CN105067179B - 一种陶瓷电容式压力传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种陶瓷电容式压力传感器及制造方法。属于压力传感器技术领域。它主要是解决现有陶瓷电容式压力传感器初始容量偏差大和陶瓷基板间粘结强度低的问题。它的主要特征是：在陶瓷薄基板与陶瓷厚基板之间设置环形玻璃生膜片，通过控制其厚度来精确控制陶瓷薄基板与陶瓷厚基板之间的距离，从而精确控制陶瓷电容的容量初始值；同时还在于通过使用500~700℃烧结的玻璃粉。本发明具有保证基板间良好的密封性和粘结强度，提高压力传感器可靠性的特点，主要用于陶瓷电容式压力传感器。
Description
技术领域
本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种陶瓷电容式压力传感器及其制造方法。
背景技术
目前陶瓷电容式压力传感器都是在厚薄两片陶瓷基板的各相对面设置电极，并采用陶瓷小球、树脂小球、低温共烧（LTCC）陶瓷生片等作为间隔物控制电极间的距离，来形成规定初始电容值的平板电容器。当陶瓷基板受到外部压力，薄基板会出现沿板厚度方向弯曲变形，导致电容值变化，根据这一电容的变化值，即可检测出基板所承受的外部压力。
上述采用陶瓷小球、树脂小球来控制平板间距离的方法，见特开平5-288623号或10-111206。这种方法由于其支撑点间的距离不均匀，易造成初始容量值偏差大。
上述采用低温共烧（LTCC）陶瓷生瓷片，见中国专利201210398251.0，陶瓷生瓷片通过流延法制成，生瓷片厚度可精确控制，提高了初始电容值得精度，但因生瓷片以陶瓷为主，而陶瓷的熔点均在1000℃以上，在低温（800-900℃）共烧时难以和陶瓷基板很好地熔接一起，造成两片陶瓷基板的粘结强度和密封性不够，从而使压力传感器的可靠性降低。
发明内容
本发明为克服上述缺陷，确保陶瓷电容的初始电容值精度，提高陶瓷基板间的粘结强度和密封性，从而提高产品的可靠性，提供一种陶瓷电容式压力传感器及其制造方法。
本发明陶瓷电容式压力传感器的技术解决方案是：一种陶瓷电容式压力传感器，包括陶瓷薄基板、陶瓷厚基板，陶瓷薄基板上设有薄基板金属电极和薄基板电极焊盘，陶瓷厚基板上设有厚基板金属电极、环形金属电极、环形金属电极焊盘、厚基板电极焊盘、薄基板引线焊盘，厚基板电极焊盘、环形金属电极焊盘和薄基板引线焊盘上均设有引线过孔，其特征在于：还包括设置在陶瓷薄基板与陶瓷厚基板之间的环形玻璃生膜片；所述陶瓷薄基板边缘设有薄基板定位缺口，陶瓷厚基板边缘设有厚基板定位缺口，环形玻璃生膜片边缘设有与薄基板定位缺口、厚基板定位缺口对应的生膜片定位缺口；环形玻璃生膜片设有3个与引线过孔对应的引线和焊盘过孔。
本发明陶瓷电容式压力传感器的技术解决方案中所述的陶瓷薄基板为圆形，厚度为0.3~0.8mm，薄基板金属电极和薄基板引线焊盘的厚度为0.5~1μm；陶瓷厚基板为圆形，厚度为3~8mm，厚基板金属电极和环形金属电极的厚度为0.5~1μm；环形玻璃生膜片为圆环形，厚度为20~60μm。
本发明陶瓷电容式压力传感器的技术解决方案中所述的引线过孔和引线和焊盘过孔内设有引线和导电胶。
本发明制造陶瓷电容式压力传感器的方法的技术解决方案是：一种陶瓷电容式压力传感器的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴在厚度为0.3~0.8mm的圆形陶瓷薄基板上通过丝网印刷或真空溅射方式制作厚度为0.5~1μm的薄基板金属电极和薄基板电极焊盘，陶瓷薄基板边缘设有薄基板定位缺口；
⑵在厚度为3~8mm的圆形陶瓷厚基板上通过丝网印刷或真空溅射方式制作厚度为0.5~1μm的厚基板金属电极、环形金属电极、厚基板电极焊盘、环形金属电极焊盘和薄基板引线焊盘，厚基板电极焊盘、环形金属电极焊盘和薄基板引线焊盘上均开有引线过孔，陶瓷厚基板边缘设有厚基板定位缺口；
⑶采用厚度为20~60μm、流延成型的环形玻璃生膜片作为间隙隔离片，环形玻璃生膜片边缘设有与薄基板定位缺口、厚基板定位缺口对应的生膜片定位缺口，环形玻璃生膜片上开有3个与引线过孔对应的引线和焊盘过孔；
