壓阻式微熔高溫壓力傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于壓阻式壓力傳感器制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓阻式微熔高溫壓力傳感器及其制造方法。為了提供一種能夠在超過(guò)200℃高溫下有效工作的傳感器，本發(fā)明在彈性膜平面敏感區(qū)域涂覆玻璃漿料，并將SOI芯片粘貼在玻璃漿料上；將粘貼好SOI芯片的殼體組件放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，預(yù)熱后升溫微熔，微溶后隨爐自然冷卻，取出SOI芯片的殼體組件；將陶瓷厚膜電路板通過(guò)螺釘固定在SOI芯片外，然后將SOI芯片電極和陶瓷厚膜電路板電極連接，將陶瓷厚膜電路板相對(duì)應(yīng)的電極點(diǎn)焊，引出外接鍍金銅箔引線，然后將鍍金銅箔引線和耐火高溫線用可伐管夾緊方式連接在一起，SOI芯片工藝制作的惠思頓電橋是絕緣層隔離，工作溫度可提高到600℃以上。
【專利說(shuō)明】壓阻式微熔高溫壓力傳感器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓阻式壓力傳感器制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓阻式微熔高溫壓力傳感器及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在壓阻式壓力傳感器制作過(guò)程中，SOI硅力敏原件和彈性敏感元件的連接過(guò)程是傳感器能夠承受溫度范圍的關(guān)鍵過(guò)程?，F(xiàn)有高溫壓力傳感器的連接是有機(jī)耐高溫膠粘結(jié)工藝制作的，工作溫度在200 °C以內(nèi)，綜合精度可以控制在0.5 %，超過(guò)此溫度范圍后，精度會(huì)受到影響，膠顏色變深，膠性能急劇惡化，在250°C時(shí)膠炭化，傳感器失效。無(wú)機(jī)膠的使用溫度較高，但熱膨脹系數(shù)和硅、不銹鋼的差別太大，所以不能用于此過(guò)程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種壓阻式微熔高溫壓力傳感器及其制造方法，使用該方法制造的SOI壓阻式微熔高溫壓力傳感器能夠在超過(guò)200°C高溫下有效工作。
[0004]為了達(dá)到上述目的，壓阻式微熔高溫壓力傳感器包括電纜線以及一端設(shè)置有彈性膜的基座，基座的另一端開設(shè)有凹型管腔，彈性膜通過(guò)凹型管腔與所測(cè)介質(zhì)接觸，彈性膜上固定有SOI芯片，SOI芯片和彈性膜間涂覆有玻璃微熔漿料，SOI芯片外設(shè)置有固定在基座上的陶瓷厚膜電路板，基座上固定有SOI芯片的一端激光焊接在具有空腔的傳感器保護(hù)帽的一端，SOI芯片置于傳感器保護(hù)帽的空腔中，傳感器保護(hù)帽的另一端具有四爪結(jié)構(gòu)，電纜線從傳感器保護(hù)帽具有四爪結(jié)構(gòu)的一端進(jìn)入到空腔中，SOI芯片和電纜線均與陶瓷厚膜電路板連接。
[0005]所述SOI芯片與陶瓷厚膜電路板通過(guò)金絲連接，電纜線與陶瓷厚膜電路板通過(guò)鍍金銅箔引線連接。
[0006]所述電纜線通過(guò)傳感器保護(hù)帽的四爪結(jié)構(gòu)夾緊固定，再用鎖線帽擰緊在傳感器保護(hù)帽的出線端。
[0007]所述電纜線采用純鎳礦物云母繞包耐火高溫線。
[0008]壓阻式微熔高溫壓力傳感器的制造方法，包括以下步驟:
[0009]步驟一:在基座上彈性膜的受壓面加工出能夠使彈性膜一側(cè)與所測(cè)介質(zhì)接觸的凹型管腔；
[0010]步驟二:在彈性膜平面敏感區(qū)域涂覆玻璃漿料，并將以鈦-鎳-金合金作為引線電極的SOI芯片粘貼在玻璃漿料上；
