專利名稱：被封裝的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被封裝的裝置，特別涉及被封裝的表面聲波(以下簡(jiǎn)稱“SAW”)變換器。
在歐洲專利EP 0 518 90和本發(fā)明的一方面描述了一種測(cè)量設(shè)備，該設(shè)備測(cè)量由具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸的主體傳輸?shù)膭?dòng)力轉(zhuǎn)矩，其中一個(gè)或多個(gè)SAW變換器相對(duì)主體而設(shè)置即通過(guò)安置在主體上的各變換器而設(shè)置；第一信號(hào)輸入和信號(hào)發(fā)送器由低功率的電感、電容或無(wú)線電波裝置耦合到該信號(hào)輸入上；第二信號(hào)輸入和信號(hào)接收器由低功率的電感、電容或無(wú)線電波裝置耦合到該信號(hào)輸入上；兩個(gè)變換器的輸出共用的信號(hào)輸出和信號(hào)接收器由低功率的電感、電容或無(wú)線電波裝置耦合到第一信號(hào)輸出上；各變換器被設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外側(cè)上或附近的分開的位置處；各變換器包括安裝在一對(duì)指狀交叉電極一側(cè)的壓電基片；其中所述對(duì)的一個(gè)電極連接到該信號(hào)輸入上；第一發(fā)生器將預(yù)定頻率的輸入信號(hào)施加到第一信號(hào)輸入上；第二發(fā)生器將輸入信號(hào)施加到第二信號(hào)輸入上；混合器接收來(lái)自第一發(fā)生器和第二發(fā)生器的信號(hào)、并可根據(jù)施加到基片的應(yīng)變得出信號(hào)輸出的變化。下文的SAW變換器是上述類型的變換器。
本發(fā)明的第一方面提供一種所述類型的變換器，其中，基片上安裝一個(gè)由諸如鋁的薄膜導(dǎo)體構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)；一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電軌跡從電極結(jié)構(gòu)伸展到基片邊界的周圍；一用于安裝在基片上之部件的封閉結(jié)構(gòu)包括一蓋部件；一塑料材料構(gòu)成的外圍部件，其一側(cè)被固定到蓋部件上而另一側(cè)被固定到基片上；該外圍部件使蓋部件與基片隔開并因此在組合中，該基片，蓋部件和外圍部件限定一用于電極結(jié)構(gòu)的氣密式密封外殼并在暴露于外殼外的基片周圍附近且在外殼的外側(cè)保留所述軌跡或每個(gè)軌跡的一個(gè)區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的第一優(yōu)選方案，該外圍部件由塑料粘結(jié)膜的片材構(gòu)成。典型的粘結(jié)膜是ABLEFILM 550。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的第二優(yōu)選方案或第一優(yōu)選方案的變型，在相對(duì)承載外圍部件的那側(cè)為相反側(cè)的基片之一區(qū)域適于連接到經(jīng)受應(yīng)變并被變換器檢測(cè)的部件的一表面上。通常，該區(qū)域包括一粘結(jié)層，因此變換器能連接到該部件表面上。另外，該區(qū)域包括一鍍金屬層，因此變換器能連接到該部件表面上。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一個(gè)承載本發(fā)明第一方面或第一方面各優(yōu)選方案之變換器的工件，以便利用該變換器檢測(cè)工件中產(chǎn)生的應(yīng)變。
根據(jù)本發(fā)明開發(fā)的程序，以便以提供密封的并允許最大應(yīng)變從基片轉(zhuǎn)移到SAW變換器的方式進(jìn)行SAW裝置的封裝處理。該處理應(yīng)能實(shí)現(xiàn)低成本、高產(chǎn)量的要求。
