專(zhuān)利名稱(chēng)：Soi機(jī)油壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是高精度、高頻響的耐高溫壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)石化行業(yè)、汽車(chē)動(dòng)力裝備等行業(yè)大量使用液壓傳感器。這些傳感器來(lái)源 的絕大多數(shù)依靠進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，而且，由于不具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，很有可能暗藏潛在 威脅。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)自建國(guó)以來(lái)作為我國(guó)大力發(fā)展的重點(diǎn)，并且當(dāng)今世界汽車(chē)行業(yè)向高智能方 向發(fā)展的趨勢(shì)，因此作為汽車(chē)內(nèi)部對(duì)油壓測(cè)量的壓力傳感器的設(shè)計(jì)制作及產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題至
關(guān)重要。目前，油壓壓力傳感器普遍采用壓電式、應(yīng)變式、壓阻式結(jié)構(gòu)原理。壓電式壓力傳 感器的輸出信號(hào)為電荷變化量，因此后續(xù)的信號(hào)處理電路比較繁瑣且壓電式壓力傳感器不 適合在高溫環(huán)境下使用，而且不具有高過(guò)載保護(hù)的能力。采用金屬應(yīng)變片作為敏感元件的 高量程壓力傳感器，該種傳感器存在的最大缺點(diǎn)就是輸出信號(hào)太小，且在高溫環(huán)境下，溫度 對(duì)金屬應(yīng)變片的變形影響比較大，影響傳感器的輸出，不適用于高溫環(huán)境。壓阻式壓力傳感 器中，最常用的傳感器結(jié)構(gòu)為充硅油全硅壓力傳感器和干式壓阻式壓力傳感器，而充硅油 全硅壓阻式壓力傳感器，普遍采用PN節(jié)隔離技術(shù)，導(dǎo)致其工作溫度只能達(dá)到80°C左右，且 由于全硅壓力芯片結(jié)構(gòu)的影響，壓力量程最高在40MPa;干式壓阻式壓力傳感器，盡管采用 了耐高溫的一些隔離措施和技術(shù)，具有耐高溫和高量程的特點(diǎn)，但由于受到傳感器封裝結(jié) 構(gòu)的影響(如梁膜式、膜片式等結(jié)構(gòu))，導(dǎo)致傳感器在高壓測(cè)量時(shí)，具有較大的線(xiàn)性、遲滯等 靜態(tài)誤差。鑒于汽車(chē)機(jī)油內(nèi)部的復(fù)雜環(huán)境，普通的單晶硅材料及金屬材料作為制作材料基底 無(wú)法滿(mǎn)足在高溫，振動(dòng)情況下對(duì)液壓測(cè)量的精確性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種高精度、高頻響的耐 高溫壓力傳感器。本實(shí)用新型設(shè)有一絕緣基座，基座內(nèi)設(shè)有軸向空腔，在基座內(nèi)固定連接兩個(gè)電路 轉(zhuǎn)接板，在基座的一個(gè)外端通過(guò)玻璃環(huán)固定連接一全硅壓力芯片，所述基座的另一端連接 在一個(gè)絕緣殼體上；所述全硅壓力芯片上設(shè)置包括第一、第二、第三和第四電阻條隊(duì)、R2、R3 和R4組成壓阻惠斯登測(cè)量電橋電路，全硅壓力芯片上沿著水平晶向[110]布置有第一電阻 條隊(duì)和第四電阻條R4,沿著豎直晶向[120]布置有第二電阻條R2和第三電阻條R3，第一電阻 條R1和第二電阻條R2通過(guò)一公共的第二壓焊塊連接，第三電阻條R3和第四電阻條R4通過(guò) 另一公共的第三壓焊塊連接，第一、四、五、六壓焊塊分別與第一電阻條R1、第四電阻條R4、 第三電阻條R3和第二電阻條R2的另一端相連，第一壓焊塊和第五壓焊塊短接在5V的電源 正極上，第四壓焊塊和第六壓焊塊短接在電源地連接上，第二焊接塊和第三壓焊塊為電橋 的輸出端。[0008]本實(shí)用新型將硅隔離(SOI)硅微固態(tài)壓阻芯片與玻璃環(huán)在真空環(huán)境下封裝結(jié)合 為一體作為全硅結(jié)構(gòu)的壓力傳感器的彈性敏感單元，解決了高溫環(huán)境下測(cè)量壓力的難題， 因而該類(lèi)芯片可用于高溫環(huán)境(≥200°C )。由于半導(dǎo)體硅的良好的機(jī)械特性，同時(shí)作為 傳感器轉(zhuǎn)換電路的壓阻惠斯登測(cè)量電橋集成制造在硅正方形平膜結(jié)構(gòu)上，這樣傳感器的彈 性和敏感元件與轉(zhuǎn)化電路之間集成為一體，大大降低了傳感器在測(cè)量過(guò)程中的遲滯、重復(fù) 性誤差，從而提高傳感器的測(cè)量精度。并且將平膜敏感芯片與玻璃環(huán)倒封，提高傳感器的固 有頻率。本實(shí)用新型提高了傳感器在振動(dòng)情況下的高頻響性能，具有動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫 (≥200°C)、精度高、頻響高、微型化、工作安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。本實(shí)用新型可以廣 泛適用與石油測(cè)井、工業(yè)自動(dòng)化、動(dòng)力裝備以及國(guó)防研究等領(lǐng)域的高溫、高頻下高精度壓力 測(cè)量的需要。