CN108267259A - 陶瓷mems压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种陶瓷MEMS压力传感器，包括陶瓷底片、陶瓷圆环、MEMS压力芯片、邦定电路板、信号调制电路板及电缆线，其中，陶瓷底片上设有通孔，陶瓷圆环设于陶瓷底片上；MEMS压力芯片通过密封胶密封设于陶瓷底片上，且MEMS压力芯片的中间孔与陶瓷底片上的通孔相通；邦定电路板设于陶瓷底片上，且邦定电路板与MEMS压力芯片电连接；信号调制电路板与邦定电路板电连接；电缆线与信号调制电路板电连接。本发明实施例通过采用MEMS压力芯片作为压力敏感元件以及采用陶瓷为骨架的密封结构，解决了输出信号偏小、稳定性差及精度偏低的问题，进而达到了输出信号强、测量精度高、稳定性好的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及高精度压力传感器制造技术领域，尤其涉及一种陶瓷MEMS压力传感器。
背景技术
陶瓷压阻压力传感器是目前应用最广泛的一种压力传感器，其优点是成本较低，陶瓷本身刚度好、耐腐蚀，可以与大部分流体介质兼容，且经过多年发展已经形成了业内普遍认可的标准尺寸，由于用量很大，其配套零件也已形成了标准化、低成本的优势。
传统的陶瓷压阻压力传感器结构如图1所示，其工作原理是：外界流体压力施加在陶瓷压阻膜片2上，蚀刻在陶瓷压阻膜片2上的电阻值相应发生变化，该变化值通过内置在陶瓷外壳1的相应电路传递到引出线3上，外部采集电路通过引出线3采集压力信号，实现压力值的读取。
陶瓷压阻压力传感器在实际应用中仍旧有两个难以克服的缺陷：1.输出信号偏小，一般只有2-3mV/V,且每个传感器输出信号并不完全一致，不可互换。2.在低于500Kpa的压力量程范围内产品精度偏低，且稳定性不佳。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种陶瓷MEMS压力传感器，以使能够增强输出信号同时提高测量精度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种陶瓷MEMS压力传感器，包括陶瓷底片、陶瓷圆环、MEMS压力芯片、邦定电路板、信号调制电路板及电缆线，其中，陶瓷底片上设有通孔，陶瓷圆环设于陶瓷底片上；MEMS压力芯片通过密封胶密封设于陶瓷底片上，且MEMS压力芯片的中间孔与陶瓷底片上的通孔相通；邦定电路板设于陶瓷底片上，且邦定电路板与MEMS压力芯片电连接；信号调制电路板与邦定电路板电连接；电缆线与信号调制电路板电连接。
进一步地，还包括邦定线，所述邦定电路板通过邦定线与MEMS压力芯片电连接。
进一步地，所述陶瓷圆环内侧高度小于外侧高度，所述信号调制电路板设于陶瓷圆环内侧上。
进一步地，还包括金属引针，所述信号调制电路板通过金属引针与邦定电路板电连接。
进一步地，所述信号调制电路板上集成有用于对压力信号进行校准和温度补偿的信号调制电路，所述电缆线与信号调制电路的输入端及输出端电连接。
本发明实施例通过提出一种陶瓷MEMS压力传感器，包括陶瓷底片、陶瓷圆环、MEMS压力芯片、邦定电路板、信号调制电路板及电缆线，通过采用MEMS压力芯片作为压力敏感元件以及采用陶瓷为骨架的密封结构，解决了输出信号偏小、稳定性差及精度偏低的问题，进而达到了输出信号强、测量精度高、稳定性好的技术效果。
附图说明
图1是现有技术的陶瓷压阻压力传感器的结构示意图。
图2是本发明实施例的陶瓷MEMS压力传感器的结构示意图。
附图标号说明
陶瓷外壳1
陶瓷压阻膜片2
引出线3
陶瓷底片4
陶瓷圆环5
MEMS压力芯片6
邦定电路板7
信号调制电路板8
电缆线9
密封胶层10
邦定线11
金属引针12。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图2，本发明实施例的陶瓷MEMS压力传感器主要包括陶瓷底片、陶瓷圆环、MEMS压力芯片、邦定电路板、信号调制电路板及电缆线。
陶瓷底片上设有通孔，陶瓷圆环设于陶瓷底片上。本发明实施例的陶瓷圆环与陶瓷底片粘接为一体，共同形成一个高强度的陶瓷骨架，对陶瓷MEMS压力传感器的各部分零件起到支撑和保护的作用。
