CN107588870A - 一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器及其制造方法，包括弹性薄基板和厚基板，所述弹性薄基板上设置有薄基板金属电极；所述厚基板上设置有厚基板金属电极、环形金属电极和厚基板电极焊盘；且弹性薄基板和厚基板之间通过封接材料封装在一起；所述薄基板金属电极的图形面积至少覆盖厚基板金属电极和厚基板金属电极的图形面积之和。本发明的压力传感器解决了现有陶瓷电容式压力传感器在不同测量介质条件下的兼容性问题以及弹性薄片表面有水或水汽而导致容量漂移的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容压力传感器及其制造方法，特别涉及一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器及其制造方法，属于压力传感器技术领域。
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两相对面设置电极，并采用陶瓷小球或玻璃隔离墩等作为间隔物控制电极间的距离，来形成指定初始电容值的电容器。当陶瓷基板受到外部压力，薄基板会出现变形，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。这种陶瓷电容式压力传感器的电极图形，如图2所示为弹性薄电极，如图3所示为厚基板电极。这类电极图形制作的陶瓷电容式压力传感器对测量介质比较敏感，不同测量介质，比如水会对产品的容量造成很大影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器及其制造方法，其能确保陶瓷电容压力传感器工作于不同介质时容量值的稳定，提高其产品的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，包括弹性薄基板和厚基板，所述弹性薄基板上设置有薄基板金属电极；所述厚基板上设置有厚基板金属电极、环形金属电极和厚基板电极焊盘；且弹性薄基板和厚基板之间通过封接材料封装在一起；所述薄基板金属电极的图形面积至少覆盖厚基板金属电极和厚基板金属电极的图形面积之和。
作为优选，所述薄基板金属电极的图形版图设置为整面，即弹性薄基板的整面都设置有薄基板金属电极，弹性薄基板的边缘设置有薄基板定位缺口。
作为优选，所述环形金属电极设置在厚基板金属电极的外周，环形金属电极和厚基板金属电极上分别设置有环形金属电极焊盘和厚基板电极焊盘；环形金属电极的外部设置有薄基板电极焊盘，厚基板的边缘还设置有厚基板定位缺口。
作为优选，所述封装材料为间隙隔离片，其结构边缘设置有封装定位缺口，封装材料上还设置有与薄基板电极焊盘相对应的引线过孔。
作为优选，所述厚基板上与薄基板电极焊盘、厚基板电极焊盘和环形金属电极焊盘相对应的位置上分别设置有引线过孔。
作为优选，所述弹性薄基板、厚基板和封装材料均由流延成型或干压成型的氧化铝或氧化锆生瓷片叠压而成。
本发明还公开了一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器的制作方法，包括以下步骤：
(1)在圆形弹性薄基板上通过丝网印刷或者真空溅射的方式制作薄基板金属电极；
(2)在圆形厚基板上通过丝网印刷或者真空溅射的方式制作厚基板金属电极、厚基板电极焊盘、环形金属电极、环形金属电极焊盘和薄基板电极焊盘；厚基板的边缘上设置有厚基板定位缺口；
(3)在封装材料上设置有一个与薄基板电极焊盘位置相对应的引线过孔，其边缘设置有封装定位缺口；
(4)封装材料设置在弹性薄基板和厚基板之间，将其组合在一起入炉烧结，烧结温度为550℃～650℃；烧结后保温2h～4h，热压烧结在一起形成陶瓷电容式压力传感器基体；
(5)在厚基板上的引线过孔内灌入导电胶，然后插入引线，放入烘炉进行固化。
作为优选，在步骤(1)中薄基板金属电极印刷在弹性薄基板上的图形面积至少应完全覆盖基板金属电极和厚基板电极焊盘的图形面积。
作为优选，所述薄基板金属电极印刷在弹性薄基板的整个面上。
作为优选，所述封装材料均为间隙隔离片或者间隙隔离墩。
本发明的有益效果：本发明的压力传感器解决了现有陶瓷电容式压力传感器在不同测量介质条件下的兼容性问题以及弹性薄片表面有水或水汽而导致容量漂移的问题。弹性薄基板电极图形设置整面或完全覆盖厚基板电极及其焊盘的图形面积；弹性薄基板、厚基板和间隙隔离片均为流延成型的氧化铝或氧化锆生瓷片叠压而成且只有一个与薄基板电极引线焊盘相对应的隔离片过孔。本发明具有确保陶瓷电容式压力在各种不同介质环境中容量不发生变化，在有水汽干扰情况下容量不漂移，产品可靠性高的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为常规电容式压力传感器剖面图；
