專利名稱：一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓力傳感器領域，具體涉及一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器。
背景技術：
壓力傳感器作為最常用的傳感器之一廣泛地應用于航空航天、國防、工業(yè)、石油化 工等各個領域。近年來，隨著我國航空航天及軍事工業(yè)的發(fā)展，對于一種頻響超過ΙΟΟΚΗζ， 耐高溫達到100°C以上的壓力傳感器的要求越來越迫切。要求能準確的測量航空或爆破過 程中的瞬變壓力，因為瞬變壓力的精確測量和動態(tài)壓力的不失真波形描述在科學實驗、設 計優(yōu)化論證過程中有著極為重要的作用。因而，具有寬的頻響、優(yōu)良的動態(tài)性能的壓力傳感 器成為現代測試技術的焦點。而國外產品的關鍵技術一直對國內進行技術封鎖，并對與軍 事、航空航天等國防領域相關的高精度耐高溫、高頻響壓力傳感器實行出口限制。當前測量壓力的傳感器主要有應變式，壓電式和壓阻式，傳統(tǒng)的應變式壓力傳感 器太低的固有頻率早已滿足不了測試的需要；用于動態(tài)壓力測量的壓電式壓力傳感器也有 自身的很多缺點，壓電式壓力傳感器輸出為電荷信號，某些壓電材料需要防潮措施，容易出 現漏電荷現象，后續(xù)處理電路比較復雜，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這 一缺陷，成本高，而且容易引入難以克服的噪聲，壓電式壓力傳感器的只能測量動態(tài)的壓力 信號，對于靜態(tài)和準靜態(tài)的壓力信號，就顯得無能為力；利用硅的壓阻效應和集成電路技術 制成的傳統(tǒng)擴散硅壓阻式壓力傳感器具有靈敏度高、動態(tài)響應快、測量精度高、穩(wěn)定性好、 易于小型化和可大批量生產等特點，但由于其力敏電阻與硅基底是p-n結隔離，在使用溫 度大于80°C時，因p-n結產生漏電流而使傳感器的性能惡化甚至失效，因而，傳統(tǒng)擴散硅壓 力傳感器難以解決高溫80°C以上的壓力測量難題，而且現有的傳感器芯片都封裝在金屬殼 體內部，這樣就存在了一個腔體，由于管腔效應的影響，降低了傳感器的頻響。

發(fā)明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種齊平封裝的耐高溫高 頻響壓力傳感器，用于測量動態(tài)或靜態(tài)的壓力信號，具有耐高溫、高頻響的優(yōu)點。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，包括壓力芯片1，壓力芯片1通過靜電 鍵合與玻璃環(huán)2的底面結合在一起，玻璃環(huán)2的上面與金屬基座5的底孔的上部粘接，金屬 基座5內部為空腔，在空腔中部和下部配置有兩個平臺，高溫轉接板3與高溫轉接電路補償 板4分別固定在下部與中部的平臺上，壓力芯片1與高溫轉接電路板3通過五根金絲引線 13連接，高溫轉接板3與高溫轉接電路補償板4通過五根高溫導線12相連，四芯高溫導線 10引出的四根導線分別與高溫轉接電路補償板4上的A’、B’、C’和D’四個節(jié)點連接在一 起，金屬基座5的上部與金屬外殼6的下部連接，金屬外殼6上部與固線帽7連接，金屬外 殼6上部中心配置有一個孔9，固線帽7配置有中心孔8，四芯高溫導線10從金屬外殼6的孔9及固線帽7的中心孔8穿出。所述的中心孔8的直徑小于孔9的直徑，而且中心孔8與孔9的中心重合。所述的壓力芯片1上配置有四個等值的電阻R，并組成開環(huán)惠斯登電橋電路，其端 頭與電阻R間的節(jié)點A、B、C、D和E分別與五根金絲引線13相連。所述的高溫轉接電路補償板4上配置有補償電阻11和A’、B’、C’、D’、E’五個節(jié) 點，節(jié)點A’與E’通過補償電阻11連接，節(jié)點A’、B’、C’、D’和E’分別與五根高溫導線12 連接，其中從A節(jié)點連接出來的金絲引線13和從A’節(jié)點連接出來的高溫導線12相連，其 他各節(jié)點也相互對應。所述的壓力芯片1采用SOI材料研制的耐高溫壓阻力敏芯片。封裝方式采用了齊平封裝方式，即在封裝時，壓力芯片1與金屬基座5的下端面齊 平。本發(fā)明的工作原理為壓力芯片1感受到外界介質的壓力后，把壓力信號轉變?yōu)?電壓信號，電壓信號依次通過金絲引線13、高溫轉接板3和高溫導線12傳遞到高溫轉接電 路補償板4，經過高溫轉接電路補償板4上補償電阻11的補償后，通過四芯高溫導線10把 電壓信號輸出。由于本發(fā)明的壓力芯片1采用耐高溫壓阻力敏芯片，而且本發(fā)明采用了齊平封裝 方式，故而具有耐高溫、高頻響的優(yōu)點，用于測量動態(tài)或靜態(tài)的壓力信號。


