CN101581615A - 新型硅压力传感器与其加工方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型硅压力传感器，其中，传感器组件由壳体、传感器裸片、邦定线与传感器支架构成，传感器组件还包括PCB板与高性能粘接胶，传感器裸片通过高性能粘接胶固定于PCB板的表面，传感器裸片的内部设有采用硅与玻璃制成的引压腔或背压腔，邦定线的两端分别与传感器裸片及PCB板相连接，在PCB板的下侧表面还设有密封圈与缓冲垫。本发明体积小、结构简单、精度高、可靠性好，寿命长，抗冲击能力强、使用方便，能够有效解决低成本直接检测液体压力与气体压力的难题。其加工方法包括邦定、保护、装配、检漏、封装与调试补偿六个步骤，其加工方法简单，便于实现大规模自动化生产。本发明适合对汽车机油压力、燃油压力、刹车压力、冷媒压力、空压机压力与水泵水压等多领域的检测与应用。

Description

新型硅压力传感器与其加工方法及应用

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其是一种可直接对液体与气体介质进行测量的新型硅压力传感器与其加工方法及应用。

背景技术

由于半导体传感器具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好、制造工艺与半导体集成电路平面工艺兼容等特点，现在已经被应用到非常广阔的领域--如汽车、医学、航天、环境等。

目前，市面上使用的硅片压力传感器绝大多数中采用弹性膜片充油隔离做成能测液体介质的压力传感器，用硅片表面(正面)添加硅胶保扩的办法测量气体的压力，由于充油方式硅片压力传感器的工艺复杂成本高，加硅胶保护的方法只能检测气体介质，且可靠性差；另外也有少数背面测压的表压压力传感器或绝压传感器，但采用的方式不能直接检测液体介质或压力冲击寿命短，不能满足实际应用过程的中需求，还可能导致传感器输出不稳定的现象发生。目前市面上还没有比较完善的可直接测液体的成熟产品，主要原因是在粘接胶、硅片传感器的选择及工艺上存在缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、结构简单、精度高、可靠性好，寿命长，抗冲击能力强、使用方便的一种新型硅压力传感器。

本发明的另一目的是提供一种加工方法简单、成本低，易于实现自动化生产的新型硅压力传感器的加工方法。

本发明的又一目的是提供一种新型硅压力传感器，可用于对直接对液体介质或气体介质进行精确测量。

为实现上述目的，本发明提供一种新型硅压力传感器，包括传感器组件与补偿电路组件，所述补偿电路组件设置于所述传感器组件的外侧，所述传感器组件由壳体、传感器祼片、邦定线与传感器支架构成，所述传感器组件还包括PCB板与高性能粘接胶，所述传感器裸片通过所述高性能粘接胶固定于所述PCB板的表面，所述传感器裸片的内部设有采用硅与玻璃制成的引压腔或背压腔。

所述PCB板的上侧表面设有多个焊盘，内部设有贯通的引压孔，所述引压孔的位置与所述背压腔的位置相对应。

所述邦定线的两端分别与所述传感器裸片及所述PCB板相连接。

所述PCB板的表面设有传感器引出线，所述传感器引线的另一端与所述补偿电路组件相连接。

所述PCB板的下侧表面还设有密封圈与缓冲垫(根据测量介质的情况确定是否采用)，所述缓冲垫设置于所述密封圈内部。

所述传感器支架设置于所述传感器裸片的外侧，并且通过固定件将所述PCB板与所述密封圈设置于所述壳体内部的腔体中。

所述壳体由外壳底座与外壳上盖构成，在所述外壳底座与所述外壳上盖之间还设有缓冲装置。

本发明还提供一种新型硅压力传感器的加工方法，包括以下步骤：

(1)、邦定：将高性能粘接胶涂于清洁后的PCB板的粘接区域，将传感器裸片的粘接区PCB板上侧，并且使传感器裸片的引压腔或背压腔与PCB板的引压孔相对应后，高温固化粘接胶，固定传感器，采用焊接的方式将邦定线的两端分别与PCB板及传感器裸片相连接；

(2)、保护：将传感器支架粘接于PCB板的上侧，使传感器裸片安装于传感器支架的内部；

(3)、装配：采用焊接的方式将传感器引线的一端与PCB板表面的焊盘相连接，在PCB板的下侧设置密封圈与缓冲垫(根据需要安置)后，通过固定件安装于壳体底座内部的腔体中；

(4)、检漏：将装配好的传感器置于常温、-40℃及120℃的温度环境下，加规定的压力进行检漏；

(5)、封装：将补偿电路组件设置于传感器支架的外侧，并且传感器引线的另一端与补偿电路组件相连接，将变送器输出线由补偿电路组件的上侧引出后，将壳体的上盖扣合于补偿电路组件的上侧；

