专利名称：具有焊接传感器芯附件的asic补偿压力传感器的制作方法
技术领域：
各实施例一般涉及传感器方法和系统。各实施例还涉及包
含有专用集成电路部件的压力传感器。各实施例另外还涉及用于将压 力传感部件附接到传感器壳体的技术。
背景技术：
压力传感器用于传感检测压力与大气压或流体压力之间 的压力差，并随后将检测到的压力差转化为电信号。压力传感器可用 于测量气体或液体的压力，并且广泛用于工业、商业和消费者应用中。 压力测量典型地以绝对值、表压或压差(或称相对值)测量值方式进 行。绝对压力传感器代表测量相对于真空的压力的特定类型的传感装 置。另一方面，表压传感器测量相对于大气压的压力。压差传感器测 量两个输入之间的压力差。典型的传感器封装壳体由预模制塑料构造而成，并包括金 属导线框架以提供与外电路的互连。这样的封装体进一步包括盖，所 述盖具有开口以将外压力引导至传感器。 一些现有技术的硅压力传感 管芯附接方案利用软粘接剂(例如，RTV、环氧树脂，等等)将传感 器管芯附接到壳体。对于绝对压力传感器的情况，通常从顶侧施加压 力，而对于表压或压差传感，压力端口设置在传感器装置的底侧上。 不过，软性或硬性的粘接剂未考虑隔绝问题，并且湿气和腐蚀性气体 将随时间而渗透界面，从而导致压力传感器的电子器件失效。此外， 在特定的应用中，不希望出现被传感介质的渗漏。而且，粘接剂的热 膨胀系数不同于硅的热膨胀系数，因而温度变化可能导致产生结构应 力。这种压力传感管芯附接方案在整个所希望的操作温度范 围不具有宽范围的介质相容性。类似地，现有材料的局限性要求工程 人员针对材料而专门匹配介质环境，因而限制了 一种设计适配多种环 境的能力。典型的方案可提供介质相容性，但不具有宽的温度和压力 范围内的精确度和稳定性。在这样的方案中，输出信号的电稳定性也在宽的温度和压力范围内由于热膨胀系数不同而变化。类似地，现有 的操作后条件要求进行激光微调以保证装置的温度补偿和线性化精 确度，这可能需要高昂的费用。这样，基于以上的描述，相信需要改进压力传感器系统和 用于通过焊接将传感管芯附接到安装表面的方法，其中包括如本文中 更详细描述的ASIC补偿输出。
发明内容
提供以下概述以利于理解所公开实施例中特有的 一 些新 颖特征，此概述并不用于构成完整描述。对各实施例各方面的完整认 识可通过将说明书全文、权利要求书、附图和说明书摘要作为整体而 获得。因此，本发明的一个方面在于，提供一种改进的压力传感 器方法和系统。本发明的另一方面在于，提供一种用于将传感管芯通过焊 接附接到安装表面以用于压力传感器的改进方法。本发明的又一 方面在于，提供一种用于将压力传感管芯以
隔绝方式附接到安装表面的改进系统和方法。上述方面和其它目的和优点现在可如在本文中所述地实 现。公开一种ASIC (专用集成电路)补偿压力传感器，其包括传感 管芯和ASIC。传感管芯包括背侧金属化表面，用于将传感管芯通过 焊接附接到机械安装村底。形成的焊接接点提供隔绝密封以防止与不 同环境条件相关的宽范围的介质进入。机械安装村底可以具有很多不 同形式的因素，这些因素包括易于组装的不同种类的领部。安装表面 可具有相对于传感管芯严格匹配的热膨胀系数以确保在宽的温度和 压力范围内的输出信号的电稳定性，或者可为使A SIC补偿确保所述 装置的温度补偿和线性化精确度的不同材料。传感管芯的金属化表面有利于焊接到适合制备的衬底安 装表面。焊接过程可利用焊膏、预成形或其它适合方法。传感管芯可 直接焊接到安装表面或焊接到也可有利于附接的副安装表面。包含信 号调节的ASIC提供所需的温度补偿和线性化。领部可根据设计考虑 而被设计为各种形状。这种ASIC补偿压力传感器能够以多种不同设
5计选择构建，以实现最优组装和环境保护。
附图中相同的附图标记在各个视图中始终指代相同或功
能相似的元件，附图被包含在说明书中并形成为说明书的一部分，各 附图进一步例示出各实施例，并与详细描述一起用于说明在此公开的 各实施例。图1例示出根据优选实施例的压力传感管芯的透视图；
图2例示出根据优选实施例的通过焊接附接到安装表面的 压力传感管芯的透视图；图3例示出根据优选实施例的压力传感管芯的分解透视
