电子装置及电子系统的制作方法

本公开涉及具有改进的温度校准的防水压力传感器装置。

背景技术：

1、耐水或不渗透(所谓“防水”)的微机电(mems-微机电系统)压力传感器装置是已知的。

2、例如，这些压力传感器装置可用于便携式或可穿戴电子设备，例如智能手机、智能手环或智能手表，其可用于水下应用或一般在水中。

3、前述压力传感器装置典型地包括检测结构，该检测结构提供有悬挂在腔上方的膜，并且其中设置有检测元件(例如压阻器)，以检测由冲击压力波引起的变形。

4、该检测结构集成在封装件内，通常与相应的信号读取和处理电子器件一起，作为asic(专用集成电路)提供，asic在输出端提供指示检测到的压力的压力信号。

5、前述封装件具有允许检测外部压力的出入口，并且在内部限定壳体腔，壳体腔容纳前述检测结构和相关asic。

6、典型地，该壳体腔填充有例如聚合物或硅树脂类型的保护涂层，例如涂层凝胶(所谓的“灌封凝胶”)，其涂覆并保护检测结构和asic免受潮湿和通常来自封装件外部的污染物的影响。只有这种保护材料与外部环境接触，有效地使壳体腔(填充有相同的保护材料)不可渗透或密封。

7、以公知的方式，压力传感器装置的电测试程序，具体是在相应的制造过程结束时，包括在不同的温度值下执行多个压力测量，以校准同一压力传感器装置在温度变化时的响应(例如，以便作为温度的函数，适应在随后的正常操作期间在输出处提供的压力信号)。

8、这些测试过程典型地设想使用外部测试设备，所述外部测试设备设置有测量探头并被配置为调节其中布置有压力传感器装置的测试室的温度，以改变其温度并获取相应的校准压力信号。例如，压力传感器装置的输出端的压力信号可以在以下不同的校准温度值(或设定点)处获得：10℃、42.5℃和70℃。

9、合适的温度传感器可以集成在压力传感器装置中，以便在校准阶段期间实现对同一压力传感器装置所达到的温度的反馈控制。

10、影响该测试过程的一个问题涉及这样一个事实，即压力传感器装置的封装件内的上述保护涂层是隔热的，这是由于制造它的材料的热导率降低。

11、因此，在上述测试过程中，通常需要长时间的等待才能达到所需的校准温度值；具体地，这些等待时间甚至可以是几十秒的数量级。

12、例如，图1显示了校准过程中的测试温度趋势，考虑了多个不同的压力传感器装置进行电气测试。

13、该图1显示了温度稳定在校准值附近所需的斜坡；例如，考虑到测试的压力传感器装置，这些斜坡(用“ramp1”、“ramp2”和“ramp3”表示)具有以下平均持续时间：从25℃到10℃的斜坡(ramp1)约为30秒；从10℃到42.5℃的斜坡(ramp2)大约50秒；从42.5℃到70℃的斜坡(ramp3)大约需要30秒。

14、具体地，当测量室和压力传感器装置内部之间的热梯度的减小确定热传递速率的减小和随后达到校准值的等待时间时，时间延迟主要发生在校准值附近。

15、这些等待时间通常需要测试压力传感器装置的电气程序的相当长的总持续时间。

16、此外，外部测试设备中用于控制和调节压力传感器装置的校准温度所需的电路相当复杂。

技术实现思路

1、鉴于上述针对压力传感器装置的设计所面临的问题，本公开的实施例旨在提供具有改进的性能的电子装置和电子系统。

2、总的来说，本公开旨在克服已知解决方案的先前强调的缺点。

3、根据本公开，因此提供了一种压力传感器装置和相应的校准方法。

4、本公开的实施例提供了一种电子装置，其包括第一管芯和包含所述第一管芯的封装件。第一管芯包括：压力检测结构，包括膜和在所述膜内的检测元件；以及加热结构。包含第一管芯的封装件包括基座结构和在基座结构上的本体结构，封装件具有与外部环境流体连通的出入口，并且在内部限定壳体腔，第一管芯被布置在壳体腔中，并且在壳体腔中第一管芯被涂层材料覆盖，其中加热结构被配置为从封装件的内部加热压力检测结构。

