CN111811696A - 压力传感器芯片及其制造方法和压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压力传感器芯片及其制造方法和压力传感器，所述压力传感器芯片包括主基板，所述主基板于第一面中心处设有扩散硅芯片，并于第二面设有电连接所述扩散硅芯片的基板芯片，所述基板芯片上设有接线点或接线引脚；还包括保护板，所述保护板附设于主基板的第一面上，并于中间部位设有对应扩散硅芯片的开孔，所述开孔内填充有包覆所述扩散硅芯片的保护胶层，以及填充于保护胶层外侧的缓冲胶层，所述缓冲胶层的外表面与所述保护板的外侧表面平齐。本发明的压力传感器芯片及压力传感器具有结构新颖、生产成本低、工业耐受性好、使用寿命长的优点。

Description

压力传感器芯片及其制造方法和压力传感器

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种压力传感器芯片及其制造方法和压力传感器。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

目前市面上的压力传感器，由于采用密封圈封装压力芯片，容易造成芯片受到不规则的压应力和扭应力，同时密封圈容易老化，也会造成压应力的变化。该种不断变化的压应力和扭应力都会引起压力芯片较大的两点漂移和零点温度漂移，造成传感器检测数据不准确，可靠性差，使用寿命短。另外还有一种压力传感器，采用陶瓷材料封装，生产工艺复杂、价格高、封装昂贵，同时受环境影响较大，电路复杂，抗干扰能力差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种结构新颖、生产成本低、工业耐受性好、使用寿命长的压力传感器芯片及配置该压力传感器芯片的压力传感器。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的第一个方面提供了一种压力传感器芯片，包括主基板，所述主基板于第一面中心处设有扩散硅芯片，并于第二面设有电连接所述扩散硅芯片的基板芯片，所述基板芯片上设有接线点或接线引脚；还包括保护板，所述保护板附设于主基板的第一面上，并于中间部位设有对应扩散硅芯片的开孔，所述开孔内填充有包覆所述扩散硅芯片的保护胶层，以及填充于保护胶层外侧的缓冲胶层，所述缓冲胶层的外表面与所述保护板的外侧表面平齐。

进一步的，所述保护胶层的上表面形成截面为梯形的凹陷区域，所述缓冲胶层填充于所述凹陷区域内，且外表面覆盖整个开孔区域。

进一步的，所述保护胶层层的材料为环氧树脂胶，所述缓冲胶层的材料为硅胶。

进一步的，所述主基板和保护板的厚度为2-4mm，且保护板的厚度大于主基板。

进一步的，所述主基板和保护板轮廓均为圆形且大小相同。

本发明的第二个方面提供了一种如上述第一个方面所述的压力传感器芯片的制造方法，包括如下步骤：

S1、制作主基板；

S2、将保护板黏接在主基板设有扩散硅芯片的一面上；

S3、在保护板上的开孔内填充包覆所述扩散硅芯片的保护胶层；

S4、在保护板上的开孔内填充覆盖所述保护胶层的缓冲胶层，并使缓冲胶层的外表面与保护板的外侧表面平齐。

进一步的，步骤S3和S4中填充胶层时，在保护胶层的上表面形成截面为近似梯形的凹陷区域，并将缓冲胶层填充于该凹陷区域内，且外表面覆盖整个开孔区域。

本发明的第三个方面提供了一种压力传感器，包括壳体，以及安装于壳体内的如上述第一个方面所述的压力传感器芯片，所述壳体的一端设有压力检测通道，另一端设有接线部，所述压力传感器芯片设有扩散硅芯片的一面朝向所述压力检测通道。

进一步的，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体的一端为设有内螺纹的容腔，另一端设有连通所述容腔的压力检测通道，所述下壳体的一端为设有与所述内螺纹匹配的外螺纹的伸入部，另一端设有接线部；所述压力传感器芯片安装于上壳体的容腔内，通过硅胶垫片与容腔的底壁抵接，所述下壳体的伸入部螺旋装配于上壳体的容腔内，且端面抵接压紧所述压力传感器芯片。

进一步的，所述压力传感器芯片的轮廓为圆形，并于外缘处设有一对线型卡边，所述硅胶垫片的形状与所述压力传感器芯片的形状相适配。

进一步的，所述下壳体上的接线部包括与所述伸入部螺纹连接的螺纹接头部，套设于螺纹接头部前端的像皮套，以及与所述螺纹接头部匹配的固定螺母。

进一步的，所述伸入部靠近接线部的一端设有凸缘，所述凸缘的外径尺寸与所述上壳体设有容腔一端的外径尺寸相匹配。

本发明的有益技术效果如下：

本发明的压力传感器芯片，结构新颖、设计合理，采用主基板加保护板双层电路板封胶防水处理，有效增强了芯片的结构强度，可防止芯片因受到不规则的压应力和扭应力，以及封装密封圈老化造成的压应力变化而引起芯片较大的两点漂移和零点温度漂移，进而造成传感器检测数据不准确的问题，使得芯片能够长期进行压力测量。同时，采用双层胶进行胶封封装，可在有效防水的前提下，保持扩散硅芯片的压力采集灵敏度和稳定性，同时提高了芯片耐腐蚀性、耐高温、抗磨损、抗冲击振动的性能，使之可在-40℃～+150℃温度下使用，且不受剧烈震动影响，综合上大大提高了芯片寿命。另外，采用上述结构，整个芯片的生产加工工艺简单，生产效率高，可大批量生产，并且大大降低了生产成本，具有显著的市场优势。

