用于具有兩層芯片結(jié)構(gòu)的壓力傳感器的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】提供用于具有兩層芯片結(jié)構(gòu)的壓力傳感器的系統(tǒng)和方法，其中，壓力傳感器包括：殼體，該殼體具有高側(cè)輸入端口和低側(cè)輸入端口，當(dāng)把殼體置于含有高壓和低壓介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)，高側(cè)輸入端口允許高壓介質(zhì)進(jìn)入殼體的高側(cè)并且低側(cè)輸入端口允許低壓介質(zhì)進(jìn)入殼體的低側(cè)；安裝在殼體內(nèi)的基底；安裝到基底的應(yīng)力隔離構(gòu)件；具有感測(cè)電路的芯片堆，該芯片堆結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件；涂覆到基底、應(yīng)力隔離構(gòu)件和芯片堆的暴露于低側(cè)輸入端口的表面的低側(cè)原子層沉積物（ALD）；以及涂覆到應(yīng)力隔離構(gòu)件和芯片堆的暴露于高側(cè)輸入端口的表面的高側(cè)原子層沉積物（ALD）。
【專利說(shuō)明】用于具有兩層芯片結(jié)構(gòu)的壓力傳感器的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]硅壓力傳感器提供多個(gè)益處，包括小的尺寸、良好的質(zhì)量和穩(wěn)定的性能。此外，因?yàn)榭梢詫⒍鄠€(gè)相同的傳感器同時(shí)制造在單個(gè)晶片上，所以硅壓力傳感器的制造具有高性能價(jià)格比。然而，在某些環(huán)境中，壓力介質(zhì)會(huì)腐蝕感測(cè)芯片上的部件或者腐蝕硅感測(cè)芯片自身。為了防止壓力介質(zhì)腐蝕感測(cè)芯片，可將感測(cè)芯片與壓力介質(zhì)相隔離。為了隔離壓力介質(zhì)，通常將感測(cè)芯片置于填充油的膜片系統(tǒng)內(nèi)，其中，金屬隔離膜片的一側(cè)暴露于壓力介質(zhì)而另一側(cè)暴露于填充油的室。硅壓力傳感器的壓力感測(cè)部分被該油包圍，使得油壓的變化導(dǎo)致硅壓力傳感器的感測(cè)元件上的變化。然而，與由硅壓力感測(cè)芯片所造成的尺寸限制相t匕，填充油的隔離系統(tǒng)顯著地增加壓力傳感器結(jié)構(gòu)的尺寸。
[0002]此外，在某些實(shí)施例中，在壓力介質(zhì)是空氣的情況下，硅會(huì)直接地暴露于空氣。在一種類型的壓力傳感器中，壓阻硅結(jié)構(gòu)感測(cè)壓力感測(cè)膜片中的應(yīng)變。含有這些壓阻元件的表面還含有金屬化跡線和引線結(jié)合焊盤(wire bond pad)。當(dāng)空氣是壓力介質(zhì)時(shí),娃的含有用于連接壓阻元件的金屬化區(qū)域的那側(cè)會(huì)暴露于空氣所含的濕氣。該濕氣會(huì)導(dǎo)致金屬化區(qū)域之間的電流泄漏，該電流泄漏會(huì)產(chǎn)生壓力測(cè)量的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提供了用于具有兩層芯片結(jié)構(gòu)的壓力傳感器的系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，一種壓力傳感器包括:殼體，該殼體包括高側(cè)輸入端口和低側(cè)輸入端口，當(dāng)把殼體置于含有高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)，高側(cè)輸入端口構(gòu)造成允許高壓介質(zhì)進(jìn)入殼體的內(nèi)部的高側(cè)并且低側(cè)輸入端口構(gòu)造成允許低壓介質(zhì)進(jìn)入殼體的內(nèi)部的低側(cè)；以及被牢固地安裝在殼體內(nèi)的基底。而且，該壓力傳感器包括:安裝到基底的應(yīng)力隔離構(gòu)件，其中，通道從低側(cè)輸入端口的端部延伸穿過(guò)基底和應(yīng)力隔離構(gòu)件；以及結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件的兩層芯片堆，該兩層芯片堆包括被隔離的感測(cè)電路。此外，該壓力傳感器包括:低側(cè)原子層沉積物，該低側(cè)原子層沉積物涂覆到基底、應(yīng)力隔離構(gòu)件和兩層芯片堆的暴露于低側(cè)輸入端口的表面；以及高側(cè)原子層沉積物，該高側(cè)原子層沉積物涂覆到應(yīng)力隔離構(gòu)件和兩層芯片堆的暴露于高側(cè)輸入端口的表面。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004]應(yīng)理解的是附圖僅僅描繪示例性實(shí)施例，因此不應(yīng)被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍，下面將利用附圖來(lái)更具體且詳細(xì)地描述這些示例性實(shí)施例，附圖中:
圖1是本公開(kāi)所描述的一個(gè)實(shí)施例中的壓力傳感器的剖視圖；
圖2A是在本公開(kāi)所描述的一個(gè)實(shí)施例中的兩層芯片堆的剖視圖；
圖2B是本公開(kāi)所描述的一個(gè)實(shí)施例中的兩層芯片堆內(nèi)的感測(cè)電路的剖視圖；并且 圖3是本公開(kāi)所描述的一個(gè)實(shí)施例中的用于制造壓力傳感器的方法的流程圖。
[0005]根據(jù)慣例，所描述的各種特征并非按比例繪制而是被繪制成強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例有關(guān)的特定特征?！揪唧w實(shí)施方式】
[0006]在下面的詳細(xì)說(shuō)明中，參照構(gòu)成其一部分的附圖來(lái)說(shuō)明特定的說(shuō)明性實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解的是可采用其它實(shí)施例并且可作出邏輯的、機(jī)械的和電的變化。此外，附圖和說(shuō)明書(shū)所給出的方法不應(yīng)被理解成限制用來(lái)執(zhí)行單獨(dú)步驟的順序。因此，下面的詳細(xì)說(shuō)明不應(yīng)被認(rèn)為具有限制的意義。
[0007]本公開(kāi)中描述的實(shí)施例保護(hù)硅芯片和形成于該硅芯片上的感測(cè)電路免受壓力介質(zhì)的損害作用，諸如由腐蝕和濕氣所導(dǎo)致的電流泄漏。為了保護(hù)硅壓力傳感器，在兩個(gè)硅壓力感測(cè)芯片之間形成壓力感測(cè)電路以形成兩層芯片堆。兩層芯片堆被安裝在與硅匹配的低溫共燒陶瓷(SM-LTCC)應(yīng)力隔離構(gòu)件(諸如基座)上。兩層芯片堆結(jié)構(gòu)提供兩個(gè)壓力感測(cè)膜片:高壓感測(cè)膜片和低壓感測(cè)膜片。兩層芯片堆包括在高壓感測(cè)膜片和低壓感測(cè)膜片之間的內(nèi)腔。該內(nèi)腔將感測(cè)電路與壓力介質(zhì)隔離，該感測(cè)電路包括連接墊、金屬化跡線和壓阻元件。兩層芯片結(jié)構(gòu)還包括將高壓感測(cè)膜片連接到低壓感測(cè)膜片的中心柱，其中，中心柱在高壓感測(cè)膜片和低壓感測(cè)膜片之間傳遞彼此的偏離所產(chǎn)生的力。這樣，施加到高壓感測(cè)膜片或者低壓感測(cè)膜片的壓力差被暴露于內(nèi)腔的膜片表面之一上的壓阻元件感測(cè)。經(jīng)由利用貫通芯片的過(guò)孔(via)的連接實(shí)現(xiàn)與壓阻元件的電連接。通過(guò)將感測(cè)電路定位在內(nèi)腔中，而使感測(cè)電路與壓力介質(zhì)的有害效應(yīng)相隔離。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，利用形成于兩層芯片堆的表面上的原子層沉積物來(lái)保護(hù)兩層芯片堆免受低壓和高壓介質(zhì)兩者的影響，否則的化，兩層芯片堆不與低壓和高壓介質(zhì)隔離。例如，將金屬氧化物涂層(如氧化鋁或氧化鈦)沉積在壓力感測(cè)裝置內(nèi)的暴露面上，以使傳感器性能的退化最小化。此構(gòu)造可用于量具或壓力差應(yīng)用。當(dāng)把端口中的一個(gè)端口密封以包含真空時(shí)，其也可以構(gòu)造成絕對(duì)壓力傳感器。此外，通過(guò)取消作為隔離介質(zhì)的油，可以減小壓力傳感器的尺寸。