[0011]步驟三:將粘貼好SOI芯片的基座組件放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)預(yù)熱，并通入保護(hù)氣體，預(yù)熱后將溫度升高至將溫度升高至550?620°C，恒溫10?20min后隨爐自然冷卻，冷卻至100°C時(shí)，停止通入保護(hù)氣體，當(dāng)爐溫低于60°C時(shí)，打開爐門，取出微熔好的基座組件；
[0012]步驟四:將陶瓷厚膜電路板的內(nèi)圓與SOI芯片應(yīng)力區(qū)對(duì)準(zhǔn)通過(guò)螺釘固定其周圍，然后用熱壓球焊金絲方式將SOI芯片電極和陶瓷厚膜電路板電極通過(guò)金絲連接，再用鍍金銅箔引線采用點(diǎn)焊方式，將陶瓷厚膜電路板相對(duì)應(yīng)的五個(gè)電極點(diǎn)焊，并引出外接鍍金銅箔引線，然后將五根鍍金銅箔引線和五根耐火高溫線用可伐管夾接方式分別連接在一起；
[0013]步驟五:將傳感器保護(hù)帽穿過(guò)耐火高溫電纜線固定在基座上，傳感器保護(hù)帽和基座采用激光焊接固定。
[0014]所述SOI芯片的尺寸大小為1.5mmX0.5mm。
[0015]所述步驟三中預(yù)熱溫度為120?150°C，預(yù)熱時(shí)間為10?30min。
[0016]所述步驟五中傳感器保護(hù)帽和基座焊接固定前，先檢查SOI芯片的惠斯頓電橋四個(gè)電阻是否平衡，再檢測(cè)絕緣性，確定無(wú)問題時(shí)再將傳感器保護(hù)帽和基座激光焊接。
[0017]所述步驟五中傳感器保護(hù)帽焊接完成后，通過(guò)傳感器保護(hù)帽前端的四爪結(jié)構(gòu)將耐火高溫線夾緊固定，然后再將鎖線帽擰緊在傳感器保護(hù)帽上，最后固定在壓力臺(tái)上進(jìn)行壓力測(cè)試和補(bǔ)償。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，壓阻式微熔高溫壓力傳感器采用的SOI芯片是硅材料，壓阻系數(shù)大，靈敏度高，用此工藝做成的傳感器耐溫范圍高達(dá)-60?550°C、并具有高壓、高頻響、高過(guò)載等性能，可用于和不銹鋼兼容的所有氣體、液體、流體的測(cè)量介質(zhì)。
[0019]壓阻式微熔高溫壓力傳感器的制造方法具有以下有益效果:
[0020]USOI芯片工藝制作的惠思頓電橋是絕緣層隔離，工作溫度可提高到550?600°C以上；
[0021]2、整個(gè)工藝過(guò)程是在高溫環(huán)境中完成，所以清洗過(guò)程用清洗液清洗即可，避免了用有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境造成的污染；
[0022]3、所選的硅、玻璃、彈性體三者熱膨脹系數(shù)相近，通過(guò)微熔工藝處理，對(duì)產(chǎn)品的性能影響可忽略不計(jì)；
[0023]4、本發(fā)明的工藝便于操作，工藝流程短，適合于批量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明壓阻式微熔高溫壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明傳感器保護(hù)帽的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]參見圖1和圖2，壓阻式微熔高溫壓力傳感器，包括采用純鎳礦物云母繞包耐火高溫線的電纜線8以及一端設(shè)置有彈性膜2的基座1，基座I的另一端開設(shè)有凹型管腔，彈性膜2通過(guò)凹型管腔與所測(cè)介質(zhì)接觸，彈性膜2上固定有SOI芯片3，SOI芯片3和彈性膜2間涂覆有玻璃微熔漿料4，SOI芯片3外設(shè)置有固定在基座I上的陶瓷厚膜電路板5，基座I上固定有SOI芯片3的一端激光焊接在具有空腔的傳感器保護(hù)帽9的一端，SOI芯片3置于傳感器保護(hù)帽9的空腔中，傳感器保護(hù)帽9的另一端具有四爪結(jié)構(gòu)11，電纜線8從傳感器保護(hù)帽9具有四爪結(jié)構(gòu)11的一端進(jìn)入到空腔中，并通過(guò)傳感器保護(hù)帽9的四爪結(jié)構(gòu)11夾緊固定，再用鎖線帽10擰緊在傳感器保護(hù)帽9的出線端，SOI芯片3與陶瓷厚膜電路板5通過(guò)金絲6連接，電纜線8與陶瓷厚膜電路板5通過(guò)鍍金銅箔引線7連接。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]步驟一:在基座上彈性膜I的受壓面加工出能夠使彈性膜2 —側(cè)與所測(cè)介質(zhì)接觸的凹型管腔；
