CN103604556A - 一种流体压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种流体压力传感器，包含取样管和与取样管配合连接的壳体底座，在壳体底座中设置有集成芯片，集成芯片由MEMS压力传感器芯片和校准芯片集成，并且MEMS压力传感器芯片和校准芯片相连接，其中，MEMS压力传感器芯片用于感测液体的压力，并将压力信号转换成电信号进行输出，校准芯片用于对MEMS压力传感器芯片的输出进行补偿。本发明通过在流体压力传感器的壳体底座中设置MEMS压力传感器芯片和校准芯片集成的集成芯片，能够缩小流体压力传感器。

Description

一种流体压力传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种流体压力传感器。

背景技术

流体压力传感器内部使用基于硅基MEMS技术加工的压力传感器芯片，称为MEMS压力传感器芯片。在流体压力传感器中，当流体压力作用于MEMS压力传感器芯片上时，引起压力敏感膜片发生形变，压力敏感膜片上的压敏电阻由于压阻效应而产生电阻变化，从而导致压力感测元件中由压敏电阻组成的惠斯顿电桥产生电信号输出，实现了压力信号到电信号的转换。

现有技术中，流体压力传感器包含取样管和与取样管配合连接的壳体底座，在壳体底座中，设置有MEMS压力传感器芯片和校准芯片，MEMS压力传感器芯片和校准芯片分开设置在所述壳体底座中，因此占用传感器的空间较大。而且，在现有技术中，取样管和壳体底座限位配合后通过胶水密封，并不能保证固定的牢固度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种流体压力传感器，能够缩小流体压力传感器的体积。

为达此目的，本发明提供了一种流体压力传感器，包含取样管和与所述取样管配合连接的壳体底座，在所述壳体底座中设置有集成芯片，所述集成芯片由MEMS压力传感器芯片和校准芯片集成，并且所述MEMS压力传感器芯片和所述校准芯片相连接，其中，所述MEMS压力传感器芯片用于感测液体的压力并进行输出，所述校准芯片用于对所述MEMS压力传感器芯片的输出进行补偿。

优选地，所述MEMS压力传感器芯片包含：

衬底，其底部具有凹槽；

压力敏感膜片，位于所述凹槽上，并且可变形；

压力感测元件，位于所述压力敏感膜片上，具有二个以上压敏电阻，

并且，所述壳体底座具有与所述凹槽相配合的通气孔。

优选地，所述MEMS压力传感器芯片和所述校准芯片通过金丝电连接。

优选地，所述取样管和所述壳体底座通过卡扣或者螺旋配合的方式连接。

优选地，在所述取样管和所述壳体底座通过卡扣或者螺旋配合的方式进行连接后的结合处添加壳体粘结剂进行固定。

优选地，所述集成芯片表面设置有凝胶。

优选地，在所述壳体底座上所述通气孔周边设置限位块，所述限位块与所述压力敏感膜片之间具有预定距离，所述集成芯片通过位于所述限位块与所述MEMS压力传感器芯片的衬底之间的芯片粘结剂固定在所述壳体底座的底部上。

优选地，所述壳体底座的底部设置有金属导线，所述金属导线通过所述底部延伸到所述壳体底座外侧，形成与外部电路连接的端子。

优选地，所述MEMS压力传感器芯片和所述校准芯片通过金丝与所述金属导线连接。

本发明通过在流体压力传感器的壳体底座中设置MEMS压力传感器芯片和校准芯片集成的集成芯片，能够缩小流体压力传感器。

附图说明

图1是本发明实施例的流体压力传感器的正视图；

图2是本发明实施例的流体压力传感器的俯视图；

图3是本发明实施例的流体压力传感器的仰视图；

图4是本发明实施例的流体压力传感器的侧视图；

图5是本发明实施例的流体压力传感器沿A-A线的截面剖视图；

图6是本发明实施例的流体压力传感器沿B-B线的截面剖视图；以及

图7A和图7B是本发明实施例的流体压力传感器的取样管的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1是本发明实施例的流体压力传感器的正视图；图2是本发明实施例的流体压力传感器的俯视图；图3是本发明实施例的流体压力传感器的仰视图；图4是本发明实施例的流体压力传感器的侧视图；图5是本发明实施例的流体压力传感器沿A-A′线的截面剖视图。

