压力传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及压力传感器及其制造方法。更具体地，本发明设及由娃片制成的压力 传感器。
【背景技术】
[0002] 压力传感器的高压背侧应用的现有设计对于许多应用是不够的。一般的压力传感 器利用膜片作为该压力传感器的压力检测元件。该膜片仅在一侧暴露于正压或负压，产生 一个横跨该膜片的压力差。该压力差使该膜片弯曲，弯曲的量可W引起例如电阻或电容的 变化，该变化可W由电路测量。
[0003] 现有设计的一个问题在于，它们不限制至该膜片的压力流量。因此，当该压力传感 器暴露于剧烈变化时，该膜片将经历非常快速的压力变化。运种快速的压力变化可能引起 该膜片弯曲超过它的屈服点，并永久损坏该膜片，最终损坏该压力传感器。
[0004] 现有设计的另一问题在于，娃膜片直接暴露于需要测量其压力的介质。高电位的 导电流体对娃表面撞击将导致大电流通过传感器流动，并导致该传感器和/或其上附着的 电路损坏。
[0005] 现有设计的又一问题在于，当该膜片已达到其位移极限时，没有检测手段。因为运 样的检测手段有可能削弱位移极限状态。
【发明内容】
[0006] 鉴于上文所述，根据本发明的一个方面，目的在于提供一种压力传感器组件。优选 地，运些方法及装置解决或至少改善上述一个或多个问题。为此，提供一种压力传感器组 件。在一个实施例中，该压力传感器组件包括:具有顶部和底部的第一娃片；形成于所述娃 片内的腔体，所述腔体从第一娃片的底部朝着第一娃片的顶部向上延伸，形成腔体底部，使 得在所述腔体底部和所述第一娃片之间形成膜片;覆盖所述第一娃片的底部和所述腔体的 电介质层;导电层，例如金属(例如侣），或重渗杂的多晶娃，其覆盖所述第一娃片内的所述 膜片的顶部；第二娃片，其沿所述第一娃片的底部被禪合至所述电介质层，并覆盖所述腔 体;位于所述第二娃片的顶部的由所述腔体限定的区域内的多个端口，该多个端口延伸穿 过所述第二娃片到达所述第二娃片的底部；第=娃片，其被禪合至所述第一娃片的所述顶 部，使得所述第=娃片覆盖所述膜片；W及第二腔体，其被切入所述第=娃片的底部，其中 所述第二腔体的尺寸及位置被设置成使得所述第二腔体包围所述膜片。
[0007] 在优选的实施例中，所述第二腔体的深度被设计成机械地限制所述膜片的移动位 移至小于全量程压力位移的3倍。在较佳的优选实施例中，所述第二腔体的深度小于或等于 0.化111。
[000引再在其它实施例中，所述第二腔体也可W包括用于电子地检测所述膜片已经抵达 其位移极限的装置。在运类实施例中，导电层可W覆盖所述腔体底部或者被适当放置在所 述腔体底部上。相应的导电层可W覆盖所述膜片的所述顶部或被适当放置在所述膜片的所 述顶部上。因此，当所述膜片抵达其最大位移时，所述膜片的顶部上的所述导电层和所述第 二腔体的底部上的所述导电层接触。运些层可W被适当设计、尺寸及形状，使得运些层之间 的接触完成电路，因此电子检测所述膜片的最大位移已经发生。在一些实施例中，所述第二 腔体的底部中的所述导电层可W和在所述传感器组件的另一区域上的触头电连通。在优选 的实施例中，所述触头可W位于所述第=娃片的顶部上。所述导电层可W由诸如侣的金属 或重渗杂多晶娃制成。
[0009] 在一些实施例中，形成所述膜片的所述腔体底部位于至所述第一娃片的顶部的距 离的80%。在其他实施例中，也可W使用其它深度。
[0010] 在优选的实施例中，所述电介质层使所述传感器上的所述电路与冲击所述膜片的 介质绝缘。在优选的实施例中，所述电介质层使所述传感器上的所述电路与所述支撑件绝 缘。在优选的实施例中，所述电介质层由二氧化娃或氮化娃或二氧化娃和氮化娃的组合制 成。在一些实施例中，不使用电介质层，所述第一娃片直接与所述第二娃片禪合。
[0011] 在一些实施例中，所述压力传感器组件可W进一步被禪合至基底。在运类实施例 中，所述基底可W被禪合至所述第二娃片的所述底部。所述基底可W包括通道，所述通道从 所述基底的顶部延伸至所述基底的底部。在所述基底的顶部的通道的开口可W涵盖所述第 二娃片的底部的多个所述端口的开口。在一些实施例中，所述基底可W是基座。