[0030]步驟二:在彈性膜2平面敏感區(qū)域涂覆玻璃漿料，并將以鈦-鎳-金合金作為引線電極的SOI芯片3粘貼在玻璃漿料上，SOI芯片3的尺寸大小為1.5mmX0.5mm ；
[0031]步驟三:將粘貼好SOI芯片3的基座I組件放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)預(yù)熱，并通入保護(hù)氣體，預(yù)熱溫度為120°C，預(yù)熱時(shí)間為lOmin，預(yù)熱后將溫度升高至將溫度升高至550°C，恒溫1min后隨爐自然冷卻，冷卻至100°C時(shí)，停止通入保護(hù)氣體，當(dāng)爐溫低于60°C時(shí)，打開爐門，取出微熔好的基座I組件；
[0032]步驟四:將陶瓷厚膜電路板5的內(nèi)圓與SOI芯片3應(yīng)力區(qū)對(duì)準(zhǔn)通過(guò)螺釘固定其周圍，然后用熱壓球焊金絲方式將SOI芯片3電極和陶瓷厚膜電路板5電極通過(guò)金絲6連接，再用鍍金銅箔引線采用點(diǎn)焊方式，將陶瓷厚膜電路板5相對(duì)應(yīng)的五個(gè)電極點(diǎn)焊，并引出外接鍍金銅箔引線，然后將五根鍍金銅箔引線和五根耐火高溫線用可伐管夾接方式分別連接在一起，這樣，節(jié)點(diǎn)不會(huì)因過(guò)高的溫度使傳感器失效；
[0033]步驟五:將傳感器保護(hù)帽9穿過(guò)耐火高溫電纜線8固定在基座I上，先檢查SOI芯片3的惠斯頓電橋四個(gè)電阻是否平衡，再檢測(cè)絕緣性，確定無(wú)問題時(shí)再將傳感器保護(hù)帽9和基座I激光焊接，焊接完成后，通過(guò)傳感器保護(hù)帽9前端的四爪結(jié)構(gòu)11將耐火高溫線夾緊固定，最后用鎖線帽10擰緊在傳感器保護(hù)帽上，固定在壓力臺(tái)上進(jìn)行壓力測(cè)試和補(bǔ)償。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]步驟一:在基座上彈性膜I的受壓面加工出能夠使彈性膜2 —側(cè)與所測(cè)介質(zhì)接觸的凹型管腔；
[0036]步驟二:在彈性膜2平面敏感區(qū)域涂覆玻璃漿料，并將以鈦-鎳-金合金作為引線電極的SOI芯片3粘貼在玻璃漿料上，SOI芯片3的尺寸大小為1.5mmX0.5mm ；
[0037]步驟三:將粘貼好SOI芯片3的基座I組件放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)預(yù)熱，并通入保護(hù)氣體，預(yù)熱溫度為135°C，預(yù)熱時(shí)間為20min，預(yù)熱后將溫度升高至將溫度升高至590°C，恒溫15min后隨爐自然冷卻，冷卻至100°C時(shí)，停止通入保護(hù)氣體，當(dāng)爐溫低于60°C時(shí)，打開爐門，取出微熔好的基座I組件；
[0038]步驟四:將陶瓷厚膜電路板5的內(nèi)圓與SOI芯片3應(yīng)力區(qū)對(duì)準(zhǔn)通過(guò)螺釘固定其周圍，然后用熱壓球焊金絲方式將SOI芯片3電極和陶瓷厚膜電路板5電極通過(guò)金絲6連接，再用鍍金銅箔引線采用點(diǎn)焊方式，將陶瓷厚膜電路板5相對(duì)應(yīng)的五個(gè)電極點(diǎn)焊，并引出外接鍍金銅箔引線，然后將五根鍍金銅箔引線和五根耐火高溫線用可伐管夾接方式分別連接在一起;
