本發(fā)明涉及電容式真空傳感器，具體涉及一種小型化電容式真空壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前,利用高靈敏度壓力傳感器來(lái)制作微機(jī)械真空傳感器的主要原理有壓阻式和電容式。壓阻式真空傳感器成本較低，但精度差；電容式真空傳感器由于具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量結(jié)果與氣體成分無(wú)關(guān)以及抗腐蝕、耐氣壓沖擊等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而越來(lái)越受到人們的重視。以它取代水銀壓力計(jì)、油壓計(jì)、電阻真空計(jì)、熱電偶真空計(jì)以至部分地取代電離計(jì)，可應(yīng)用于氣象、航天、化工、真空冶煉、輕工、食品等生產(chǎn)與科研部門(mén)，特別適用于薄膜制備、微細(xì)加工和微電子技術(shù)等領(lǐng)域。但是，為了得到大的電容值，其電極板之間的間隙往往非常小，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)范圍很窄；而為了提高靈敏度，電容電極的直徑往往比較大，很大程度地降低了電容式真空傳感器的抗過(guò)載能力的同時(shí)，也不適應(yīng)小型化的發(fā)展趨勢(shì)，難以滿(mǎn)足工程中的實(shí)際使用需求。

在傳統(tǒng)的傳感器產(chǎn)品的真空密封腔生產(chǎn)過(guò)程中，采用氣態(tài)吸氣劑，密封接頭應(yīng)用電子束焊接，保證腔內(nèi)真空度(10^-5pa)。但是，電子束焊機(jī)無(wú)法進(jìn)行加熱、激活吸氣劑。需要將傳感器產(chǎn)品移出轉(zhuǎn)至其他設(shè)備中進(jìn)行加熱，將氣態(tài)吸氣劑激活。在轉(zhuǎn)移傳感器產(chǎn)品過(guò)程中，會(huì)污染真空密封腔內(nèi)的真空度。在進(jìn)行氣態(tài)吸氣劑進(jìn)行激活過(guò)程中，氣態(tài)吸氣劑揮發(fā)出的氣體會(huì)進(jìn)一步污染真空度，并影響吸氣劑性能和壽命。

綜上所述，現(xiàn)有的電容式真空傳感器存在電極板之間的間隙小，電容電極的直徑大，抗過(guò)載能力低，且采用氣態(tài)吸氣劑需要將傳感器產(chǎn)品移出轉(zhuǎn)至其他設(shè)備中進(jìn)行加熱，存在污染真空密封腔內(nèi)的真空度的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的電容式真空傳感器存在電極板之間的間隙小，電容電極的直徑大，抗過(guò)載能力低，且采用氣態(tài)吸氣劑需要將傳感器產(chǎn)品移出轉(zhuǎn)至其他設(shè)備中進(jìn)行加熱，存在污染真空密封腔內(nèi)的真空度的問(wèn)題，進(jìn)而提供了一種小型化電容式真空壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種小型化電容式真空壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)，它包括引腳、轉(zhuǎn)接端子、密封接頭、固態(tài)吸氣劑、導(dǎo)電橡膠、外殼、上蓋、下蓋、金屬動(dòng)電極和靜電極；

上蓋、外殼、金屬動(dòng)電極和下蓋由上至下依次設(shè)置，金屬動(dòng)電極的下端面與下蓋的上端面固接，金屬動(dòng)電極的上端面與外殼的下端固接，上蓋固定安裝在外殼的上端，上蓋的中心位置開(kāi)設(shè)通孔，轉(zhuǎn)接端子安裝在上蓋的通孔內(nèi)，轉(zhuǎn)接端子的外邊緣通過(guò)焊接的方式與上蓋固接，靜電極安裝在外殼內(nèi)，導(dǎo)電橡膠為正梯形導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電橡膠的下端與靜電極的上端面接觸，正梯形導(dǎo)電橡膠的上方開(kāi)有凹槽，引腳的一端安裝在導(dǎo)電橡膠上方的凹槽內(nèi)，引腳的另一端穿過(guò)轉(zhuǎn)接端子上的通孔并通過(guò)焊接的方式與轉(zhuǎn)接端子固接，密封接頭與上蓋焊接在一起，上蓋、密封接頭、外殼和金屬動(dòng)電極形成真空密封腔，固態(tài)吸氣劑安裝在真空密封腔內(nèi)，固態(tài)吸氣劑的中間位置設(shè)有通孔，固態(tài)吸氣劑位于靜電極和上蓋之間并套裝在導(dǎo)電橡膠上。