[0012] 对压力传感器的其它实施例也进行了描述。在一个实施例中，所述压力传感器组 件包括:第一娃片，其具有顶部表面和底部表面W及中间平面，中间平面被限定在所述顶部 表面和所述底部表面之间的中间位置，其中所述底部表面包括腔体，所述腔体朝所述顶部 表面向上延伸，穿过所述中间平面而形成腔体底部;形成于所述腔体底部和所述顶部表面 之间的膜片;第二娃片，其被禪合至所述第一娃片的所述底部表面，所述第二娃片覆盖所述 腔体W形成室；多个通道，其延伸穿过所述第二娃片，并进入所述室;第=娃片，其被禪合至 所述第一娃片的顶部表面，所述第=娃片包括第二腔体，所述第二腔体的尺寸及位置被设 置，W覆盖所述膜片，且其中所述第二腔体的底部形成所述膜片的机械止动件;并且其中， 所述第一娃片和所述第二娃片通过位于二者之间的电介质层彼此电绝缘。
[0013] 在优选的实施例中，所述第二腔体的所述底部可W覆盖有导电层，如果施加到所 述膜片的压力使得所述膜片顶部的导电层与所述第二腔体的底部上的所述导电层接触，所 述导电层被定位W闭合电路。
[0014] 根据本发明的另一方面，提供一种压力传感器组件的制造方法。在优选的实施例 中，所述方法包括:通过形成由底部向上延伸进入所述第一娃片的腔体，由所述第一娃片形 成传感器;在所述第一娃片的顶部上形成导电层;在所述第一娃片的底部及腔体上形成电 介质层;通过形成多个通道，由第二娃片形成支撑件，其中所述多个通道从顶部表面穿过所 述第二娃片至底部表面;将所述第一娃片的所述底部键合到所述第二娃片的所述顶部表 面，使得由所述腔体形成室，所述多个通道通向所述室;通过形成第二腔体，由第=娃片形 成盖，其中所述第二腔体从底部向上延伸进入所述第=娃片；将所述第=娃片的底部键合 到所述第一娃片的顶部，使得所述第二腔体包围所述膜片。
[0015] 在一些实施例中，所述第二腔体的深度被切成机械地限制所述膜片的移动位移小 于全量程压力位移的3倍。在一些方法中，所述第二腔体的所述深度小于或等于0.9皿，1.化 m, 1.3皿或1.5皿。
[0016] 在其他实施例中，导电层也可W在所述第=娃片的所述腔体的底部中形成。所述 导电层可W和位于所述第=娃片的顶部上的触点电连通。另外，导电层也可W在所述第一 娃片的所述膜片的顶部上形成。所述导电层可W被定位成使得当所述膜片达到最大位移状 态时，所述膜片的顶部上的所述导电层与所述第=娃片内的所述腔体的底部上的导电层电 连通，并且完成电路，其可W被用于检测该最大位移状态。
[0017] 在所述方法的一些实施例中，所述电介质层由二氧化娃或氮化娃或二氧化娃和氮 化娃的组合形成。并且，在所述方法的一些实施例中，所述压力传感器组件被禪合至所述支 撑件的底部的基底。
[0018] 如下文将更充分的描述，本文所述的压力传感器的运些实施例改善或缓解了前文 提到的一些问题。参考下面的详细的说明及附图（其仅W示例方式说明了各种实施例），本 发明的进一步的方面、目的、希望的特征、W及本文所公开的装置和方法的优点将更好地被 了解。然而，应当清楚地理解到，附图仅用于示例的目的，而并不旨在作为对所主张的发明 的范围的限定。
【附图说明】
[0019] 图1示出了安装在基底上的压力传感器组件的一个实施例的等轴视图。
[0020] 图2示出了图1中的压力传感器组件的横截面图。
[0021] 图3示出了图2的横截面图的局部放大视图。
[0022] 图4示出了在形成传感器的一个实施例的过程中的娃片的多个横截面图。
[0023] 图5示出了在形成支撑件的一个实施例的过程中的娃片的多个横截面图。
[0024] 图6示出了图4中的传感器与图5中的支撑件的组合的横截面图。
[0025] 图6A示出了图6的横截面，其中在压力传感器的顶表面上加有导电层57。
[0026] 图7示出了在形成盖的一个实施例的过程中的娃片的多个横截面图。
[0027] 图7A示出了在形成盖的一个实施例的过程中的娃片的多个横截面图，其中所述盖 被配置成W电子方式检测所述膜片的最大位移状态。
[0028] 图8示出了图4中