[0039]步驟五:將傳感器保護(hù)帽9穿過(guò)耐火高溫電纜線8固定在基座I上，先檢查SOI芯片3的惠斯頓電橋四個(gè)電阻是否平衡，再檢測(cè)絕緣性，確定無(wú)問題時(shí)再將傳感器保護(hù)帽9和基座I激光焊接，焊接完成后，通過(guò)傳感器保護(hù)帽9前端的四爪結(jié)構(gòu)11將耐火高溫線夾緊固定，最后用鎖線帽10擰緊在傳感器保護(hù)帽上，固定在壓力臺(tái)上進(jìn)行壓力測(cè)試和補(bǔ)償。
[0040]實(shí)施例3:
[0041]步驟一:在基座上彈性膜I的受壓面加工出能夠使彈性膜2 —側(cè)與所測(cè)介質(zhì)接觸的凹型管腔；
[0042]步驟二:在彈性膜2平面敏感區(qū)域涂覆玻璃漿料，并將以鈦-鎳-金合金作為引線電極的SOI芯片3粘貼在玻璃漿料上，SOI芯片3的尺寸大小為1.5mmX0.5mm ；
[0043]步驟三:將粘貼好SOI芯片3的基座I組件放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)預(yù)熱，并通入保護(hù)氣體，預(yù)熱溫度為150°C，預(yù)熱時(shí)間為30min，預(yù)熱后將溫度升高至將溫度升高至620°C，恒溫20min后隨爐自然冷卻，冷卻至100°C時(shí)，停止通入保護(hù)氣體，當(dāng)爐溫低于60°C時(shí)，打開爐門，取出微熔好的基座I組件；
[0044]步驟四:將陶瓷厚膜電路板5的內(nèi)圓與SOI芯片3應(yīng)力區(qū)對(duì)準(zhǔn)通過(guò)螺釘固定其周圍，然后用熱壓球焊金絲方式將SOI芯片3電極和陶瓷厚膜電路板5電極通過(guò)金絲6連接，再用鍍金銅箔引線采用點(diǎn)焊方式，將陶瓷厚膜電路板5相對(duì)應(yīng)的五個(gè)電極點(diǎn)焊，并引出外接鍍金銅箔引線，然后將五根鍍金銅箔引線和五根耐火高溫線用可伐管夾接方式分別連接在一起;
[0045]步驟五:將傳感器保護(hù)帽9穿過(guò)耐火高溫電纜線8固定在基座I上，先檢查SOI芯片3的惠斯頓電橋四個(gè)電阻是否平衡，再檢測(cè)絕緣性，確定無(wú)問題時(shí)再將傳感器保護(hù)帽9和基座I激光焊接，焊接完成后，通過(guò)傳感器保護(hù)帽9前端的四爪結(jié)構(gòu)11將耐火高溫線夾緊固定，最后用鎖線帽10擰緊在傳感器保護(hù)帽上，固定在壓力臺(tái)上進(jìn)行壓力測(cè)試和補(bǔ)償。
[0046]通過(guò)以上工藝步驟的實(shí)施，使傳感器可以在高溫550°C的環(huán)境下可靠、穩(wěn)定的工作。
【權(quán)利要求】
1.壓阻式微熔高溫壓力傳感器，其特征在于:包括電纜線(8)以及一端設(shè)置有彈性膜(2)的基座(1)，基座(I)的另一端開設(shè)有凹型管腔，彈性膜(2)通過(guò)凹型管腔與所測(cè)介質(zhì)接觸，彈性膜(2)上固定有SOI芯片(3)，SOI芯片(3)和彈性膜(2)間涂覆有玻璃微熔漿料(4)，SOI芯片(3)外設(shè)置有固定在基座(I)上的陶瓷厚膜電路板(5)，基座(I)上固定有SOI芯片(3)的一端激光焊接在具有空腔的傳感器保護(hù)帽(9)的一端，SOI芯片(3)置于傳感器保護(hù)帽(9)的空腔中，傳感器保護(hù)帽(9)的另一端具有四爪結(jié)構(gòu)(11)，電纜線(8)從傳感器保護(hù)帽(9)具有四爪結(jié)構(gòu)(11)的一端進(jìn)入到空腔中，SOI芯片(3)和電纜線(8)均與陶瓷厚膜電路板(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓阻式微熔高溫壓力傳感器，其特征在于:所述SOI芯片(3)與陶瓷厚膜電路板(5)通過(guò)金絲(6)連接，電纜線⑶與陶瓷厚膜電路板(5)通過(guò)鍍金銅箔引線(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓阻式微熔高溫壓力傳感器，其特征在于:所述電纜線(8)通過(guò)傳感器保護(hù)帽(9)的四爪結(jié)構(gòu)(11)夾緊固定，再用鎖線帽(10)擰緊在傳感器保護(hù)帽(9)的出線端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的壓阻式微熔高溫壓力傳感器，其特征在于:所述電纜線(8)采用純鎳礦物云母繞包耐火高溫線。