圖1為本發(fā)明的結構剖視圖。圖2為壓力芯片1的電路圖。圖3為高溫轉接電路補償板4的電路圖。具體實施方法下面結合附圖對本發(fā)明做詳細說明。參照附圖1，一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，包括壓力芯片1，壓力芯 片1通過靜電鍵合與玻璃環(huán)2的底面結合在一起，玻璃環(huán)2的上面與金屬基座5的底孔的上 部粘接，金屬基座5內部為空腔，在空腔中部和下部配置有兩個平臺，高溫轉接板3與高溫 轉接電路補償板4分別固定在下部與中部的平臺上，壓力芯片1與高溫轉接電路板3通過 五根金絲引線13連接，高溫轉接板3與高溫轉接電路補償板4通過五根高溫導線12相連， 四芯高溫導線10引出的四根導線分別與高溫轉接電路補償板4上的A’、B’、C’和D’四個 節(jié)點連接在一起，金屬基座5的上部與金屬外殼6的下部連接，金屬外殼6上部與固線帽7 連接，金屬外殼6上部中心配置有一個孔9，固線帽7配置有中心孔8，四芯高溫導線10從 金屬外殼6的孔9及固線帽7的中心孔8穿出，起到固定四芯高溫導線10的作用。所述的中心孔8的直徑小于孔9的直徑，而且中心孔8與孔9的中心重合。參照附圖2，所述的壓力芯片1上配置有四個等值的電阻R，并組成開環(huán)的惠斯登 電橋電路，目的是為了對傳感器輸出的電壓信號進行補償，其端頭與電阻R間的節(jié)點A、B、 C、D和E分別與五根金絲引線13相連。參照附圖3，所述的高溫轉接電路補償板4上配置有補償電阻11和A’、B’、C’、D’、 Ε，五個節(jié)點，節(jié)點Α’與Ε’通過補償電阻11連接，節(jié)點A’、B’、C’、D’和Ε’分別與五根高溫導線12連接，其中從A節(jié)點連接出來的金絲引線13和從A’節(jié)點連接出來的高溫導線12 相連，其他各節(jié)點也相互對應，補償電阻11用來補償壓力芯片1輸出的電壓信號，補償后， A與E之間通過補償電阻11連通，形成了一個閉合的惠斯登電橋電路。所述的壓力芯片1采用SOI材料研制的耐高溫壓阻力敏芯片，目的就是通過SiO2 絕緣層將力敏芯片的檢測電路層與硅基底隔離開，避免了高溫下檢測電路與基底之間的漏 電流產生，提高力敏芯片的耐高溫特性，使工作溫度可提高到200°C。封裝方式采用了齊平封裝方式，即在封裝時，壓力芯片1與金屬基座5的下端面齊 平，使被測介質直接作用在壓力芯片1上，從而避免了管腔效應的影響。
本發(fā)明的工作原理為在壓力芯片1上有四個等值的電阻Rl并組成惠斯登電橋 電路，當不受力作用時，惠斯登電橋處于平衡狀態(tài)，無電壓輸出；當壓力芯片1受到壓力作 用時，惠斯登電橋失去平衡而輸出電壓信號，且輸出的電壓與壓力成比例，壓力芯片1感受 到外界介質的壓力后，把壓力信號轉變?yōu)殡妷盒盘枺妷盒盘柾ㄟ^金絲引線13、高溫轉接板 3和高溫導線12傳遞到高溫轉接電路補償板4，經過高溫轉接電路補償板4上補償電阻11 的補償后，通過四芯高溫導線10把電壓信號輸出，由于壓力芯片1采用SOI材料研制的耐 高溫壓阻力敏芯片，其楊氏模量很高，加上微型機械電子系統(tǒng)自身微小的結構，所以它的固 有頻率很高，不僅獲得高頻響，低至零頻高至接近固有頻率的寬頻帶響應，而且有低至亞微 秒的上升時間及非常平滑的幅頻特性曲線，壓力芯片1與玻璃環(huán)2靜電鍵合后，形成圓形平 膜，基于理論分析，傳感器的響應頻率主要決定于封裝結構和安裝方式，本發(fā)明采取齊平封 裝方式，使被測介質直接作用在芯片上，從而避免了管腔效應的影響，降低了由于封裝造成 的傳感器頻率響應減小的影響。附圖中1為壓力芯片；2為玻璃環(huán)；3為高溫轉接板；4為高溫轉接電路補償板；5 為金屬基座；6為金屬外殼；7為固線帽；8為中心孔；9為孔；10為四芯高溫導線；11為補償 電阻；12為高溫導線；13為金絲引線；R為電阻；A、B、C、D、E、A，、B，、C，、D，、E，為節(jié)點。