[0009]圖1是壓力感測(cè)裝置100的剖視圖。壓力感測(cè)裝置100能夠測(cè)量單獨(dú)介質(zhì)之間的壓力差，或者測(cè)量介質(zhì)中的壓力。當(dāng)壓力感測(cè)裝置100感測(cè)不同壓力介質(zhì)中的壓力時(shí)，不同的壓力介質(zhì)可由空氣組成、由液體組成或者由空氣和液體二者組成。為了感測(cè)不同壓力介質(zhì)的壓力，壓力感測(cè)裝置100包括高側(cè)輸入端口 102和低側(cè)輸入端口 104，其中，高側(cè)輸入端口 102允許高壓介質(zhì)進(jìn)入高側(cè)殼體106并且低側(cè)輸入端口 104允許低壓介質(zhì)進(jìn)入低側(cè)殼體108。如本文所使用的，“高壓介質(zhì)”是指具有高于低側(cè)壓力介質(zhì)的壓力的介質(zhì)。然而，在某些示例性實(shí)施例中，低壓介質(zhì)可具有比高壓介質(zhì)更高的壓力。另外，在一個(gè)具體的示例性實(shí)施例中，將高側(cè)或者低側(cè)之一密封以包含參考真空，使得壓力感測(cè)裝置100起到絕對(duì)壓力計(jì)的作用。在某些其它實(shí)施例中，壓力感測(cè)裝置100感測(cè)高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)之間的壓力差。替代地，壓力感測(cè)裝置100將高壓介質(zhì)或低壓介質(zhì)之一的壓力用作參考值來(lái)測(cè)量其它介質(zhì)中的壓力。此外，高側(cè)殼體106聯(lián)接到低側(cè)殼體108以包封壓力感測(cè)裝置100的感測(cè)部件，從而保護(hù)所述部件免受環(huán)境影響，其會(huì)損壞壓力感測(cè)裝置100或者影響壓力感測(cè)裝置100的性能。
[0010]在某些實(shí)施例中，為了測(cè)量進(jìn)入高側(cè)輸入端口 102的高壓介質(zhì)與進(jìn)入低側(cè)輸入端口 104的低壓介質(zhì)之間的壓力，壓力感測(cè)裝置100包括感測(cè)芯片110，該感測(cè)芯片110具有形成于其中的膜片105。為了在壓力感測(cè)裝置100中形成膜片105，感測(cè)芯片110的一部分被去除以形成感測(cè)芯片110的凹部，其中，該凹部是感測(cè)芯片110的一部分。通過(guò)使感測(cè)芯片110的一部分形成凹陷，而形成比感測(cè)芯片110的其它部分更薄的膜片，使得膜片105能夠響應(yīng)于膜片105的不同側(cè)上的壓力差而移動(dòng)。
[0011]在至少一個(gè)實(shí)施方式中，感測(cè)芯片110是壓阻硅感測(cè)芯片，其中，包括壓阻硅結(jié)構(gòu)的感測(cè)電路107形成于硅膜片105的電路側(cè)109上，并且膜片105中的應(yīng)變影響感測(cè)電路107的性能。在至少一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)高壓介質(zhì)經(jīng)過(guò)高側(cè)輸入端口 102進(jìn)入高側(cè)殼體106且低壓介質(zhì)經(jīng)過(guò)低側(cè)輸入端口 104進(jìn)入低側(cè)殼體108時(shí)，低壓介質(zhì)和高壓介質(zhì)兩者都施加力于感測(cè)芯片110上。低壓介質(zhì)和高壓介質(zhì)之間的壓力差導(dǎo)致感測(cè)芯片110上的膜片105發(fā)生偏離。例如，如果高壓介質(zhì)的壓力與低壓介質(zhì)的壓力相等，那么高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)施加相同的壓力于膜片105上，但是從膜片105的相對(duì)側(cè)施加壓力。因此，當(dāng)壓力差為零時(shí)，膜片105不發(fā)生偏離。此外，當(dāng)高壓介質(zhì)具有大于低壓介質(zhì)的壓力時(shí)，高壓介質(zhì)向膜片105施加比低壓介質(zhì)所施加力更大的力。由于高壓介質(zhì)所施加的力，膜片105朝向低側(cè)輸入端口104偏離，膜片105的偏離使形成于膜片105上的感測(cè)電路107產(chǎn)生應(yīng)變。
[0012]在某些環(huán)境中，高側(cè)殼體106和低側(cè)殼體108會(huì)經(jīng)受應(yīng)力，所述應(yīng)力可影響壓力感測(cè)裝置100的位于高側(cè)殼體106與低側(cè)殼體108的組合內(nèi)的那些部件。雖然在殼體內(nèi)的一些部件會(huì)最低限度地受到應(yīng)力的影響，但位于傳感器芯片110的電路側(cè)109上的感測(cè)電路107中的壓阻硅結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變(該應(yīng)變由壓力感測(cè)裝置100上的應(yīng)力引起)會(huì)對(duì)壓力感測(cè)裝置100的壓力測(cè)量的精度產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，壓力感測(cè)裝置100上的外部應(yīng)變會(huì)經(jīng)過(guò)壓力感測(cè)裝置100的各種部件而傳播，并且以類似于由高壓介質(zhì)或低壓介質(zhì)施加到傳感器芯片110的膜片105的應(yīng)變的方式使傳感器芯片110產(chǎn)生應(yīng)變。膜片105上的應(yīng)變引起傳感器芯片110所得到的壓力測(cè)量中的偏差。在某些實(shí)施例中，為了將傳感器芯片110與壓力感測(cè)裝置100的或者感測(cè)裝置100中的其它部件上的應(yīng)力相隔離，而將傳感器芯片110安裝在應(yīng)力隔離構(gòu)件114上。應(yīng)力隔離構(gòu)件114將傳感器芯片110與施加到壓力感測(cè)裝置100的應(yīng)變或者由壓力感測(cè)裝置100內(nèi)的其它部件引起的應(yīng)變相隔離。在一個(gè)具體實(shí)例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件114可包括基座，該基座具有安裝在其上的傳感器芯片110，其中，該基座在結(jié)構(gòu)上將壓力感測(cè)裝置100內(nèi)的傳感器芯片110與影響壓力感測(cè)裝置100或者壓力感測(cè)裝置100的其它部件的物理力相隔離。
[0013]在某些實(shí)施例中，為了進(jìn)一步防止應(yīng)變影響到傳感器芯片110的壓力測(cè)量精度，應(yīng)力隔離構(gòu)件114由具有與傳感器芯片110相似的熱膨脹系數(shù)(CTE)的材料制成。例如，當(dāng)傳感器芯片110由硅制成時(shí)，應(yīng)力隔離構(gòu)件114由具有與硅基本相同的熱膨脹系數(shù)(CTE)的材料制成。因此，當(dāng)應(yīng)力隔離構(gòu)件114和/或傳感器芯片110的尺寸由于熱能變化而變化時(shí)，應(yīng)力隔離構(gòu)件114和傳感器芯片110以大致相同的速率膨脹，以防止熱膨脹施加應(yīng)力到形成于傳感器芯片110上的壓阻元件。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，傳感器芯片106由硅匹配的低溫共燒陶瓷(SM-LTCC)制成。在其它實(shí)施例中，當(dāng)制造應(yīng)力隔離構(gòu)件114時(shí)，利用熱電結(jié)合過(guò)程或者用于使傳感器芯片110結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件114的其它過(guò)程使傳感器芯片110結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件114。
[0014]在某些實(shí)施例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件114形成于基底126上?；?26可由氧化鋁支撐材料或者其它可銅焊的材料制成。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，將基底126和應(yīng)力隔離構(gòu)件114牢固地安裝在低側(cè)殼體108內(nèi)。為了將基底126和任何附接的部件牢固地安裝在低側(cè)殼體108內(nèi)，利用銅焊128將基底126附接到低側(cè)殼體108。當(dāng)把基底126牢固地附接到低側(cè)殼體108時(shí)，進(jìn)入低側(cè)端口 104的壓力介質(zhì)可與基底126的與應(yīng)力隔離構(gòu)件114相對(duì)的一側(cè)接觸。為了允許壓力介質(zhì)通過(guò)基底126和應(yīng)力隔離構(gòu)件114以便壓力介質(zhì)可以與傳感器芯片110的膜片105接觸，形成穿過(guò)基底126和應(yīng)力隔離構(gòu)件114的通道138。當(dāng)應(yīng)力隔離構(gòu)件114包括基座時(shí)，通道138延伸穿過(guò)基座。將傳感器芯片110安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件114使得膜片105的一側(cè)面對(duì)應(yīng)力隔離構(gòu)件110中的通道138的開(kāi)口并且傳感器芯片110的電路側(cè)109不暴露于通道138。
