壓力傳感器與測(cè)試器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及電子器件領(lǐng)域，并更為具體地涉及壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在固體結(jié)構(gòu)中，特別是在例如橋梁、建筑物、隧道、鐵軌、安全殼壁、大壩、路堤、管線以及城市運(yùn)輸線的地下結(jié)構(gòu)等的承重結(jié)構(gòu)中，在許多點(diǎn)監(jiān)測(cè)如壓力、溫度和機(jī)械應(yīng)力等的重要參數(shù)是重要的。這樣的監(jiān)測(cè)被周期地或連續(xù)地執(zhí)行，并且在結(jié)構(gòu)的初始階段以及壽命期間均是有利的。
[0003]出于這一目的，在該領(lǐng)域的方法包括基于電子傳感器的電子監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，其能夠以低成本提供良好的性能。通常，將這樣的器件應(yīng)用到待被監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)的表面上，或者應(yīng)用到結(jié)構(gòu)中已預(yù)見的凹陷內(nèi)部的并能從外部訪問的表面上。
[0004]然而，這樣的器件無(wú)法徹底地檢測(cè)待被監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的參數(shù)，為了評(píng)估結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全性、老化、對(duì)變化的大氣狀況的反應(yīng)等，了解結(jié)構(gòu)內(nèi)的參數(shù)可能是有用的。此外，這樣的器件僅可以在結(jié)構(gòu)已被構(gòu)建之后應(yīng)用。因此，它們無(wú)法評(píng)估可能的初始缺陷。
[0005]在Yamashita等人的美國(guó)專利號(hào)6，950, 767中公開了針對(duì)這些需求的方法，其提供了一種完全被包含(即，“被掩埋”)在材料(例如，鋼筋混凝土)內(nèi)的電子監(jiān)測(cè)器件，根據(jù)該電子監(jiān)測(cè)器件來(lái)制造待被監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)。更加具體地，被掩埋在結(jié)構(gòu)中的器件是由不同的部分組成的、包封在單一容器中的整個(gè)系統(tǒng)，不同的部分組裝到襯底上(諸如，集成電路、傳感器、天線、電容器、電池、存儲(chǔ)器、控制單元)，并且此外制作在通過由金屬連接制成的電連接連接在一起的不同芯片中。
[0006]Yamashita等人的美國(guó)專利號(hào)6，950，767的系統(tǒng)還包括具有與電源相關(guān)的功能的子系統(tǒng)，例如，在通過電磁波從外部接收能量的情況中的整流器，或用于在內(nèi)部生成電源的其自身的電池。應(yīng)當(dāng)注意到，旨在初始“嵌入”在建筑材料(例如，隨后將固化的液態(tài)混凝土)中并然后保持“掩埋”在固體結(jié)構(gòu)中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)承受臨界條件，例如，可能甚至為幾百個(gè)大氣壓力的極高壓力。還存在其他由于例如水分滲透而引起的能夠損壞系統(tǒng)的隨時(shí)間的磨損。
[0007]諸如在Yamashita等人的美國(guó)專利號(hào)6，950, 767中公開的，系統(tǒng)的潛在缺點(diǎn)來(lái)源于系統(tǒng)為復(fù)雜系統(tǒng)這一事實(shí)，即使它們被封閉在封裝中，并且因此在面臨系統(tǒng)在其中工作的操作條件時(shí)，系統(tǒng)可能被損壞。特別地，封裝的各個(gè)部分之間的電互連可能是脆弱的。
[0008]此外，在封裝中設(shè)置有允許傳感器檢測(cè)相關(guān)參數(shù)“窗口”，其對(duì)于可能的濕度滲透可能成為弱點(diǎn)。此外，涂覆材料中的裂縫或瑕疵可能使得水分穿透到封裝內(nèi)部并引起短路。除水分之外，諸如潛在的腐蝕酸性物質(zhì)之類的其他物質(zhì)也可以滲透?？傊?，盡管針對(duì)所述的使用而設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但如在Yamashita等人的美國(guó)專利號(hào)6，950，767的系統(tǒng)的可靠性由于這樣的(盡管小型化的)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而具有局限性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]總地來(lái)說(shuō)，一種用于定位在結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳感器可以包括壓力傳感器集成電路1C，壓力傳感器集成電路1C包括響應(yīng)于彎曲的壓力傳感器電路和耦合到壓力傳感器電路的收發(fā)器電路。壓力傳感器可以包括在其中具有凹陷、耦合到壓力傳感器集成電路1C的支撐體，使得在壓力傳感器受到外部壓力時(shí)，壓力傳感器向凹陷內(nèi)彎曲。
[0010]更具體地，壓力傳感器集成電路1C可以包括耦合到收發(fā)器電路用于接收射頻(RF)能量的導(dǎo)電天線跡線。例如，凹陷在形狀上可以是梯形的。
[0011]在一些實(shí)施例中，壓力傳感器可以進(jìn)一步包括在壓力傳感器集成電路1C與支撐體之間的玻璃粉鍵合層。此外，支撐體可以包括限定凹陷并且包括耦合到收發(fā)器電路的附加導(dǎo)電天線跡線的第一層，以及鄰近第一層的第二層。
[0012]在其他實(shí)施例中，壓力傳感器可以進(jìn)一步包括至少一個(gè)襯底，至少一個(gè)襯底鄰近壓力傳感器集成電路1C并且包括耦合到收發(fā)器電路的附加導(dǎo)電天線跡線。至少一個(gè)襯底可以包括從壓力傳感器集成電路1C向外橫向延伸的柔性襯底。附加導(dǎo)電天線跡線可以圍繞壓力傳感器集成電路1C。支撐體可以包括例如陶瓷材料、玻璃材料以及硅材料中的至少一種。