如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种流体压力传感器，包含取样管1和与所述取样管1配合连接的壳体底座2，在所述壳体底座2中设置有集成芯片，所述集成芯片由MEMS压力传感器芯片212和校准芯片213集成，并且所述MEMS压力传感器芯片212和所述校准芯片213相连接，其中，所述MEMS压力传感器芯片212用于感测液体的压力，并将感测的压力信号转换为电信号进行输出，所述校准芯片213用于对所述MEMS压力传感器芯片212的输出进行补偿。

其中，取样管1具有流道101，流道101用于将流体引入至壳体底座2中。壳体底座2具有凸台211，取样管1和壳体底座2在进行配合时，在中间放置有金属圆片4，金属圆片4上具有金属圆片通孔401，金属圆片通孔401比流道101小，两者在进行配合时，金属圆片通孔401和流道101的中心相对准。金属圆片4用于在取样管1和壳体底座2在进行配合连接时进行中间衔接。

流体压力传感器的取样管1与壳体底座2为可配合结构，两者可以单独制备，而且可以根据不同的应用环境制作不同类型的取样管，以适应不同的接口类型，从而降低流体压力传感器组装的成本。

本发明实施例通过在流体压力传感器的壳体底座中设置MEMS压力传感器芯片和校准芯片集成的集成芯片，能够缩小流体压力传感器。进一步地，MEMS芯片与校准IC可以平行紧凑地集成在集成芯片中，使整体封装尺寸大大缩小。优选地，所述MEMS压力传感器芯片212和所述校准芯片213通过金丝电连接，使用金丝连接相比铜丝可以实现更好的传导性。

优选地，所述MEMS压力传感器芯片212包含：衬底，其底部具有凹槽；压力敏感膜片2121，位于所述凹槽上，并且可变形；压力感测元件，位于所述压力敏感膜片上，具有二个以上压敏电阻，并且，所述壳体底座2具有与所述凹槽相配合的通气孔209。

其中，压力敏感膜片2121是由硅基半导体衬底经腐蚀形成易于形变的。在MEMS压力传感器芯片正下方的壳体底座2底壁有通气孔209，通气孔209用于将MEMS膜片与大气连通，释放MEMS薄膜背腔压力，以保持MEMS压力传感器芯片腔体内压力与大气压力相同。

优选地，所述取样管1和所述壳体底座2通过卡扣或者螺旋配合的方式连接。进一步地优选地，在所述取样管和所述壳体底座通过卡扣或者螺旋配合的方式进行连接后的结合处添加壳体粘结剂3进行固定。

其中，取样管1与壳体底座2之间采用两级固定，一级固定是使用卡扣或者螺旋配合的方式，如图5所示，取样管1上具有外螺纹102，壳体底座2具有内螺纹210，外螺纹102和内螺纹210可以配合连接，使其在震动或用力时不致脱落；二级固定是在卡扣或者螺旋配合的方式的同时，通过对取样管与外壳形成的凹槽添加壳体粘结剂3固定（如图3所示），壳体粘结剂同时具有密封作用，使流体通过取样管1进入壳体后不会泄露。其中，壳体粘结剂可以为德邦6309号粘结剂。

优选地，所述集成芯片表面设置有凝胶，所述凝胶可以使用527密封胶。在MEMS压力传感器芯片与校准IC表面设有实现压力传导的凝胶，以保护集成芯片上引线，使MEMS压力传感器的抗震性大大提高。

优选地，在所述壳体底座2上所述通气孔209周边设置限位块214，所述限位块214与所述压力敏感膜片2121之间具有预定距离，所述集成芯片通过位于所述限位块214与所述MEMS压力传感器芯片212的衬底之间的芯片粘结剂固定在所述壳体底座2的底部上。

其中，在壳体底座2的底壁的通气孔209边缘具有环状凸起的限位块214，限位块214顶部与压力敏感膜片2121底部具有足够空间，不会影响压力敏感膜片2121的形变。限位块214和MEMS压力传感器芯片212的衬底之间形成可容纳芯片粘结剂的凹槽，该限位块214具有限位作用，可将MEMS压力传感器芯片限定在适当位置，而且通过该限位块214与MEMS压力传感器芯片212的衬底形成的凹槽可以防止芯片粘结剂流入通气孔209。