[0015]在至少一個(gè)實(shí)施例中，為了便于傳感器芯片110的膜片105上的感測(cè)電路107與外部電路之間的電連接，形成穿過(guò)傳感器芯片110的金屬化過(guò)孔111。此外，在應(yīng)力隔離構(gòu)件114的制造期間，將應(yīng)力隔離嵌入跡線116形成于應(yīng)力隔離構(gòu)件114內(nèi)并且將基底嵌入跡線124形成于基底126內(nèi)。形成于傳感器芯片110上的感測(cè)電路107電連接到金屬化過(guò)孔111。傳感器芯片110被安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件114使得金屬化過(guò)孔111與應(yīng)力隔離構(gòu)件110中的應(yīng)力隔離嵌入跡線116接觸。此外，應(yīng)力隔離嵌入跡線116與基底嵌入跡線124接觸?；浊度脎E線124延伸穿過(guò)基底并且與互連件132電接觸，互連件132延伸穿過(guò)低側(cè)殼體108或高側(cè)殼體106的側(cè)壁?；ミB件132延伸穿過(guò)側(cè)壁并且與安裝在電路晶片上的前端電路134接觸。前端電路134電連接到外部連接器，該外部連接器將壓力感測(cè)裝置100連接到外部系統(tǒng)。前端電路134包括電子器件，這些電子器件部分地控制對(duì)傳感器芯片110上的電元件的輸入。例如，前端電路134包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、多芯片模塊等。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，前端電路134執(zhí)行諸如壓力輸出表征、輸出信號(hào)調(diào)節(jié)等的功倉(cāng)泛。
[0016]在某些實(shí)施例中，存在多個(gè)應(yīng)力隔離嵌入跡線116和基底嵌入跡線124，其中，每個(gè)應(yīng)力隔離嵌入跡線116與基底嵌入跡線124相關(guān)聯(lián)并且，每對(duì)相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力隔離嵌入跡線116和基底嵌入跡線124類似地與形成于傳感器芯片110中的單獨(dú)的金屬化過(guò)孔111相關(guān)聯(lián)。應(yīng)力隔離嵌入跡線116、基底嵌入跡線124和金屬化過(guò)孔111的每個(gè)組合形成了前端電路134和形成于傳感器芯片110上的感測(cè)電路107之間的不同的電連接。因此，當(dāng)傳感器芯片110上的感測(cè)電路107的性能響應(yīng)于膜片105上的應(yīng)變而變化時(shí)，感測(cè)電路107經(jīng)過(guò)前端電路134被驅(qū)動(dòng)，使得感測(cè)電路107的性能變化經(jīng)過(guò)外部連接器136而被傳送至外部系統(tǒng)。
[0017]在至少一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)芯片110和附帶的膜片105可由硅或者其它類似材料制成。另外，感測(cè)芯片110、壓阻元件和形成于感測(cè)芯片110上的附帶電路易受來(lái)自壓力介質(zhì)的損傷的影響。例如，如果使感測(cè)芯片與壓力介質(zhì)接觸達(dá)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段，壓力介質(zhì)將會(huì)腐蝕感測(cè)芯片Iio并且影響形成于感測(cè)芯片110上的感測(cè)電路107的運(yùn)行。腐蝕和運(yùn)行影響甚至?xí)?dǎo)致壓力感測(cè)裝置100失效或者不正確地工作。在一個(gè)具體實(shí)例中，在壓力介質(zhì)是空氣的情況下，空氣會(huì)含有濕氣，該濕氣會(huì)導(dǎo)致壓力感測(cè)裝置100中的吸濕部件膨脹并向感測(cè)芯片110施加應(yīng)變。此外，濕氣也會(huì)導(dǎo)致形成于感測(cè)芯片110上的金屬化路徑之間的電流泄漏。為了防止可由壓力介質(zhì)所導(dǎo)致的對(duì)感測(cè)芯片110的損壞，將感測(cè)芯片110上的感測(cè)電路與低壓介質(zhì)或者高壓介質(zhì)隔離。
[0018]在某些實(shí)施例中，為了將感測(cè)電路與高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)兩者隔離，而將感測(cè)電路置于高壓感測(cè)芯片112和感測(cè)芯片110之間的內(nèi)腔118內(nèi)，其中，感測(cè)芯片110起到低壓感測(cè)芯片110的作用。將高壓感測(cè)芯片112與低壓感測(cè)芯片110氣密地結(jié)合在一起，使得高壓介質(zhì)或者低壓介質(zhì)中的濕氣不能進(jìn)入容納感測(cè)電路的內(nèi)腔118中。當(dāng)高壓感測(cè)芯片112與低壓感測(cè)芯片110結(jié)合到一起時(shí)，高壓感測(cè)芯片112和低壓感測(cè)芯片110形成兩層芯片堆113。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過(guò)擴(kuò)散結(jié)合過(guò)程使高壓感測(cè)芯片112與低壓感測(cè)芯片110彼此結(jié)合。
[0019]如圖1中所示，傳感器芯片110 (在某些實(shí)施例中具有形成于其上面的感測(cè)電路107)起到低壓感測(cè)芯片110的作用。在一個(gè)替代實(shí)施例中，感測(cè)電路107可形成于高壓感測(cè)芯片112上。低壓感測(cè)芯片110包括低壓膜片105。低壓膜片105對(duì)于經(jīng)過(guò)低壓輸入端口 104進(jìn)入壓力感測(cè)裝置100的低壓介質(zhì)所施加的力直接地作出反應(yīng)。類似地，高壓感測(cè)芯片112包括高壓膜片140。高壓膜片140以類似于低壓膜片105的方式形成。高壓膜片140對(duì)于經(jīng)過(guò)高壓輸入端口 102進(jìn)入壓力感測(cè)裝置100的高壓介質(zhì)所施加的力直接地作出反應(yīng)。在至少另一個(gè)實(shí)施方式中，低壓膜片105和高壓膜片140通過(guò)中心柱120彼此物理連接。中心柱120是高壓膜片140和低壓膜片105之間的力換向構(gòu)件。當(dāng)?shù)蛪航橘|(zhì)施加力于低壓膜片105上時(shí)，低壓膜片105響應(yīng)于所施加的力而移動(dòng)。因?yàn)榈蛪耗て?05與中心柱120接觸，所以低壓膜片105的移動(dòng)將力施加于中心柱120上。因?yàn)橹行闹?20與高壓膜片140接觸，所以由低壓膜片105施加于中心柱120上的力經(jīng)過(guò)中心柱120傳遞并且施加到高壓膜片140。類似地，當(dāng)高壓介質(zhì)施加力于高壓膜片140上時(shí)，高壓膜片140響應(yīng)于所施加的力而移動(dòng)。因?yàn)橹行闹?20與低壓膜片105和高壓膜片140兩者接觸，所以高壓膜片140施加于中心柱120上的力經(jīng)過(guò)中心柱120傳遞并且施加到低壓膜片105。因?yàn)橛筛邏航橘|(zhì)或者低壓介質(zhì)施加于高壓膜片140或者低壓膜片105上的力影響了包含低壓膜片105的感測(cè)電路的移動(dòng)，所以低壓膜片105根據(jù)高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)之間的差異而移動(dòng)。因此，內(nèi)腔118中的感測(cè)電路能夠提供壓力測(cè)量值，該測(cè)量值代表高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)之間的壓力差。