5.壓阻式微熔高溫壓力傳感器的制造方法，其特征在于: 包括以下步驟: 步驟一:在基座上彈性膜(I)的受壓面加工出能夠使彈性膜(2) —側(cè)與所測(cè)介質(zhì)接觸的凹型管腔； 步驟二:在彈性膜(2)平面敏感區(qū)域涂覆玻璃漿料，并將以鈦-鎳-金合金作為引線電極的SOI芯片(3)粘貼在玻璃漿料上； 步驟三:將粘貼好SOI芯片(3)的基座(I)組件放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)預(yù)熱，并通入保護(hù)氣體，預(yù)熱后將溫度升高至將溫度升高至550?620°C，恒溫10?20min后隨爐自然冷卻，冷卻至100°C時(shí)，停止通入保護(hù)氣體，當(dāng)爐溫低于60°C時(shí)，打開爐門，取出微熔好的基座⑴組件； 步驟四:將陶瓷厚膜電路板(5)的內(nèi)圓與SOI芯片(3)應(yīng)力區(qū)對(duì)準(zhǔn)通過(guò)螺釘固定其周圍，然后用熱壓球焊金絲方式將SOI芯片(3)電極和陶瓷厚膜電路板(5)電極通過(guò)金絲(6)連接，再用鍍金銅箔引線采用點(diǎn)焊方式，將陶瓷厚膜電路板(5)相對(duì)應(yīng)的五個(gè)電極點(diǎn)焊，并引出外接鍍金銅箔引線，然后將五根鍍金銅箔引線和五根耐火高溫線用可伐管夾接方式分別連接在一起； 步驟五:將傳感器保護(hù)帽(9)穿過(guò)耐火高溫電纜線(8)固定在基座(I)上，傳感器保護(hù)帽(9)和基座(I)采用激光焊接固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓阻式微熔高溫壓力傳感器的制造方法，其特征在于:所述SOI芯片(3)的尺寸大小為1.5mmX 0.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓阻式微熔高溫壓力傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟三中預(yù)熱溫度為120?150°C，預(yù)熱時(shí)間為10?30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓阻式微熔高溫壓力傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟五中傳感器保護(hù)帽(9)和基座(I)焊接固定前，先檢查SOI芯片(3)的惠斯頓電橋四個(gè)電阻是否平衡，再檢測(cè)絕緣性，確定無(wú)問題時(shí)再將傳感器保護(hù)帽(9)和基座(I)激光焊接。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓阻式微熔高溫壓力傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟五中傳感器保護(hù)帽(9)焊接完成后，通過(guò)傳感器保護(hù)帽(9)前端的四爪結(jié)構(gòu)(11)將耐火高溫線夾緊固定，最后用鎖線帽(10)擰緊在傳感器保護(hù)帽上，固定在壓力臺(tái)上進(jìn)行壓力測(cè)試和補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】G01L9/06GK104390739SQ201410692661
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】袁曉斌, 沈紹群, 劉秀娥, 來(lái)萌, 南瑞旗 申請(qǐng)人:西安微納傳感器研究所有限公司