專利名稱：具有焊接傳感器芯附件的asic補(bǔ)償壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
各實(shí)施例一般涉及傳感器方法和系統(tǒng)。各實(shí)施例還涉及包
含有專用集成電路部件的壓力傳感器。各實(shí)施例另外還涉及用于將壓 力傳感部件附接到傳感器殼體的技術(shù)。
背景技術(shù)：
壓力傳感器用于傳感檢測(cè)壓力與大氣壓或流體壓力之間 的壓力差，并隨后將檢測(cè)到的壓力差轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。壓力傳感器可用 于測(cè)量氣體或液體的壓力，并且廣泛用于工業(yè)、商業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用中。 壓力測(cè)量典型地以絕對(duì)值、表壓或壓差(或稱相對(duì)值)測(cè)量值方式進(jìn) 行。絕對(duì)壓力傳感器代表測(cè)量相對(duì)于真空的壓力的特定類型的傳感裝 置。另一方面，表壓傳感器測(cè)量相對(duì)于大氣壓的壓力。壓差傳感器測(cè) 量?jī)蓚€(gè)輸入之間的壓力差。典型的傳感器封裝殼體由預(yù)模制塑料構(gòu)造而成，并包括金 屬導(dǎo)線框架以提供與外電路的互連。這樣的封裝體進(jìn)一步包括蓋，所 述蓋具有開口以將外壓力引導(dǎo)至傳感器。 一些現(xiàn)有技術(shù)的硅壓力傳感 管芯附接方案利用軟粘接劑(例如，RTV、環(huán)氧樹脂，等等)將傳感 器管芯附接到殼體。對(duì)于絕對(duì)壓力傳感器的情況，通常從頂側(cè)施加壓 力，而對(duì)于表壓或壓差傳感，壓力端口設(shè)置在傳感器裝置的底側(cè)上。 不過，軟性或硬性的粘接劑未考慮隔絕問題，并且濕氣和腐蝕性氣體 將隨時(shí)間而滲透界面，從而導(dǎo)致壓力傳感器的電子器件失效。此外， 在特定的應(yīng)用中，不希望出現(xiàn)被傳感介質(zhì)的滲漏。而且，粘接劑的熱 膨脹系數(shù)不同于硅的熱膨脹系數(shù)，因而溫度變化可能導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng) 力。這種壓力傳感管芯附接方案在整個(gè)所希望的操作溫度范 圍不具有寬范圍的介質(zhì)相容性。類似地，現(xiàn)有材料的局限性要求工程 人員針對(duì)材料而專門匹配介質(zhì)環(huán)境，因而限制了 一種設(shè)計(jì)適配多種環(huán) 境的能力。典型的方案可提供介質(zhì)相容性，但不具有寬的溫度和壓力 范圍內(nèi)的精確度和穩(wěn)定性。在這樣的方案中，輸出信號(hào)的電穩(wěn)定性也在寬的溫度和壓力范圍內(nèi)由于熱膨脹系數(shù)不同而變化。類似地，現(xiàn)有 的操作后條件要求進(jìn)行激光微調(diào)以保證裝置的溫度補(bǔ)償和線性化精 確度，這可能需要高昂的費(fèi)用。這樣，基于以上的描述，相信需要改進(jìn)壓力傳感器系統(tǒng)和 用于通過焊接將傳感管芯附接到安裝表面的方法，其中包括如本文中 更詳細(xì)描述的ASIC補(bǔ)償輸出。

發(fā)明內(nèi)容
提供以下概述以利于理解所公開實(shí)施例中特有的 一 些新 穎特征，此概述并不用于構(gòu)成完整描述。對(duì)各實(shí)施例各方面的完整認(rèn) 識(shí)可通過將說(shuō)明書全文、權(quán)利要求書、附圖和說(shuō)明書摘要作為整體而 獲得。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面在于，提供一種改進(jìn)的壓力傳感 器方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的另一方面在于，提供一種用于將傳感管芯通過焊 接附接到安裝表面以用于壓力傳感器的改進(jìn)方法。本發(fā)明的又一 方面在于，提供一種用于將壓力傳感管芯以