[0013]另一方面涉及一種用于至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器的測(cè)試器件。至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器被定位在結(jié)構(gòu)內(nèi)并且可以包括壓力傳感器集成電路1C以及在其中具有凹陷、耦合到壓力傳感器集成電路1C的支撐體，壓力傳感器集成電路1C包括響應(yīng)于彎曲的壓力傳感器電路以及耦合到壓力傳感器電路的收發(fā)器電路。測(cè)試器件可以包括:被配置為向至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器的支撐體施加壓力的探測(cè)塊；以及被配置為向至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器的壓力傳感器集成電路1C施加壓力以及生成RF能量以激活至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器的無(wú)線卡。
[0014]至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器可以包括多個(gè)被測(cè)壓力傳感器，并且測(cè)試器件可以進(jìn)一步包括耦合到無(wú)線卡并被配置為將無(wú)線卡鄰近相應(yīng)的被測(cè)壓力傳感器定位的接合部。在一些實(shí)施例中，無(wú)線卡可以包括:被配置為向至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器的壓力傳感器集成電路1C施加壓力的剛性壓件(rigid press)、被配置為生成RF能量以激活至少一個(gè)被測(cè)壓力傳感器的導(dǎo)電天線跡線、以及耦合到剛性壓件并承載導(dǎo)電天線跡線的襯底。
[0015]此外，剛性壓件與襯底可以是一體的。備選地，剛性壓件與襯底是橫向間隔開的。在一些實(shí)施例中，剛性壓件具有彎曲的表面。測(cè)試器件可以進(jìn)一步包括無(wú)線卡與至少一個(gè)壓力傳感器之間的可變形層。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是根據(jù)本公開的壓力傳感器的截面圖的示意圖。
[0017]圖2是根據(jù)本公開的壓力傳感器的另一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0018]圖3是根據(jù)本公開的壓力傳感器的又一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0019]圖4是根據(jù)本公開的壓力傳感器的另一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0020]圖5是圖4的壓力傳感器的俯視平面圖的示意圖。
[0021]圖6是圖4的壓力傳感器的另一實(shí)施例的俯視平面圖的示意圖。
[0022]圖7和圖8是根據(jù)本公開的、晶片級(jí)的壓力傳感器的實(shí)施例的俯視平面圖的示意圖。
[0023]圖9A和圖9B是根據(jù)本公開的、針對(duì)壓力傳感器的測(cè)試器件的截面圖的示意圖。
[0024]圖10是根據(jù)本公開的、測(cè)試器件的另一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0025]圖11是根據(jù)本公開的、測(cè)試器件的另一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0026]圖12是根據(jù)本公開的、測(cè)試器件的另一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0027]圖13是根據(jù)本公開的、測(cè)試器件的另一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0028]圖14是根據(jù)本公開的、測(cè)試器件的另一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0029]圖15是根據(jù)本公開的、測(cè)試器件的又一實(shí)施例的截面圖的示意圖。
[0030]圖16是圖14的測(cè)試器件的另一截面圖的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]現(xiàn)將參考附圖在下文中更加全面地描述本公開，附圖中示出了本公開的若干實(shí)施例。然而，本公開可以以許多不同的形式實(shí)施并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于本文中所述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開將變得透徹且完整，并將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本公開的范圍。相同的附圖標(biāo)記在全文中指代相同的元件，并且上撇號(hào)標(biāo)記被用于指示備選實(shí)施例中的相似元件。
[0032]首先參考圖1，現(xiàn)描述了根據(jù)本公開的壓力傳感器20。壓力傳感器20用于定位在結(jié)構(gòu)內(nèi)。例如，如上面所討論的，壓力傳感器20可以在建造期間被嵌入到混凝土子結(jié)構(gòu)中。壓力傳感器20說(shuō)明性地包括壓力傳感器集成電路1C 21，其包括響應(yīng)于彎曲的壓力傳感器電路22 (例如，壓阻或壓電壓力傳感器電路裝置)，和耦合到壓力傳感器電路(說(shuō)明性地與壓力傳感器電路22間隔開，但在一些實(shí)施例中可以與壓力傳感器電路集成)的收發(fā)器或轉(zhuǎn)發(fā)器電路23。壓力傳感器集成電路1C 21說(shuō)明性地包括承載壓力傳感器22和收發(fā)器電路23的襯底28，以及在襯底上的介電層29。例如，壓力傳感器集成電路1C 21可以具有100微米的厚度，用來(lái)例如測(cè)量高壓力，例如500個(gè)大氣壓或更高。
[0033]壓力傳感器20說(shuō)明性地包括在其中具有凹陷26、耦合到壓力傳感器集成電路1C21的支撐體25，使得壓力傳感器集成電路1C在壓力傳感器集成電路1C受到外部壓力的情況下向凹陷內(nèi)彎曲或變形。此外，壓力傳感器集成電路1C 21說(shuō)明性地包括導(dǎo)電天線