CN107076619B - 快速响应传感器外壳 - Google Patents

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Abstract

传感器组件被设置为包括具有单块壳体的外壳，所述单块外壳具有近端部分和远端部分。远端部分是打开的并限定一暴露于外部环境的内部腔室，以及近端部分限定多个延伸并通向内部腔室的内部通路。薄膜电阻温度装置(RTD)或其它微传感器设置在内部腔室中，薄膜RTD具有多个导线，所述导线延伸通过多个内部通路，以及薄膜RTD与内部腔室的至少一个壁相接触。薄膜RTD和导线通过热粘合剂固定在外壳中，所述热粘合剂具有与外壳和薄膜RTD基底的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。

Description

快速响应传感器外壳
技术领域
本公开内容涉及温度传感器，并且更特别的涉及小型温度传感器和它们的封装。
背景技术
本部分的陈述仅仅提供关于本申请内容的背景信息，并不构成现有技术。
温度传感器用于各种用途，并且通常应用于需求高精准度和快速响应时间的环境中，例如半导体工艺。此外，这些温度传感器必须设置在相对小型的封装中，从而减小对于特定应用的热影响。一些温度传感器通常设置在长度小于0.25”以及直径小于0.10”数量级的极其小型的封装中，并具有极其严格的制造公差。这些小型温度传感器通常难以制造并且必须通过保护罩和其他材料来保护温度传感器免收损坏，这使得降低了传感器的响应时间和精准度。
发明内容
在一种方式中，传感器组件设置有包括单块壳体的外壳，所述单块壳体具有近端部分和远端部分，远端部分限定一内部腔室，以及近端部分限定多个延伸并通向内部腔室的内部通路。薄膜电阻温度装置(RTD)设置在内部腔室中，所述薄膜RTD具有一对导线，所述导线从薄膜RTD延伸通过多个内部通路中的至少一个子组。
在另一方式中，传感器组件被设置为包括具有单块壳体的外壳，所述单块外壳具有近端部分和远端部分。远端部分是打开的并限定一暴露于外部环境的内部腔室，以及近端部分限定多个延伸并通向内部腔室的内部通路，多个内部通路由中间壁分开。薄膜电阻温度装置(RTD)或其它微传感器设置在内部腔室中，薄膜RTD具有一对导线，所述导线从薄膜RTD延伸通过多个内部通路，以及薄膜RTD与内部腔室的至少一个壁相接触。薄膜RTD和导线通过热粘合剂固定在外壳中，所述热粘合剂具有与外壳和薄膜RTD基底的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。
在另一方式中，用于定位薄膜电阻温度装置(RTD)，或其它微传感器的外壳被设置为包括具有近端部分和远端部分的单块壳体，远端部分是打开的并限定一内部腔室，以及近端部分限定多个延伸并通向内部腔室的内部通路。内部腔室限定至少一个几何上匹配薄膜RTD的接触表面的表面，以及将内部腔室和内部通路分开的内壁，其中薄膜RTD紧靠内壁来适当定位在外壳内。
在另一方式中，传感器组件设置为包括具有壳体的外壳，所述壳体具有近端部分和远端部分，远端部分限定一内部腔室，以及近端部分限定多个延伸并通向内部腔室的内部通路。微传感器设置在内部腔室中，所述微传感器具有一对导线，所述导线从微传感器延伸通过多个内部通路中的至少一个子组。
此外，用于定位微传感器的另一外壳被设置为包括具有近端部分和远端部分的单块壳体，远端部分是打开的并限定一内部腔室，以及近端部分限定多个延伸并通向内部腔室的内部通路。内部腔室限定至少一个几何上匹配微传感器的接触表面的表面，以及将内部腔室和内部通路分开的内壁。微传感器紧靠内壁来适当定位在外壳内。
进一步适用性的领域将通过提供的说明书变得明显。应当理解的是说明书和特定实施例仅仅用于描述性目的，并不用于限定本公开内容的范围。
附图说明
为了通过给出的实施例更好理解公开内容，将参考附图以多种方式描述，其中：
图1为根据本申请内容教导构建的一种形式的传感器组件的剖视图，所述传感器组件设置在半导体工艺环境中；
图2为根据本申请内容教导构建的一种形式的传感器组件的立体图；
图3为图2中的传感器组件沿线3-3的剖视图；
图4A为根据本申请内容教导构建的传感器组件的外壳的远端立体图；
图4B为图4A中的外壳的近端立体图；
图5为图4A中的外壳的侧视图；
图6A为根据本申请内容教导构建的另一方式的传感器组件和外壳的立体图；
图6B为图6A中的外壳的立体图；以及
图7为根据本申请内容教导构建的另一方式的具有微传感器设置在其中的外壳的远端视图。
此处描述的附图仅仅用于描述性目的，并不用于以任何方式来限定本公开内容的范围。
具体实施方式
