CH670000A5 - - Google Patents

Description

DESCRIZIONE La presente invenzione riguarda un procedimento per realizzare il collegamento meccanico ed elettrico fra un primo corpo ed un secondo corpo, in particolare la membrana ed il sopporto di un dispositivo sensore di pressione, dei quali corpi il primo sulla faccia destinata ad essere rivolta al secondo reca almeno un elemento conduttore, e il secondo fra la faccia rivolta al primo corpo e la faccia opposta presenta almeno un foro passante di collegamento elettrico provvisto almeno in parte di un rivestimento di materiale elettricamente conduttore destinato ad essere collegato elettricamente a detto elemento conduttore del primo corpo.

Nelle figure 1 a 3 dei disegni allegati è illustrato un dispositivo sensore di pressione del tipo comprendente elementi trasduttori piezoresistivi costituiti da resistori a film spesso. Il dispositivo noto illustrato comprende una membrana 1 di forma sostanzialmente circolare, costituita da un dischetto di materiale ceramico molto sottile, ed un supporto di base 2 anch'esso presentante una forma sostanzialmente circolare e costituito di materiale ceramico. La faccia del sopporto 2 rivolta alla membrana 1 presenta (figura 2) una porzione anulare periferica 2a a risalto. La membrana 1, sulla faccia rivolta al sopporto 2, reca resistori a film spesso R depositati per serigrafia, piste conduttrici P di collegamento fra i resistori R, e areole o piazzole conduttrici E dislocate sulla periferia della mambrana. Le piste conduttrici P e le areole E sono anch'esse serigrafate sulla membrana con la tecnica di deposizione del film spesso. Come appare nella figura 2, nel sopporto 2 sono ricavati fori passanti F di collegamento elettrico, in posizioni relative corrispodenti alle posizioni relative delle areole E della membrana 1. Sulla faccia inferiore 2b del sopporto 2 intorno alle aperture di sbocco dei fori F sono depositate per serigrafia areole di materiale conduttore a film spesso indicate con I. Sulla faccia 2b del sopporto 2 sono inoltre depositate con la tecnica del film spesso piste conduttrici Q.

Come appare nella vista parziale sezionata presentata nella figura 4, ciascun foro F ha la parete provvista di un sottile rivestimento C di materiale metallico, il quale sulla faccia inferiore 2b del sopporto 2 si collega alla rispettiva areola conduttrice I.

Per la realizzazione del sensore noto mostrato nelle figure 1 a 5, il procedimento di fabbricazione correntemente utilizzato prevede inizialmente la deposizione serigrafica delle piste P e delle areole E conduttrici sulla membrana 1 sul sopporto 2, quindi la deposizione sempre per via serigrafica dei resistori a film spesso R. Sulla faccia inferiore 2b del supporto 2 vengono depositate per serigrafia le piste Q e le areole I e al contempo si metallizzano i fori F. La membrana viene quindi vincolata alla porzione a risalto 2a del sopporto 2 nel modo seguente. Sulla porzione a risalto 2a del sopporto 2 viene depositato per via serigrafica un sottile strato di materiale collante vetroso 4, tale strato presentando aperture 4a centrate intorno alle aperture di sbocco dei fori F. Un corrispondente strato di collante vetroso 5 viene depositato per serigrafia sulla porzione anulare periferica della faccia della membrana 1 destinata ad essere rivolta al sopporto 2. La membrana 1 viene quindi giustapposta al sopporto 2 ponendo i rispettivi strati 5 e 4 a contatto fra loro. Mediante un passaggio in forno tali strati di collante vengono riscaldati, in modo tale da provocarne la rifusione realizzando lo stabile ed affidabile ancoraggio della membrana al sopporto. Effettuate tali operazioni, mediante una siringa nei fori F viene iniettata una certa quantità di una resina conduttiva indicata con D nella figura 5. La resina conduttiva così iniettata, dopo una fase di polimerizzazione ad esempio in forno, realizza il collegamento elettrico fra le areole conduttrici E portate dalla membrana e il rivestimento C conduttore delle pareti dei fori F, e quindi realizza di fatto il collegamento fra i resistori R fungenti da trasduttori piezoresistivi e le areole conduttrici applicate alla faccia inferiore del sopporto 2. A tali areole possono essere quindi collegati i circuiti elettronici di controllo delle variazioni della resistenza di detti resistori.