图2为常规电容式压力传感器弹性薄基板结构示意图；
图3为常规电容式压力传感器厚基板结构示意图；
图4为本发明压力传感器剖面图；
图5为本发明压力传感器弹性薄基板图；
图6为本发明压力传感器厚基板图；
图7为本发明压力传感器陶瓷封装材料图。
图中，1.弹性薄基板，2.封接材料，3.厚基板，4.引线，5.薄基板电极焊盘，6.薄基板金属电极，7.薄基板定位缺口，8.厚基板定位缺口，9.厚基板金属电极，10.环形金属电极，11.厚基板电极焊盘，12.环形金属电极焊盘，13.薄基板引线焊盘，14.引线过孔，15.导电胶，16.封接定位缺口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图4所示，为本发明公开的一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，包括弹性薄基板1和厚基板3，所述弹性薄基板1上设置有薄基板金属电极6；所述厚基板3上设置有厚基板金属电极9、环形金属电极10和厚基板电极焊盘11；且弹性薄基板1和厚基板3之间通过封接材料2封装在一起；所述薄基板金属电极6的图形面积至少覆盖厚基板金属电极9和厚基板电极焊盘11的图形面积之和。
如图5所示，所述薄基板金属电极6的图形版图设置为整面，即弹性薄基板1的整面都设置有薄基板金属电极6，弹性薄基板1的边缘设置有薄基板定位缺口7。
所述环形金属电极10设置在厚基板金属电极9的外周，环形金属电极10和厚基板金属电极9上分别设置有环形金属电极焊盘12和厚基板电极焊盘11；环形金属电极10的外部设置有薄基板电极焊盘5，厚基板3的边缘还设置有厚基板定位缺口8。
所述封装材料2为间隙隔离片，其结构边缘设置有封装定位缺口16，封装材料上还设置有与薄基板电极焊盘5相对应的引线过孔14。
所述厚基板3上与薄基板电极焊盘5、厚基板电极焊盘11和环形金属电极焊盘12相对应的位置上分别设置有引线过孔。
所述弹性薄基板1、厚基板3和封装材料2均由流延成型或干压成型的氧化铝或氧化锆生瓷片叠压而成。
本发明抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器的弹性薄基板1为圆形，厚度为0.2mm～1.0mm，薄基板金属电极6的厚度小于或等于1μm；厚基板3为圆形，厚度为2.5mm～8mm，厚基板金属电极9和环形金属电极10的厚度为小于或等于1μm；封接材料2为圆环形，厚度为10μm～50μm；本文所述的引线过孔内设有引线4和导电胶15。
本发明还公开了一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器的制作方法，包括以下步骤：
(1)在厚度为0.2mm～1mm、流延成型的氧化铝或氧化锆生瓷片叠压而成的圆形弹性薄基板上通过丝网印刷或真空溅射方式制作厚度均小于或等于1μm的薄基板金属电极，薄基板边缘设有薄基板定位缺口；
(2)在厚度为2.5mm～8mm、流延成型的氧化铝或氧化锆生瓷片叠压而成的圆形厚基板上通过丝网印刷或真空溅射方式制作厚度均小于或等于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电极焊盘；厚基板电极焊盘、环形金属电极焊盘和薄基板电极焊盘上均开有引线过孔，厚基板边缘设有厚基板定位缺口；
(3)在电极的制作过程中，薄基板金属电极的图形面积应整面设置，或大于并完全覆盖厚基板金属电极和厚基板电极焊盘的图形面积；
(4)采用厚度为10μm～60μm、流延成型的氧化铝或氧化锆制作封接材料，封接材料在本专利中为间隙隔离片，亦可采用印刷玻璃间隙隔离墩，间隙隔离片或间隙隔离墩边缘设有与厚基板定位缺口对应的封接定位缺口，封接材料与薄基板电极焊盘的引线过孔相对应的引线过孔；
(5)封接材料与弹性薄基板、厚基板组合在一起入炉烧结，烧结温度为550℃～650℃，保温时间2h～4h，热压烧结在一起形成陶瓷电容压力传感器基体；
(6)在引线过孔内灌入导电胶，然后插入引线，放入烘炉进行固化，即整个制作过程结束。
采用本制作方法制作的陶瓷电容压力传感器，其大大解决了现有陶瓷电容式压力传感器在不同测量介质条件下的兼容性问题，特别是弹性薄基板表面因有水或水汽而导致容量漂移的问题。
