CN109540374B - 超声烧结封装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超声烧结封装装置，应用于耐高温的压力传感器，所述压力传感器包括一不锈钢外壳，所述不锈钢外壳的底部设置有一管座，所述管座的顶端由下至上依次设置有下玻璃层、绝缘层和上玻璃层；所述超声烧结封装装置包括：加热平台，设置在所述不锈钢外壳的底端，用于给所述压力传感器的烧结封装提供热能；超声发生装置，设置在所述不锈钢外壳的顶端，用于给所述压力传感器的烧结封装提供超声能。本发明提供的超声烧结封装装置，能降低压力传感器的封装温度，保护压力传感器的芯片和封装体，同时利用超声能的强机械效应和清洁效应，改善了压力传感器封装的整体质量。
Description
技术领域
本发明涉及传感器封装技术领域，特别涉及一种应用于耐高温压力传感器的超声烧结封装装置。
背景技术
高温压力传感器是工业中较为常见的一种压力变送器，主要应用于高温条件下的工业自控环境，在石油管道、航空航天、铁路交通、船舶、电力、机床、熔炉等众多行业有着广泛的使用。
现有的高温压力传感器在烧结封装时，其金属引线和封装玻璃(或陶瓷)、封装玻璃(或陶瓷)体与不锈钢外壳、密封支座玻璃(或陶瓷)与管座玻璃(或陶瓷)、以及芯片焊盘与引脚之间连接均需要通过高温烧结，其烧结温度将高达420-650℃、甚至790℃以上，高温环境将会严重影响传感器芯片电阻的掺杂杂质的再扩散、已键合界面失配失效和连接的可靠性等问题。至今，高温压力传感器的封装结构体连接的关键技术问题仍未能彻底解决，封装连接界面的耐高温抗冲击性能依然具有很大的研究价值。
发明内容
本发明提供了一种耐高温压力传感器的超声烧结封装装置，其目的是为了解决高温压力传感器的烧结温度高，对传感器芯片封装造成破坏的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种超声烧结封装装置，应用于耐高温的压力传感器，所述压力传感器包括一不锈钢外壳，所述不锈钢外壳的底部设置有一管座，所述管座的顶端由下至上依次设置有下玻璃层、绝缘层和上玻璃层；所述超声烧结封装装置包括：
加热平台，设置在所述不锈钢外壳的底端，用于给所述压力传感器的烧结封装提供热能；
超声发生装置，设置在所述不锈钢外壳的顶端，用于给所述压力传感器的烧结封装提供超声能。
其中，所述加热平台的顶部设置有一上凸台，所述上凸台插设在所述不锈钢外壳的底端，所述上凸台的顶端与所述管座的底端相接触。
其中，所述超声发生装置包括一加载夹具、一超声换能器和一超声驱动器，所述加载夹具插设在所述不锈钢外壳的顶端，所述加载夹具底部设置的一下凸台与所述上玻璃层相接触，所述加载夹具的顶端开设有一带螺纹的安装孔，所述安装孔的底端与所述下凸台的底端连通；所述超声换能器的底端设置有一带螺纹的安装头，所述超声换能器通过所述安装头螺旋插设在所述加载夹具的顶端；所述超声驱动器套设在所述超声换能器的顶端。
其中，所述超声换能器的外侧壁上还环绕设置有一节点凸台，所述节点凸台与一液压加载系统连接。
其中，所述管座上设置有多个引脚，每个所述引脚均贯穿所述管座的顶面和底面。
其中，所述下玻璃层上设置有和所述引脚数量对应的引线孔，每个所述引线孔均贯穿所述下玻璃层的顶面和底面，每个贯穿所述管座顶面的所述引脚延伸至对应的所述引线孔内。
其中，所述绝缘层的底面还设置有多个电阻块和压阻，所述电阻块设置在所述引线孔的顶端位置处，所述下玻璃层和所述绝缘层通过所述电阻块连接，所述压阻设置于所述绝缘层、所述下玻璃层和所述电阻块围成的空腔里。
其中，所述管座与所述不锈钢外壳之间，所述下玻璃层与所述管座之间均铺设有粉体材料。
其中，所述引线孔内还涂设有导电浆料。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