隔絕方式附接到安裝表面的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。上述方面和其它目的和優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在可如在本文中所述地實(shí) 現(xiàn)。公開一種ASIC (專用集成電路)補(bǔ)償壓力傳感器，其包括傳感 管芯和ASIC。傳感管芯包括背側(cè)金屬化表面，用于將傳感管芯通過 焊接附接到機(jī)械安裝村底。形成的焊接接點(diǎn)提供隔絕密封以防止與不 同環(huán)境條件相關(guān)的寬范圍的介質(zhì)進(jìn)入。機(jī)械安裝村底可以具有很多不 同形式的因素，這些因素包括易于組裝的不同種類的領(lǐng)部。安裝表面 可具有相對(duì)于傳感管芯嚴(yán)格匹配的熱膨脹系數(shù)以確保在寬的溫度和 壓力范圍內(nèi)的輸出信號(hào)的電穩(wěn)定性，或者可為使A SIC補(bǔ)償確保所述 裝置的溫度補(bǔ)償和線性化精確度的不同材料。傳感管芯的金屬化表面有利于焊接到適合制備的襯底安 裝表面。焊接過程可利用焊膏、預(yù)成形或其它適合方法。傳感管芯可 直接焊接到安裝表面或焊接到也可有利于附接的副安裝表面。包含信 號(hào)調(diào)節(jié)的ASIC提供所需的溫度補(bǔ)償和線性化。領(lǐng)部可根據(jù)設(shè)計(jì)考慮 而被設(shè)計(jì)為各種形狀。這種ASIC補(bǔ)償壓力傳感器能夠以多種不同設(shè)
5計(jì)選擇構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)組裝和環(huán)境保護(hù)。


附圖中相同的附圖標(biāo)記在各個(gè)視圖中始終指代相同或功
能相似的元件，附圖被包含在說(shuō)明書中并形成為說(shuō)明書的一部分，各 附圖進(jìn)一步例示出各實(shí)施例，并與詳細(xì)描述一起用于說(shuō)明在此公開的 各實(shí)施例。圖1例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的壓力傳感管芯的透視圖；
圖2例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的通過焊接附接到安裝表面的 壓力傳感管芯的透視圖；圖3例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的壓力傳感管芯的分解透視
圖；圖4例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的與ASIC關(guān)聯(lián)的壓力傳感器 的透視圖；圖5例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的通過焊接附接到安裝表面的 壓力傳感管芯的透視圖，該安裝表面然后附接到包含ASIC和電子器 件的另外的安裝表面；和圖6例示出根據(jù)可替代實(shí)施例可采用的領(lǐng)部的透視圖。
具體實(shí)施例方式在這些非限制性示例中論述的具體值和構(gòu)造可以變化，對(duì) 其的描述僅用于例示至少 一 個(gè)實(shí)施例，而不是用于限制本發(fā)明的范圍。圖1例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的壓力傳感管芯100的透視 圖。壓力傳感管芯100包括壓阻元件IIO和限制基座120 (例如由玻 璃、硅或其它材料制成)。限制基座120針對(duì)由封裝體或殼體引起的 應(yīng)力提供隔離，其中封裝體或殼體中安裝有壓力傳感管芯100。限制
i]壓阻元件110。:力傳感管芯loo 二般包括壓力隔- 、115,、 -斤述l 力隔片115包括一個(gè)或多個(gè)壓阻125，壓阻125可分散在(即，或通 過其它方式應(yīng)用于)管芯100中，以提供與由管芯100傳感到的壓力 相關(guān)的壓阻輸出信號(hào)。壓阻元件110可由諸如硅、多晶硅或玻璃之類的材料構(gòu)造而成，并可用于測(cè)量寬的壓力范圍。限制基座120具有金 屬化表面130，金屬化表面130有利于焊接到安裝表面140,安裝表 面140在圖1中未示出，但在圖2中示出。圖2例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的通過焊接附接到安裝表面 140的壓力傳感管芯100的透^f見圖。應(yīng)注意的是在圖1 - 6中，相同或 相似的部件通常以相同附圖標(biāo)記指示。壓力傳感管芯IOO的金屬化表 面130可直接焊接到與襯底150關(guān)聯(lián)的安裝表面140。安裝表面140 被適合地制備以用于焊接，并可具有與壓力傳感管芯IOO的熱膨脹系 數(shù)基本匹配的熱膨脹系數(shù)。襯底150可由諸如FR4、陶瓷、硅、金屬
