CN112268641A - 一种方形陶瓷电阻式压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方形陶瓷电阻式压力传感器，包括：方形陶瓷基体和方形陶瓷弹性膜片，方形陶瓷基体粘合在方形陶瓷弹性膜片的下方，方形陶瓷基体与方形陶瓷弹性膜片间设置有空腔；方形陶瓷弹性膜片底端设置有陶瓷弹性膜片导体线路，方形陶瓷基体顶端设置有陶瓷基体导体线路，陶瓷弹性膜片导体线路与陶瓷基体导体线路通过上下导通电极电连接。本发明采用方形结构减少了生产过程中的材料浪费，尺寸更小，可靠性更好，并且实现了绝压/表压两种不同应用环境。
Description
技术领域
本发明属于压力传感器技术领域，更具体的说是涉及一种方形陶瓷电阻式压力传感器。
背景技术
伴随新一代智能汽车、工业自动化的快速发展，压力传感器作为现代测量和自动化系统的重要技术之一，从汽车控制到工业自动化，从生产的过程控制到医疗监测，几乎每一项技术都离不开压力传感器，而陶瓷电阻式压力传感器依据陶瓷耐腐蚀、抗冲击、无迟滞、介质兼容性强等优势被广泛应用在水、气、液多种介质的压力检测。
现有的陶瓷电阻式压力传感器一般是在圆形凹口陶瓷基体的弹性膜片背面印刷一个厚膜惠斯通电阻桥，由于电阻桥会在膜片受到压力后发生弯曲形变发生阻值变化，将电阻变化经过信号调理转换得到电压或者电流信号线性输出。
但目前压阻式压力传感器普遍尺寸较大，而且绝大多数是表压形式，且因结构关系在压力过载时，容易发生膜片破裂和渗漏，并不能满足更高市场需求。
因此，如何提供一种方形陶瓷电阻式压力传感器是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种方形陶瓷电阻式压力传感器，采用方形结构减少了生产过程中的材料浪费，尺寸更小，可靠性更好，并且实现了绝压/表压两种不同应用环境。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种方形陶瓷电阻式压力传感器，包括：方形陶瓷基体和方形陶瓷弹性膜片，所述方形陶瓷基体粘合在所述方形陶瓷弹性膜片的下方，且所述方形陶瓷基体与所述方形陶瓷弹性膜片间设置有空腔；所述方形陶瓷弹性膜片底端设置有陶瓷弹性膜片导体线路，所述方形陶瓷基体顶端设置有陶瓷基体导体线路，所述陶瓷弹性膜片导体线路与所述陶瓷基体导体线路通过上下导通电极电连接。
优选的，所述方形陶瓷弹性膜片底端印刷有厚膜电阻。
优选的，所述方形陶瓷基体顶端印刷有封接玻璃，所述封接玻璃在450～550℃预烧成型，形成玻璃密封层。
优选的，所述方形陶瓷基体顶端印刷有导体焊盘。
优选的，所述方形陶瓷弹性膜片采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷制作而成，厚度0.1～0.5mm。
优选的，所述方形陶瓷基体采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷制作而成，厚度2.0～3.0mm。
优选的，所述陶瓷基体导体线路和所述陶瓷弹性膜片导体线路均采用金属电子浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成导电线路。
优选的，所述厚膜电阻采用高温厚膜电阻浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成厚膜电阻桥。
优选的，所述方形陶瓷基体和所述方形陶瓷弹性膜片在550～650℃空气气氛/真空环境下烧结，粘合在一起，形成密封结构。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种方形陶瓷电阻式压力传感器，采用方形结构减少了生产过程中的材料浪费，尺寸更小，可靠性更好；在方形陶瓷基体和方形陶瓷弹性膜片之间形成一个密封的空腔，空腔在不同的烧结密封环境下可以实现不同的压力参考模式，满足了绝压与表压不同应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明方形陶瓷传感器的结构示意图。
图2附图为本发明方形陶瓷基体的结构示意图。
图3附图为本发明方形陶瓷弹性膜片的结构示意图。
图4附图为本发明陶瓷弹性膜片导体线路的结构示意图。
图5附图为本发明导体焊盘和上下导通电极的结构示意图。
图6附图为本发明封接玻璃的结构示意图。
图7附图为本发明陶瓷基体导体线路的结构示意图。
图8附图为本发明厚膜电阻的结构示意图。
图9附图为本发明印刷有陶瓷弹性膜片导体线路和厚膜电阻的方形陶瓷弹性膜片的结构示意图。
图10附图为本发明印刷有陶瓷基体导体线路、导体焊盘、上下导通电极封接玻璃的方形陶瓷传感器的结构示意图。
其中，图中，
1-方形陶瓷基体；2-方形陶瓷弹性膜片；3-陶瓷弹性膜片导体线路；4-上下导通电极；5-封接玻璃；6-陶瓷基体导体线路；7-厚膜电阻；8-空腔；9-导体焊盘。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅附图1-10，本发明提供了一种方形陶瓷电阻式压力传感器，包括：方形陶瓷基体1和方形陶瓷弹性膜片2，方形陶瓷基体1粘合在方形陶瓷弹性膜片2的下方，且方形陶瓷基体1与方形陶瓷弹性膜片2间设置有空腔8；方形陶瓷弹性膜片2底端设置有陶瓷弹性膜片导体线路3，方形陶瓷基体1顶端设置有陶瓷基体导体线路6，陶瓷弹性膜片导体线路3与陶瓷基体导体线路6通过上下导通电极4电连接。
本实施例中，方形陶瓷弹性膜片2底端印刷有厚膜电阻7。
本实施中，方形陶瓷基体1顶端印刷有封接玻璃5，封接玻璃5在450～550℃预烧成型，形成玻璃密封层，玻璃密封层能够保持方形陶瓷基体1和方形陶瓷弹性膜片2间存在一定的间距。
本实施中，方形陶瓷基体1顶端印刷有导体焊盘9。
本实施中，方形陶瓷弹性膜片2采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷制作而成，厚度0.1～0.5mm。