Nel processo di fabbricazione sopra descritto risulta assai poco soddisfacente il modo di realizzazione del collegamento elettrico fra le areole conduttrici E della membrana e il rive5

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stimento metallico dei fori di collegamento F del sopporto. In effetti le resine conduttrici utilizzate, che tipicamente sono del tipo a matrice organica, legano in modo non sempre assolutamente sicuro ed affidabile con il materiale metallico inorganico di rivestimento dei fori F del sopporto e con il materiale inorganico che forma le areole conduttrici E della membrana 1. Inoltre l'iniezione della resina conduttrice in detti fori risulta operazione poco agevole ed incide in misura apprezzabile sui tempi complessivi di realizzazione del sensore.

La presente invenzione ha dunque lo scopo di proporre un procedimento del tipo specificato in precedenza, il quale consenta di realizzare in modo più rapido, sicuro ed affidabile il collegamento meccanico ed elettrico fra due corpi aventi le caratteristiche precedentemente definite ed in particolare tra la membrana ed il sopporto di un dispositivo sensore di pressione del tipo sopra descritto.

Tale scopo viene realizzato secondo l'invenzione mediante un procedimento del tipo sopra specifiato, la caratteristica principale del quale risiede nel fatto che, prima della giustapposizione di detti corpi sulla faccia del secondo corpo destinata ad essere rivolta al primo in adiacenza a detto almeno un foro viene depositato un riporto di materiale conduttivo in matrice vetrosa, il quale almeno in parte si estende nel foro e si collega al rivestimento metallico di detto foro; detti corpi essendo quindi giustapposti ponendo i rispettivi strati di collante a contatto fra loro e il riporto conduttivo del secondo corpo a contatto con l'elemento conduttore del primo; detti corpi essendo indi sottoposti a riscaldamento in modo tale da realizzare contemporaneamente la fusione degli strati di collante e la sinterizzazione del riporto conduttivo applicato al secondo corpo e l'adesione di tale riporto all'elemento conduttore del primo corpo.

L'invenzione riguarda inoltre i dispositivi realizzabili con tale procedimento.

Le suddette caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento ai disegni allegati, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

La fig. 1 già descritta, mostra in prospettiva un sensore di pressione a cui è applicabile il procedimento secondo l'invenzione,

la fig. 2 già descritta, è una vista in prospettiva esplosa del sensore di pressione mostrato nella fig. 1,

la fig. 3 già descritta, è una vista in prospettiva dal basso del sensore della fig. 1,

le figg. 4 e 5, già descritte, sono viste parziali sezionate, in scala maggiorata, che mostrano la membrana ed il sopporto del sensore della fig. 1 prima e dopo il loro collegamento meccanico ed elettrico secondo i procedimenti anteriori, e le figg. 6 e 7 sono viste parziali, sezionate, analoghe a quelle mostrate nelle figg. 4 e 5 ed illustranti la membrana ed il supporto del sensore della fig. 1 prima e dopo il loro collegamento con il procedimento secondo l'invenzione.

Per realizzare un sensore di pressione del tipo sopra descritto secondo l'invenzione si predispongono una membrana 1 ed un supporto 2 sostanzialmente nel modo descritto in precedenza. In particolare vengono innanzitutto depositate con la tecnica del film spesso le piste conduttrici P e le areole E sulla membrana 1. Segue una fase di cottura in forno. Vengono quindi se-rigrafate sulla membrana 1 resistori a film spesso R. Segue un ulteriore passaggio in forno. Si procede quindi alla deposizione dello strato di collante vetroso 5 costruito ad esempio dal materiale commercializzato dalla società statunitense ESL con la sigla commerciale 4026 A, sempre con tecnica serigrafica, lasciando libere delle areole circolari o ellittiche 5a in corrispondenza delle areole conduttrici E. Analogamente, anche sul supporto 2 vengono inizialmente serigrafate le piste Q e le areole conduttrici I, e si procede alla metallizzazione della parete dei fori F. Il supporto viene quindi passato in forno. Sulla porzione anulare a risalto 2a viene quindi depositato lo strato di collante vetroso 4, lasciando libere le areole 4a intorno alle aperture di sbocco dei fori F. Dopo tale sequenza di operazioni la membrana 1 e il sopporto 2 assumono le rispettive configurazioni mostrate nella figura 4.