下面將結(jié)合


本發(fā)明的示例性實(shí)施例，該唯一的附圖表示被封裝的SAW變換器的截面圖。
SAW變換器裝置11包括一由鋁薄膜制作的位于石英基片13上的電極結(jié)構(gòu)12?；?3的尺寸約為9mm×7mm×250·m厚度。一鋁軌跡14從電極結(jié)構(gòu)12伸展到基片13的邊緣15、以便以使裝置11電連接到外部網(wǎng)絡(luò)。蓋部件16也由250·m厚度的石英構(gòu)成，但其外部尺寸比基片13較窄，所以鋁軌跡14露出。這種被封裝的設(shè)計(jì)方案的前提是以1mm厚的圓環(huán)形材料形成的外圍部件17將基片15連接到蓋部件16而實(shí)現(xiàn)密封的，從而給電極結(jié)構(gòu)12提供一個(gè)氣密式密封腔18。基片13的下側(cè)R適于連接到借助電極結(jié)構(gòu)12而檢測(cè)的工件上。
初始步驟首先，應(yīng)使用金屬連接件形式的外圍部件17，以在SAW裝置與其石英蓋部件之間提供一壁結(jié)構(gòu)。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是金屬連接結(jié)構(gòu)將是清潔的(無(wú)有機(jī)化合物)、高度可靠的、并能給電極結(jié)構(gòu)提供充分氣密式的密封。所以，啟動(dòng)一工作程序首先是建立一工序用于在外圍部件17和基片13和蓋部件16之間提供必需的擴(kuò)散連接點(diǎn)。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在制作多個(gè)起作用的SAW裝置時(shí)，簡(jiǎn)單的低成本的方案是應(yīng)用塑料外圍部件17進(jìn)行替換。這包括用一外圍部件17形成一環(huán)形框架并用片狀粘結(jié)膜制成以在每個(gè)SAW器件12上固定該250·m厚度的石英板蓋件16。開始，會(huì)覺得塑料部件不能提供與金屬外圍部件相同的氣密式密封性能。但它能容易地提供電絕緣，因而避免使用金屬外圍部件17所導(dǎo)致的使SAW橋接的復(fù)雜性。一粘接部件是物理順從性的，它有助于將經(jīng)基片13到SAW裝置12的應(yīng)變轉(zhuǎn)換最大化。另外，設(shè)置塑料外圍部件17較易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。材料和處理成本將是低廉的，提供的由粘接片制成的環(huán)形框架予成形件形式的塑料外圍部件可從粘結(jié)薄膜供給商處作為制成品購(gòu)買。對(duì)于其它應(yīng)用，也可能需要不同塑料材料。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了適用于外圍部件的片材塑料、并為其應(yīng)用建立了適當(dāng)?shù)奶幚項(xiàng)l件。雖然最大連續(xù)工作溫度是150℃，但是塑料部件需要能承受間斷地暴露在300℃下。如果被封裝的SAW裝置利用在221℃熔化的銀錫焊料連接到鋼軸上時(shí)，則需要后一特性。最好選用名為ABEFILM550的片料形式的專利粘結(jié)劑，它已在電子工業(yè)中使用了約二十年。該薄膜的可實(shí)用的最薄厚度是0.125mm。這可在SAW裝置與封裝蓋之間提供足夠的分隔距離。
外圍部件的粘結(jié)劑材料可以是柔性的半透明片材形式，它在室溫下略有粘性。予成形件可以用標(biāo)準(zhǔn)的金屬穿孔器或用手動(dòng)剪刀和模制剖刀方便地從該片材上切割而成。備用蓋用作樣板以切割出粘結(jié)劑薄膜為矩形的正確形狀，用手術(shù)刀片切割掉中心部分而制備外圍部件的預(yù)成形件，所有的可復(fù)制的預(yù)成形件均以這種具有可忽略產(chǎn)量損失的方式制備。