本实施中，方形陶瓷基体1采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷制作而成，厚度2.0～3.0mm。
本实施中，陶瓷基体导体线路6和陶瓷弹性膜片导体线路3均采用金属电子浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成导电线路。
本实施中，厚膜电阻7采用高温厚膜电阻7浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成厚膜电阻7桥。
本实施例中，方形陶瓷基体1和方形陶瓷弹性膜片2在550～650℃空气气氛/真空环境下烧结，粘合在一起，形成密封结构。
本发明首先利用厚膜印刷技术将陶瓷基体导体线路、导体焊盘和上下导通电极依次印刷在方形陶瓷基体上表面，方形陶瓷基体采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷，厚度2.0～3.0mm，导体线路使用Ag/Pt，Ag，Ag/Pd，Au等金属电子浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成导电线路；然后再将封接玻璃印刷在方形陶瓷基体上表面，在450～550℃预烧成型，形成具有一定强度的玻璃密封层；然后再利用厚膜印刷技术将陶瓷弹性膜片导体线路和厚膜电阻印刷在方形陶瓷弹性膜片下表面上，方形陶瓷弹性膜片采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷，厚度0.1～0.5mm，陶瓷弹性膜片导体线路使用Ag/Pt，Ag，Ag/Pd，Au等金属电子浆料，厚膜电阻采用高温厚膜电阻浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成导电线路和厚膜电阻桥，利用厚膜电阻通过调零使厚膜电阻桥消除零点偏移；最后将印刷有陶瓷基体导体线路、导体焊盘、上下导通电极和封接玻璃的方形陶瓷基体和印刷有陶瓷弹性膜片导体线路和厚膜电阻的方形陶瓷弹性膜片有线路的一面相对合并在一起，在550℃～650℃空气气氛/真空环境下烧结，粘合在一起，形成密封结构和空腔，完成方形陶瓷电阻式压力传感器制造。
本发明提供了一种方形陶瓷电阻式压力传感器，利用陶瓷材料、厚膜印刷和玻璃封接技术，在方形陶瓷基体和方形陶瓷弹性膜片之间形成一个密封的空腔，空腔在不同的烧结密封环境下可以实现不同的压力参考模式，正真满足了绝压与表压不同应用需求；因自身结构特性，当传感器过压时，方形陶瓷弹性膜片会被下方的方形陶瓷基体顶住，并不会像圆形凹口式陶瓷基体一样，方形陶瓷弹性膜片受力无法限制形变量而造成破裂泄漏；方形的陶瓷结构，可以满足更小的尺寸需求，更加节省材料，降低了制造成本；采用此种密封结构，则不需要在方形陶瓷基体上开孔引出信号，减少了因孔隙导通开路的风险，且减少了因开孔造成方形陶瓷弹性膜片受力不均匀的风险，增加了产品的可靠性能。方形结构减少了生产过程中的材料浪费，尺寸更小，可靠性更好，且实现了绝压/表压两种不同应用环境，并且此生产工艺更适合进行批量化生产，实现成本大幅度降低。解决了现有陶瓷电阻式压力传感器结构大多是在圆形凹口陶瓷基体的弹性膜片背面印刷一个厚膜惠斯通电阻桥，导致的如下问题：凹口处弹性膜片在压力过载时，膜片容易破裂造成渗漏；只能满足表压应用环境，在大多绝压环境无法使用或使用精度差；结构尺寸偏大，封装成本偏高；信号线路与外部连接时，需要在基体开通孔，会造成膜片受力不均匀，产生输出非线性及对电极线路设计产生障碍。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，包括：方形陶瓷基体和方形陶瓷弹性膜片，所述方形陶瓷基体粘合在所述方形陶瓷弹性膜片的下方，且所述方形陶瓷基体与所述方形陶瓷弹性膜片间设置有空腔；所述方形陶瓷弹性膜片底端设置有陶瓷弹性膜片导体线路，所述方形陶瓷基体顶端设置有陶瓷基体导体线路，所述陶瓷弹性膜片导体线路与所述陶瓷基体导体线路通过上下导通电极电连接。
2.根据权利要求1所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述方形陶瓷弹性膜片底端印刷有厚膜电阻。
3.根据权利要求1所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述方形陶瓷基体顶端印刷有封接玻璃，所述封接玻璃在450～550℃预烧成型，形成玻璃密封层。
4.根据权利要求1所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述方形陶瓷基体顶端印刷有导体焊盘。
5.根据权利要求1所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述方形陶瓷弹性膜片采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷制作而成，厚度0.1～0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述方形陶瓷基体采用95％～99％Al2O3/ZrO2陶瓷制作而成，厚度2.0～3.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述陶瓷基体导体线路和所述陶瓷弹性膜片导体线路均采用金属电子浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成导电线路。
8.根据权利要求2所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述厚膜电阻采用高温厚膜电阻浆料，在100～150℃烘干，800～900℃烧结成型，形成厚膜电阻桥。
9.根据权利要求1所述的一种方形陶瓷电阻式压力传感器，其特征在于，所述方形陶瓷基体和所述方形陶瓷弹性膜片在550～650℃空气气氛/真空环境下烧结，粘合在一起，形成密封结构。
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