Secondo l'invenzione, prima di procedere alla giustapposizione della membrana sul supporto, sulla porzione anulare a risalto 2a di quesf'ultimo vengono depositati per serigrafia riporti conduttivi nelle aperture 4a lasciate libere dallo strato di collante 4. Un tale riporto è mostrato ad esempio nella fig. 6, ove è indicato con W. Tale riporto è preferibilmente costituito da una pasta conduttrice per film spesso, incorporante particelle di materiale metallico in una matrice di tipo vetroso ad esempio il materiale commercializzato dalla società DU PONT con la sigla 9596. Ciascun riporto è effettuato di fatto deponendo una piccola quantità di una siffatta pasta conduttrice sull'apertura di sbocco superiore di un foro F, applicando al contempo una depressione all'apertura di sbocco inferiore di tale foro, in modo tale da risucchiare almeno una parte di tale materiale sulle pareti del foro stesso. Il riporto W si estende dunque sui margini dell'apertura di sbocco superiore del foro F ed all'interno del foro, sovrapponendosi al rivestimento metallico C. Dopo la loro deposizione sul supporto 2, i riporti conduttivi W vengono essiccati, mantenendoli ad esempio a 150°C per 20-30 minuti.

Prove eseguite dagli inventori hanno indicato che gli spessori ottimali (a secco) dei vari elementi o strati depositati sulla membrana 1 e sul supporto 2 sono compresi nei seguenti campi:

— spessore degli elementi conduttivi E: 5-15 micron, e preferibilmente 10-12 micron;

— spessore dello strato di collante S depositato sulla membrana 1: 15-30 micron, preferibilmente 20-25 micron;

— spessore dello strato di collante 4 depositato sul supporto 2: 5-15 micron, preferibilmente 10-12 micron;

— spessore dei riporti conduttivi W: 15-40 micron.

Si è inoltre constatato che i migliori risultati si sono conseguiti quando la somma degli spessori degli elementi conduttivi E e dei riporti W superavano la somma degli spessori degli strati di collante 4 e 5 in misura compresa fra 4 e 25 micron.

Dopo l'essiccazione, la membrana 1 può essere giustapposta sul sopporto 2, in modo tale che i rispettivi strati di collante vetroso 4-5 risultino affacciati tra loro, e la porzione anulare di sommità dei riporti conduttivi W venga a contatto con la corrispondente areola conduttiva E della membrana 1.

Il supporto e la membrana su di esso giustapposta vengono quindi passati in forno dove vengono portati ad una temperatura tale da provocare la refusione degli strati collanti vetrosi 4 e 5, che vengono a formare un tutt'uno e realizzare lo stabile legame per sintetizzazione dei materiali costituenti i riporti conduttivi W e le areole conduttrici E. Il legame realizzato in tal modo risulta a matrice vetrosa, e quindi estremamente solido e stabile.

Nel procedimento secondo l'invenzione non risulta più dunque necessario ricorrere all'iniezione di resine conduttrici ed alla loro successiva polimerizzazione. Inoltre, sia dal punto di vista meccanico che dal punto di vista elettrico il collegamento fra le areole conduttrici E della membrana 1 e il rivestimento metallico C del supporto risulta assai più saldo ed affidabile. Assai meno critica risulta inoltre la realizzazione del rivestimento metallico della parete dei fori di collegamento F, in quanto grazie all'aspirazione del materiale costituente i riporti W all'interno dei fori F nella fase della deposizione di tali riporti, non è più strettamente necessario che il rivestimento conduttivo C dei fori si estenda perfettamente sull'intera lunghezza assiale dei fori.