[0020]在某些實(shí)施例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件114可由吸濕材料(諸如硅、SM-LTCC等)制成。如果應(yīng)力隔離構(gòu)件114由吸濕材料制成，當(dāng)應(yīng)力隔離構(gòu)件114吸收經(jīng)過(guò)高側(cè)端口 102進(jìn)入壓力感測(cè)芯片100的高壓介質(zhì)中的或者經(jīng)過(guò)低側(cè)端口 104進(jìn)入壓力感測(cè)芯片100的低壓介質(zhì)中的濕氣時(shí)，應(yīng)力隔離構(gòu)件114發(fā)生膨脹。如果應(yīng)力隔離構(gòu)件114暴露于低壓介質(zhì)或者高壓介質(zhì)中的濕氣，那么應(yīng)力隔離構(gòu)件114的膨脹會(huì)使得低壓傳感器芯片110上的感測(cè)電路中的壓阻元件產(chǎn)生應(yīng)變，從而導(dǎo)致壓阻元件所產(chǎn)生的測(cè)量中的偏差。此外，某些壓力介質(zhì)對(duì)兩層芯片堆113會(huì)具有腐蝕性，因而當(dāng)?shù)蛪焊袦y(cè)芯片110和高壓感測(cè)芯片112暴露于壓力介質(zhì)時(shí)壓力介質(zhì)會(huì)損傷低壓感測(cè)芯片110和高壓感測(cè)芯片112。
[0021]在某些實(shí)施例中，保護(hù)應(yīng)力隔離構(gòu)件114免受壓力介質(zhì)中的濕氣的影響，并且利用原子層沉積物(ALD)涂層126和139保護(hù)低壓感測(cè)芯片110和高壓感測(cè)芯片112免受壓力介質(zhì)中的可能的損傷性物質(zhì)的影響。例如，用高壓ALD涂層139涂覆兩層芯片堆113和應(yīng)力隔離構(gòu)件114的可能暴露于高壓介質(zhì)的表面。類似地，用低壓ALD涂層130涂覆兩層芯片堆113、應(yīng)力隔離構(gòu)件114和基底126的可能暴露于低壓介質(zhì)的表面。在某些實(shí)施方式中，高壓ALD涂層139和低壓ALD涂層130兩者都是金屬氧化物的原子層沉積物。例如，金屬氧化物可以是氧化鋁、氧化鈦等。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在把壓力感測(cè)裝置100內(nèi)的部件安裝在低側(cè)殼體108內(nèi)之前，將低壓ALD涂層130和高壓ALD涂層139兩者沉積在所述部件的表面上。替代地，在把壓力感測(cè)裝置100內(nèi)的部件安裝在低側(cè)殼體108內(nèi)之后但在把低側(cè)殼體108連接到高側(cè)殼體106之前，將低壓ALD涂層130和高壓ALD涂層139兩者涂覆到所述部件。例如，當(dāng)把基底126、應(yīng)力隔離構(gòu)件114和兩層芯片堆113固定在低側(cè)殼體108內(nèi)時(shí)，將高壓ALD涂層139和低壓ALD涂層130兩者涂覆到低側(cè)殼體108的全部的暴露的內(nèi)表面上。當(dāng)把高壓ALD涂層139和低壓ALD涂層130兩者涂覆到低側(cè)殼體108內(nèi)的表面時(shí)，將低側(cè)殼體108與高側(cè)殼體106連接到一起。另外，通過(guò)用低壓ALD涂層130涂覆經(jīng)過(guò)低側(cè)輸入端口 104而暴露的低側(cè)殼體108的內(nèi)表面，而將低壓ALD涂層130涂覆在銅焊128上。將低壓ALD涂層130涂覆于銅焊128上可排除對(duì)于壓力感測(cè)裝置100內(nèi)的O形環(huán)密封件的需要，該O形環(huán)密封件在高溫操作期間可能會(huì)失效。
[0022]如上所述，高壓ALD涂層139和低壓ALD涂層130保護(hù)壓力感測(cè)裝置100的部件免受會(huì)影響壓力感測(cè)裝置100的性能的壓力介質(zhì)中的物質(zhì)的影響。另外，將感測(cè)電路置于由高壓感測(cè)芯片112和低壓感測(cè)芯片110所形成的內(nèi)腔118中，其中，高壓感測(cè)芯片112和低壓感測(cè)芯片110具有各自的低壓膜片105和高壓膜片140，低壓膜片105和高壓膜片140通過(guò)中心柱120彼此連接，這會(huì)將感測(cè)電路與壓力介質(zhì)隔離而不必將感測(cè)電路包封在油中。因?yàn)楦袦y(cè)電路不被隔離在油中，所以可以以小于其它壓力傳感器(其中，感測(cè)電路被隔離在油中)的尺寸來(lái)制造感測(cè)芯片。
[0023]圖2A是相互結(jié)合的低壓感測(cè)芯片210和高壓感測(cè)芯片212的詳細(xì)剖視圖200a，其中，低壓感測(cè)芯片210被安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件214。在某些實(shí)施例中，低壓感測(cè)芯片210、高壓感測(cè)芯片212和應(yīng)力隔離構(gòu)件214起到圖1中所示的低壓感測(cè)芯片110、高壓感測(cè)芯片112和應(yīng)力隔離構(gòu)件114的作用。此外，低壓感測(cè)芯片210具有形成于低壓感測(cè)芯片的電路側(cè)209上的感測(cè)電路。例如，低壓感測(cè)芯片210具有壓力感測(cè)元件207和溫度感測(cè)元件203。在至少一個(gè)示例性實(shí)施方式中，壓力感測(cè)元件207是置于膜片205的頂上的壓阻元件，該膜片205形成為低壓感測(cè)芯片210的一部分。當(dāng)膜片205響應(yīng)于高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)之間的壓力差而移動(dòng)時(shí)，壓力感測(cè)元件207的電阻相應(yīng)地變化。隨著壓力感測(cè)元件207的電阻變化，當(dāng)使電流傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)壓力感測(cè)元件207時(shí)，壓力感測(cè)元件207上的電壓降也發(fā)生變化。因?yàn)閴毫Ω袦y(cè)元件207上的電壓降隨著高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)之間壓力差的變化而變化，所以可以利用該電壓降來(lái)確定不同介質(zhì)之間的壓力差。替代地，高壓介質(zhì)或者低壓介質(zhì)可充當(dāng)提供參考?jí)毫?如真空，或者I atm)的介質(zhì)。當(dāng)高壓介質(zhì)或低壓介質(zhì)之一起到參考?jí)毫Φ淖饔脮r(shí)，可利用壓力感測(cè)元件207上的電壓降來(lái)確定所測(cè)量的壓力介質(zhì)的絕對(duì)壓力。
[0024]在另一個(gè)實(shí)施例中，制造過(guò)程也可在低壓感測(cè)芯片210的表面上形成溫度感測(cè)元件203。與壓力感測(cè)元件207相反，溫度感測(cè)元件203不形成在膜片205上，而是形成在低壓感測(cè)芯片210的不在膜片205上的一部分上。以類似于壓力感測(cè)元件207的方式，溫度感測(cè)元件203響應(yīng)于環(huán)境的影響而改變電阻。具體地，溫度感測(cè)元件203響應(yīng)于溫度變化而改變電阻。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度感測(cè)元件203上的電壓降，可以檢測(cè)壓力傳感器的環(huán)境中的溫度變化。
[0025]在至少一個(gè)實(shí)施例中，溫度感測(cè)元件203和壓力感測(cè)元件207兩者通過(guò)形成于低壓感測(cè)芯片210的表面上的金屬跡線而電連接到外部系統(tǒng)，其中，金屬跡線將壓力感測(cè)元件207和溫度感測(cè)元件203電連接到金屬化過(guò)孔211，金屬化過(guò)孔211延伸穿過(guò)感測(cè)芯片并與應(yīng)力隔離構(gòu)件跡線216接觸。在某些實(shí)施例中，金屬化過(guò)孔211和應(yīng)力隔離構(gòu)件跡線216的作用類似于如上面關(guān)于圖1所描述的金屬化過(guò)孔111和應(yīng)力隔離構(gòu)件跡線116。[0026]由于壓力感測(cè)元件207和溫度感測(cè)元件203對(duì)于外部因素導(dǎo)致的應(yīng)變作出響應(yīng)，所以可保護(hù)壓力感測(cè)元件207和溫度感測(cè)元件203免受外部環(huán)境因素的影響，這些外部環(huán)境因素會(huì)影響在壓力感測(cè)元件207或者溫度感測(cè)元件203上測(cè)量到的電壓降的精度。例如，如果壓力感測(cè)元件207、溫度感測(cè)元件203或者金屬跡線暴露于濕氣，那么電流會(huì)從金屬跡線泄漏出來(lái)，從而導(dǎo)致溫度感測(cè)元件203和/或壓力感測(cè)元件207的精度受到影響。為了防止外部環(huán)境因素影響溫度感測(cè)元件203或者壓力感測(cè)元件207的運(yùn)行，將高壓感測(cè)芯片212結(jié)合到低壓感測(cè)芯片210。
