專(zhuān)利名稱(chēng)：微型壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓力傳感器，特別涉及一種高精度、高 靈敏度微型壓力傳感器。
背景技術(shù)：
微型壓力傳感器主要是指直徑在05mm， (D3mm，①2mm等 以下的探針型傳感器，也包括小型螺紋型、盤(pán)扣型、導(dǎo)管端及導(dǎo) 管側(cè)壁型等特殊形狀的微型傳感器，在風(fēng)洞試驗(yàn),發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道試 驗(yàn)，航天飛行器，水下導(dǎo)彈試驗(yàn)，軍事醫(yī)學(xué)、心臟及泌尿外科醫(yī) 學(xué)測(cè)試，顱腦外科臨床監(jiān)護(hù)，水工大壩，閘門(mén)縮模試驗(yàn)，水利動(dòng) 力學(xué)試驗(yàn)，煙機(jī)、紡機(jī)等領(lǐng)域均有很大市場(chǎng)。在空氣動(dòng)力學(xué)研究、 飛行器及發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)、流體力學(xué)及水工試驗(yàn)、水輪機(jī) 及水下兵器試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，化爆或核爆沖擊波等許多研究 中，出于對(duì)不改變被測(cè)流場(chǎng)或安放位置局限，或同時(shí)有動(dòng)態(tài)頻響 要求，必須原位測(cè)壓時(shí)，對(duì)傳感器的外形尺寸的微型化有較為苛 刻的要求，以期在不干擾流場(chǎng)狀態(tài)情況下，復(fù)位脈動(dòng)流場(chǎng)的變化 規(guī)律。目前，微型壓力傳感器的市場(chǎng)前景較廣，但國(guó)內(nèi)能提供相 應(yīng)成熟產(chǎn)品的不多。國(guó)外有相應(yīng)的產(chǎn)品提供，但價(jià)格較高。微型 壓力傳感器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)難點(diǎn)在于微型化的敏感芯片制造技術(shù)和 相應(yīng)的結(jié)構(gòu)封裝技術(shù)。微型壓力傳感器芯片制造技術(shù)基于從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來(lái)的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))，微型壓力
傳感器要利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件,信號(hào)處理器，
數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，對(duì)芯片的制作工藝要求較高。
傳感器相應(yīng)的結(jié)構(gòu)封裝技術(shù)由于體積的限制，其內(nèi)部元器件的設(shè)
計(jì)和制造上也存在很高的技術(shù)工藝難度。
發(fā)明內(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)，提出了一 種微型壓力傳感器，其采用了微型化設(shè)計(jì)的微機(jī)械加工工藝制成 的集成壓阻力敏元件，并進(jìn)行了微型封裝，具有靈敏度高、精度 高、動(dòng)態(tài)特性好、可靠性高、體積小、重量輕的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的微型壓力傳感器，包
括一探針殼體5，探針殼體5的一端為出線孔6 ，另一端配置有 帶有引壓孔7的端蓋1，探針殼體5內(nèi)配置有硅隔離(SOI)固態(tài) 壓阻式芯片2，硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2集成封裝在玻璃 硅杯3上，玻璃硅杯3封裝在隔離柱4上，金絲9的一端與硅隔 離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2相連，另一端與電纜線11內(nèi)的導(dǎo)線 IO相連。隔離柱4的周?chē)_(kāi)有導(dǎo)槽8，金絲9及與其相連的導(dǎo)線 10可壓在導(dǎo)槽8內(nèi)；電纜線11可由出線孔6引出。
硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2由四個(gè)電阻R,， R3， 112和&
組成惠斯登測(cè)量電橋，電阻R,， R3， R2和R4分別通過(guò)引線組成的壓 焊點(diǎn)12、壓焊點(diǎn)13、壓焊點(diǎn)14、壓焊點(diǎn)15、壓焊點(diǎn)16連接起來(lái)。 隔離柱4可采用陶瓷材料；導(dǎo)槽8可采用圓弧結(jié)構(gòu)；探針殼體5可采用不銹鋼。
主要應(yīng)用在空氣動(dòng)力學(xué)研究、飛行器及發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、風(fēng)洞試 驗(yàn)、流體力學(xué)及水工試驗(yàn)、水輪機(jī)及水下兵器試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)應(yīng) 用，化爆或核爆沖擊波等許多研究中。
本實(shí)用新型的硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2采用了微型化 設(shè)計(jì)的微機(jī)械加工工藝制成的集成壓阻力敏元件，并與玻璃硅杯 3、隔離柱4進(jìn)行了精致巧妙的微型封裝，不但動(dòng)靜態(tài)特性好， 而且具有靈敏度高、精度高、可靠性高、體積小、重量輕的特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)封裝圖，其中，圖1 (a)為主 視圖，圖1 (b)為俯視圖。
圖2為本實(shí)用新型的敏感元件單元封裝結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實(shí)用新型的硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本實(shí)用新型的硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2組成的 惠斯登電橋測(cè)量原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì) 說(shuō)明。
