改進的壓力傳感器制造技術

一種微機電壓力傳感器結構，其中隔膜的長度是隔膜的寬度的至少三倍。長方形隔膜沿隔膜寬度經歷在晶片的橫向彎曲與隔膜的橫向彎曲之間的最小差異。由于在垂直方向上隔膜為至少三倍長，因此，隔膜的彎曲形式與晶片的彎曲形式準確地對準。由此，由結構的彎曲所造成的總誤差顯著降低，并且更堅固的結構得以實現。同時，較長的隔膜提供了用于檢測的更多撓曲區域并且因此顯著提高了裝置的靈敏度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及微機電裝置，并且特別地涉及根據獨立權利要求的前序部分的改進的壓力傳感器結構和壓力傳感器。
技術介紹
壓力是一個物理量，其對應于作用于表面上的力與該表面的面積的比率。可以用作測量壓力的計量器的裝置是壓力傳感器。大氣壓力是由處于大氣壓的空氣柱施加在表面處的壓力。大氣壓力隨著海拔高度和氣候模式而改變。用壓力傳感器獲得的量可以排除環境大氣壓力并且在此情況下指示過壓。如果包含大氣壓力，則結果指示絕對壓力。微機電系統或MEMS可以被定義為小型化機械和機電系統，其中，至少一些元件具有某種機械功能。因為使用用于創建集成電路的相同工具來創建MEMS裝置，所以可以在硅片上制造微型機器和微電子元件以實現各種類型的裝置。圖1圖示了用于感測壓力的微機電裝置的示例性結構。微機電壓力傳感器通常包括橫跨間隙12的薄隔膜10，間隙12提供了參考壓力量。隔膜由于參考壓力與傳感器周圍的環境壓力之間的差異而變形。可以通過電容或壓阻感測將隔膜位移轉換為電信號。對于微機電裝置，其尺寸非常小；部件尺寸通常在從數十微米至數毫米的范圍內。這給設計帶來許多挑戰。例如，在微機電壓力傳感器中，所檢測的由于壓力改變而引起的隔膜位移量可以為數納米或者更小。這意味著，由位移所生成的信號較小。在不同操作溫度下由熱膨脹所引起的元件尺寸的改變已經可以引起測量值的顯著變化。此外，需要將傳感器結構和相關的電子器件封裝在封裝件中。該封裝件可能具有與傳感器結構不同的熱膨脹系數，這可能引起較大的依賴于溫度的彎曲應力，該彎曲應力使測量值失真。
技術實現思路
本專利技術的目的是消除或者至少減輕這些不利影響，并且改進對微機電壓力傳感器中隔膜的壓力所致燒曲(pressure-1nduced deflect1n)的檢測。本專利技術的目的是根據獨立權利要求的特征部分使用壓力傳感器結構和壓力傳感器來實現。在從屬權利要求中公開了本專利技術的優選實施例。要求保護的專利技術定義了長方形傳感器結構，其中，尺寸成比例使得可以認為隔膜幾乎一維地起作用。因此，隔膜較窄，以沿隔膜寬度經歷在晶片的彎曲與隔膜的彎曲之間的最小差異。在垂直方向上隔膜為至少三倍長，因此，隔膜的彎曲形式與晶片的彎曲形式準確地對準。由于該特定尺寸，結構的彎曲所導致的總誤差顯著降低，并且同時更堅固的結構得以實現。此外，較長的隔膜提供了用于檢測的更多撓曲區域并且因此顯著提高了裝置的靈敏度。通過對實施例的詳細描述來更詳細地描述所要求保護的本專利技術及其實施例的特征和優點。【附圖說明】下面，將參照附圖結合優選實施例來對本專利技術進行更詳細地描述，在附圖中，圖1圖示了出現有技術的旋轉對稱微機電壓力傳感器結構的示例性結構；圖2圖示了示例性微機電壓力傳感器結構的側視圖和俯視圖；圖3圖示了彎曲傳感器結構的彎曲形狀；圖4圖示了彎曲傳感器結構中的不同曲面；圖5A圖示了常規正方形隔膜的形狀；圖5B圖示了所要求保護的長方形隔膜的形狀；圖6圖示了在隔膜的寬度上晶片的第一表面的彎曲和隔膜的第二表面的彎曲；圖7圖示了在隔膜的一半長度上晶片的第一表面的彎曲和隔膜的第二表面的彎曲；圖8圖示了電容值作為所檢測的壓力的函數；圖9圖示了隔膜的位移作為隔膜的寬度尺寸上的位置的函數；圖10圖示了隔膜的位移作為隔膜的寬度尺寸上的位置的函數；圖11是示出長方形傳感器結構沿其長度方向的側視圖；以及圖12圖示了其中傳感器結構被配置成包括多個感測隔膜的另一實施例。【具體實施方式】以下實施例是示例性的。雖然本說明書可以引用“一”、“一個”或“一些”實施例，但是這并不一定意味著:每個這樣的引用是針對相同的實施例，或者該特征僅適用于單個實施例。