本发明的配备了上述压力传感器芯片的压力传感器，具有稳定可靠、测量范围大、灵敏度高、稳定性好、使用寿命长的优点，可广泛适用于各种压力检测场合中，长期检测常规设备压力。

附图说明

图1为本发明的压力传感器芯片实施例结构示意图。

图2为图1中实施例的侧面示意图。

图3为本发明的压力传感器实施例的外形结构示意图。

图4为图3中实施例的截面示意图。

图5为图3中实施例的爆炸图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

一种压力传感器芯片，如图1和图2所示，包括主基板1，该主基板1的第一面中心处设有扩散硅芯片2，第二面上设有电连接扩散硅芯片2的基板芯片3，在基板芯片3上设有接线点或接线引脚(图中未画出)。

在主基板1设有扩散硅芯片2的一面上，还附设有保护板4，其通过黏接或其它方式与主基板1结合在一起。在保护板4的中间部位设置有对应扩散硅芯片2的开孔40，该开孔40内填充有包覆扩散硅芯片2的保护胶层5，并在保护胶层5的外侧填充有缓冲胶层6，该缓冲胶层6的外表面与保护板4的外侧表面平齐。

采用上述双层电路板封胶结构，既可以有效增加整个传感器芯片的结构强度，使之能够避免因受到不规则的压应力和扭应力及封装密封圈老化造成的两点漂移和零点温度漂移导致的测量不准确的问题，又增强了整个传感器芯片的防水、抗震、耐腐蚀、耐高温、抗磨损和抗冲击振动的性能，有效提高了芯片使用寿命。

作为一种优选实施方案，保护胶层5包覆整个扩散硅芯片2，且填充后上表面形成截面为梯形的凹陷区域，缓冲胶层6填充于该凹陷区域内，且外表面覆盖整个开孔区域。

采用上述结构，可使保护胶层在起到尽可能好的保护作用的同时，能够更好地接受和传递缓冲胶层采集到的压力，从而使扩散硅芯片对压力的检测更加准确，保证了整个传感器芯片的检测准确度和灵敏性。

作为一种优选实施方案，保护胶层5层的材料为环氧树脂胶，其具有良好的密封性和结构强度；而缓冲胶层6的材料为硅胶，具有良好的力传递性能和耐受性，可有效缓冲并传递外界压力。

作为一种优选实施方案，主基板1和保护板4的厚度为2-4mm，且保护板4 的厚度大于主基板1，从而使整个传感器芯片具有良好的结构强度和使用性能。

作为一种优选实施方案，主基板1和保护板4轮廓均为圆形且大小相同。

实施例2

一种压力传感器芯片的制造方法，包括如下步骤：

第一步，制作主基板，在主基板的第一面中心处设置扩散硅芯片，第二面设置基板芯片，在基板芯片上设置接线点或接线引脚，并将扩散硅芯片和基板芯片通过电路进行连接。

第二步，将中间部位开设有开孔的保护板黏接在主基板设有扩散硅芯片的一面上，使得开孔处对应扩散硅芯片。

第三步，在保护板上的开孔内填充包覆扩散硅芯片的保护胶层，该保护胶层优选使用环氧树脂胶。

第四步，在保护板上的开孔内填充覆盖保护胶层的缓冲胶层，并使缓冲胶层的外表面与保护板的外侧表面平齐。该缓冲胶层优选使用硅胶。

作为进一步的优选实施方案，上述第三步和第四步中，在填充胶层时，设置工艺使保护胶层的上表面形成截面为近似梯形的凹陷区域，并将缓冲胶层填充于该凹陷区域内，且外表面覆盖整个开孔区域。

实施例3

一种压力传感器，包括壳体，以及安装于壳体内的如上述实施例1所述的压力传感器芯片。该壳体的一端设有压力检测通道，另一端设有接线部，压力传感器芯片设有扩散硅芯片的一面朝向压力检测通道。

具体的，在如图3-5所示的示出实施例中，壳体包括上壳体100和下壳体200。其中，上壳体100的一端设有内螺纹容腔101，另一端未设有外螺纹接头 103，并于内部设有连通容腔101的压力检测通道102。下壳体200的一端为伸入部201，其外壁上设有与容腔101内的内螺纹匹配的外螺纹；另一端设有接线部。压力传感器芯片300安装于上壳体100的容腔101内，通过硅胶垫片400 与容腔101的底壁抵接，下壳体200的伸入部201螺旋装配于上壳体100的容腔101内，且端面抵接压紧压力传感器芯片300。