[0027]如上面關(guān)于圖1中的內(nèi)腔118所描述的，高壓感測(cè)芯片212可具有形成于其中的空腔，從而為形成于低壓感測(cè)芯片210的表面上的感測(cè)電路提供空間。例如，高壓感測(cè)芯片212可包括壓力感測(cè)腔218和溫度感測(cè)腔219。壓力感測(cè)腔218還用于提供形成于高壓感測(cè)芯片212中的膜片240。壓力感測(cè)腔包圍壓力感測(cè)元件207和從壓力感測(cè)元件207朝向金屬化過(guò)孔211延伸的金屬跡線中的一些。溫度感測(cè)腔219包括溫度感測(cè)元件203和連接到金屬化過(guò)孔211的一部分金屬跡線。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，溫度感測(cè)腔219還包括金屬化過(guò)孔211的表面，該金屬化過(guò)孔211連接到低壓感測(cè)芯片210的表面上的金屬跡線。當(dāng)把高壓感測(cè)芯片212氣密地密封到低壓感測(cè)芯片210時(shí)，濕氣和其它損害性環(huán)境因素不能進(jìn)入溫度感測(cè)腔219或壓力感測(cè)腔218。
[0028]在至少一個(gè)實(shí)施例中，壓力感測(cè)腔218將高壓感測(cè)芯片212中的膜片240與低壓感測(cè)芯片210中的膜片205分離，中心柱220將膜片240和膜片205 二者的相互面對(duì)的表面彼此物理地連接。中心柱220的作用是將施加到膜片240的壓力傳遞至低壓膜片205并且將施加到低壓膜片205的壓力傳遞至高壓膜片240。通過(guò)在低壓膜片205和高壓膜片240之間來(lái)回傳遞力，當(dāng)?shù)蛪耗て?05或者高壓膜片240暴露于壓力介質(zhì)中的壓力時(shí)，低壓膜片205移動(dòng)。低壓膜片205的移動(dòng)導(dǎo)致在形成于低壓膜片205上的壓力感測(cè)元件207上產(chǎn)生應(yīng)變，從而允許壓力感測(cè)元件207測(cè)量施加到高壓膜片240或者低壓膜片205的壓力。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，中心柱220減弱由一個(gè)膜片所經(jīng)受的力，因?yàn)樵摿Ρ粋鬟f至其它膜片。例如，當(dāng)高壓膜片240受到力的作用時(shí)，該力經(jīng)過(guò)中心柱220被傳遞至低壓膜片205，其中，與由高壓膜片240所經(jīng)受的壓力相比，低壓膜片205具有四分之一的對(duì)壓力差的靈敏度。為了考慮安裝到低壓膜片205的表面的壓力感測(cè)元件207的靈敏度降低，外部系統(tǒng)對(duì)從壓力感測(cè)電路207接收的測(cè)量值進(jìn)行調(diào)整。另外，如上面關(guān)于圖1描述的，一旦把高壓感測(cè)芯片212安裝到低壓感測(cè)芯片210，則用ALD涂層238和230涂覆高壓感測(cè)芯片212、低壓感測(cè)芯片210和應(yīng)力隔離構(gòu)件214的暴露面。
[0029]圖2B是示出了形成于在壓力感測(cè)腔218和溫度感測(cè)腔219內(nèi)的低壓感測(cè)芯片210的表面上的感測(cè)電路的剖視圖200b。如圖所示，壓力感測(cè)腔218和溫度感測(cè)腔219形成于高壓感測(cè)芯片212內(nèi)。如圖所示，壓力感測(cè)元件207可包括多個(gè)壓阻元件，這些壓阻元件對(duì)低壓膜片205上的應(yīng)變作出反應(yīng)。壓力感測(cè)元件207通過(guò)形成于低壓感測(cè)芯片210的表面上的金屬跡線209而連接到金屬化過(guò)孔211。如圖所示，金屬跡線209和壓力感測(cè)元件207被布置在壓力感測(cè)腔218內(nèi)，在中心柱220的周圍。此外，如上所述，溫度感測(cè)腔219包括多個(gè)溫度感測(cè)元件203，這些溫度感測(cè)元件203對(duì)溫度變化作出反應(yīng)。此外，形成于低壓感測(cè)芯片210的表面上的金屬跡線209連接到溫度感測(cè)腔219內(nèi)的金屬化跡線211。
[0030]在高壓感測(cè)芯片212和低壓感測(cè)芯片210的某些實(shí)施方式中，通過(guò)將兩個(gè)不同的晶片擴(kuò)散結(jié)合在一起來(lái)制造高壓感測(cè)芯片212和低壓感測(cè)芯片210。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法對(duì)這兩個(gè)單獨(dú)的晶片進(jìn)行加工而形成壓力感測(cè)腔218和溫度感測(cè)腔219、低壓膜片205和高壓膜片240、壓力感測(cè)元件207和溫度感測(cè)元件203、金屬跡線209、中心柱220和貫通芯片的金屬化過(guò)孔211。采用適當(dāng)?shù)墓杓庸ぜ夹g(shù)可以用兩個(gè)晶片同時(shí)加工成大量的芯片，其中，一個(gè)晶片包含在其內(nèi)形成的多個(gè)低壓感測(cè)芯片210而另一個(gè)晶片包含在其內(nèi)形成的多個(gè)高壓感測(cè)芯片212。例如，當(dāng)芯片尺寸為0.250X0.200英寸并且每個(gè)晶片是6英寸晶片時(shí)，兩個(gè)晶片可產(chǎn)生超過(guò)450個(gè)芯片，包括從一個(gè)晶片組獲得的高壓感測(cè)芯片212和低壓感測(cè)芯片210。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，可利用擴(kuò)散結(jié)合過(guò)程使兩個(gè)單獨(dú)的晶片彼此結(jié)合。例如，可利用低溫?cái)U(kuò)散結(jié)合過(guò)程(其中，溫度低于600°C)將包括多個(gè)高壓感測(cè)芯片212的晶片結(jié)合到低壓感測(cè)芯片210。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，利用絕緣體上硅(SOI)構(gòu)造將溫度感測(cè)元件203和壓力感測(cè)元件207安裝到低壓感測(cè)芯片，以提供壓阻元件與用于形成低壓感測(cè)芯片210的導(dǎo)電硅的隔離。
[0031]當(dāng)已將不同的晶片彼此結(jié)合時(shí)，可將晶片分割成不同的兩層芯片堆，其中，每個(gè)兩層芯片堆包含單獨(dú)的高壓感測(cè)芯片212和低壓感測(cè)芯片210。當(dāng)晶片已被分割時(shí)，利用各種芯片安裝技術(shù)將兩層芯片堆安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件214。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，利用應(yīng)力隔離構(gòu)件214和兩層芯片堆之間的熱電結(jié)合將兩層芯片堆安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件214。
[0032]如上所述，應(yīng)力隔離構(gòu)件214被制造成具有電連接到金屬化過(guò)孔211的應(yīng)力隔離構(gòu)件跡線216。此外，應(yīng)力隔離構(gòu)件跡線216也可電連接到各種其它類型的電路。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，應(yīng)力隔離構(gòu)件跡線216電連接到外部連接器(諸如外部連接器136)，以便僅用于傳感器用途。替代地，應(yīng)力隔離構(gòu)件跡線216也可連接到提供信號(hào)處理、錯(cuò)誤糾正、合適的電子輸出等的電子電路(諸如RF前端電路134)。
[0033]當(dāng)把不同的兩層芯片堆安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件214時(shí)，用原子層沉積物涂覆兩層芯片堆和應(yīng)力隔離構(gòu)件214的表面，以改善壓力感測(cè)裝置抵抗可由不同壓力介質(zhì)造成的損傷的能力。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，原子層沉積物是金屬氧化物。例如，金屬氧化物可以是TaO5涂層，該涂層對(duì)于pH值在范圍4-14內(nèi)的介質(zhì)所造成的損傷具有耐受性。
