復合范圍壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，特別是指一種具有復合感測范圍的壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]以微機電工藝制作的壓阻式壓力傳感器(piezoresistive pressure sensor)是一般常見的微型壓力計，目前已廣泛應用于消費性電子產品、車用電子產品、醫(yī)療電子產品及工業(yè)電子產品等應用領域。為了擴大壓力計的感測范圍，眾多文獻已提出復合壓力范圍偵測的壓力計設計，如歐洲專利申請?zhí)柕贓P81304204.1號申請案提出的壓力傳感器，是根據雙薄膜(diaphragm)、雙空腔(cavity)的設計,借以進行不同范圍的壓力偵測。但此種壓力傳感器未針對感測壓力的薄膜提出安全保護的相關設計，因此若在壓力較大的情況下進行壓力感測，則可能因薄膜的形變量過大而導致薄膜的損傷。此外，在該壓力傳感器中，其雙薄膜與雙空腔是以并排的方式配置，此設計會導致傳感器的面積增加，而不利于傳感器的微型化發(fā)展。
[0003]又如美國專利公告號第US 7856885號專利案提出的壓力傳感器，其采用單薄膜、單空腔的設計，且壓感薄膜的設計為外圍較厚、內層較薄，因此能通過薄膜厚度的差異化分布，區(qū)分高壓下與低壓下的主要感測區(qū)域，以提供復合壓力范圍的感測模式。但此種壓力傳感器也未針對薄膜提出壓力超載時的保護機制，且薄膜厚度分區(qū)變化的結構特征會造成制造上的困難。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種復合范圍壓力傳感器，該復合范圍壓力傳感器針對感測壓力的薄膜提供高壓偵測時的保護機制，能增進傳感器的耐用程度，解決現有壓力傳感器容易損壞的問題。此外，本發(fā)明的復合范圍壓力傳感器通過單一薄膜與特定結構的配合，實現通過單一薄膜進行復合壓力范圍的感測，有助于壓力傳感器的體積微型化，并維持不同壓力范圍的偵測靈敏度與線性度。
[0005]本發(fā)明復合范圍壓力傳感器，包含一底板、一主體、一可動感測結構、至少一個第一壓感組件及至少一個第二壓感組件。該主體設置于該底板上，具有一上下貫穿的鏤空部。該可動感測結構設置于該主體上，而與該主體及該底板共同界定一第一空腔，并于其內部形成至少一個第二空腔。該可動感測結構包括一薄膜及一擋止塊。該薄膜設置于該主體上并覆蓋該鏤空部。該擋止塊相連于該薄膜且設置于該薄膜與該底板之間，并與該底板間隔一定距離。該第一壓感組件設于該薄膜且位于該第一空腔上對應該第二空腔以外的區(qū)域。該第二壓感組件設于該薄膜且對應于該第二空腔上的區(qū)域。
[0006]根據上述結構，該薄膜受壓力而形變并連動該擋止塊移動。于受測壓力小于一壓力門坎值時，該薄膜位于該第一空腔上的區(qū)域具有較大的形變變化量，所以主要從該第一壓感組件測得當下的壓力值。于受測壓力大于該壓力門坎值時，該擋止塊抵于該底板而使該薄膜位于該第二空腔的區(qū)域有較大的形變變化量，因此主要從該第二壓感組件測得該較大的壓力值。
[0007]較佳地，該可動感測結構的第二空腔是由設于該擋止塊的一凹槽所形成。
[0008]在一實施態(tài)樣中，該可動感測結構的第二空腔是由設于該薄膜且位置對應該擋止塊的一凹槽所形成。
[0009]在一實施態(tài)樣中，該可動感測結構還包括一接著體,該接著體至少設于該薄膜與該擋止塊之間，且該可動感測結構的第二空腔是由設于該接著體且對應該擋止塊位置的一凹槽所形成。