為了將塑料預(yù)成形件激活和固化為已述的部件，應(yīng)在最短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)承受加熱和加壓。制作者建議最初使用的加工條件是在150℃、5PSI壓力下加工0.5小時(shí)。而后，實(shí)驗(yàn)根據(jù)逐漸改變參數(shù)繼續(xù)進(jìn)行以得到所需的最終產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，建議的條件使粘結(jié)劑明顯地流動(dòng)、并且連接間隙幾乎全部塌陷。所以應(yīng)以連續(xù)增量的方式降低壓力和溫度并成比例地增加時(shí)間、以達(dá)到完全固化。在這個(gè)工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)確地調(diào)整溫度是控制粘結(jié)劑流動(dòng)的關(guān)鍵。使用高性能的風(fēng)扇加熱爐可將溫度控制在設(shè)定點(diǎn)的±0.1℃范圍內(nèi)?？芍?，這個(gè)條件能得到恰當(dāng)?shù)膹?fù)制結(jié)果。
最終被建立的處理?xiàng)l件是在100℃、不施加負(fù)載、至少保持30分鐘。這個(gè)處理時(shí)間要求某些限定條件，即在100℃、在30分鐘之后，既使在同樣溫度下延長(zhǎng)加熱時(shí)間(到16小時(shí))或在最后30分鐘將溫度提高到150℃、粘結(jié)劑也不再有流動(dòng)發(fā)生。延長(zhǎng)加熱處理或短時(shí)間較高的溫度處理是充分硬化粘結(jié)劑所必需的。關(guān)于采取什么方案的決斷以及是在溫度編程的加熱爐中還是在兩個(gè)分開的爐中進(jìn)行雙溫度處理，這需要進(jìn)一步考慮成本的因素。從技術(shù)上說(shuō)，兩者是同樣可行的。
這些實(shí)驗(yàn)根據(jù)“軍事標(biāo)準(zhǔn)883E、方法AL”建議的密封性是在密封的樣品器件上進(jìn)行的。簡(jiǎn)言之，它包括在一個(gè)腔中設(shè)置一包裝結(jié)構(gòu)，抽真空至5mb，用氦氣加壓至60psi保持兩小時(shí)，而后在大氣壓下測(cè)量氦氣泄漏率。對(duì)于一氣密式封裝結(jié)構(gòu)的軍事標(biāo)準(zhǔn)是氦氣泄漏率不超過(guò)5×108atm/cc/sec。該封裝結(jié)構(gòu)體積被估計(jì)為0.5mm3。接著該泄漏實(shí)驗(yàn)是對(duì)被封裝的SAW裝置隨后進(jìn)行的封裝功能測(cè)試。該封裝處理不會(huì)明顯影響SAW器件的電氣性能。
工業(yè)實(shí)用性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，建議的采用一塑料粘接予成形件對(duì)SAW裝置封裝的方法可提供一不影響所述部件電氣性能的氣密式密封結(jié)構(gòu)。該處理包括使用市場(chǎng)上可買到的片狀薄膜粘結(jié)劑和簡(jiǎn)單的加熱處理。特別需要控制處理溫度、以便得到不在SAW裝置上產(chǎn)生過(guò)多流動(dòng)粘結(jié)劑的滿意的密封。
另一方面，這些經(jīng)驗(yàn)方法表明，使用具有石英頂層(與基片相對(duì)應(yīng))和塑料預(yù)成形件的外圍部件的封裝結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)可市場(chǎng)化的產(chǎn)品。適當(dāng)制作處理的選擇基于對(duì)今后使用和制成的變換器最終工作位置的考慮。封裝材料和變換器的制作處理能提供一項(xiàng)或多項(xiàng)功能，例如，能夠保持溫度或壓力條件、電磁屏蔽、抗化學(xué)性能、抗沖擊和抗振性能。除了電極結(jié)構(gòu)之外，該封裝結(jié)構(gòu)能用于封閉其它部件、以使變換器提供更多的信息或增強(qiáng)或優(yōu)化基本電極結(jié)構(gòu)的操作。