作为一种优选实施方案，压力传感器芯片300的轮廓为圆形，并于外缘处设有一对线型卡边301，硅胶垫片400的形状与压力传感器芯片300的形状相适配，也设有线型边401。通过设置线型卡边，可在压力传感器芯片安装时能够更好地定位。

作为一种优选实施方案，下壳体200上的接线部包括与伸入部201螺纹连接的螺纹接头部202，套设于螺纹接头部202前端光滑环形部位206上的像皮套 203，以及与螺纹接头部202匹配的固定螺母204。像皮套203可起到绝缘密封效果。

作为一种优选实施方案，伸入部201靠近接线部的一端设有凸缘205，该凸缘205的外径尺寸与上壳体100设有容腔101一端的外径尺寸相匹配。

本实施例中的压力传感器在安装时，信号线经接线部伸入传感器中并与压力传感器芯片上的相应接线点或接线引脚连接，并通过接线部上的固定螺母204 对信号线进行固定，然后通过上壳体一端的外螺纹接头103将传感器安装于相应设备或固定件上，即可通过压力检测通道对待测压力进行检测。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种压力传感器芯片，其特征在于：包括主基板(1)，所述主基板(1)于第一面中心处设有扩散硅芯片(2)，并于第二面设有电连接所述扩散硅芯片(2)的基板芯片(3)，所述基板芯片(3)上设有接线点或接线引脚；还包括保护板(4)，所述保护板(4)附设于主基板(1)的第一面上，并于中间部位设有对应扩散硅芯片(2)的开孔(40)，所述开孔(40)内填充有包覆所述扩散硅芯片(2)的保护胶层(5)，以及填充于保护胶层(5)外侧的缓冲胶层(6)，所述缓冲胶层(6)的外表面与所述保护板(4)的外侧表面平齐。

2.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于：所述保护胶层(5)的上表面形成截面为梯形的凹陷区域，所述缓冲胶层(6)填充于所述凹陷区域内，且外表面覆盖整个开孔区域。

3.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于：所述保护胶层(5)层的材料为环氧树脂胶，所述缓冲胶层(6)的材料为硅胶。

4.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于：所述主基板(1)和保护板(4)的厚度为2-4mm，且保护板(4)的厚度大于主基板(1)。

5.如权利要求1-4任一项所述的压力传感器芯片，其特征在于：所述主基板(1)和保护板(4)轮廓均为圆形且大小相同。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的压力传感器芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、制作主基板；

S2、将保护板黏接在主基板设有扩散硅芯片的一面上；

S3、在保护板上的开孔内填充包覆所述扩散硅芯片的保护胶层；

S4、在保护板上的开孔内填充覆盖所述保护胶层的缓冲胶层，并使缓冲胶层的外表面与保护板的外侧表面平齐。

7.如权利要求6所述的压力传感器芯片的制造方法，其特征在于，步骤S3和S4中填充胶层时，在保护胶层的上表面形成截面为近似梯形的凹陷区域，并将缓冲胶层填充于该凹陷区域内，且外表面覆盖整个开孔区域。

8.一种压力传感器，其特征在于：包括壳体，以及安装于壳体内的如权利要求1-5任一项所述的压力传感器芯片，所述壳体的一端设有压力检测通道，另一端设有接线部，所述压力传感器芯片设有扩散硅芯片的一面朝向所述压力检测通道。

9.如权利要求8所述的压力传感器，其特征在于：所述壳体包括上壳体(100)和下壳体(200)，所述上壳体(100)的一端为设有内螺纹的容腔(101)，另一端设有连通所述容腔的压力检测通道(102)，所述下壳体(200)的一端为设有与所述内螺纹匹配的外螺纹的伸入部(201)，另一端设有接线部；所述压力传感器芯片(300)安装于上壳体(100)的容腔(101)内，通过硅胶垫片(400)与容腔(101)的底壁抵接，所述下壳体(200)的伸入部(201)螺旋装配于上壳体(100)的容腔内，且端面抵接压紧所述压力传感器芯片。

10.如权利要求9所述的压力传感器，其特征在于：所述压力传感器芯片(300)的轮廓为圆形，并于外缘处设有一对线型卡边(301)，所述硅胶垫片(400)的形状与所述压力传感器芯片(300)的形状相适配。

11.如权利要求9所述的压力传感器，其特征在于：所述下壳体(200)上的接线部包括与所述伸入部(201)螺纹连接的螺纹接头部(202)，套设于螺纹接头部(202)前端的像皮套(203)，以及与所述螺纹接头部(202)匹配的固定螺母(204)。

12.如权利要求9所述的压力传感器，其特征在于：所述伸入部(201)靠近接线部的一端设有凸缘(205)，所述凸缘(205)的外径尺寸与所述上壳体(100)设有容腔(101)一端的外径尺寸相匹配。

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