[0034]包括低壓感測(cè)芯片210和高壓感測(cè)芯片212的兩層芯片堆的使用允許在隔離過(guò)程中不必使用油的情況下將溫度感測(cè)元件203和壓力感測(cè)元件207與某些類型壓力介質(zhì)造成的損害相隔離。因此，可以以較小的尺寸制造包括兩層芯片堆的壓力感測(cè)裝置。另外，由于不使用油來(lái)提供隔離，因而壓力感測(cè)裝置在更大的溫度范圍內(nèi)具有增加的穩(wěn)定性。
[0035]圖3是用于制造壓力傳感器的方法300的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。圖3中所示的示例性實(shí)施例在這里被描述成利用圖1中所示的壓力感測(cè)裝置100而實(shí)施，但應(yīng)理解的是其它實(shí)施例也可以通過(guò)其它方式實(shí)施。
[0036]方法300進(jìn)行到步驟302，在步驟302中，應(yīng)力隔離構(gòu)件114被形成為與基底126接觸。在某些實(shí)施例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件114由氧化鋁制成的基底126上的SM-LTCC材料形成。在至少一個(gè)實(shí)施例中，通道138延伸穿過(guò)應(yīng)力隔離構(gòu)件114和基底126，使得氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)可以穿過(guò)通道138。另外，應(yīng)力隔離構(gòu)件114可以是基座狀的形狀，其中，通道138縱向地延伸穿過(guò)應(yīng)力隔離構(gòu)件114的基座。
[0037]方法300進(jìn)行到步驟304，在步驟304中制造第一傳感器芯片110。第一傳感器芯片110包括娃膜片105,該娃膜片105具有形成于膜片105上的傳感器電路。通過(guò)使第一感測(cè)芯片Iio的一部分凹陷而形成膜片105。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器電路包括壓阻元件，該壓阻元件根據(jù)膜片的移動(dòng)而改變電阻。當(dāng)?shù)谝粋鞲衅餍酒?10已被制造時(shí)，方法300進(jìn)行到步驟306，在步驟306中制造第二傳感器芯片112。如同第一傳感器芯片110，通過(guò)使第二傳感器芯片112的一部分凹陷而形成具有膜片140的第二傳感器芯片112。此外，第二傳感器芯片膜片140包括在第二傳感器芯片112的凹部?jī)?nèi)的中心柱120。然后方法300進(jìn)行到步驟308，在步驟308中使第一傳感器芯片110結(jié)合到第二傳感器芯片112以形成兩層芯片堆113。當(dāng)使第一傳感器芯片110結(jié)合到第二傳感器芯片112時(shí),相對(duì)于第一傳感器芯片110來(lái)確定第二傳感器芯片112的取向，使得形成于第一傳感器芯片110上的傳感器電路在第二傳感器芯片112的凹部?jī)?nèi)。此外，位于第二傳感器芯片112的凹部?jī)?nèi)的中心柱120在膜片140和膜片105之間延伸。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，利用擴(kuò)散過(guò)程使第一傳感器芯片110與第二傳感器芯片112結(jié)合在一起以形成兩層芯片堆。
[0038]方法300進(jìn)行到步驟310，在步驟310中將兩層芯片堆113安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件114。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，將第一傳感器芯片110安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件114，使得第一傳感器芯片110的膜片105暴露于通道138的開(kāi)口。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一傳感器芯片110上的傳感器電路連接到金屬化過(guò)孔111，該金屬化過(guò)孔111延伸穿過(guò)第一傳感器芯片110。當(dāng)把第一傳感器芯片110安裝在應(yīng)力隔離構(gòu)件110上時(shí)，金屬化過(guò)孔111與形成于應(yīng)力隔離構(gòu)件114中的嵌入跡線116接觸，使得傳感器電路電連接到嵌入跡線116。
[0039]在某些實(shí)施例中，方法300進(jìn)行到步驟312，在步驟312中將應(yīng)力隔離構(gòu)件114、基底126和兩層芯片堆113固定在殼體中。例如，將組裝好的部件置于殼體內(nèi)，該殼體包括兩個(gè)部分:低側(cè)殼體108和高側(cè)殼體106。低側(cè)殼體108具有低側(cè)輸入端口 104并且高側(cè)殼體106具有高側(cè)輸入端口 102，使得進(jìn)入高側(cè)輸入端口 102的高壓介質(zhì)能夠施加壓力于第二傳感器芯片112中的膜片140上并且進(jìn)入低側(cè)輸入端口 104的低壓介質(zhì)能夠施加壓力于第一傳感器芯片110中的膜片105上。此外，在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，利用銅焊128將組裝好的部件固定在殼體內(nèi)。替代地，當(dāng)把部件組裝在一起時(shí)，將應(yīng)力隔離構(gòu)件114、基底126和兩層芯片堆113單獨(dú)地固定在殼體內(nèi)。
[0040]在某些實(shí)施例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件114和基底126可以由吸濕材料制成。另外，兩層芯片堆113中的材料易受到壓力介質(zhì)中的損害性材料的影響。當(dāng)應(yīng)力隔離構(gòu)件114和/或基底126是吸濕的并且暴露于壓力介質(zhì)中的濕氣時(shí)，應(yīng)力隔離構(gòu)件114和/或基底126會(huì)膨脹并導(dǎo)致兩層芯片堆113中的應(yīng)變，該應(yīng)變導(dǎo)致測(cè)量誤差。此外，濕氣會(huì)導(dǎo)致感測(cè)電路中的電流泄漏，并且壓力介質(zhì)中的腐蝕性材料會(huì)腐蝕殼體內(nèi)的元件。為了防止?jié)駳獾奈蘸蛽p傷，可以用原子層沉積物126來(lái)涂覆殼體內(nèi)的部件的暴露于高壓介質(zhì)或者低壓介質(zhì)的表面。
[0041]在至少一個(gè)實(shí)施方式中，方法300進(jìn)行到步驟314，在步驟314中將第一傳感器芯片110上的感測(cè)電路電連接到外部系統(tǒng)。如上所述,感測(cè)電路連接到傳感器芯片110中的過(guò)孔，這些過(guò)孔聯(lián)接到應(yīng)力隔離構(gòu)件114中的嵌入跡線116。為了將感測(cè)電路電連接到外部系統(tǒng)，嵌入跡線116可連接到基底126中的嵌入跡線124，嵌入跡線124連接到具有前端電路134的互連件132，前端電路134通過(guò)外部連接器136連接到外部系統(tǒng)。
[0042]示例件實(shí)施例
實(shí)例I包括一種用于制造壓力傳感器的方法，所述方法包括:形成與基底接觸的應(yīng)力隔離構(gòu)件，其中，所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述基底具有被形成為穿過(guò)所述基底和所述應(yīng)力隔離構(gòu)件的通道；制造第一傳感器芯片，所述第一傳感器芯片具有第一凹部以形成第一膜片，所述第一膜片具有感測(cè)電路，所述感測(cè)電路形成于所述第一傳感器芯片的與所述凹部相對(duì)的電路側(cè)上；制造第二傳感器芯片，所述第二傳感器芯片具有第二凹部以形成第二膜片，其中，中心柱從所述第二膜片延伸到所述凹部中；使所述第一傳感器芯片結(jié)合到所述第二傳感器芯片以形成兩層芯片堆，使得所述感測(cè)電路在所述第二凹部?jī)?nèi)并且所述中心柱與所述第一傳感器芯片的所述電路側(cè)接觸；將所述兩層芯片堆安裝到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件，其中，所述第一凹部暴露于所述通道；將所述應(yīng)力隔離構(gòu)件、所述基底和所述兩層芯片堆固定在具有高側(cè)輸入端口和低側(cè)輸入端口的殼體中，其中，所述通道位于所述殼體中使得進(jìn)入所述低側(cè)輸入端口的低壓介質(zhì)也進(jìn)入所述通道并且進(jìn)入所述高側(cè)輸入端口的高壓介質(zhì)施加直接力于所述第二膜片上；以及將所述感測(cè)電路電連接到外部系統(tǒng)。