[0010]較佳地，該第二壓感組件設于該薄膜上鄰近與該擋止塊的連結處，并對應該第二空腔的位置。
[0011]在一實施態(tài)樣中，該第一空腔與該第二空腔為密閉空間。
[0012]在一實施態(tài)樣中，該第二空腔為密閉空間，而該底板貫穿形成一連通于該第一空腔的穿孔，該穿孔使該第一空腔連通于外。據此，復合范圍壓力傳感器能在低壓范圍及高壓范圍中量測不同特性的壓力值。
[0013]在一實施態(tài)樣中，該底板貫穿形成一連通于該第一空腔的穿孔，且該可動感測結構形成一連通該第一空腔與該第二空腔的通道，該穿孔與該通道使該第一空腔、該第二空腔連通于外。據此，第三實施例的復合范圍壓力傳感器能測得特性相異于第一、第二實施例的壓力值。
[0014]在一實施態(tài)樣中，該可動感測結構還形成一連通該第一空腔與該第二空腔的通道，該第一空腔與該第二空腔相互連通且不連通于外。
[0015]較佳地，于上述實施態(tài)樣中，該底板于對應該擋止塊的位置還形成至少一個朝該擋止塊凸伸的凸塊。
[0016]較佳地，該第一壓感組件與該第二壓感組件是由離子布植工藝形成于該薄膜的壓阻組件。
[0017]較佳地，該薄膜能受壓變形并連動該擋止塊移動，且于壓力大于一壓力門坎值時，該薄膜往該底板方向的形變會使該擋止塊抵于該底板。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:通過該薄膜與該擋止塊的設置，本發(fā)明復合范圍壓力傳感器能在不同的壓力范圍中進行壓力感測，且擋止塊能確保薄膜在高壓下不易受損，而增進其耐受性。而單一薄膜與單一空腔(指第一空腔，第二空腔包含于第一空腔之中)的設計，有助于復合范圍壓力傳感器的體積微型化。此外，通過上述構件的配置調整，復合范圍壓力傳感器能在不同壓力范圍中呈現線性量測結果并維持量測的靈敏度，而提升傳感器的性能。
【附圖說明】
[0019]圖1是一俯視圖，說明本發(fā)明復合范圍壓力傳感器的第一實施例；
[0020]圖2是該復合范圍壓力傳感器沿圖1的I1-1I方向的剖視示意圖；
[0021]圖3與圖4是側視示意圖，說明該復合范圍壓力傳感器的壓力感測動作過程；
[0022]圖5是一側視示意圖，說明該第一實施例的其中一種變化實施態(tài)樣；
[0023]圖6是一側視示意圖，說明該第一實施例的另一變化實施態(tài)樣；
[0024]圖7是一側視示意圖，說明本發(fā)明復合范圍壓力傳感器的第二實施例；
[0025]圖8是一側視示意圖，說明本發(fā)明復合范圍壓力傳感器的第三實施例；
[0026]圖9是一側視示意圖，說明本發(fā)明復合范圍壓力傳感器的第四實施例。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0028]有關本發(fā)明的前述及其他工藝內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的四個較佳實施例的詳細說明中，將清楚地呈現。
[0029]第一實施例
[0030]參閱圖1與圖2，為本發(fā)明復合范圍壓力傳感器I的第一較佳實施例。復合范圍壓力傳感器I由微機電工藝配合半導體制程工藝制作，能用于雙重壓力范圍的壓力值感測，主要結構包含一底板2、一主體3、一可動感測結構4、至少一個第一壓感組件411 (此處以4個為例)、至少一個第二壓感組件412 (此處以4個為例)及多條導線71、72。該可動感測結構4設置于主體3上，與主體3及底板2相互配合界定一第一空腔5，其內部形成至少一個第二空腔6 (以下以一個第二空腔6為例進行說明，但第二空腔6也能夠是兩個以上相互不連通的空腔，不以特定實施態(tài)樣為限)，并包括一薄膜41、一擋止塊42及一接著體43等結構。
