本發(fā)明屬于壓力傳感器制備，具體涉及一種無引線壓敏芯體及其燒結制備工藝。

背景技術：

1、壓力傳感器作為傳感器領域應用最廣泛的傳感器，經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，為適應各種環(huán)境需求，已誕生出多種類型壓力傳感器，并向著智能化、小型化、高可靠方向快速發(fā)展，支撐著日常生活和工業(yè)領域方方面面的需求。由于日常生活和工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常面臨各種高低溫環(huán)境，面對腐蝕、振動、沖擊、輻射等惡劣環(huán)境以及設備的集成化、精準化、智能化的要求等，對傳感器的耐高溫、可靠性和小型化提出很高的要求。

2、壓力傳感器的芯片采用壓力敏感芯片，主要利用半導體硅的壓敏特性，在受到應力作用時，能帶改變，導致電阻變化。將四個壓敏電阻連接成惠斯通電橋，當有應力作用時，電阻阻值發(fā)生變化，輸出端出現(xiàn)壓差，通過對壓差的測量從而獲得對應力的測量。將芯片靜電鍵合在襯底玻璃上，然后通過燒結工藝固定在基座上。無引線壓力傳感器與常見的油壓壓力傳感器不同的是內(nèi)部無需填充硅油，因此能耐受更高的溫度。

3、無引線壓力傳感器具有小型化、高可靠等優(yōu)點，通常以微型化方式整合在一個裝置內(nèi)，確保緊湊的結構設計。為了保護傳感器組件免受外部環(huán)境影響，通常使用特殊材料的外殼和防護層，現(xiàn)有的無引線壓力傳感器主要由壓敏芯片、鍵合玻璃、玻璃基底、保護外殼等組成。

4、目前，常見的燒結工藝如下：將玻璃底座與保護外殼燒結在一起，然后將鍵合玻璃的芯片與玻璃底座通過玻璃漿料燒結在一起，在將表面涂有銀漿(或金屬玻璃熔合物)的引針插入鍵合玻璃的孔中，燒結固化，實現(xiàn)與芯片的電連接。這樣操作往往導致引針難以插入，或者機械連接和電連接性能差。如果先將涂有銀漿(或金屬玻璃熔合物)的引針插入鍵合玻璃的孔中，再將芯片與玻璃底座燒結在一起。如此操作，會導致玻璃底座與芯片的機械連接差，或者引針難以穿過玻璃基座上的過孔。而且，在燒結過程中，傳感器組件簡單的橫置在平板上，放入爐中進行燒結，燒結效果難以保證。

5、另外一種常見的方式為：通過在玻璃基座上直接固定引針(接線柱)，然后將敏感芯片倒扣在玻璃基座上，玻璃基座上已經(jīng)涂好玻璃漿料。安裝好之后，直接將整體放到打孔支架上，放入爐中燒結。這種方式要求引針(接線柱)保持平齊，并且與芯片的孔高度對準，否則影響斷面與芯片的電連接，對工藝要求較高。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有無引線安裝工藝存在玻璃漿料的燒結溫度高、燒結步驟冗雜，而且，芯片與玻璃基座之間的密封性能和機械性能容易受到漿料成分、封裝步驟、芯片結構的影響；同時，由于引針插入芯片的孔徑過小，難以將導電漿料或金屬玻璃熔融物導入孔中，導致引針與芯片之間的電連接性能和機械性能不穩(wěn)定等不足，提供一種結構簡單、燒結溫度低、密封性能好的無引線壓敏芯體及其燒結制備工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采用以下技術方案：

2、一種無引線壓敏芯體，包括端蓋、管殼基座和引針，所述端蓋與管殼基座頂部密封連接，所述端蓋上開設有多個壓力孔，所述管殼基座內(nèi)側為空腔結構，且空腔底部設有支撐基座，所述支撐基座上設有壓敏芯片，所述引針依次貫穿管殼基座底部和支撐基座后與壓敏芯片燒結固定。