[0043]實(shí)例2包括實(shí)例I的方法，其中，所述應(yīng)力隔離構(gòu)件包括基座，所述基座從所述基底的表面延伸開(kāi)來(lái)，其中，所述通道縱向地延伸穿過(guò)所述基座，所述傳感器芯片被安裝到所述基座，其中，所述通道的暴露于第一膜片的第一側(cè)的開(kāi)口是在所述基座的最遠(yuǎn)離基底的一側(cè)中。
[0044]實(shí)例3包括實(shí)例1-2中任一實(shí)例的壓力傳感器，其中，使第一傳感器芯片結(jié)合到第二傳感器芯片包括采用擴(kuò)散結(jié)合過(guò)程。
[0045]實(shí)施例4包括實(shí)例1-3中任一實(shí)例的方法，其中，在基底上形成應(yīng)力隔離構(gòu)件包括在所述應(yīng)力隔離構(gòu)件內(nèi)形成至少一個(gè)嵌入導(dǎo)電跡線，其中，所述至少一個(gè)嵌入導(dǎo)電跡線電連接到所述感測(cè)電路。
[0046]實(shí)例5包括實(shí)例4的方法，其中，制造第一傳感器芯片包括:形成穿過(guò)所述第一傳感器芯片的至少一個(gè)過(guò)孔，其中，當(dāng)把所述兩層芯片堆安裝到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件時(shí)，所述至少一個(gè)過(guò)孔將所述至少一個(gè)嵌入導(dǎo)電跡線電連接到所述感測(cè)電路。
[0047]實(shí)例6包括實(shí)例1-5中任一實(shí)例的方法，其中，所述應(yīng)力隔離構(gòu)件由與硅的熱膨脹系數(shù)匹配的低溫共燒陶瓷制成。
[0048]實(shí)例7包括實(shí)例1-6中任一實(shí)例的方法，還包括:將低側(cè)原子層沉積物涂覆于所述基底、所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述兩層芯片堆的低側(cè)表面，其中，所述低側(cè)表面暴露于所述低側(cè)輸入端口 ；以及將高側(cè)原子層沉積物涂覆于所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述兩層芯片堆的高側(cè)表面，其中，所述高側(cè)表面暴露于所述高側(cè)輸入端口。
[0049]實(shí)例8包括實(shí)例7的方法，其中，所述原子層沉積物包括金屬氧化物。
[0050]實(shí)例9包括實(shí)例7-8中任一實(shí)例的方法，其中，將所述應(yīng)力隔離構(gòu)件、所述基底和所述兩層芯片堆固定在所述殼體中包括:將所述應(yīng)力隔離構(gòu)件、所述基底和所述兩層芯片堆安裝在低側(cè)殼體內(nèi)，所述低側(cè)殼體包括低側(cè)輸入端口 ；涂覆所述低側(cè)原子層沉積物；涂覆所述高側(cè)原子層沉積物；以及將高側(cè)殼體連接到所述低側(cè)殼體以形成所述殼體，所述高側(cè)殼體包括高側(cè)輸入端口。
[0051]實(shí)施例10包括實(shí)施例1-9中任一實(shí)例的方法，其中，將所述感測(cè)電路電連接到所述外部系統(tǒng)包括:將所述感測(cè)電路電連接到位于電路殼體內(nèi)的前端電路，其中，所述電路殼體安裝到所述殼體的外表面；將所述前端電路經(jīng)過(guò)外部連接器電連接到所述外部系統(tǒng)。
[0052]實(shí)例11包括實(shí)施例1-10中任一實(shí)例的方法，其中，利用銅焊和軟焊接頭中的至少一種將所述基底和所述應(yīng)力隔離構(gòu)件固定在所述殼體內(nèi)。
[0053]實(shí)例12包括一種壓力傳感器，所述傳感器包括:殼體，所述殼體包括高側(cè)輸入端口和低側(cè)輸入端口，當(dāng)把所述殼體置于含有高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)，所述高側(cè)輸入端口構(gòu)造成允許所述高壓介質(zhì)進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部的高側(cè)并且所述低側(cè)輸入端口構(gòu)造成允許所述低壓介質(zhì)進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部的低側(cè)；被牢固地安裝在所述殼體內(nèi)的基底；安裝到所述基底的應(yīng)力隔離構(gòu)件，其中，通道從所述低側(cè)輸入端口的端部延伸穿過(guò)所述基底和所述應(yīng)力隔離構(gòu)件，其中，至少一個(gè)跡線被嵌入在所述應(yīng)力隔離構(gòu)件內(nèi)；結(jié)合到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件的兩層芯片堆，所述兩層芯片堆包括:第一傳感器芯片，所述第一傳感器芯片具有第一凹部以形成第一膜片，所述第一膜片具有感測(cè)電路，所述感測(cè)電路形成于所述第一傳感器芯片的與所述凹部相對(duì)的電路側(cè)上；第二傳感器芯片，所述第二傳感器芯片具有第二凹部以形成第二膜片，其中，中心柱從所述第二膜片延伸到所述凹部中；以及延伸穿過(guò)所述第一傳感器芯片的至少一個(gè)過(guò)孔，所述至少一個(gè)過(guò)孔將所述感測(cè)電路電連接到所述至少一個(gè)跡線；低側(cè)原子層沉積物，所述低側(cè)原子層沉積物涂覆到所述基底、所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述兩層芯片堆的暴露于所述低側(cè)輸入端口的表面；以及高側(cè)原子層沉積物，所述高側(cè)原子層沉積物涂覆到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述兩層芯片堆的暴露于所述高側(cè)輸入端口的表面。
[0054]實(shí)例13包括實(shí)例12的壓力傳感器，其中，所述感測(cè)電路包括至少一個(gè)溫度感測(cè)元件和至少一個(gè)壓力感測(cè)元件。
[0055]實(shí)例14包括實(shí)例13的壓力傳感器，其中，所述至少一個(gè)壓力感測(cè)元件位于所述第一膜片的電路側(cè)上的第二凹部?jī)?nèi)，并且所述至少一個(gè)溫度感測(cè)元件位于所述第二傳感器芯片中的溫度感測(cè)腔內(nèi)，在所述第一傳感器芯片的電路側(cè)的不與所述第一凹部相對(duì)的一部分上。
[0056]實(shí)例15包括實(shí)例14的壓力傳感器，其中，所述至少一個(gè)過(guò)孔連接到所述溫度感測(cè)腔內(nèi)的金屬跡線，其中，所述金屬跡線連接到至少一個(gè)壓力感測(cè)元件和至少一個(gè)溫度感測(cè)元件。
[0057]實(shí)例16包括實(shí)例12-15中任一實(shí)例的壓力傳感器，其中，利用擴(kuò)散結(jié)合過(guò)程使所述第一傳感器芯片結(jié)合到所述第二傳感器芯片。
[0058]實(shí)例17包括實(shí)例12-16中任一實(shí)例的壓力傳感器，其中，所述殼體包括:低側(cè)殼體，所述低側(cè)殼體包括所述低側(cè)輸入端口，其中，所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述基底被牢固地安裝在所述低側(cè)殼體內(nèi)；以及高側(cè)殼體，所述高側(cè)殼體包括所述高側(cè)輸入端口，其中，所述高側(cè)殼體氣密地連接到所述低側(cè)殼體。
[0059]實(shí)例18包括一種壓力傳感器，所述傳感器包括:殼體，所述殼體包括高側(cè)輸入端口和低側(cè)輸入端口，當(dāng)把所述殼體置于含有高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)，所述高側(cè)輸入端口構(gòu)造成允許所述高壓介質(zhì)進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部的高側(cè)并且所述低側(cè)輸入端口構(gòu)造成允許所述低壓介質(zhì)進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部的低側(cè)；被牢固地安裝在所述殼體內(nèi)的基底；安裝到所述基底的應(yīng)力隔離構(gòu)件，其中，通道從低側(cè)輸入端口的端部延伸穿過(guò)所述基底和所述應(yīng)力隔離構(gòu)件；結(jié)合到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件的兩層芯片堆，所述兩層芯片堆包括被隔離的感測(cè)電路；低側(cè)原子層沉積物，所述低側(cè)原子層沉積物涂覆到所述基底、所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述兩層芯片堆的暴露于所述低側(cè)輸入端口的表面；以及高側(cè)原子層沉積物，所述高側(cè)原子層沉積物涂覆到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件和所述兩層芯片堆的暴露于所述高側(cè)輸入端口的表面。