MEMS压力芯片通过密封胶密封设于陶瓷底片上，且MEMS压力芯片的中间孔与陶瓷底片上的通孔相通。具体实施时，可通过特定的粘接工艺用密封胶把MEMS压力芯片粘接到陶瓷底片上，粘接后既保证MEMS压力芯片的四周形成密封胶层，又保持MEMS压力芯片的中间孔和陶瓷底片的通孔相通。本发明实施例的MEMS压力芯片的粘接采用了背压技术，即与压力介质接触的是MEMS压力芯片无电路的一侧，可以与无腐蚀性的气体和液体介质兼容，这样可以部分替代原陶瓷压力传感器的应用领域；此外，MEMS压力芯片在低于500Kpa的小压力量程范围内的稳定性和测量精度在各种压力传感器中有绝对优势。
邦定电路板设于陶瓷底片上，且邦定电路板与MEMS压力芯片电连接。邦定电路板粘接在陶瓷底片上，本发明实施例通过邦定电路板实现将MEMS压力芯片上的电路外接。本发明实施例将邦定电路板与信号调制电路板分开设计，使陶瓷MEMS压力传感器的尺寸能够做到更小，进一步提高本发明实施例的实用性。信号调制电路板与邦定电路板电连接。电缆线与信号调制电路板电连接，信号调制电路板通过电缆线与外部采集电路相连，实现准确的压力信号采集。本发明实施例结构简单、成本低廉，且与目前的陶瓷压力传感器具有相同的封装方案和外部尺寸，使得配套零件可以共享，进一步增加本发明实施例的通用性。
作为一种实施方式，陶瓷MEMS压力传感器还包括邦定线，所述邦定电路板通过邦定线与MEMS压力芯片电连接。MEMS压力芯片和邦定电路板通过邦定线实现信号相连。
作为一种实施方式，陶瓷圆环内侧高度小于外侧高度，所述信号调制电路板设于陶瓷圆环内侧上。
作为一种实施方式，陶瓷MEMS压力传感器还包括金属引针，所述信号调制电路板通过金属引针（又称金属引线）与邦定电路板电连接。
作为一种实施方式，信号调制电路板上集成有用于对压力信号进行校准和温度补偿的信号调制电路，所述电缆线与信号调制电路的输入端及输出端电连接。信号调制电路可根据用户要求的不同输出，用电阻做温补或用集成电路芯片做温补。本发明实施例通过采用MEMS压力芯片，可以提供比陶瓷压阻技术大5-10倍的输出信号，且通过内置的信号调制电路可以实现传感器信号的归一化，在各种应用场合都可以实现传感器的互换。
本发明实施例的工作原理为：流体压力通过陶瓷底座的中间通孔和MEMS压力芯片的中间孔传递到MEMS压力芯片的敏感元件上，并产生相应的电信号（即压力信号）变化；所述信号依次通过邦定线、邦定电路板、金属引针传递到信号调制电路板；信号调制电路板（信号调制电路板上有相应的电路和电子元器件，采用相应的调试软件可以实现对压力信号的校准和温度补偿）对所述信号进行校准和温度补偿，然后通过电缆线将准确的压力信号发送出去。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (5)
1.一种陶瓷MEMS压力传感器，其特征在于，包括陶瓷底片、陶瓷圆环、MEMS压力芯片、邦定电路板、信号调制电路板及电缆线，其中，陶瓷底片上设有通孔，陶瓷圆环设于陶瓷底片上；MEMS压力芯片通过密封胶密封设于陶瓷底片上，且使MEMS压力芯片的中间孔与陶瓷底片上的通孔相通；邦定电路板设于陶瓷底片上，且邦定电路板与MEMS压力芯片电连接；信号调制电路板与邦定电路板电连接；电缆线与信号调制电路板电连接。
2.如权利要求1所述的陶瓷MEMS压力传感器，其特征在于，还包括邦定线，所述邦定电路板通过邦定线与MEMS压力芯片电连接。
3.如权利要求1所述的陶瓷MEMS压力传感器，其特征在于，所述陶瓷圆环内侧高度小于外侧高度，所述信号调制电路板设于陶瓷圆环内侧上。
4.如权利要求3所述的陶瓷MEMS压力传感器，其特征在于，还包括金属引针，所述信号调制电路板通过金属引针与邦定电路板电连接。
5.如权利要求1所述的陶瓷MEMS压力传感器，其特征在于，所述信号调制电路板上集成有用于对压力信号进行校准和温度补偿的信号调制电路，所述电缆线与信号调制电路的输入端及输出端电连接。
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