3、作為本發(fā)明的進一步改進，所述引針貫穿支撐基座后預留引針延長部。

4、作為本發(fā)明的進一步改進，所述壓敏芯片包括硅片和芯片基座，所述芯片基座通過陽極鍵合與硅片鍵合連接。

5、作為本發(fā)明的進一步改進，所述硅片的一面刻蝕有深坑，硅片的另一面鍍有電路和電極；所述芯片基座刻蝕有淺槽，以用于保護電路；所述芯片基座上設有電極通孔，所述引針通過電極通孔與硅片上的電極燒結在一起。

6、作為本發(fā)明的進一步改進，所述電極通孔分為上下兩段，且上段直徑大于下段直徑，所述電極通孔內(nèi)灌注導電漿料，以實現(xiàn)引針與電極燒結連接。

7、作為本發(fā)明的進一步改進，所述端蓋、管殼基座和引針的材質(zhì)為均為金屬合金，并經(jīng)過表面處理；所述支撐基座的材質(zhì)為玻璃或陶瓷，所述芯片基座的材質(zhì)為玻璃或陶瓷。

8、作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供了一種適用于上述的無引線壓敏芯體的燒結制備工藝，包括以下步驟：

9、步驟s1、將管殼基座、引針和支撐基座通過玻璃漿料燒結連接，得到管殼；

10、步驟s2、將芯片基座通過陽極鍵合與硅片鍵合連接，得到壓敏芯片；

11、步驟s3、通過夾具將步驟s2得到的壓敏芯片與步驟s1得到的管殼倒裝燒結連接，得到芯體基座；

12、步驟s4、將步驟s3得到的芯體基座與端蓋焊接連接，得到無引線壓敏芯體；

13、步驟s5、對無引線壓敏芯體進行性能測試。

14、作為本發(fā)明的進一步改進，所述夾具包括依次設置的固定蓋板、固定平板和底座；所述固定蓋板上設有通孔，所述固定平板上設有凸起，所述凸起頂部設有凹槽；

15、使用時，先將壓敏芯片放置在凹槽內(nèi)，并在芯片基座的電極通孔中注入導電漿料，隨后將管殼倒扣在凸起外側，并將固定蓋板蓋合在固定平板，通孔將管殼固定在夾具中；最后通過緊固件將固定蓋板、固定平板和底座固定連接，并放入管式爐中進行燒結固定。

16、作為本發(fā)明的進一步改進，所述玻璃漿料的組分包括sio2、氧化物和分散液；所述氧化物包括pbo、b2o3、zno、p2o5或mgo中的至少一種所述分散液包括松油醇、丙酮或乙醇中的至少一種。

17、作為本發(fā)明的進一步改進，所述導電漿料的組分包括銀粉、膠粘劑、固化劑、硅烷偶聯(lián)劑和稀釋劑，導電漿料的粘度低于10pa·s，燒結溫度低于450℃；使用時，所述導電漿料由微量送樣器注入電極通孔中，將帶有引針的管殼基座倒扣在壓敏芯片上，并加熱固化。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

19、本發(fā)明的無引線壓敏芯體及其燒結制備工藝，通過采用一步燒結成型的方式，有效簡化了無引線壓敏芯體制備工藝，避免了冗雜的工序，縮短了研制時間。在保證密封性能良好的前提下，燒結溫度更低。而且，所有的燒結工藝可以在夾具中通過連續(xù)升溫解決，不需要分開處理，減少操作步驟，節(jié)省工藝時間。進一步地，引針預燒結固定，避免了引線/引針較難從支撐基座穿出的缺陷。與此同時，利用微量進樣器將導電漿料導入芯片的電極通孔中，將引針與芯片燒結在一起，實現(xiàn)了良好的電連接。最終，通過本發(fā)明的燒結制備工藝獲得了結構精簡、穩(wěn)定可靠的壓力傳感器。