[0031]底板2的主要材質為玻璃，并于對應擋止塊42的位置形成多個朝擋止塊42凸伸以供擋止塊42頂抵的凸塊21，所述凸塊21的設置能避免擋止塊42接觸、貼附于底板2后，不易與底板2分離的問題。本實施例中，底板2雖以玻璃為主要材質，但底板2只要選用能提供承載作用并能與主體3結合的材質即可，不以特定的材質為限。
[0032]主體3設置于底板2上，主要材質為硅，并于中央部位形成一上下貫穿的鏤空部31。
[0033]薄膜41的主要材質為硅，能根據承受的壓力而產生對應的撓曲形變，其設置于主體3上并覆蓋主體3的鏤空部31。
[0034]擋止塊42的主要材質為硅，設置于薄膜41與底板2之間，在薄膜41未形變的狀態(tài)下與底板2間隔一定距離,并位于第一空腔5中。于此處的實施態(tài)樣中,擋止塊42的頂側設有一凹槽421，因此該凹槽421由薄膜41、接著體43覆蓋后即形成一第二空腔6。
[0035]接著體43至少設于薄膜41與擋止塊42之間，此處其設于薄膜41與主體3之間以及薄膜41與擋止塊42之間，以作為薄膜41與主體3、擋止塊42固著接合的媒介體。
[0036]第一壓感組件411形成于薄膜41上，其為通過離子布植工藝制作的壓阻組件(例如在硅薄膜41上局部摻雜硼而形成)，其位于第一空腔5上對應擋止塊42 (也能夠是第二空腔6)以外的區(qū)域，且對稱地分布于薄膜41上，于該區(qū)域的薄膜41受壓變形時產生對應的阻值變化，以供檢測當下的壓力值。較佳地，本實施例將上述第一壓感組件411設于薄膜41上鄰近于與主體3的連結處，此處于薄膜41受壓變形時具有較大的形變變化量，是較適合設置第一壓感組件411的位置。
[0037]第二壓感組件412也是由離子布植工藝形成于薄膜41上，其位于第二空腔6上的區(qū)域，且對稱地分布于薄膜41上，能應用在偵測不同于第一壓感組件411的壓力值范圍。較佳地，所述第二壓感組件412設于薄膜41上鄰近與該擋止塊42的連結處，此處也會在薄膜41受壓變形時具有較大的形變變化量，適合用于設置壓感組件。
[0038]導線71、72設置于薄膜41上，分別對第一壓感組件411、第二壓感組件412形成連接線路，以供第一壓感組件411、第二壓感組件412與外部電路(圖中未繪制)的信號傳遞。
[0039]參照圖2、圖3及圖4，于本實施例中，復合范圍壓力傳感器I的底板2、主體3與薄膜41是通過接合工藝結合，主體3與薄膜41是由接著體43相接，且第一空腔5與第二空腔6為密閉空間并大致具有相等的內部壓力(例如一大氣壓，但不以此壓力值為限)。薄膜41受壓(例如大于一大氣壓的壓力)往底板2的方向撓曲變形時，會連動擋止塊42對應動作，且于不同的壓力范圍，薄膜41的主要形變特征會分別呈現在第一壓感組件411區(qū)域(低壓狀態(tài)下)或是第二壓感組件412區(qū)域(高壓狀態(tài)下)，因此使用者能通過薄膜41上的第一壓感組件411、第二壓感組件412的壓阻值變化，判斷不同壓力范圍中的受測壓力值。
[0040]參照圖2，具體而言，當外在的受測壓力與第一空腔5、第二空腔6的內部壓力大致相同時(例如都是一大氣壓)，此時薄膜41兩側的受壓程度對等，因此薄膜41的形變程度幾乎能夠忽略不計。
[0041]參照圖3，當受測壓力大于第一空腔5、第二空腔6的內部壓力并小于一壓力門坎值時，薄膜41會開始往底板2的方向撓曲凹陷產生形變，并帶動擋止塊42往底板2趨近但不接觸底板2，此時薄膜41對應第一空腔5的外圍區(qū)域(圖中標示A處)的形變量及形變變化量大于對應第二空腔6的中央區(qū)域(圖中標示B處)，因此主要從