如表一，为本发明的陶瓷电容传感器与现有陶瓷电容传感器的抗漂移情况：
| 产品 | 性能 | 初始容量 | 弹性薄基板面加水后容量 |
| 现有产品 | 电容量值(pF) | 19.32/20.13/19.86/18.91/20.53 | 20.4/21.15/20.95/19.98/21.42 |
| 本专利 | 电容量值(pF) | 18.49/19.52/19.69/20.17/19.88 | 18.5/19.53/19.69/20.17/19.89 |
总结：
本发明具有确保陶瓷电容式压力在各种不同介质环境中容量不发生变化，在有水汽干扰情况下容量不漂移，产品可靠性高的特点。
所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，包括弹性薄基板(1)和厚基板(3)，所述弹性薄基板(1)上设置有薄基板金属电极(6)；所述厚基板(3)上设置有厚基板金属电极(9)、环形金属电极(10)和厚基板电极焊盘(11)；且弹性薄基板(1)和厚基板(3)之间通过封接材料(2)封装在一起；其特征在于，所述薄基板金属电极(6)的图形面积至少覆盖厚基板金属电极(9)和厚基板电极焊盘(11)的图形面积之和。
2.根据权利要求1所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，其特征在于，所述薄基板金属电极(6)的图形版图设置为整面，即弹性薄基板(1)的整面都设置有薄基板金属电极(6)，弹性薄基板(1)的边缘设置有薄基板定位缺口(7)。
3.根据权利要求2所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，其特征在于，所述环形金属电极(10)设置在厚基板金属电极(9)的外周，环形金属电极(10)和厚基板金属电极(9)上分别设置有环形金属电极焊盘(12)和厚基板电极焊盘(11)；环形金属电极(10)的外部设置有薄基板电极焊盘(5)，厚基板(3)的边缘还设置有厚基板定位缺口。
4.根据权利要求3所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，其特征在于，所述封装材料(2)为间隙隔离片，其结构边缘设置有封装定位缺口(16)，封装材料(2)上还设置有与薄基板电极焊盘(5)相对应的引线过孔(14)。
5.根据权利要求4所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，其特征在于，所述厚基板(3)上与薄基板电极焊盘(5)、厚基板电极焊盘(11)和环形金属电极焊盘(12)相对应的位置上分别设置有引线过孔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器，其特征在于，所述弹性薄基板(1)、厚基板(3)和封装材料(2)均由流延成型或干压成型的氧化铝或氧化锆生瓷片叠压而成。
7.一种抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在圆形弹性薄基板上通过丝网印刷或者真空溅射的方式制作薄基板金属电极；
(2)在圆形厚基板上通过丝网印刷或者真空溅射的方式制作厚基板金属电极、厚基板电极焊盘、环形金属电极、环形金属电极焊盘和薄基板电极焊盘；厚基板的边缘上设置有厚基板定位缺口；
(3)在封装材料上设置有一个与薄基板电极焊盘位置相对应的引线过孔，其边缘设置有封装定位缺口；
(4)封装材料设置在弹性薄基板和厚基板之间，将其组合在一起入炉烧结，烧结温度为550℃～650℃；烧结后保温2h～4h，热压烧结在一起形成陶瓷电容式压力传感器基体；
(5)在厚基板上的引线过孔内灌入导电胶，然后插入引线，放入烘炉进行固化。
8.根据权利要求7所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器的制作方法，其特征在于，在步骤(1)中薄基板金属电极印刷在弹性薄基板上的图形面积至少应完全覆盖基板金属电极和厚基板电极焊盘的图形面积。
9.根据权利要求8所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器的制作方法，其特征在于，所述薄基板金属电极印刷在弹性薄基板的整个面上。
10.根据权利要求7-9任一项所述的抗介质敏感的陶瓷电容压力传感器的制作方法，其特征在于，所述封装材料均为间隙隔离片或者间隙隔离墩。
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