(6)、调试补偿：将装配后的产品装入压力工装中，与标定系统的接入线相连接，进行各温度点的批量校准，校准完成后进行性能测试，合格品完成基本工艺过程。

本发明同时提供一种新型硅压力传感器在对液体介质进行精确测量方面的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种新型硅压力传感器，包括传感器组件与补偿电路组件，其中，传感器组件由壳体、传感器裸片、邦定线与传感器支架构成，传感器组件还包括PCB板与高性能粘接胶，传感器棵片通过高性能粘接胶固定于PCB板的表面，传感器裸片的内部设有采用硅与玻璃制成的背压腔，邦定线的两端分别与传感器裸片及PCB板相连接，在PCB板的下侧表面还设有密封圈与缓冲垫。本发明体积小、结构简单、精度高、可靠性好，寿命长，抗冲击能力强、使用方便，能够有效解决低成本直接检测液体与气体压力的难题。其加工方法包括邦定、保护、装配、检漏、封装与调试补偿六个步骤，其加工方法简单，便于实现大规模自动化生产。本发明适合对汽车机油压力、燃油压力、刹车压力、冷媒压力、空压机压力、水泵水压等多领域的检测，由于其工作温度范围为-40℃～130℃，因此，还用于在低温恶劣环境下对各领域流体或气体的检测与控制。

附图说明

图1为本发明加工方法流程图；

图2为本发明加工方法中邦定步骤完成后结构示意图；

图3为本发明加工方法中保护步骤完成后结构示意图；

图4为本发明加工方法中装配步骤完成后结构示意图；

图5为本发明加工方法中封装步骤完成后结构示意图；

图6为本发明在液体介质测量方面应用产品的结构示意图。

主要元件符号说明如下：

1传感器裸片            2PCB板         3背压腔

4高性能粘接胶          5引压孔        6邦定线

7传感器支架            8安装孔        9焊盘

10外壳底座             11密封圈       12缓冲垫

13引压孔               14密封槽       15传感器引出线

16补偿电路组件         17变送器引出线 18外壳上盖

19出线口               20接插件       21缓冲装置

22变送器外壳           23连接螺纹     24引压孔

25传感器组件

具体实施方式

为了更清楚的表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图2至图5所示，本发明提供一种新型硅压力传感器，包括传感器组件与补偿电路组件16，补偿电路组件16设置于传感器组件的外侧。其中，传感器组件由外壳底座10、外壳上盖18、传感器裸片1、邦定线6与传感器支架7构成，传感器组件还包括PCB板2与高性能粘接胶4，传感器裸片1通过高性能粘接胶4固定于PCB板2的上侧表面，传感器裸片1的内部设有背压腔3，该背压腔3采用硅与玻璃制成。高性能粘接胶4可用具有耐水、耐油、耐酸碱、耐冲击效果、工作温度范围宽、绝缘高度高的环氧树脂胶、玻璃粉烧结或其他具有上述功能的粘接密封胶体制成。在PCB板的内部设有贯通的引压孔5，该引压孔5的位置与传感器裸片1内部的背压腔3的位置相对应。在PCB板2的表面设有传感器引出线15，传感器引出线15的另一端与补偿电路组件16相连接，在PCB板2的下侧表面还设有密封圈11与缓冲垫12，密封圈的形状为O型，缓冲垫12设置于O型密封圈11的内部。缓冲垫的一侧表面设有凸起，该凸起的与PCB板表面的引压孔5位置相对应。由于PCB板的表面设有多个焊盘9，因此，邦定线6的两端采用焊接的方式分别与传感器裸片及PCB板相连接。传感器支架7设置于传感器裸片1的外侧，并且通过固定件将PCB板2与密封圈11及缓冲垫12设置于外壳底座10内部的腔体中。该固定件由固定螺钉与预埋钢件构成。安装时，固定螺钉通过传感器支架表面的安装孔8进入后，与外壳底座10内部腔体中的预埋钢件螺纹连接，从而使传感器支架7、传感器裸片1、PCB板2与密封圈11及缓冲垫12固定于外壳底座10内部的腔体中。在外壳底座的表面还设有多个密封槽14，内部还设有引压孔13，该引压孔13的位置与缓冲垫12的一端相对应。传感器引线15的一端采用焊接的方式固定于PCB板2表面的焊盘上，另一端则与补偿电路组件16相连接，从而将传感器支架外侧的补偿电路组件16与传感器支架内侧的PCB板2连接在一起。外壳上盖18扣合于补偿电路组件16的外侧，在外壳底座10与外壳上盖16之间还设有缓冲装置21，该缓冲装置21可采用弹簧、弹片等弹性部件，也减轻在对介质测量时外壳底座与外壳上盖之间缓冲。在外壳上盖18的表面还设有出线口19，该出线口用于将与外壳上盖18内侧的补偿电路组件16表面连接的变送器引线17引出，该变送器引线17的另端则与外部的其他装置相连接。

本发明体积小、结构简单、精度高、可靠性好、寿命长、抗冲击能力强、使用方便，能够有效解决低成本直接检测液体与气体压力的难题。

如图1至图5所示，本发明提供一种新型硅压力传感器的加工方法加主要包括邦定、保护、装配、检漏、封装与调试补偿六个步骤：

(1)、邦定：将高性能粘接胶涂于清洁后的PCB板的粘接区域，将传感器裸片的粘接区PCB板上侧，并且使传感器裸片的引压腔或背压腔与PCB板的引压孔相对应后，高温固化粘接胶，固定传感器，采用焊接的方式将邦定线的两端分别与PCB板及传感器裸片相连接；