图6是本发明实施例的流体压力传感器沿B-B线的截面剖视图。如图6所示，所述壳体底座2的底部设置有金属导线，所述金属导线通过所述底部延伸到所述壳体底座2外侧，形成与外部电路连接的端子。优选地，所述MEMS压力传感器芯片和所述校准芯片通过金丝与所述金属导线连接。

进一步优选地，端子对称位于所述壳体底座2的底部外侧，用于与外部电路连接。由于壳体底座2的腔体内的芯片放置紧凑，故采用芯片间打线以节省空间，以降低流体传感器封装体的整体尺寸，优选地，可以选择金线作为打线，以实现相比铜线来说更好的传导性。

如图6所示，壳体底座2的底部设有八个端子，分别为第一端子201、第二端子202、第三端子203、第四端子204、第五端子205、第六端子206、第七端子207和第八端子208，八个端子通过埋入底壁的金属导线连接到校准芯片213上，埋层中的金属导线之间具有一定的间距，以使相互之间绝缘。

在进行检测时，流体通过取样管1的流道101流进壳体底座中，进入壳体的流体将压力通过凝胶传递到MEMS压力传感器芯片的压力敏感膜片2121，压力敏感膜片2121上的压敏电阻由于压阻效应而产生电阻变化，从而导致由压敏电阻组成的惠斯特电桥产生电信号进行输出，实现了压力信号到电信号的转换。

本发明实施例通过在流体压力传感器的壳体底座中设置MEMS压力传感器芯片和校准芯片集成的集成芯片，能够缩小流体压力传感器；而且流体压力传感器使用两级固定方式，可以增加流体传感器的牢固度；而且在MEMS压力传感器芯片与校准芯片的表面设有实现压力传导的凝胶，以保护芯片上引线，使流体压力传感器的抗震性大大提高。

图7A和图7B是本发明实施例的流体压力传感器的取样管的示意图。

流体压力传感器的取样管1与壳体底座2为可配合结构，两者可以单独制备，而且可以根据不同的应用环境制作不同类型的取样管，以适应不同的接口类型，从而降低流体压力传感器组装的成本。

如图7A和7B所示，由于取样管1和壳体底座1为独立部件，可以单独更改取样管1的外形以便适应不同的使用环境，比如，在图7A中，取样管采用两级圆管连接而成，而在图7B中，取样管采用一级圆管制成，这两种取样管分别使用在不同的环境中。本发明实施例中的取样管可以根据具体的环境更改外形，并不受本发明实施例所描述的内容的限制。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种流体压力传感器，包含取样管和与所述取样管配合连接的壳体底座，其特征在于，在所述壳体底座中设置有集成芯片，所述集成芯片由MEMS压力传感器芯片和校准芯片集成，并且所述MEMS压力传感器芯片和所述校准芯片相连接，其中，所述MEMS压力传感器芯片用于感测液体的压力并进行输出，所述校准芯片用于对所述MEMS压力传感器芯片的输出进行补偿。

2.根据权利要求1所述的流体压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器芯片包含：

衬底，其底部具有凹槽；

压力敏感膜片，位于所述凹槽上，并且可变形；

压力感测元件，位于所述压力敏感膜片上，具有二个以上压敏电阻，

并且，所述壳体底座具有与所述凹槽相配合的通气孔。

3.根据权利要求1所述的流体压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器芯片和所述校准芯片通过金丝电连接。

4.根据权利要求1所述的流体压力传感器，其特征在于，所述取样管和所述壳体底座通过卡扣或者螺旋配合的方式连接。

5.根据权利要求4所述的流体压力传感器，其特征在于，在所述取样管和所述壳体底座通过卡扣或者螺旋配合的方式进行连接后的结合处添加壳体粘结剂进行固定。

6.根据权利要求1或2所述的流体压力传感器，其特征在于，所述集成芯片表面设置有凝胶。

7.根据权利要求2所述的流体压力传感器，其特征在于，在所述壳体底座上所述通气孔周边设置限位块，所述限位块与所述压力敏感膜片之间具有预定距离，所述集成芯片通过位于所述限位块与所述MEMS压力传感器芯片的衬底之间的芯片粘结剂固定在所述壳体底座的底部上。

8.根据权利要求1所述的流体压力传感器，其特征在于，所述壳体底座的底部设置有金属导线，所述金属导线通过所述底部延伸到所述壳体底座外侧，形成与外部电路连接的端子。

9.根据权利要求8所述的流体压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器芯片和所述校准芯片通过金丝与所述金属导线连接。

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