進(jìn)一步地，它還包括調(diào)整墊圈，調(diào)整墊圈為金屬材質(zhì)墊圈，調(diào)整墊圈安裝在真空密封腔內(nèi)，調(diào)整墊圈位于固態(tài)吸氣劑和靜電極之間并套裝在導(dǎo)電橡膠上。

進(jìn)一步地，它還包括絕緣墊圈，絕緣墊圈為陶瓷材質(zhì)墊圈，絕緣墊圈安裝在真空密封腔內(nèi)，絕緣墊圈位于固態(tài)吸氣劑和調(diào)整墊圈之間并套裝在導(dǎo)電橡膠上。

進(jìn)一步地，金屬動(dòng)電極的直徑為35mm，厚度為20μm～25μm，金屬動(dòng)電極采用鎳基合金。

進(jìn)一步地，靜電極為陶瓷靜電極，陶瓷靜電極采用al2o3的含量為95％的陶瓷制作而成。

進(jìn)一步地，引腳為可伐引腳，可伐引腳的表面鍍金。

進(jìn)一步地，密封接頭的表面鍍鎳，密封接頭通過(guò)釬焊的方式與上蓋固接。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)接端子采用陶瓷材料，轉(zhuǎn)接端子的外邊緣通過(guò)釬焊方式與上蓋固接。

進(jìn)一步地，固態(tài)吸氣劑為低溫多空隙吸氣劑。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：

1、本發(fā)明的金屬動(dòng)電極61的直徑為35mm，厚度為20μm～25μm，將金屬動(dòng)電極61直徑減小至35mm，有效地減小了金屬動(dòng)電極61受力面積，提高了傳感器抗力學(xué)性能30％；金屬動(dòng)電極61厚度減薄至20μm～25μm，有效地保證了1pa～14kpa的量程范圍、0.5％fs的精度、3mv/pa的靈敏度及其穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)真空壓力的測(cè)量，通過(guò)金屬動(dòng)電極61、外殼7、上蓋10和密封接頭3形成真空密封腔，腔內(nèi)部設(shè)置固態(tài)吸氣劑4，杜絕了其他類(lèi)型吸氣劑在真空狀態(tài)下釋放氣體，破壞真空度的穩(wěn)定性的可能性。同時(shí)，固態(tài)吸氣劑4能夠?qū)崿F(xiàn)低溫(180℃)激活，可以采用釬焊爐對(duì)其進(jìn)行激活，而不必在電子束焊接密封后，再轉(zhuǎn)至其他加熱設(shè)備進(jìn)行激活，防止了固態(tài)吸氣劑4釋放的氧化物破壞真空密封腔的真空度。

3、本發(fā)明在信號(hào)引出的過(guò)程中為了防止引入其他干擾信號(hào)。在真空密封腔內(nèi)增加絕緣墊圈9，當(dāng)靜電極62表面的金屬鍍層不均勻時(shí)，也不會(huì)因調(diào)整墊圈8而引入干擾信號(hào)。同時(shí)，在引腳1的引出端增加轉(zhuǎn)接端子2，防止上蓋10引入干擾信號(hào)。

4、本發(fā)明具有較高的裝配精度，在真空密封腔內(nèi)設(shè)置調(diào)整墊圈8，調(diào)整墊圈8為金屬材質(zhì)，有效地提高了本發(fā)明的抗力學(xué)能力，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)巧妙和工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的主視圖；

圖2是圖1在a處的局部放大圖；

圖3是本發(fā)明在不同壓力下測(cè)量電容量的線(xiàn)性圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種小型化電容式真空壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)，它包括引腳1、轉(zhuǎn)接端子2、密封接頭3、固態(tài)吸氣劑4、導(dǎo)電橡膠5、外殼7、上蓋10、下蓋11、金屬動(dòng)電極61和靜電極62；