可以將不同實施例的單個特征組合以提供另外的實施例。在下文中，將通過裝置架構的簡單示例來對本專利技術的特征進行描述，該裝置架構可以實現本專利技術的各種實施例。僅對用于圖示實施例的相關元件進行詳細說明。壓力傳感器的各種實施包括本領域技術人員所公知的元件，并且在本文中可以不作具體描述。作為本專利技術的實施例，圖2圖示了微機電壓力傳感器的示例性結構。圖2圖示了所示傳感器結構的側視圖和俯視圖。所圖示的壓力傳感器包括由平面基底21和側壁23所形成的主體結構。例如，平面基底21可以由硅材料的晶片制造，但是在保護范圍內還可以應用其他導體、半導體或絕緣體材料。平面基底21具有第一表面24，該第一表面24基本上沿第一平面25延伸。術語“基本上”這里意指:該表面可以適應微小表面結構(突起或凹坑)，但在容差范圍內該表面面積的90%以上與第一平面25是對齊的。如圖2中所不，側壁23從第一表面24有利地朝向垂直于第一平面25的方向延伸出去。側壁23剛性地附接至平面基底21，并且因此限定(circumscribe) 了平面基底21上的開放空間。側壁23與平面基底21 —起形成空洞，該空洞的深度對應于側壁23的高度。側壁可以是電絕緣材料例如二氧化硅，但在保護范圍內還可以應用其他電絕緣材料。在示例性結構的俯視圖中，側壁的橫截面示出為從虛線向外延伸的矩形邊界。虛線表示側壁的內表面，并且這些內表面的頂部邊緣限定了由平面基底21和側壁23形成的空洞的周界開□ O該空洞由在側壁23上延伸的隔膜板26密封。術語隔膜這里指的是被錨接(anchored)在隔膜板外圍的彈性變形材料膜。隔膜板26是為傳感器結構提供隔膜27并且在其周邊錨接該隔膜的平面對象。隔膜板26可以由硅材料制成，但是在保護范圍內可以應用其他導體、半導體或絕緣體材料。隔膜板26通過第二表面28連接至側壁23，該第二表面28是最初與基底21的第一表面24平行的平面。需要注意的是，術語“最初”這里指在傳感器的制造階段中第二表面的尺寸。本領域技術人員理解到:在壓力傳感器的操作期間，部分可能變形而不同于其最初的平面形狀。平面基底21、側壁23和隔膜板26彼此附接，使得第一表面24、第二表面28和側壁23的內表面形成密閉間隙22，該密閉間隙22包含在參考壓力下的揮發性材料。間隙22可以被抽真空以包含僅少量殘余氣體，但該密閉間隙22還可以填充有在選定參考壓力下的選定氣體或者其他揮發性材料。隔膜板26的在間隙22的周界開口上方延伸的一部分提供了隔膜27，該隔膜27的外圍由開口限定，并且通過在側壁的頂表面與隔膜板之間的堅固材料接觸來提供錨接。隔膜27—側暴露于間隙的參考壓力并且另一側暴露于隔膜板26的頂部上的環境壓力。因此，該隔膜27響應于參考壓力與環境壓力之間的壓力差進行變形。可以通過采用電極將間隙22的高度上的改變所引起的變形轉換為電信號來以電容方式檢測該變形的程度。可以替代地采用基于壓阻的或類似的基于應變計的方法來檢測變形，即通過采用合并的壓敏電阻器或應變計電阻器將變形所引起的隔膜的應當前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微機電壓力傳感器結構，所述微機電壓力傳感器結構包括主體結構和隔膜板，其中，所述主體結構包括平面基底和側壁；第一表面基本上沿著所述平面基底延伸；所述側壁從所述平面基底以圍繞四周的方式延伸出去；所述隔膜板沿著第二表面在所述側壁上延伸；所述平面基底、所述側壁和所述隔膜板彼此附接，使得所述第一表面、所述第二表面和所述側壁的內表面形成在參考壓力下的密閉間隙；所述側壁的內表面的頂部邊緣形成隔膜的周界，所述隔膜在所述第二表面的方向上具有長度和寬度，其中，所述長度是在所述隔膜的最長范圍的方向上，并且所述寬度是在與所述第一平面的方向上的所述長度的方向垂直的方向上；所述隔膜的長度是所述隔膜的寬度的至少三倍。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：海基·庫斯瑪，
申請(專利權)人：株式會社村田制作所，
類型：發明
國別省市：日本;JP