随后的说明书事实上仅仅是示例性的，并不用于限定本公开内容、用途或使用。应当理解的是通过附图，相应的附图标记表示相似或相应的部分和特征。
参见图1，附图标记20描述和通常表示根据本公开内容的传感器组件，并设置在具有卡盘组件10的示例性半导体应用中。一种方式的传感器组件20设置在延伸通过卡盘组件10的多个组件的通道12中，从而感测目标，例如基底14的温度。
参见图2和图3，传感器组件20通常包括外壳22，在一种方式中，所述外壳是单块壳体或一件式组件。(然而，应当理解的是外壳22可以设置在多件或多部分中，这在本申请内容的范围内)。外壳22限定近端部分24和远端部分26，以及如图所示一种方式中的远端部分26是打开的，或暴露于外部环境的。远端部分26限定一内部腔室28，所述内部腔室28页暴露于外部环境。近端部分24限定多个延伸并通向内部腔室28的内部通路30。如进一步所示，多个内部通路30由中间壁32分开。虽然仅仅显示两个内部通路30，但应当理解为多个通路，包括3个和4个通路可以适配应用的3-线或4-线RTD，这在本申请内容的范围内。
在这种方式中的微传感器是薄膜电阻温度装置(RTD)40，其设置在内部腔室28中。薄膜RTD40如图所示被定向，并也暴露于外部环境来增加尖端灵敏度。薄膜RTD40包括多个导线42，所述导线从薄膜RTD40延伸通过多个内部通路30，以及薄膜RTD40与内部腔室28的至少一个壁42相接触。如图所示，一种方式中从薄膜RTD延伸的导线42半径较小，随后在导线42延伸通过内部通路30时过渡为较大直径。在一种方式中，导线42从0.15mm过渡到0.40mm。
薄膜RTD40和导线42通过也被称为封装混合物的热粘合剂固定在外壳22中，所述热粘合剂具有与外壳22和薄膜RTD40的基底的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。(薄膜RTD40的基底通常是如图所示的外壳体，其内部具有RTD元件，在这种方式中，所述外壳体是陶瓷壳体/基底和铂电阻元件)。在一方式中，外壳22与基底41是氧化铝的，以及热粘合剂是基于氧化铝的。可选择地，玻璃粘合剂用于将薄膜RTF40和导线42固定在外壳22中。玻璃粘合剂通常提供良好的热传递，以及其可以是例如硅硼酸盐的物质。总体来说，热粘合剂用于提供内部组件(薄膜RTD40和导线42)的导热率，粘合以及应变消除。
在此使用的术语“微传感器”应被解释为极其小的传感器，例如薄膜RTD或例如采用纳米粒子的传感器。该微传感器具有近似10mm的长度和近似2mm的直径的尺寸，其具有±0.2mm的相对严格的制造公差。因此，本公开内容并不应被解释为仅仅限定薄膜RTD，其可以包括其它类型的微传感器，对于温度或其它环境的感测，例如压力或湿度。
此外，术语“热粘合剂”应被解释为将组件固定并具有理想的热传递性质的物质或化合物。热粘合剂可以包括封装化合物，玻璃或其它根据应用需求能够粘合和传热的材料。
如图2所示，传感器组件的内部腔室28限定至少一个表面46，所述表面46几何上匹配薄膜RTD40的接触表面48，在这种方式中所述表面是平整的。几何匹配提供改进的热传递，可重复性以及薄膜RTD40的响应时间。应当理解的是根据微传感器的形状和理想的响应时间/精准度，可以采用不同于平整的其他几何轮廓。该轮廓例如可以包括弓形或多边形轮廓，这在下文中更详细的描述。
参见图4A-B和图5，内部腔室28和内部通路30在这种方式中限定矩形几何形状。内部腔室28限定两个侧向相对的壁50，所述壁向近端延伸来进一步限定内部通路30的外壁52，同样如图3所述。在这种方式中，改进了外壳22的可制造性。此外，内部通路30由中间壁32分开来电绝缘导线42。如进一步所示，内壁56(图2和图5)将内部腔室28和内部通路30分开，其中在一种方式中的薄膜RTD40紧靠内壁56或适当定位在外壳22中。
参见图6A和图6B，描述了另一方式的传感器组件并通常由附图标记60表示。在这种方式中，传感器组件60包括限定内部腔室64和内部通路66的外壳62，所述内部腔室64是圆柱形的，所述内部通路是具有所示弓形端部分68的矩形，或椭圆形。应当理解的是外壳的内部腔室和内部通路可以采用多个形状，这同样在本申请内容的范围内，并且因此，矩形/椭圆形和圆柱形几何结构的描述不应被解释为限定本申请内容的范围。
如图7所示，在另一方式中，外壳72的内部腔室70限定与薄膜RTD40的几何边缘74相匹配的几何形状，并且在它们之间具有热粘合剂76相对薄的层。在这种方式中，进一步改进响应时间和精准度。此外，根据使用的微传感器的几何形状和应用需求，可以给内部腔室和内部通路提供多种形状。
本申请的说明书事实上仅仅是示例性的，因此，不背离本申请的实质的变形例而在本申请内容的范围内。该变形例并不被认为是背离本申请内容的精神和范围。