⑷在2.5~10MPa的压力、60~80℃的温度和10~20min的保压时间内，将圆形陶瓷薄基板、环形玻璃生膜片和陶瓷厚基板通过热压压合形成整体；
⑸对上述整体进行排胶处理，温度为300~450℃，时间为2~4小时；
⑹在烧结炉中进行加压烧结，压力为0.3~0.6Mpa，烧结温度为500~700℃，保温时间1~2小时；
⑺在3个引线过孔内灌入导电胶，插入引线，在100~150℃固化。
本发明制造陶瓷电容式压力传感器的方法的技术解决方案中所述的环形玻璃生膜片14的是由1份500~700℃烧结的玻璃粉、0.5份粘合剂、0.25份无水乙醇、0.25份甲苯、0.1份分散剂、0.1份消泡剂，采用流延成型的方法制成的。
本发明制造陶瓷电容式压力传感器的方法的技术解决方案中所述的分散剂为三油酸甘油酯，消泡剂为二甲基硅油。
本发明由于采用由1份500~700℃烧结的玻璃粉、0.5份粘合剂、0.25份无水乙醇、0.25份甲苯、0.1份分散剂、0.1份消泡剂制成的环形玻璃生膜片，厚度在20μm~60μm，可获得高精度的初始电容值，在烧结过程中，低烧温的玻璃粉能与陶瓷薄基板和陶瓷厚基板很好地熔接在一起，保证了基板间良好的密封性和粘结强度，提高了压力传感器的可靠性。本发明主要用于陶瓷电容式压力传感器。
附图说明
图1为压力传感器陶瓷薄基板图。
图2为压力传感器陶瓷厚基板图。
图3为玻璃生膜片图。
图4为压力传感器剖面图。
图中1-陶瓷薄基板、2-薄基板电极焊盘、3-薄基板金属电极、4-薄基板定位缺口、5-厚基板定位缺口、6-陶瓷厚基板、7-厚基板金属电极、8-环形金属电极、9-厚基板电极焊盘、10-引线过孔、11-环形金属电极焊盘、12-薄基板引线焊盘、13-生膜片定位缺口、14-环形玻璃生膜片、15-引线和焊盘过孔。
具体实施方式
如图1所示，陶瓷薄基板1为圆形，厚度为0.3~0.8mm。该陶瓷薄基板1上通过丝网印刷或真空溅射方式制作薄基板金属电极3和薄基板引线焊盘2，其厚度为0.5~1μm。陶瓷薄基板1边缘设有薄基板定位缺口4。薄基板金属电极3与圆形陶瓷薄基板1同心。当压力传感器受到外部压力时，该陶瓷薄基板1会沿板的厚度方向产生弹性弯曲。
如图2所示，陶瓷厚基板6为圆形，厚度为3~8mm。该陶瓷厚基板6上同样用丝网印刷或真空溅射方式制作厚度为0.5~1μm的厚基板金属电极7和围绕厚基板金属电极7的环形金属电极8，厚基板金属电极7和环形金属电极8同心且与陶瓷厚基板6同心，厚基板金属电极7连接厚基板电极焊盘9，环形金属电极8连接环形金属电极焊盘11。薄基板引线焊盘12与陶瓷薄基板1上的薄基板电极焊盘2位置对应。厚基板电极焊盘9、环形金属电极焊盘11和薄基板引线焊盘12上均设有引线过孔10，用来插入引线连接外部线路。陶瓷厚基板6边缘设有厚基板定位缺口5。
如图3所示，环形玻璃生膜片14为圆环形，厚度为20~60μm，具体由压力传感器的规格决定。环形玻璃生膜片14边缘设有生膜片定位缺口13。环形玻璃生膜片14上设有3个引线和焊盘过孔15，分别与3个引线过孔10对应。环形玻璃生膜片14与陶瓷厚基板6、陶瓷薄基板1同心。以生膜片定位缺口13对位放置在陶瓷厚基板6、陶瓷薄基板1之间后，环形玻璃生膜片14环绕在环形金属电极8周围。
压力传感器的剖面图如图4所示。将环形玻璃生膜片14夹在陶瓷薄基板1和陶瓷厚基板6之间，用薄基板定位缺口4、厚基板定位缺口5和生膜片定位缺口13进行精确定位后叠在一起，其中陶瓷薄基板1和陶瓷厚基板6的电极相对放置，然后进行排胶和烧结。
环形玻璃生膜片14是由1份500~700℃烧结的玻璃粉、0.5份粘合剂、0.25份无水乙醇、0.25份甲苯、0.1份分散剂、0.1份消泡剂，采用流延成型的方法制成的。
在2.5~10MPa的压力、60~80℃的温度和10~20min的保压时间内，将圆形陶瓷薄基板1、环形玻璃生膜片14和陶瓷厚基板6通过热压压合形成整体。对上述整体进行排胶处理，温度为300~450℃，时间为2~4小时。在烧结炉中进行加压烧结，压力为0.3~0.6Mpa，烧结温度为500~700℃，保温时间1~2小时。烧结好的压力传感器，在3个引线过孔10内灌入导电胶，插入引线 ，经固化后形成电气连接，可连接外部检测仪器。