图；图4例示出根据优选实施例的与ASIC关联的压力传感器 的透视图；图5例示出根据优选实施例的通过焊接附接到安装表面的 压力传感管芯的透视图，该安装表面然后附接到包含ASIC和电子器 件的另外的安装表面；和图6例示出根据可替代实施例可采用的领部的透视图。
具体实施例方式在这些非限制性示例中论述的具体值和构造可以变化，对 其的描述仅用于例示至少 一 个实施例，而不是用于限制本发明的范围。图1例示出根据优选实施例的压力传感管芯100的透视 图。压力传感管芯100包括压阻元件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针对由封装体或壳体引起的 应力提供隔离，其中封装体或壳体中安装有压力传感管芯100。限制
i]压阻元件110。:力传感管芯loo 二般包括压力隔- 、115,、 -斤述l 力隔片115包括一个或多个压阻125，压阻125可分散在(即，或通 过其它方式应用于)管芯100中，以提供与由管芯100传感到的压力 相关的压阻输出信号。压阻元件110可由诸如硅、多晶硅或玻璃之类的材料构造而成，并可用于测量宽的压力范围。限制基座120具有金 属化表面130，金属化表面130有利于焊接到安装表面140,安装表 面140在图1中未示出，但在图2中示出。图2例示出根据优选实施例的通过焊接附接到安装表面 140的压力传感管芯100的透^f见图。应注意的是在图1 - 6中，相同或 相似的部件通常以相同附图标记指示。压力传感管芯IOO的金属化表 面130可直接焊接到与衬底150关联的安装表面140。安装表面140 被适合地制备以用于焊接，并可具有与压力传感管芯IOO的热膨胀系 数基本匹配的热膨胀系数。衬底150可由诸如FR4、陶瓷、硅、金属
或玻璃之类的材料构造而成，其在用于传感压力的压力传感管芯100 和外部件与周围环境之间提供应力隔离。如图1中所示的金属化表面
130有利于焊接到适合制备的衬底安装表面140。焊接过程可利用例
如焊骨焊接、预成形焊接、或其它适合的焊接方法。图3例示出^4居优选实施例的压力传感管芯100的透视 图。焊接接点160可用于将衬底150附接到压力传感管芯100。金属 化表面130与衬底150之间的焊接接点160提供隔绝密封，以防止与 不同环境条件相关的宽范围的介质进入。通常，焊接接点160可包含 铅和锡。可用于焊接接点160中的其它金属包括例如以下金属铝、 镉、锌、镍、金、银、把、铋、铜、锑，等等。不过，对于本领域技 术人员显然的是，在不背离在此论述的本发明的范围的情况下，可使 用其它金属。这样，焊接接点160在宽的温度和压力范围内具有高强 度。应注意的是，图3中所示实施例可被认为是能够并入包含放大和 温度补偿性能的更高级组件中的子组件610。图4例示出^^椐优选实施例的与ASIC 210关联的压力传 感器400的透视图。注意到在另一实施例中，压力传感器400可包括 另一外部放大和温度补偿装置以替代ASIC 210。压力传感管芯100和 ASIC 210可通过内部或外部方式电连接到一起。ASIC 210可利用引 线接合器220并入到主衬底150上。ASIC 210可与压力传感器400结 合用于接收传感器输入信号并利用将输出信号转换为输出信号以供 控制系统使用。包含信号调节的ASIC 210为用于测量表压、绝对压 力或压差的这类常用硅压力传感器提供所需的放大和温度补偿。图5例示出根据优选实施例的与子组件610关联的压力传感器600的透视图。子组件610可以附接到主村底150。主衬底150 机械支撑和电连接压力传感器600的部件。衬底150的安装表面140 包括ASIC 210和引线接合器220。安装表面140可包含用于补偿的 ASIC 210和电子器件，或可附接到包含ASIC和电子器件的另 一子组 件610。图6例示出根据可替代实施例可采用的与子组件610关联 的领部800的透视图。如图6中所示的ASIC补偿压力传感器包括 压力传感管芯100、 ASIC 210、和支撑元件，例如可接合到衬底150 的领部800和子组件610。