L'operazione di deposizione serigrafica dei riporti conduttivi W può essere eseguita in modo assai celere e veloce.

In definitiva, il procedimento secondo l'invenzione consente

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di ridurre il numero di operazioni necessarie per la realizzazione ad esempio del sensore di pressione illustrato, con le conseguenti economie di fabbricazione. Inoltre esso garantisce la realizzazione di collegamenti meccanici ed elettrici assai più saldi ed affidabili rispetto a quanto possibile con i procedimenti anteriori.

Sebbene nella descrizione che precede il procedimento secondo l'invenzione sia stato descritto con riferimento alla realizzazione di un sensore di pressione, è evidente che nella sua accezione più generale il procedimento non deve inten-5 dersi affatto limitato alla sola realizzazione di tale tipo di dispositivo.

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1 foglio disegni

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1. Procedimento per realizzare il collegamento meccanico ed elettrico fra un primo corpo (1) ed un secondo corpo (2), in particolare la membrana (1) ed il sopporto (2) di un dispositivo sensore di pressione, dei quali corpi il primo (1) sulla faccia destinata ad essere rivolta al secondo (2) reca almeno un elemento conduttore (E), e il secondo (2) fra la faccia (2a) rivolta al primo corpo (1) e la faccia opposta (2b) presenta almeno un foro (F) passante di collegamento elettrico provvisto almeno in parte di un rivestimento (C) di materiale elettricamente conduttore destinato ad essere collegato elettricamente a detto elemento conduttore (E) del primo corpo (1), il procedimento comprendendo le operazioni di applicare su porzioni superficiali corrispondenti del primo e del secondo corpo (1, 2) un rispettivo strato di collante vetroso (5, 4), giustapporre detti corpi (1, 2) ponendo i rispettivi strati di collante (5, 4) a contatto fra loro, e riscaldare detti strati di collante (5, 4) in modo tale da provocarne la fusione, caratterizzato dal fatto che prima della giustapposizione di detti corpi (1, 2) sulla faccia (2a) del secondo corpo (2) destinata ad essere rivolta al primo (1), in adiacenza a detto almeno un foro (F) viene depositato un riporto (W) di materiale elettricamente conduttivo a matrice vetrosa; il quale riporto (W) si estende almeno in parte nel foro (F) e si collega al rivestimento di materiale conduttore (C) di detto foro (F); detti corpi essendo successivamente giustapposti disponendo i rispettivi strati di collante (5, 4) affacciati fra loro e il riporto conduttivo (W) del secondo corpo (2) a contatto con l'elemento conduttore (E) corrispondente del primo corpo (1); detti corpi essendo quindi sottoposti a riscaldamento in modo tale da realizzare contemporaneamente la fusione degli strati di collante (5, 4) e la sinterizzazione del riporto conduttivo (W) applicato al secondo corpo (2) e l'adesione di tale riporto all'elemento conduttore (E) del primo corpo (1).

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un riporto (W) è depositato con la tecnica del film spesso.

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RIVENDICAZIONI

3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che lo spessore dello strato di collante (S) depsitato sul primo corpo (1) è compreso fra 15 e 30 micron, e preferibilmente fra 20 e 25 micron, lo spessore dello strato di collante (4) depositato sul secondo corpo (2) è compreso fra 5 e 15 micron, e preferibilmente fra 10 e 12 micron, lo spessore di detto almeno un elemento conduttore (E) del primo corpo (1) è compreso fra 5 e 15 micron, e preferibilmente fra 10 e 12 micron, e lo spessore di detto almeno un riporto conduttivo (W) è compreso fra 15 e 40 micron.

4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la somma degli spessori di detti almeno un elemento conduttore (E) e di detto almeno un riporto conduttivo (W) è maggiore della somma degli spessori di detti strati di collante (4, 5).

5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la somma degli spessori di detto almeno un elemento conduttore (E) e detto almeno un riporto conduttivo (W) supera la somma degli spessori di detti strati di collante di 4-^25 micron.

6. Dispositivi, in particolare di un sensore di pressione, realizzati con il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.