Claims (14)

1.一种传感器组件，包括：
外壳，所述外壳包括壳体，所述壳体具有近端部分和远端部分，所述远端部分是打开的以及限定一内部腔室，所述内部腔室暴露于外部环境，所述近端部分限定多个延伸并通向所述内部腔室的内部通路，所述内部腔室限定至少一个表面；以及
微传感器，所述微传感器设置在所述内部腔室中，暴露于所述外部环境，并从壳体的端面凹进，以及所述微传感器包括接触表面，所述接触表面直接或间接地紧靠所述内部腔室的至少一个表面以改进热传递，所述微传感器具有多个导线，所述导线从微传感器延伸通过多个所述内部通路中的至少一个子组。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述微传感器是薄膜电阻温度装置RTD。
3.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述内部腔室的至少一个表面几何上匹配所述微传感器的接触表面。
4.根据权利要求3所述的传感器组件，其中所述内部腔室的至少一个表面和所述微传感器的接触表面是平整的。
5.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述微传感器通过热粘合剂固定在所述内部腔室中。
6.根据权利要求5所述的传感器组件，其中所述外壳、所述热粘合剂和所述微传感器的基底具有匹配的热膨胀系数。
7.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述壳体是单块壳体。
8.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述导线通过热粘合剂固定在所述内部通路中。
9.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述内部腔室和所述内部通路限定圆柱几何形状。
10.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述内部腔室和所述内部通路限定矩形几何形状。
11.根据权利要求10所述的传感器组件，其中所述内部腔室限定两个侧向相对的壁，所述壁向近端延伸来进一步限定所述内部通路的外壁。
12.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述内部腔室限定与所述微传感器的外几何边缘相匹配的几何形状。
13.根据权利要求1所述的传感器组件，进一步包括将所述内部腔室和所述内部通路分开的内壁，其中所述微传感器紧靠所述内壁来适当定位在所述外壳中。
14.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述微传感器是2-线，3-线或4-线RTD其中之一。
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