在压力传感管芯IOO与安装表面140之间 形成的焊接接点160可提供隔绝密封，以防止在不同环境条件中的宽 范围介质进入。安装表面140还可被构造为具有相对于压力传感管芯 100的严格匹配的热膨胀系数，以确保在宽的温度和压力范围内的输 出信号的电稳定性。包含信号调节的A SIC 210另外提供所需精确度， 从而不需要管芯附接后的激光微调操作。这样的ASIC补偿压力传感 器能够以多种不同设计选择构建，以实现最优组装和环境保护。应认识到的是，以上公开的变化以及其它的特征和功能或 其可替代方案可有利地组合到许多其它不同系统或应用中。而且，本 发明的各种目前未预计或未预料的可替代方案、修改、变例或改进可 在此后由本领域技术人员实现，并意在由所附权利要求涵盖。
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权利要求
1、一种压力传感器设备，包括压力传感管芯，其包括附接到安装表面的金属化表面，其中，所述安装表面通过焊接与所述金属化表面关联；和专用集成电路，其被附接到所述安装表面，其被利用多个电连接电连接到所述压力传感管芯和所述专用集成电路以得到压力传感设备。
2、 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述安装表面具 有相对于所述压力传感管芯的热膨胀系数严格匹配的热膨胀系数。
3、 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个电连接 包括引线接合。
4、 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述金属化表面 远离所述安装表面附接到所述安装表面。
5、 一种压力传感器设备，包括压力传感管芯，其包括附接到安装表面的金属化表面，其中，所 述安装表面通过焊接与所述金属化表面关联，其中所述金属化表面远 离所述安装表面附接到所述安装表面，所述安装表面通过防护封装保 护；和专用集成电路，其附接到所述安装表面并且利用多个电连接电连 接到所述压力传感管芯和所述专用集成电路以得到压力传感设备。
6、 一种形成压力传感器设备的方法，包括提供压力传感管芯，所述压力传感管芯包括附接到安装表面的金 属化表面；将所述安装表面焊接到所述金属化表面； 将专用集成电路附接到所述安装表面；利用多个电连接将所述安装表面电连接到所述压力传感管芯和 所述专用集成电路，以得到所述压力传感设备。
7、 根据权利要求6所述的方法，进一步包括选择所述安装表 面以具有相对于所述压力传感管芯的热膨胀系数严格匹配的热膨胀系数。
8、 根据权利要求6所述的方法，进一步包括将所述多个电连 接构造为包括引线接合。
9、 根据权利要求6所述的方法，进一步包括将所述金属化表 面附接到远离所述安装表面的所述安装表面。
10、 根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述安装表面附接到用于机械安装的多个领部。
全文摘要
本发明涉及具有焊接传感管芯附件的ASIC(专用集成电路)补偿压力传感器。具体地，所提供的ASIC补偿压力传感器包括传感管芯、ASIC芯片和支撑元件。传感管芯包括金属化表面，用于将传感管芯附接到安装表面。形成的焊接接点提供隔绝密封以防止与不同环境条件相关的宽范围的介质进入。安装表面可包含用于补偿的ASIC和电子器件，或可附接到包含ASIC和电子器件的另一安装表面。任一种构造可包括易于组装的不同种类的领部，并可进而附接到配合连接器。安装表面可具有相对于传感管芯严格匹配的热膨胀系数以增强在宽的温度和压力范围内的输出信号的电稳定性。
文档编号G01L19/04GK101581618SQ20091014092
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月14日
发明者J·马奇尔, P·罗兹戈, T·埃克哈德特, W·S·霍弗 申请人:霍尼韦尔国际公司