[0060]實(shí)例19包括實(shí)例18的壓力傳感器，其中，所述兩層芯片堆包括:第一傳感器芯片，所述第一傳感器芯片具有第一凹部以形成第一膜片，所述第一膜片具有感測(cè)電路，所述感測(cè)電路形成于所述第一傳感器芯片的與所述凹部相對(duì)的電路側(cè)上；第二傳感器芯片，所述第二傳感器芯片具有第二凹部以形成第二膜片，其中，中心柱從所述第二膜片延伸到所述凹部中；以及延伸穿過(guò)所述第一傳感器芯片的至少一個(gè)過(guò)孔，所述至少一個(gè)過(guò)孔將所述感測(cè)電路電連接到形成于所述應(yīng)力隔離構(gòu)件中的至少一個(gè)跡線。
[0061]實(shí)例20包括實(shí)例18-19中任一實(shí)例的壓力傳感器，其中，將所述兩層芯片堆以熱電方式結(jié)合到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件。
[0062]盡管在本文中已說(shuō)明并描述了具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是旨在達(dá)到相同目的任何布置均可替代圖示的具體實(shí)施例。因此，明確的意圖是本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等同物限定。
[0063]本申請(qǐng)中使用的相對(duì)位置術(shù)語(yǔ)是基于平行于晶片或基底的常規(guī)平面或工作表面的平面而限定的，無(wú)論晶片或基底的取向如何。本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)“水平”或“側(cè)向”被定義為平行于晶片或基底的常規(guī)平面或工作表面的平面，無(wú)論晶片或基底的取向如何。術(shù)語(yǔ)“豎直”指的是垂直于水平方向的方向。諸如“在……上”、“側(cè)”(如“偵彳壁”中的“側(cè)”)、“較高”、“較低”、“在……上方”、“頂部”和“在……下面”之類的術(shù)語(yǔ)是相對(duì)于常規(guī)平面或工作表面位于晶片或基底 的的頂表面上而限定的，無(wú)論晶片或基底的取向如何。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造壓力傳感器(100)的方法，所述方法包括:形成與基底(126)接觸的應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)，其中，所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)和所述基底(126)具有被形成為穿過(guò)所述基底(126)和所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)的通道(138)；制造第一傳感器芯片(110)，所述第一傳感器芯片(110)具有第一凹部以形成第一膜片(105)，所述第一膜片(105)具有感測(cè)電路(107)，所述感測(cè)電路(107)形成于所述第一傳感器芯片(110)的與所述凹部相對(duì)的電路側(cè)上； 制造第二傳感器芯片(112)，所述第二傳感器芯片(112)具有第二凹部以形成第二膜片(140)，其中，中心柱(120)從所述第二膜片(140)延伸到所述凹部中； 使所述第一傳感器芯片(110)結(jié)合到所述第二傳感器芯片(112)以形成兩層芯片堆，使得所述感測(cè)電路(107)在所述第二凹部?jī)?nèi)并且所述中心柱(120)與所述第一傳感器芯片(110)的所述電路側(cè)接觸； 將所述兩層芯片堆(113)安裝到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)，其中，所述第一凹部暴露于所述通道(138)； 將所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)、所述基底(126)和所述兩層芯片堆(113)固定在具有高側(cè)輸入端口( 102)和低側(cè)輸入端口( 104)的殼體中，其中，所述通道(138)位于所述殼體中使得進(jìn)入所述低側(cè)輸入端口(104)的低壓介質(zhì)也進(jìn)入所述通道(138)并且進(jìn)入所述高側(cè)輸入端口( 102)的高壓介質(zhì)施加直接力于所述第二膜片(140)上；以及將所述感測(cè)電路(107)電連接到外部系統(tǒng)。
2.一種壓力傳 感器，所述傳感器包括: 殼體，所述殼體包括高側(cè)輸入端口(102)和低側(cè)輸入端口(104)，當(dāng)把所述殼體置于含有高壓介質(zhì)和低壓介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)，所述高側(cè)輸入端口(102)構(gòu)造成允許所述高壓介質(zhì)進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部的高側(cè)并且所述低側(cè)輸入端口(104)構(gòu)造成允許所述低壓介質(zhì)進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部的低側(cè)； 基底(126 )，所述基底(126 )被牢固地安裝在所述殼體內(nèi)； 安裝到所述基底(126)的應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)，其中，通道(138)從所述低側(cè)輸入端口(104)的端部延伸穿過(guò)所述基底(126)和所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)，其中，至少一個(gè)跡線(116)被嵌入所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)內(nèi)； 結(jié)合到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)的兩層芯片堆(113)，所述兩層芯片堆(113)包括: 第一傳感器芯片(110),所述第一傳感器芯片(110)具有第一凹部以形成第一膜片(105)，所述第一膜片(105)具有感測(cè)電路(107)，所述感測(cè)電路(107)形成于所述第一傳感器芯片(110)的與所述凹部相對(duì)的電路側(cè)上； 第二傳感器芯片(112)，所述第二傳感器芯片(112)具有第二凹部以形成第二膜片(140)，其中，中心柱(120)從所述第二膜片(140)延伸到所述凹部中；以及 延伸穿過(guò)所述第一傳感器芯片(110)的至少一個(gè)過(guò)孔(111)，所述至少一個(gè)過(guò)孔(111)將所述感測(cè)電路(107)電連接到所述至少一個(gè)跡線(116)； 低側(cè)原子層沉積物(130)，所述低側(cè)原子層沉積物(130)涂覆到所述基底(126)、所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)和所述兩層芯片堆(113)的暴露于所述低側(cè)輸入端口( 104)的表面；以及 高側(cè)原子層沉積物(139)，所述高側(cè)原子層沉積物(139)涂覆到所述應(yīng)力隔離構(gòu)件(114)和所述兩層芯片堆(113)的暴露于所述高側(cè)輸入端口( 102)的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器，其中，所述感測(cè)電路(107)包括: 至少一個(gè)溫度感測(cè)元件(207);和 至少一個(gè)壓力感測(cè)元件(203)， 其中，所述至少一個(gè)壓力感測(cè)元件(207)位于所述第一膜片(105)的電路側(cè)上的第二凹部(218)內(nèi)，并且所述至少一個(gè)溫度感測(cè)元件(203)位于所述第二傳感器芯片(112)中的溫度感測(cè)腔(219)內(nèi)，在所述第一傳感器芯片(110)的電路側(cè)的不與所述第一凹部相對(duì)的一部分上 。
【文檔編號(hào)】G01L9/06GK104006914SQ201410066173
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月27日
【發(fā)明者】G.C.布朗 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司