或玻璃之類的材料構(gòu)造而成，其在用于傳感壓力的壓力傳感管芯100 和外部件與周圍環(huán)境之間提供應(yīng)力隔離。如圖1中所示的金屬化表面
130有利于焊接到適合制備的襯底安裝表面140。焊接過程可利用例
如焊骨焊接、預(yù)成形焊接、或其它適合的焊接方法。圖3例示出^4居優(yōu)選實(shí)施例的壓力傳感管芯100的透視 圖。焊接接點(diǎn)160可用于將襯底150附接到壓力傳感管芯100。金屬 化表面130與襯底150之間的焊接接點(diǎn)160提供隔絕密封，以防止與 不同環(huán)境條件相關(guān)的寬范圍的介質(zhì)進(jìn)入。通常，焊接接點(diǎn)160可包含 鉛和錫?？捎糜诤附咏狱c(diǎn)160中的其它金屬包括例如以下金屬鋁、 鎘、鋅、鎳、金、銀、把、鉍、銅、銻，等等。不過，對(duì)于本領(lǐng)域技 術(shù)人員顯然的是，在不背離在此論述的本發(fā)明的范圍的情況下，可使 用其它金屬。這樣，焊接接點(diǎn)160在寬的溫度和壓力范圍內(nèi)具有高強(qiáng) 度。應(yīng)注意的是，圖3中所示實(shí)施例可被認(rèn)為是能夠并入包含放大和 溫度補(bǔ)償性能的更高級(jí)組件中的子組件610。圖4例示出^^椐優(yōu)選實(shí)施例的與ASIC 210關(guān)聯(lián)的壓力傳 感器400的透視圖。注意到在另一實(shí)施例中，壓力傳感器400可包括 另一外部放大和溫度補(bǔ)償裝置以替代ASIC 210。壓力傳感管芯100和 ASIC 210可通過內(nèi)部或外部方式電連接到一起。ASIC 210可利用引 線接合器220并入到主襯底150上。ASIC 210可與壓力傳感器400結(jié) 合用于接收傳感器輸入信號(hào)并利用將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)以供 控制系統(tǒng)使用。包含信號(hào)調(diào)節(jié)的ASIC 210為用于測(cè)量表壓、絕對(duì)壓 力或壓差的這類常用硅壓力傳感器提供所需的放大和溫度補(bǔ)償。圖5例示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的與子組件610關(guān)聯(lián)的壓力傳感器600的透視圖。子組件610可以附接到主村底150。主襯底150 機(jī)械支撐和電連接壓力傳感器600的部件。襯底150的安裝表面140 包括ASIC 210和引線接合器220。安裝表面140可包含用于補(bǔ)償?shù)?ASIC 210和電子器件，或可附接到包含ASIC和電子器件的另 一子組 件610。圖6例示出根據(jù)可替代實(shí)施例可采用的與子組件610關(guān)聯(lián) 的領(lǐng)部800的透視圖。如圖6中所示的ASIC補(bǔ)償壓力傳感器包括 壓力傳感管芯100、 ASIC 210、和支撐元件，例如可接合到襯底150 的領(lǐng)部800和子組件610。在壓力傳感管芯IOO與安裝表面140之間 形成的焊接接點(diǎn)160可提供隔絕密封，以防止在不同環(huán)境條件中的寬 范圍介質(zhì)進(jìn)入。安裝表面140還可被構(gòu)造為具有相對(duì)于壓力傳感管芯 100的嚴(yán)格匹配的熱膨脹系數(shù)，以確保在寬的溫度和壓力范圍內(nèi)的輸 出信號(hào)的電穩(wěn)定性。包含信號(hào)調(diào)節(jié)的A SIC 210另外提供所需精確度， 從而不需要管芯附接后的激光微調(diào)操作。這樣的ASIC補(bǔ)償壓力傳感 器能夠以多種不同設(shè)計(jì)選擇構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)組裝和環(huán)境保護(hù)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，以上公開的變化以及其它的特征和功能或 其可替代方案可有利地組合到許多其它不同系統(tǒng)或應(yīng)用中。而且，本 發(fā)明的各種目前未預(yù)計(jì)或未預(yù)料的可替代方案、修改、變例或改進(jìn)可 在此后由本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)，并意在由所附權(quán)利要求涵蓋。