在使用中可以想到，該被封裝的部件將借助基片13的底側(cè)R(例如用粘結(jié)劑)被附加到承受被檢測(cè)之應(yīng)變的部件表面上，該應(yīng)變由變換器檢測(cè)。在這種方式中，可應(yīng)用非接觸技術(shù)將信息送入變換器、然后將從變換器來(lái)的信息復(fù)原成部件承受的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力或壓力代表值。除了本發(fā)明提供的非接觸信息通道外，變換器既小又輕，所以它實(shí)際上不會(huì)明顯地影響被連接的部件。本發(fā)明建議的封裝形式的變換器提供了用于實(shí)際測(cè)量以任何速度轉(zhuǎn)動(dòng)的任何尺寸部件的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力或壓力數(shù)值的基本要素。
這種裝置的后側(cè)R上可涂鍍金屬以便給出比多半因長(zhǎng)期使用而產(chǎn)生蠕變的(例如在機(jī)動(dòng)車結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的)粘結(jié)劑連接所給出的更好的應(yīng)變分布。
權(quán)利要求
1．一種變換器，其中，基片具有其上安裝的一諸如由鋁的薄膜導(dǎo)體構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)；其特征在于，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電軌跡(14)從電極結(jié)構(gòu)(12)伸展到基片(13)邊界周圍(15)；一用于安裝在基片(13)上的部件(12)的封閉結(jié)構(gòu)包括一蓋部件(16)；一塑料材料構(gòu)成的外圍部件(17)，其一側(cè)被固定到蓋部件(16)上，而其另一側(cè)被固定到基片(13)上；該外圍部件(17)用于使蓋部件(16)與基片(13)隔開，從而在組合方式中，該基片(13)，蓋部件(16)和外圍部件(17)用于限定一用于電極結(jié)構(gòu)(12)的氣密式密封外殼(18)，同時(shí)在暴露于該外殼外的基片(13)周圍(15)附近且在該外殼的外側(cè)保留該軌跡或每個(gè)軌跡(14)的一個(gè)區(qū)(14A)。
2．如權(quán)利要求1的變換器，其特征在于，外圍部件(17)由塑料粘結(jié)劑薄膜構(gòu)成的片材制成。
3．如權(quán)利要求2的變換器，其特征在于，粘結(jié)劑薄膜是ABLEFILM550。
4．如上述任一個(gè)權(quán)利要求的變換器，其特征在于，基片之與承載外圍部件(17)的那側(cè)為相反側(cè)的一區(qū)域R適于連接到承受應(yīng)變并被變換器(11)檢測(cè)的部件之一表面上。
5．如權(quán)利要求4的變換器，其特征在于，區(qū)域(R)包括一粘結(jié)層，以使變換器(11)能連接到該部件表面上。
6．如權(quán)利要求4的變換器，其特征在于，區(qū)域(R)包括一鍍金屬層，以使變換器(11)能連接到該部件表面上。
7．一個(gè)承載上述任一權(quán)利要求的變換器(11)的工件，可以利用該變換器(11)檢測(cè)該工件中產(chǎn)生的應(yīng)變。
全文摘要
一種變換器具有一用于安裝在基片上部件(12)的封閉結(jié)構(gòu),該封裝結(jié)構(gòu)包括:蓋部件(16);塑料材料的外圍部件(17),其一側(cè)固定到蓋部件(16)、與該側(cè)相反的其它側(cè)固定到基片(13)上;外圍部件(17)使蓋部件(16)與基底(13)隔開并在組合時(shí),該基片,蓋部件(16)和外圍部件(17)限定一用于電極結(jié)構(gòu)(12)的密封外殼(18)。本發(fā)明還包括一個(gè)承載本變換器的工件,以便利用該變換器檢測(cè)工件中產(chǎn)生的應(yīng)變。
文檔編號(hào)H03H9/10GK1300362SQ00800489
公開日2001年6月20日 申請(qǐng)日期2000年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月3日
發(fā)明者J·A·H·佩里 申請(qǐng)人:傳感技術(shù)有限公司