上蓋10、外殼7、金屬動(dòng)電極61和下蓋11由上至下依次設(shè)置，金屬動(dòng)電極61的下端面與下蓋11的上端面固接，金屬動(dòng)電極61的上端面與外殼7的下端固接，上蓋10固定安裝在外殼7的上端，上蓋10的中心位置開(kāi)設(shè)通孔，轉(zhuǎn)接端子2安裝在上蓋10的通孔內(nèi)，轉(zhuǎn)接端子2的外邊緣通過(guò)焊接的方式與上蓋10固接，靜電極62安裝在外殼7內(nèi)，導(dǎo)電橡膠5為正梯形導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電橡膠5的下端與靜電極62的上端面接觸，正梯形導(dǎo)電橡膠的上方開(kāi)有凹槽，引腳1的一端安裝在導(dǎo)電橡膠5上方的凹槽內(nèi)，引腳1的另一端穿過(guò)轉(zhuǎn)接端子2上的通孔并通過(guò)焊接的方式與轉(zhuǎn)接端子2固接，密封接頭3與上蓋10焊接在一起，上蓋10、密封接頭3、外殼7和金屬動(dòng)電極61形成真空密封腔，固態(tài)吸氣劑4安裝在真空密封腔內(nèi)，固態(tài)吸氣劑4的中間位置設(shè)有通孔，固態(tài)吸氣劑4位于靜電極62和上蓋10之間并套裝在導(dǎo)電橡膠5上。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式還包括調(diào)整墊圈8，調(diào)整墊圈8為金屬材質(zhì)墊圈，調(diào)整墊圈8安裝在真空密封腔內(nèi)，調(diào)整墊圈8位于固態(tài)吸氣劑4和靜電極62之間并套裝在導(dǎo)電橡膠5上。如此設(shè)置，調(diào)整墊圈8能夠保證固態(tài)吸氣劑4和靜電極62的裝配精度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式還包括絕緣墊圈9，絕緣墊圈9為陶瓷材質(zhì)墊圈，絕緣墊圈9安裝在真空密封腔內(nèi)，絕緣墊圈9位于固態(tài)吸氣劑4和調(diào)整墊圈8之間并套裝在導(dǎo)電橡膠5上。如此設(shè)置，在信號(hào)引出的過(guò)程中需要做好絕緣，為了防止引入其它干擾信號(hào)。在真空密封腔內(nèi)增加絕緣墊圈9，當(dāng)靜電極62表面的金屬鍍層不均勻時(shí)，絕緣墊圈9能夠有效地避免因調(diào)整墊圈8而引入干擾信號(hào)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的金屬動(dòng)電極61的直徑為35mm，厚度為20μm～25μm，金屬動(dòng)電極61采用鎳基合金。如此設(shè)置，減小金屬動(dòng)電極61直徑至35mm，減小了金屬動(dòng)電極61受力面積，有效地提高了傳感器抗力學(xué)性能；減薄金屬動(dòng)電極61厚度至20μm～25μm，保證了1pa～14kpa的量程范圍、0.5％fs的精度和3mv/pa的靈敏度及其穩(wěn)定性。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二或三相同。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的靜電極62為陶瓷靜電極，陶瓷靜電極采用al2o3含量為95％的陶瓷制作而成。如此設(shè)置，95％高純al2o3陶瓷電極具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二、三或四相同。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的引腳1為可伐引腳，可伐引腳的表面鍍金。如此設(shè)置，引腳1的表面鍍金，避免了其它信號(hào)的干擾，可伐引腳具有良好的低溫組織穩(wěn)定性及耐磨性，能夠有效地保證電信號(hào)的引出。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二、三、四或五相同。

具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的密封接頭3的表面鍍鎳，密封接頭3通過(guò)釬焊的方式與上蓋10固接。如此設(shè)置，密封接頭3通過(guò)釬焊的方式與上蓋10固接。通過(guò)密封接頭3將固態(tài)吸氣劑在加熱過(guò)程中揮發(fā)出的氧化物和氣體移出后，截?cái)嗝芊饨宇^3接口，形成真空密封腔。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二、三、四、五或六相同。

具體實(shí)施方式八：結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)接端子2采用陶瓷材料，轉(zhuǎn)接端子2的外邊緣通過(guò)釬焊方式與上蓋10固接。如此設(shè)置，陶瓷轉(zhuǎn)接端子能夠有效地防止上蓋10引入干擾信號(hào)，影響信號(hào)的測(cè)量。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具體實(shí)施方式九：結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的固態(tài)吸氣劑4為低溫多空隙吸氣劑。如此設(shè)置，真空密封腔內(nèi)部設(shè)置固態(tài)吸氣劑4，杜絕了其它類(lèi)型吸氣劑在真空狀態(tài)下釋放氣體，破壞真空度的穩(wěn)定性的可能性。而且，低溫鋯、鈦合金多空隙吸氣劑能夠?qū)崿F(xiàn)低溫(180℃)激活，可以采用釬焊爐對(duì)吸氣劑4進(jìn)行激活，而不必在電子束焊接密封后，再轉(zhuǎn)至其他加熱設(shè)備進(jìn)行激活，防止了固態(tài)吸氣劑釋放的氧化物破壞真空密封腔的真空度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