5、在一些实施例中，第一管芯还包括：第一部，在第一部处集成有压电换能结构；以及与第一部分离并且不同的第二部，在第二部处集成有加热结构。

6、在一些实施例中，加热结构包括位于第一管芯的第一表面的多个电阻元件，多个电阻元件彼此并联连接，用于被加热电流穿过以实现对压力检测结构的加热。

7、在一些实施例中，压力检测结构包括设置在第一管芯的第一表面处的膜，膜布置在埋设在第一管芯内的腔上方；并且

8、其中检测元件是压阻型的，并且被配置为检测由于冲击压力波引起的膜的变形，并且其中加热结构的多个电阻元件被布置成邻近和接近膜。

9、在一些实施例中，多个电阻元件包括位于第一管芯的第一表面处的相应多晶硅区域，并且多个电阻元件横向于膜。

10、在一些实施例中，电子装置还包括第二管芯，第二管芯包括被实现为专用集成电路asic的处理电路，第二管芯位于封装件的壳体腔中，并且处理电路包括温度调节模块，温度调节模块被配置为控制向加热结构供应加热电流。

11、在一些实施例中，第一管芯还包括温度传感器，温度传感器被配置为检测压力检测结构的温度，并且温度调节模块被配置为基于在测试和温度校准过程期间由温度传感器检测到的、压力检测结构的温度的反馈控制，来控制向加热结构供应加热电流。

12、在一些实施例中，第一管芯和第二管芯被堆叠，并且第二管芯的第二表面通过接合区域耦合到第一管芯的第一表面。

13、在一些实施例中，加热结构被配置为在电测试过程期间从封装件的内部实施对压力检测结构的加热，并且其中来自压力检测结构的输出信号在不同的温度参考值下被获取。

14、在一些实施例中，

15、本公开的实施例还提供了一种电子系统。包括压力传感器装置和外部测试设备。压力传感器装置包括：基座结构，包括表面；在基座结构的表面上的本体结构，本体结构包括壳体腔和与壳体腔流体连通的出入口，出入口将壳体腔暴露于压力传感器装置外部的环境；第一管芯，在表面或基座结构上并且在壳体腔内；以及第二管芯，在壳体腔内并且在第一管芯上，第二管芯包括：压力检测结构；加热结构，被配置为在壳体腔内产生热量；以及温度传感器。外部测试设备包括测试室，测试室包含压力传感器装置，外部测试设备被配置为通过在包含压力传感器的测试室内产生热量来外部加热压力传感器装置。

16、在一些实施例中，第一管芯的压力传感器检测结构包括膜，膜具有第一侧和与第一侧相对的第二侧；压力传感器装置还包括多个电阻元件，并且多个电阻元件包括位于膜的第一侧上的第一组和位于膜的第二侧上的第二组；膜位于多个电阻元件的第一组与多个电阻元件的第二组之间。

17、在一些实施例中，压力传感器装置还包括多个电阻元件，并且多个电阻元件彼此并联连接。

18、在一些实施例中，压力传感器装置还包括位于壳体腔中的涂层材料，涂层材料包封第一管芯和第二管芯。

19、在一些实施例中，外部测试设备和加热结构被配置为同时加热压力传感器装置的外部和压力传感器装置的内部。

20、在一些实施例中，外部测试设备加热被配置为将压力传感器装置加热到由压力传感器装置内的温度传感器检测到的第一温度范围内的温度，并且在温度处于第一温度范围内之后，加热结构被配置为被激活以加热压力传感器装置的内部。

21、本公开的压力传感器装置的至少一个实施例可以概括为包括设置在半导体材料的第一管芯中的压力检测结构；封装件，被配置为以不可渗透的方式在内部容纳所述压力检测结构，所述封装件包括基座结构和本体结构，所述本体结构布置在所述基座结构上，具有与外部环境接触的出入口并在内部限定壳体腔，其中所述第一管芯被布置成覆盖有涂层材料，还包括容纳在所述壳体腔中的加热结构，所述加热结构被配置为允许从所述封装件的内部加热所述压力检测结构。

22、本公开的实施例提供了具有改进性能的电子装置和电子系统，例如具有改善的响应速度。