通过超声能和热能的共同作用，对压力传感器进行烧结封装，可将烧结温度降至200℃以下，减小了对传感器芯片和封装体的破坏，并且可以实现压力传感器一体化一次烧结封装，时间可控制在10分钟以内，进一步地保护了传感器本体和封装体的结构；
利用超声能来调控封装的多材料之间的快速扩散行为，引发超声能的强机械效应和清洁效应，去除封装的粉体材料、导电浆料等的微孔微缺陷，形成致密化高强度的封装体，改善了压力传感器封装的整体质量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
【附图标记说明】
1-不锈钢外壳；2-管座；3-下玻璃层；4-绝缘层；5-上玻璃层；6-加热平台；61-上凸台；7-超声发生装置；71-加载夹具；711-下凸台；712-安装孔；72-超声换能器；721-安装头；722-节点凸台；73-超声驱动器；8-引脚；9-引线孔；10-电阻块；11-压阻；12-粉体材料；13-导电浆料。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的高温压力传感器的烧结温度高，对传感器芯片封装造成破坏的问题，提供了一种超声烧结封装装置。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种超声烧结封装装置，应用于耐高温的压力传感器，所述压力传感器包括一不锈钢外壳1，所述不锈钢外壳1的底部设置有一管座2，所述管座2的顶端由下至上依次设置有下玻璃层3、绝缘层4和上玻璃层5；所述超声烧结封装装置包括：加热平台6，设置在所述不锈钢外壳1的底端，用于给所述压力传感器的烧结封装提供热能；超声发生装置7，设置在所述不锈钢外壳1的顶端，用于给所述压力传感器的烧结封装提供超声能。其中，所述加热平台6的顶部设置有一上凸台61，所述上凸台61插设在所述不锈钢外壳1的底端，所述上凸台61的顶端与所述管座2的底端相接触。
本发明所述的超声烧结封装装置，应用的压力传感器包括不锈钢外壳1，其底部设置有管座2，用于支撑压力传感器的下玻璃层3、绝缘层4和上玻璃层5。管座2底部设置的加热平台6，其上凸台61与管座2的底部接触，可以直接对管座2加热，并将热能传递至封装的各界面处。不锈钢外壳1顶端设置的超声发生装置7，能产生特定频率的超声，提供超声能，并将超声能传递至封装的各界面处。优选地，烧结时施加的超声频率可选择40-120kHz，超声功率为200-1000W，烧结温度可在200℃以下，压力传感器在热能和超声能的共同作用下，不锈钢外壳1、管座2和下玻璃层3等内部结构可以在10分钟内实现一次烧结封装成型。
其中，所述超声发生装置7包括一加载夹具71、一超声换能器72和一超声驱动器73，所述加载夹具71插设在所述不锈钢外壳1的顶端，所述加载夹具71底部设置的一下凸台711与所述上玻璃层5相接触，所述加载夹具711的顶端开设有一带螺纹的安装孔712，所述安装孔712的底端与所述下凸台711的底端连通；所述超声换能器72的底端设置有一带螺纹的安装头721，所述超声换能器72通过所述安装头721螺旋插设在所述加载夹具71的顶端；所述超声驱动器73套设在所述超声换能器72的顶端。
本发明所述的超声烧结封装装置，加载夹具71的下凸台711与上玻璃层5相接触，使得产生的超声及超声能可直接传递至上玻璃层5，再进一步传递至封装的各界面处。超声换能器72通过其带螺纹的安装头721螺旋插设在加载夹具71的顶端，且与下凸台711底端连通，便于超声换能器72的安装固定和产生的超声向封装界面的传递。超声驱动器73套设在超声换能器72的顶端，与超声换能器72共同作用，提供预设置的频率及功率的超声。
其中，所述超声换能器72的外侧壁上还环绕设置有一节点凸台722，所述节点凸台722与一液压加载系统连接。