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，所述兩個(gè)電路轉(zhuǎn)接板分別通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠與基座 粘接；所述全硅壓力芯片與玻璃環(huán)之間通過(guò)靜電鍵合封接；所述玻璃環(huán)與基座之間通過(guò)環(huán) 氧樹(shù)脂膠相粘；全硅壓力芯片的各壓焊塊與電路轉(zhuǎn)接板之間通過(guò)超聲熱壓焊用金絲連接。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的全硅壓力芯片的結(jié)構(gòu)原理圖。圖3為本實(shí)用新型的壓阻惠斯登測(cè)量電橋電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型設(shè)有一絕緣基座2，基座2內(nèi)設(shè)有軸向空腔，在基座2內(nèi)固 定連接兩個(gè)電路轉(zhuǎn)接板3和3’，在基座2的一個(gè)外端通過(guò)玻璃環(huán)4固定連接一全硅壓力芯 片5，基座2的另一端連接在一個(gè)絕緣殼體1上。如圖2所示，全硅壓力芯片5上沿著水平晶向[110]布置有電阻條R1和R4,沿著 豎直晶向[120]布置有電阻條R2和R3,電阻條R1和R2通過(guò)一公共的壓焊塊2連接，電阻條 R3和R4通過(guò)另一公共的壓焊塊3連接，壓焊塊1、4、5、6分別與電阻條Ri、R4、R3和R2的另一 端相連。如圖3所示，由電阻條HR3和R4組成壓阻惠斯登測(cè)量電橋電路，壓焊塊1和5 短接在5V的電源正極上，壓焊塊4和6短接在電源地連接上，焊接塊2和3為電橋的輸出 端。以上兩個(gè)電路轉(zhuǎn)接板3和3’分別通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠與基座2粘接，全硅壓力芯片5 與玻璃環(huán)4之間通過(guò)靜電鍵合封接，玻璃環(huán)4與基座2之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠相粘，全硅壓力 芯片2的各壓焊塊與電路轉(zhuǎn)接板3’之間以超聲熱壓焊方法通過(guò)金絲連接。本實(shí)用新型的各參數(shù)指標(biāo)壓力傳感器芯片4300umX4300umX400um；壓力量程5OOKpa,靈敏度彡 7. 0359mV/KPa ；線(xiàn)性度彡0.2%;精度0.5%Fs;應(yīng)變極限彡3000 μ ε ；電源1.5mADC;工作溫度_40 140°C ；[0027] 疲勞壽命≥6X 10 4次。
權(quán)利要求SOI機(jī)油壓力傳感器，其特征在于設(shè)有一絕緣基座，基座內(nèi)設(shè)有軸向空腔，在基座內(nèi)固定連接兩個(gè)電路轉(zhuǎn)接板，在基座的一個(gè)外端通過(guò)玻璃環(huán)固定連接一全硅壓力芯片，所述基座的另一端連接在一個(gè)絕緣殼體上；所述全硅壓力芯片上設(shè)置包括第一、第二、第三和第四電阻條R1、R2、R3和R4組成壓阻惠斯登測(cè)量電橋電路，全硅壓力芯片上沿著水平晶向[110]布置有第一電阻條R1和第四電阻條R4，沿著豎直晶向[120]布置有第二電阻條R2和第三電阻條R3，第一電阻條R1和第二電阻條R2通過(guò)一公共的第二壓焊塊連接，第三電阻條R3和第四電阻條R4通過(guò)另一公共的第三壓焊塊連接，第一、四、五、六壓焊塊分別與第一電阻條R1、第四電阻條R4、第三電阻條R3和第二電阻條R2的另一端相連，第一壓焊塊和第五壓焊塊短接在5V的電源正極上，第四壓焊塊和第六壓焊塊短接在電源地連接上，第二焊接塊和第三壓焊塊為電橋的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述SOI機(jī)油壓力傳感器，其特征在于所述兩個(gè)電路轉(zhuǎn)接板分別通 過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠與基座粘接；所述全硅壓力芯片與玻璃環(huán)之間通過(guò)靜電鍵合封接；所述玻璃 環(huán)與基座之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠相粘；全硅壓力芯片的各壓焊塊與電路轉(zhuǎn)接板之間通過(guò)超聲 熱壓焊用金絲連接。
專(zhuān)利摘要SOI機(jī)油壓力傳感器，涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)有一絕緣基座，基座內(nèi)設(shè)有軸向空腔，在基座內(nèi)固定連接兩個(gè)電路轉(zhuǎn)接板，在基座的一個(gè)外端通過(guò)玻璃環(huán)固定連接一全硅壓力芯片，所述基座的另一端連接在一個(gè)絕緣殼體上；所述全硅壓力芯片上設(shè)置包括第一、第二、第三和第四電阻條R1、R2、R3和R4組成壓阻惠斯登測(cè)量電橋電路。本實(shí)用新型提高了傳感器在振動(dòng)情況下的高頻響性能，具有動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫、精度高、頻響高、微型化、工作安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。本實(shí)用新型可以廣泛適用與石油測(cè)井、工業(yè)自動(dòng)化、動(dòng)力裝備以及國(guó)防研究等領(lǐng)域的高溫、高頻下高精度壓力測(cè)量的需要。
文檔編號(hào)G01L9/06GK201772965SQ20092004843
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者趙山華, 趙玉龍 申請(qǐng)人:江蘇奧力威傳感高科股份有限公司