检测陶瓷电容式压力传感器的初始容量值，其精度可达±5%，其它方式制造的仅能做到±10%；检测粘结强度，剖开厚片和薄片的力为70-80N，而其它方式制作的为50-60N,平均高出36.3%；检测密封性，用潮湿试验箱试验1000hr，全部合格。
Claims (5)
1.一种陶瓷电容式压力传感器，包括陶瓷薄基板（1）、陶瓷厚基板（6），陶瓷薄基板（1）上设有薄基板金属电极（3）和薄基板电极焊盘（2），陶瓷厚基板（6）上设有厚基板金属电极（7）、环形金属电极（8）、环形金属电极焊盘（11）、厚基板电极焊盘（9）、薄基板引线焊盘（12），厚基板电极焊盘（9）、环形金属电极焊盘（11）和薄基板引线焊盘（12）上均设有引线过孔（10），其特征在于：还包括设置在陶瓷薄基板（1）与陶瓷厚基板（6）之间的环形玻璃生膜片（14）；所述陶瓷薄基板（1）边缘设有薄基板定位缺口（4），陶瓷厚基板（6）边缘设有厚基板定位缺口（5），环形玻璃生膜片（14）边缘设有与薄基板定位缺口（4）、厚基板定位缺口（5）对应的生膜片定位缺口（13）；环形玻璃生膜片（14）设有3个与引线过孔（10）对应的引线和焊盘过孔（15）；所述的环形玻璃生膜片（14）是由1份500~700℃的玻璃粉、0.5份粘合剂、0.25份无水乙醇、0.25份甲苯、0.1份分散剂、0.1份消泡剂，采用流延成型的方法制成的。
2.根据权利要求1所述的陶瓷电容式压力传感器，其特征在于：所述的陶瓷薄基板（1）为圆形，厚度为0.3~0.8mm，薄基板金属电极（3）和薄基板电极焊盘（2）的厚度为0.5~1μm；陶瓷厚基板（6）为圆形，厚度为3~8mm，厚基板金属电极（7）和环形金属电极（8）的厚度为0.5~1μm；环形玻璃生膜片（14）为圆环形，厚度为20~60μm。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷电容式压力传感器，其特征在于：所述的引线过孔（10）和引线和焊盘过孔（15）内设有引线和导电胶。
4.一种制造权利要求1所述陶瓷电容式压力传感器的方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴在厚度为0.3~0.8mm的圆形陶瓷薄基板（1）上通过丝网印刷或真空溅射方式制作厚度为0.5~1μm的薄基板金属电极（3）和薄基板电极焊盘（2），陶瓷薄基板（1）边缘设有薄基板定位缺口（4）；
⑵在厚度为3~8mm的圆形陶瓷厚基板（6）上通过丝网印刷或真空溅射方式制作厚度为0.5~1μm的厚基板金属电极（7）、环形金属电极（8）、厚基板电极焊盘（9）、环形金属电极焊盘（11）和薄基板引线焊盘（12），厚基板电极焊盘（9）、环形金属电极焊盘（11）和薄基板引线焊盘（12）上均开有引线过孔（10），陶瓷厚基板（6）边缘设有厚基板定位缺口（5）；
⑶采用厚度为20~60μm、流延成型的环形玻璃生膜片（14）作为间隙隔离片，环形玻璃生膜片（14）边缘设有与薄基板定位缺口（4）、厚基板定位缺口（5）对应的生膜片定位缺口（13），环形玻璃生膜片（14）上开有3个与引线过孔（10）对应的引线和焊盘过孔（15）；所述的环形玻璃生膜片（14）是由1份500~700℃的玻璃粉、0.5份粘合剂、0.25份无水乙醇、0.25份甲苯、0.1份分散剂、0.1份消泡剂，采用流延成型的方法制成的；
⑷在2.5~10MPa的压力、60~80℃的温度和10~20min的保压时间内，将圆形陶瓷薄基板（1）、环形玻璃生膜片（14）和陶瓷厚基板（6）通过热压或热等静压压合形成整体；
⑸对上述整体进行排胶处理，温度为300~450℃，时间为2~4小时；
⑹在烧结炉中进行加压烧结，压力为0.3~0.6Mpa，烧结温度为500~700℃，保温时间1~2小时；
⑺在3个引线过孔（10）内灌入导电胶，插入引线，在100~150℃固化。
5.根据权利要求4所述制造陶瓷电容式压力传感器的方法，其特征在于：所述的分散剂为三油酸甘油酯，消泡剂为二甲基硅油。
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