參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型由帶引壓孔7的端蓋1、微型化硅隔 離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2、與芯片集成封裝的玻璃硅杯3、陶 瓷隔離柱4、不銹鋼探針殼體5、出線電纜線等組成。封裝時(shí)，首先進(jìn)行由微型化硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2、玻璃硅杯3、 陶瓷隔離柱4組成的敏感元件單元的封裝，敏感元件單元封裝好 后，將封裝好的敏感元件單元與連接電纜線11從不銹鋼探針殼 體5的一端拉入殼體內(nèi)，在相應(yīng)位置固定，電纜線11后端灌入 密封膠進(jìn)行固定并由出線孔6引出，最后將端蓋1裝入并用膠固 定。傳感器工作時(shí)，介質(zhì)的壓力通過(guò)引壓孔7作用在集成玻璃硅 杯3的微型化硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2的敏感元件上，敏 感元件在外界的壓力作用下輸出與壓力相關(guān)的電壓信號(hào)。
參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型的敏感元件單元封裝的結(jié)構(gòu)原理為 將集成封裝好微型化硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2的玻璃硅杯 3，通過(guò)玻璃粉燒結(jié)工藝封裝在陶瓷隔離柱4上；由封裝在玻璃 硅杯4上的微型化硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2引出的金絲9 與撥開(kāi)的電纜線11的一根導(dǎo)線IO焊接后，壓入陶瓷隔離柱4相 應(yīng)的圓弧導(dǎo)槽8內(nèi)，用膠固定；最后，將敏感元件單元壓入不銹 鋼探針外殼內(nèi)，實(shí)現(xiàn)絕緣和固定。
參照?qǐng)D3，硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2由四個(gè)電阻R4， R3，
R2和R4組成惠斯登測(cè)量電橋，電阻Rp R3， R2和R4分別通過(guò)引線 組成的壓焊點(diǎn)12、壓焊點(diǎn)13、壓焊點(diǎn)14、壓焊點(diǎn)15、壓焊點(diǎn)16連 接起來(lái)。通過(guò)壓焊點(diǎn)，壓焊引線金絲9實(shí)現(xiàn)了傳感器芯片內(nèi)外引線。 惠斯登測(cè)量電橋的四個(gè)電阻Rp R3， R2和R4沿著杯結(jié)構(gòu)的邊緣處， 最大限度地利用硅半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，以提高其測(cè)量靈敏度。
參照?qǐng)D4，通過(guò)壓焊點(diǎn)和壓焊引線將測(cè)量電阻R,， R3， 112和&組成開(kāi)環(huán)惠斯登電路時(shí)，壓焊點(diǎn)12引線為電源正，壓焊點(diǎn)15和16 引線為電源負(fù)，壓焊點(diǎn)13和壓焊點(diǎn)14引線為傳感器的輸出，與金絲 9的一端相連。
權(quán)利要求1、微型壓力傳感器，包括一探針殼體(5)，探針殼體(5)的一端為出線孔(6)，另一端配置有帶有引壓孔(7)的端蓋(1)，其特征在于，探針殼體(5)內(nèi)配置有硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片(2)，硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片(2)集成封裝在玻璃硅杯(3)上，玻璃硅杯(3)封裝在隔離柱(4)上，金絲(9)的一端與硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片(2)相連，另一端與電纜線(11)內(nèi)的導(dǎo)線(10)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的微型壓力傳感器，其特征在于，所 說(shuō)的硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片(2)由四個(gè)電阻(R,)， (R3),(R2)和(R4)組成惠斯登測(cè)量電橋，電阻(Rt)， (R3)， (R2)和 (R4)分別通過(guò)引線組成的壓焊點(diǎn)(12)、壓焊點(diǎn)(13)、壓焊點(diǎn)(14)、 壓焊點(diǎn)(15)、壓焊點(diǎn)(16)連接起來(lái)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的微型壓力傳感器，其特征在于，隔 離柱(4)的周?chē)_(kāi)有導(dǎo)槽(8)，金絲(9 )及與其相連的導(dǎo)線(10)壓在導(dǎo)槽(8)內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的微型壓力傳感器，其特征在于，所 說(shuō)的隔離柱(4)采用陶瓷材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的微型壓力傳感器，其特征在于，所 說(shuō)的導(dǎo)槽(8)采用圓弧結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的微型壓力傳感器，其特征在于，所說(shuō)的探針殼體(5)采用不銹舒
專(zhuān)利摘要微型壓力傳感器，包括一探針殼體5，探針殼體5的一端配置有帶有引壓孔7的端蓋1，探針殼體5內(nèi)配置有集成封裝在玻璃硅杯3上的硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2，金絲9的一端與硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2相連，另一端與電纜線11內(nèi)的導(dǎo)線10相連，介質(zhì)的壓力通過(guò)引壓孔7作用在微型化硅隔離(SOI)固態(tài)壓阻式芯片2的敏感元件上，敏感元件在外界的壓力作用下輸出與壓力相關(guān)的電壓信號(hào)，具有靈敏度高、精度高、動(dòng)態(tài)特性好、可靠性高、體積小、重量輕的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L9/06GK201247122SQ20082003002
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者劉秀娥, 王建軍, 袁展榮, 趙玉龍, 趙立波 申請(qǐng)人:西安維納信息測(cè)控有限公司