩模的潜在的连接，并且最终的金属掩模连接38示出了分别通过电阻36a，36b或电阻36c，36d在点A和C或B和C之间的连接。在该例子中，点C可以是放大器14或其他电路点，或者点A和B可以是放大器14或其他电路点。结果，(一个或多个)最终金属掩模连接38可以确定在点A和C之间或在点B和C之间的最终电阻，并且该最终电阻可以设置放大器14的增益。可以基于最普通的掩模设置制备传感模组12，但是利用多个可能掩模的一个可以执行与一个或多个具体掩模相结合执行的步骤。因此，参照图6A，6B和7，并且进一步地参照图8，处理步骤I-S100，处理步骤2-S102，处理步骤3-S104和处理步骤n+1-S108可以为电路的制备所共有，比如在图6Α中描绘的电路，但是处理步骤n-S106可以是三个或更多个不同处理步骤的一个(例如处理步骤％_3106&，其可以形成具有第一增益的放大器14，比如在图6A中示出的具有增益A1的放大器14a ;或者处理步骤nB_S106b，其可以形成具有第二增益的放大器14，比如在图6A中示出的具有增益A2的放大器14b ;或者处理步骤nc-S106c，其可以形成具有第三增益的放大器14，比如在图6A中示出的具有增益A3的放大器14c)。处理步骤nA-S106a，nB-S106b和nc_S106c可以包括在制备的特定金属化阶段过程中采用的不同连接或金属层掩模25，38的施加。例如，连接和金属掩模25，38的这样的施加可以选择特定的电阻36组或其他电路系统(例如耦合24和(一个或多个)放大器14)如何被连接。在该例子中，处理步骤nA-S106a可以对应于可以将点C连接至点AB1 (未示出)的掩模38 ;处理步骤nB-S106B可以对应于参照图7可以将点C连接至点AB2的掩模38 ;等
坐寸ο在制造过程过程或之后，考虑膜片厚度T的变化，比如在图10中描绘的可利用的变化，可以进行放大器的变化，比如在图5-7中描绘和参照参照图5-7所述的那些。例如，在被采用来至少为定制放大器14或模组厚度T的目的而制备传感模组的一系列多个处理步骤中可以替代一个或两个处理步骤(例如S100-S108)(或一些其他相对小数量的处理步骤)。以该方式，利用一个或多个相对小的变化(例如特定的金属化步骤处多个不同金属掩模的一个的选择，用于生成具有多个可能增益中的一个具体增益的放大器，或导致具有多个可能厚度的一个的膜片的蚀刻过程的变化，或者装置10的另一特性或特征的变化)，可以采用“平台设计”来有效地生成具有满足用户规格的多个可能特性的一个的压力传感器，所述用户规格比如特定的破裂压力，特定的灵敏度或特定的工作范围或其他特定特性，或其组合。因此已经描述了本公开的几个说明性的实施例，本领域熟练技术人员将容易理解，其它实施例可以在这里所附的权利要求的范围中获得和使用。可以理解，本公开在许多方面仅是说明性的。可以进行细节改变，特别是在形状，尺寸和部件的布置方面，而不超过本公开的范围。当然以表述所附权利要求的语言限定本公开的范围。权利要求
1.一种压力传感器，包括 隔膜(20)，具有小于4. OmV/V/1” H2O的灵敏度； 连接成桥(30)配置以形成Wheatstone桥(30)的、隔膜(20)上的两个或更多个传感元件，其中Wheatstone桥(30)具有输出；以及 具有耦合至Wheatstone桥(30)的输出的输入的放大器(14)，所述放大器(14)也具有输出，其中所述放大器(14)的输出具有大于所述灵敏度的两倍的跨度(mV/V/l”H20)。
2.依据权利要求I的压力传感器，其中所述放大器(14)的跨度大于2.OmV/V/1” H20。
3.依据权利要求I的压力传感器，其中所述放大器(14)的跨度大于4.OmV/V/1” H20。
4.依据权利要求I的压力传感器，其中所述放大器(14)的输出具有最小输出值和最大输出值，并且其中所述压力传感器具有引起放大器(14)的输出在最小输出值和最大输出值之间运行的输入压力范围(I)，并且其中放大器(14)的输出具有小于从最小输出值至最大输出值的0. I %的基于端子的线性(TBL)。
5.依据权利要求I的压力传感器，其中当与隔膜(20)的背侧相比有更大的输入压力被施加至隔膜(20)的前侧时，放大器(14)的输出生成正输出信号，并且当与隔膜(20)的前侧相比有更大的输入压力被施加至隔膜(20)的背侧时，放大器(14)的输出生成负输出信号，其中针对给定的绝对输入压力的正输出信号和负输出信号之间的最大偏差小于0. 5%。