本发明所述的超声烧结封装装置，环绕设置在超声换能器72外侧壁上的节点凸台722，与一液压加载系统连接，使得液压加载系统能对超声换能器72施加一定的接触压力，将超声发生装置7固定在不锈钢外壳1的顶部，保证了整个封装过程中超声能传递的持续性和稳定性。
其中，所述管座2上设置有多个引脚8，每个所述引脚8均贯穿所述管座2的顶面和底面。所述下玻璃层3上设置有和所述引脚8数量对应的引线孔9，每个所述引线孔9均贯穿所述下玻璃层3的顶面和底面，每个贯穿所述管座2顶面的所述引脚8延伸至对应的所述引线孔9内。所述绝缘层4的底面还设置有多个电阻块10和压阻11，所述电阻块10设置在所述引线孔9的顶端位置处，所述下玻璃层3和所述绝缘层4通过所述电阻块10连接，所述压阻11设置于所述绝缘层4、所述下玻璃层3和所述电阻块10围成的空腔里。同时，所述管座2与所述不锈钢外壳1之间，所述下玻璃层3与所述管座2之间均铺设有粉体材料12，所述引线孔9内还涂设有导电浆料13。
本发明所述超声烧结封装装置应用的压力传感器，下玻璃层3设置在管座2的顶端，其底面与管座2顶面之间铺设有粉体材料12，在超声烧结封装时形成封装层，实现管座2与下玻璃层3之间的封装；同时，管座2与不锈钢外壳1之间铺设的粉体材料12，在超声烧结封装时同样形成封装层，实现管座2和不锈钢外壳1之间的封装；另外，引线孔9内涂设的导电浆料13，在超声烧结封装时形成贯通引线孔9的可导电的一层，将引脚8在引线孔9内固定并封装，使得引脚8与电阻块10通过引线孔9内凝固的导电浆料13电连接。传递至各封装界面的超声能可调控各材料之间的快速扩散行为，同时能引发强机械效应和清洁效应，去除粉体材料12和导电浆料13的微孔微缺陷，形成致密化高强度的封装体，并且可实现一体化一次烧结封装，减少对传感器芯片和封装体的破坏。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种超声烧结封装装置，一种超声烧结封装装置，应用于耐高温的压力传感器，所述压力传感器包括不锈钢外壳，所述不锈钢外壳内的底部设置有管座，所述管座的顶端由下至上依次设置有下玻璃层、绝缘层和上玻璃层；其特征在于，所述超声烧结封装装置包括：
加热平台，所述加热平台的顶部设置有上凸台，所述上凸台插设在所述不锈钢外壳的底端，所述上凸台的顶端与所述管座的底端相接触，加热平台用于给所述压力传感器的烧结封装提供热能；
超声发生装置，设置在所述不锈钢外壳的顶端，用于给所述压力传感器的烧结封装提供超声能；
所述超声发生装置包括加载夹具、超声换能器和超声驱动器，所述加载夹具插设在所述不锈钢外壳的顶端，所述加载夹具底部设置的下凸台与所述上玻璃层相接触，所述加载夹具的顶端开设有带螺纹的安装孔，所述安装孔的底端与所述下凸台的底端连通；所述超声换能器的底端设置有带螺纹的安装头，所述超声换能器通过所述安装头螺旋插设在所述加载夹具的顶端；所述超声驱动器套设在所述超声换能器的顶端；所述超声换能器的外侧壁上还环绕设置有节点凸台，所述节点凸台与液压加载系统连接；
所述管座上设置有多个引脚，每个所述引脚均贯穿所述管座的顶面和底面；所述下玻璃层上设置有和所述引脚数量对应的引线孔，每个所述引线孔均贯穿所述下玻璃层的顶面和底面，每个贯穿所述管座顶面的所述引脚延伸至对应的所述引线孔内；所述绝缘层的底面还设置有多个电阻块和压阻，所述电阻块设置在所述引线孔的顶端位置处，所述下玻璃层和所述绝缘层通过所述电阻块连接，所述压阻设置于所述绝缘层、所述下玻璃层和所述电阻块围成的空腔里；所述管座与所述不锈钢外壳之间，所述下玻璃层与所述管座之间均铺设有粉体材料，在超声烧结封装时形成封装层；所述引线孔内还涂设有导电浆料。
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