(2)、保护：将传感器支架粘接于PCB板的上侧，使传感器裸片安装于传感器支架的内部；

(3)、装配：采用焊接的方式将传感器引线的一端与PCB板表面的焊盘相连接，在PCB板的下侧设置密封圈与缓冲垫(根据需要安置)后，通过固定件安装于壳体底座内部的腔体中；

(4)、检漏：将装配好的传感器置于常温、-40℃及120℃的温度环境下，加规定的压力进行检漏；

(5)、封装：将补偿电路组件设置于传感器支架的外侧，并且传感器引线的另一端与补偿电路组件相连接，将变送器输出线由补偿电路组件的上侧引出后，将壳体的上盖扣合于补偿电路组件的上侧；

(6)、调试补偿：将装配后的产品装入压力工装中，与标定系统的接入线相连接，进行各温度点的批量校准，校准完成后进行性能测试，合格品完成基本工艺过程。

图6为本发明在液体介质测量方面应用的示意图，包括传感器组件25、补偿电路组件16、接插件20与变送器外壳22。传感器组件25与补偿电路组件16装配后设置于变送器外壳22的内部腔体中，在变送器外壳的内部还设有引压孔24，该的位置与传感器组件外壳底座外侧表面的密封槽的位置相对应，在引压孔24的外侧表面还设有连接螺纹23。补偿电路组件16通过其表面引出的变送器引线17与接插件20相连接。经上述封装后，该装置形成机油压力传感器，便可对机油压力进行测量。

另外，通过对本发明提供的硅压力传感器进行不同封装形式，适用于对液体或气体等多领域的测量，由于其工作时的温度达-40℃～130℃，因此，还用于在低温恶劣环境下对各领域流体或气体的控制与检测。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士.在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1、一种新型硅压力传感器，包括传感器组件与补偿电路组件，所述补偿电路组件设置于所述传感器组件的外侧，所述传感器组件由壳体、传感器祼片、邦定线与传感器支架构成，其特征在于，所述传感器组件还包括PCB板(包括陶瓷材质及玻纤板材)与高性能粘接胶(该胶具有耐高温、耐低温、防水耐油、耐弱酸碱、耐冲击等特性，如环氧树脂胶、玻璃粉烧结等)，所述传感器祼片通过所述高性能粘接胶固定于所述PCB板的表面，所述传感器裸片的内部设有采用硅与玻璃制成的引压腔或背压腔。

2、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器，其特征在于，所述PCB板的上侧表面设有多个焊盘，内部设有贯通的引压孔，所述引压孔的位置与所述传感器引压腔或背压腔的位置相对应。

3、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器，其特征在于，传感器裸片与PCB板之间采用的是高性能粘接胶粘接或玻璃粉烧结而成。

4、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器，其特征在于，所述邦定线的两端分别与所述传感器裸片及所述PCB板相连接。

5、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器，其特征在于，所述PCB板的表面设有传感器引出线，所述传感器引线的另一端与所述补偿电路组件相连接。

6、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器，其特征在于，所述PCB板的下侧表面还设有密封圈与缓冲垫，所述缓冲垫设置于所述密封圈内部。

7、如权利要求1或5所述的一种新型硅压力传感器，其特征在于，所述传感器支架设置于所述传感器裸片的外侧，并且通过固定件将所述PCB板与所述密封圈设置于所述壳体内部的腔体中。

8、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器，其特征在于，所述壳体由外壳底座与外壳上盖构成，在所述外壳底座与所述外壳上盖之间还设有缓冲装置。

9、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、邦定：将高性能粘接胶涂于清洁后的PCB板的粘接区域，将传感器裸片的粘接区PCB板上侧，并且使传感器裸片的引压腔或背压腔与PCB板的引压孔相对应后，高温固化粘接胶，固定传感器，采用焊接的方式将邦定线的两端分别与PCB板及传感器裸片相连接；

(2)、保护：将传感器支架粘接于PCB板的上侧，使传感器裸片安装于传感器支架的内部；

(3)、装配：采用焊接的方式将传感器引线的一端与PCB板表面的焊盘相连接，在PCB板的下侧设置密封圈与缓冲垫(根据需要安置)后，通过固定件安装于壳体底座内部的腔体中；

(4)、检漏：将装配好的传感器置于常温、-40℃及120℃的温度环境下，加规定的压力进行检漏，合格后进行下步；

(5)、封装：将补偿电路组件设置于传感器支架的外侧，并且传感器引线的另一端与补偿电路组件相连接，将变送器输出线由补偿电路组件的上侧引出后，将壳体的上盖扣合于补偿电路组件的上侧；

(6)、调试补偿：将装配后的产品装入压力工装中，与标定系统的接入线相连接，进行各温度点的批量校准，校准完成后进行性能测试，合格品完成基本工艺过程。

10、如权利要求1所述的一种新型硅压力传感器在对液体介质进行低成本精确测量方面的应用。

Images