權利要求
一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，包括壓力芯片(1)，其特征在于壓力芯片(1)通過靜電鍵合與玻璃環(huán)(2)的底面結合在一起，玻璃環(huán)(2)的上面與金屬基座(5)的底孔的上部粘接，金屬基座(5)內部為空腔，在空腔中部和下部配置有兩個平臺，高溫轉接板(3)與高溫轉接電路補償板(4)分別固定在下部與中部的平臺上，壓力芯片(1)與高溫轉接電路板(3)通過五根金絲引線(13)連接，高溫轉接板(3)與高溫轉接電路補償板(4)通過五根高溫導線(12)相連，四芯高溫導線(10)引出的四根導線分別與高溫轉接電路補償板(4)上的(A’)、(B’)、(C’)和(D’)四個節(jié)點連接在一起，金屬基座(5)的上部與金屬外殼(6)的下部連接，金屬外殼(6)上部與固線帽(7)連接，金屬外殼(6)上部中心配置有一個孔(9)，固線帽(7)配置有中心孔(8)，四芯高溫導線(10)從金屬外殼(6)的孔(9)及固線帽(7)的中心孔(8)穿出。
2.根據權利要求1所述的一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，其特征在于所 述的中心孔⑶的直徑小于孔(9)的直徑，而且中心孔⑶與孔(9)的中心重合。
3.根據權利要求1所述的一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，其特征在于所 述的壓力芯片(1)上配置有四個等值的電阻R，并組成開環(huán)惠斯登電橋電路，其端頭與電阻 R間的節(jié)點(A)、(B)、(C)、(D)和(E)分別與五根金絲引線(13)相連。
4.根據權利要求1所述的一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，其特征在于所 述的高溫轉接電路補償板(4)上配置有補償電阻(11)和(A，)、(B，)、(C，)、(D，)、(E，) 五個節(jié)點，節(jié)點(A，)與(E’)通過補償電阻(11)連接，節(jié)點(A，)、(B，)、(C，)、(D，)和 (E，)分別與五根高溫導線(12)連接，其中從(A)節(jié)點連接出來的金絲引線(13)和從(A，) 節(jié)點連接出來的高溫導線(12)相連，其他各節(jié)點也相互對應。
5.根據權利要求1所述的一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，其特征在于所 述的壓力芯片(1)采用S0I材料研制的耐高溫壓阻力敏芯片。
6.根據權利要求1所述的一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，其特征在于壓 力芯片(1)與金屬基座(5)的下端面齊平。
全文摘要
一種齊平封裝的耐高溫高頻響壓力傳感器，包括壓力芯片，壓力芯片與玻璃環(huán)結合，玻璃環(huán)與金屬基座粘接，高溫轉接板與高溫轉接電路補償板分別固定在金屬基座內，壓力芯片與高溫轉接電路板通過金絲引線連接，高溫轉接板與高溫轉接電路補償板通過高溫導線相連，四芯高溫導線與高溫轉接電路補償板上連接，金屬基座與金屬外殼連接，金屬外殼與固線帽連接，四芯高溫導線從金屬外殼及固線帽的孔穿出，壓力芯片感受外界介質的壓力，把壓力信號轉變?yōu)殡妷盒盘枺妷盒盘栆来瓮ㄟ^金絲引線、高溫轉接板和高溫導線傳遞到高溫轉接電路補償板，經過補償后通過四芯高溫導線把電壓信號輸出，本發(fā)明具有耐高溫、高頻響的優(yōu)點，用于測量動態(tài)或靜態(tài)的壓力信號。
文檔編號G01L1/18GK101832830SQ20101012974
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權日2010年3月22日
發(fā)明者劉元浩, 徐宜, 方續(xù)東, 李建波, 趙玉龍, 趙立波 申請人:西安交通大學