實(shí)施例：

結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施例：

金屬動(dòng)電極61的直徑為35mm，厚度為20μm～25μm，采用鎳基合金，靜電極62采用95％al2o3高純陶瓷，導(dǎo)電橡膠5為正梯形導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電橡膠5的下端與靜電極62的上端面固接，正梯形導(dǎo)電橡膠的上方開(kāi)有凹槽，凹槽安裝引腳1，引腳1為可伐引腳，引腳1的表面鍍金，引出電信號(hào)，引腳1的另一端通過(guò)焊接的方式與轉(zhuǎn)接端子2固接，轉(zhuǎn)接端子2采用陶瓷材料，轉(zhuǎn)接端子2的外邊緣通過(guò)釬焊的方式與上蓋10固接，密封接頭3與上蓋10焊接在一起，密封接頭3用于將真空密封腔中的氣體排出并密封，密封接頭3的表面鍍鎳，上蓋10、金屬動(dòng)電極61、下蓋11和外殼7之間均通過(guò)氬弧焊接的方式固定，上蓋10、密封接頭3、外殼7和金屬動(dòng)電極61形成真空密封腔，在傳感器制作過(guò)程中抽到需要的真空度。在該真空密封腔內(nèi)，為保證安裝精度、保持穩(wěn)定真空度以及絕緣性，從靜電極62至上蓋10，依次設(shè)置調(diào)整墊圈8、絕緣墊圈9和固態(tài)吸氣劑4，其中，調(diào)整墊圈8為金屬材質(zhì)，絕緣墊圈9為陶瓷材質(zhì)，固態(tài)吸氣劑4為低溫鋯、鈦合金多空隙吸氣劑。

表1為本發(fā)明在不同壓力下測(cè)量出的電容量的值：

表1

結(jié)合表1和圖3得出如下結(jié)論：當(dāng)壓力為100pa至6000pa時(shí)，對(duì)應(yīng)的電容量為135pf至196.42pf，電容量隨著壓力的增加呈一次函數(shù)線(xiàn)性遞增趨勢(shì)，表明了本發(fā)明在量程范圍較大時(shí)具有良好的的穩(wěn)定性。

工作原理：

結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本發(fā)明的工作原理，

應(yīng)用釬焊爐進(jìn)行本發(fā)明的真空密封腔抽真空，再進(jìn)行加熱，激活固態(tài)吸氣劑4，密封接頭3焊接在上蓋10上，通過(guò)密封接頭3將固態(tài)吸氣劑4在加熱過(guò)程中揮發(fā)出的氧化物和氣體移出并截?cái)嗝芊饨宇^3的接口，形成真空密封腔。

在信號(hào)引出的過(guò)程中，為了防止引入其他干擾信號(hào)，需要做好絕緣。在真空密封腔內(nèi)增加絕緣墊圈9，當(dāng)靜電極62表面的金屬鍍層不均勻時(shí)，也不會(huì)因調(diào)整墊圈8而引入干擾信號(hào)。同時(shí)，在引腳1的引出端，增加轉(zhuǎn)接端子2，防止上蓋10引入干擾信號(hào)。

為實(shí)現(xiàn)真空壓力的測(cè)量，需形成真空密封腔。真空密封腔包括金屬動(dòng)電極61、外殼7、上蓋10和密封接頭3。為保證裝配精度，在真空密封腔內(nèi)設(shè)置調(diào)整墊圈8，為保證真空密封腔內(nèi)的真空度，在真空密封腔內(nèi)設(shè)置固態(tài)吸氣劑4。

本發(fā)明通過(guò)真空快接頭安裝在測(cè)試系統(tǒng)中，被測(cè)氣體通過(guò)快接頭管路進(jìn)入真空傳感器中，引起金屬動(dòng)電極61向上移動(dòng)，金屬動(dòng)電極61與靜電極62之間的距離發(fā)生變化，根據(jù)平行板電容器電容量計(jì)算公式，引起電容量發(fā)生變化，通過(guò)導(dǎo)電橡膠5和引腳1將信號(hào)傳輸至后續(xù)的電路中進(jìn)行處理，完成真空壓力的測(cè)量。