技術特征：

1.一種無引線壓敏芯體，其特征在于，包括端蓋(1)、管殼基座(2)和引針(3)，所述端蓋(1)與管殼基座(2)頂部密封連接，所述端蓋(1)上開設有多個壓力孔(8)，所述管殼基座(2)內(nèi)側為空腔結構，且空腔底部設有支撐基座(4)，所述支撐基座(4)上設有壓敏芯片，所述引針(3)依次貫穿管殼基座(2)底部和支撐基座(4)后與壓敏芯片燒結固定。

2.根據(jù)權利要求1所述的無引線壓敏芯體，其特征在于，所述引針(3)貫穿支撐基座(4)后預留延長部(5)。

3.根據(jù)權利要求2所述的無引線壓敏芯體，其特征在于，所述壓敏芯片包括硅片(6)和芯片基座(7)，所述芯片基座(7)通過陽極鍵合與硅片(6)鍵合連接。

4.根據(jù)權利要求3所述的無引線壓敏芯體，其特征在于，所述硅片(6)的一面刻蝕有深坑(61)，硅片(6)的另一面鍍有電路和電極；所述芯片基座(7)刻蝕有淺槽(72)，以用于保護電路；所述芯片基座(7)上設有電極通孔(71)，所述引針(3)通過電極通孔(71)與硅片(6)上的電極燒結在一起。

5.根據(jù)權利要求4所述的無引線壓敏芯體，其特征在于，所述電極通孔(71)分為上下兩段，且上段直徑大于下段直徑，所述電極通孔(71)內(nèi)灌注導電漿料，以實現(xiàn)引針(3)與電極燒結連接。

6.根據(jù)權利要求3至5中任意一項所述的無引線壓敏芯體，其特征在于，所述端蓋(1)、管殼基座(2)和引針(3)的材質(zhì)為均為金屬合金，并經(jīng)過表面處理；所述支撐基座(4)的材質(zhì)為耐高溫玻璃或陶瓷，所述芯片基座(7)的材質(zhì)為玻璃或陶瓷。

7.一種適用于權利要求1至6中任意一項所述的無引線壓敏芯體的燒結制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權利要求7所述的燒結制備工藝，其特征在于，所述夾具(9)包括依次設置的固定蓋板(91)、固定平板(92)和底座(93)；所述固定蓋板(91)上設有通孔(911)，所述固定平板(92)上設有凸起(921)，所述凸起(921)頂部設有凹槽(922)；

9.根據(jù)權利要求8所述的燒結制備工藝，其特征在于，所述玻璃漿料的組分包括sio2、氧化物和分散液；所述氧化物包括pbo、b2o3、zno、p2o5或mgo中的至少一種；所述分散液包括松油醇、丙酮或乙醇中的至少一種。

10.根據(jù)權利要求8所述的燒結制備工藝，其特征在于，所述導電漿料的組分包括銀粉、膠粘劑、固化劑、硅烷偶聯(lián)劑和稀釋劑，導電漿料的粘度低于10pa·s，燒結溫度低于450℃；使用時，所述導電漿料由微量送樣器注入電極通孔(71)中，將帶有引針(3)的管殼基座(2)倒扣在壓敏芯片上，并加熱固化。

技術總結
本發(fā)明公開了一種無引線壓敏芯體及其燒結制備工藝，無引線壓敏芯體包括端蓋、管殼基座和引針，端蓋與管殼基座頂部密封連接，所述端蓋上開設有多個壓力孔，所述管殼基座內(nèi)側為空腔結構，且空腔底部設有支撐基座，所述支撐基座上設有壓敏芯片，所述引針依次貫穿管殼基座底部和支撐基座后與壓敏芯片燒結固定。本發(fā)明具有結構簡單、密封性能好、穩(wěn)定可靠、制造方便等特點，有效地簡化了無引線壓敏芯體制備工藝，縮短了研制時間。

技術研發(fā)人員：周正榮,曾慶平,代俊杰,金忠,宋軼佶,車顏賢,凌紅,顏秀文
受保護的技術使用者：中國電子科技集團公司第四十八研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23