6.一种压力传感器，包括 膜片(20)，具有响应紧密接触膜片的介质而弯曲的部分，其中膜片(20)的所述部分弯曲的程度随介质冲击处的输入压力而改变，膜片(20)的所述部分被配置成经受得住跨负破裂压力和正破裂压力之间的输入压力范围而紧密接触所述膜片的介质； 相对于膜片(20)固定的一个或多个传感器兀件,所述一个或多个传感器兀件具有随膜片(20)弯曲的程度而改变的特性；以及 具有输入和输出的放大器(14)，所述放大器被布置在与膜片(20)相连的衬底(18)上，其中放大器(14)的输入感测所述一个或多个传感器元件的特性变化，并且放大器(14)的输出被配置成具有对应于不超过输入压力范围的I%的全范围。
7.—种压力传感器,包括 硅衬底(18)； 包括传感元件的传感膜片(20)，所述传感元件用于将施加的输入压力转换成具有电源电压的大约一半的共模电压的差分电压信号，所述传感膜片(20)具有提供小于4. OmV/V/1”H2O的压力灵敏度的几何形状； 具有至少为6的增益以及电源电压的大约一半的公共电压的内差分和外差分放大器(14)； 从传感膜片(20)向内差分和外差分放大器(14)的差分输入提供差分电压信号的电连接(28);以及 用于内差分和外差分放大器(14)的差分输出的电连接(25);以及其中内差分和外差分放大器(14)的差分输出具有大于所述灵敏度的两倍的跨度(mV/V/1"H2O)和小于I %的基于端子的线性(TBL)。
8.一种压力传感器，包括 衬底(18)；与衬底(18)集成形成的隔膜(20)； 与隔膜(20)耦合的两个或更多个传感元件，所述两个或更多个传感元件连接成桥(30)配置以形成Wheatstone桥(30),其中Wheatstone桥(30)具有输出；并且 与衬底(18)集成形成的放大器(14)块，所述放大器(14)块具有输出并进一步具有与Wheatstone桥(30)的输出耦合的输入,所述放大器(14)具有可选择的增益。
9.一种压力传感器，包括 具有灵敏度的隔膜(20)； 连接成桥(30)配置以形成Wheatstone桥(30)的、隔膜(20)上的两个或更多个传感元件，其中Wheatstone桥(30)具有输出； 具有输入，输出和大于2的增益的放大器(14)，并且所述放大器(14)的输入与Wheatstone桥(30)的输出I禹合； 放大器(14)的输出具有最小输出值和最大输出值，并且其中压力传感器具有引起放大器(14)的输出在最小输出值和最大输出值之间运行的输入压力范围⑴； 隔膜(20)的灵敏度被布置成使放大器(14)的输出在给定的输入压力范围上保持在最大输入电压和最小输出电压之间； 其中隔膜(20)的灵敏度小于4. 0mV/V/l”H2O;以及 放大器(14)的输出电压具有大于2. 0mV/V/l”H2O的跨度。
10.一种压力传感器，包括 具有集成的差分放大器(14)的传感模组(12)，所述集成的差分放大器(14)具有电源电压，所述传感模组(12)具有压力敏感隔膜(20)，所述压力敏感隔膜(20)具有小于 0mV/V/l”H2O 的灵敏度； 用于感测压力敏感隔膜(20)响应输入压力的弯曲的第一桥(30)； 用于微调第一桥(30)而与第一桥(30)并联耦合的第二桥(30);以及其中集成的放大器(14)具有包括电源电压的大约一半幅度的共模信号的输出和在6mV至180mV的范围内的最大差分输出。
全文摘要
本公开涉及包括压力传感器的传感器。在一些情况中，压力传感器可以包括隔膜(20)或膜片(20)，以桥(30)配置彼此连接并位于隔膜(20)上的多个传感元件，以及与桥(30)配置的输出耦合并具有输出的放大器(14)，其中膜片(20)，传感元件和放大器(14)可以形成在单个衬底(18)上，或与衬底集成形成，或两者。在一个例子中，压力传感器可以感测施加至传感器的特定范围的压力，和/或可以包括用于放大桥(30)的输出的、具有可选择增益的放大器(14)。
文档编号G01L1/18GK102680145SQ201110462169
公开日2012年9月19日 申请日期2011年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者A·布拉德利, C·斯图尔特, L·里克斯 申请人:霍尼韦尔国际公司