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權(quán)利要求
1、一種壓力傳感器設(shè)備，包括壓力傳感管芯，其包括附接到安裝表面的金屬化表面，其中，所述安裝表面通過焊接與所述金屬化表面關(guān)聯(lián)；和專用集成電路，其被附接到所述安裝表面，其被利用多個(gè)電連接電連接到所述壓力傳感管芯和所述專用集成電路以得到壓力傳感設(shè)備。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述安裝表面具 有相對(duì)于所述壓力傳感管芯的熱膨脹系數(shù)嚴(yán)格匹配的熱膨脹系數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)電連接 包括引線接合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述金屬化表面 遠(yuǎn)離所述安裝表面附接到所述安裝表面。
5、 一種壓力傳感器設(shè)備，包括壓力傳感管芯，其包括附接到安裝表面的金屬化表面，其中，所 述安裝表面通過焊接與所述金屬化表面關(guān)聯(lián)，其中所述金屬化表面遠(yuǎn) 離所述安裝表面附接到所述安裝表面，所述安裝表面通過防護(hù)封裝保 護(hù)；和專用集成電路，其附接到所述安裝表面并且利用多個(gè)電連接電連 接到所述壓力傳感管芯和所述專用集成電路以得到壓力傳感設(shè)備。
6、 一種形成壓力傳感器設(shè)備的方法，包括提供壓力傳感管芯，所述壓力傳感管芯包括附接到安裝表面的金 屬化表面；將所述安裝表面焊接到所述金屬化表面； 將專用集成電路附接到所述安裝表面；利用多個(gè)電連接將所述安裝表面電連接到所述壓力傳感管芯和 所述專用集成電路，以得到所述壓力傳感設(shè)備。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括選擇所述安裝表 面以具有相對(duì)于所述壓力傳感管芯的熱膨脹系數(shù)嚴(yán)格匹配的熱膨脹系數(shù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括將所述多個(gè)電連 接構(gòu)造為包括引線接合。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括將所述金屬化表 面附接到遠(yuǎn)離所述安裝表面的所述安裝表面。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述安裝表面附接到用于機(jī)械安裝的多個(gè)領(lǐng)部。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有焊接傳感管芯附件的ASIC(專用集成電路)補(bǔ)償壓力傳感器。具體地，所提供的ASIC補(bǔ)償壓力傳感器包括傳感管芯、ASIC芯片和支撐元件。傳感管芯包括金屬化表面，用于將傳感管芯附接到安裝表面。形成的焊接接點(diǎn)提供隔絕密封以防止與不同環(huán)境條件相關(guān)的寬范圍的介質(zhì)進(jìn)入。安裝表面可包含用于補(bǔ)償?shù)腁SIC和電子器件，或可附接到包含ASIC和電子器件的另一安裝表面。任一種構(gòu)造可包括易于組裝的不同種類的領(lǐng)部，并可進(jìn)而附接到配合連接器。安裝表面可具有相對(duì)于傳感管芯嚴(yán)格匹配的熱膨脹系數(shù)以增強(qiáng)在寬的溫度和壓力范圍內(nèi)的輸出信號(hào)的電穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01L19/04GK101581618SQ20091014092
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者J·馬奇爾, P·羅茲戈, T·埃克哈德特, W·S·霍弗 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司