CN116275664A - 一种背金共晶焊接传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器测量技术领域，具体的说是一种背金共晶焊接传感器的制造方法，该方法包括以下步骤：S1：将金属流基座和镀金压力座密封连接后放置于焊接装置中的工装主体下，把共晶材料预成形片放置在镀金压力座的表面上，S2：把压力传感器放置在工装主体内，并将压块放入工装主体内，S3：将整体放进真空共晶炉内，按照规定的温度曲线进行共晶，共晶后，卸掉工装主体，完成共晶，所述焊接装置包括工装主体，所述工装主体的表面设置有放置腔，所述放置腔内设置有压块，所述放置腔用于放置压力传感器，所述镀金压力座的表面上设置有焊片。
Description
技术领域
本发明属于传感器测量技术领域，具体的说是一种背金共晶焊接传感器的制造方法。
背景技术
压力传感器能够测量气体或者液体的压力，为控制系统提供准确有效的压力数据，在压力测量领域，MEMS技术发展迅速，通过MEMS技术，使压力的测量更加的准确。
针对现有的相关技术，发明人认为往往存在以下缺陷：在低压和中压压力传感器的封装应用中，通常使用环氧树脂、硅胶等胶水把MEMS传感器粘接封装在压力座上。由于应力的匹配问题、热膨胀系数不一致等问题，传感器的精度较差，稳定性较差。同时由于测量的介质多种多样，使用环境温度变化剧烈，胶水在不同介质和温度变化中，逐渐的老化失效，甚至介质泄漏，导致整个压力传感器测量系统失效。
为此，本发明提供一种背金共晶焊接传感器的制造方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种背金共晶焊接传感器的制造方法，该方法用于制造一种背金共晶焊接传感器，该方法包括以下步骤：
S1：将金属流基座和镀金压力座密封连接后放置于焊接装置中的工装主体下，把共晶材料预成形片放置在镀金压力座的上表面；
S2：把压力传感器放置在工装主体内，并将压块放入工装主体内；
S3：将整体放进真空共晶炉内，按照规定的温度曲线进行共晶，共晶后，卸掉工装主体，完成共晶，使用共晶焊接的方式，所选择的材料热膨胀系数接近，热失配少，能够显著的提高精度，同时使用的封装形式形成稳定的共晶合金，具有良好的介质兼容性，是替代胶水粘接封装的优选方案。
优选的，所述焊接装置包括工装主体，所述工装主体的表面设置有放置腔，所述放置腔内设置有压块，所述放置腔用于放置压力传感器，所述镀金压力座的表面上设置有预成型焊片；将工装主体压在镀金压力座的表面，随后将预成型片、压力传感器和压块依次放置于放置腔内，金锡合金的预成形片作为共晶材料，金锡合金的焊片通过手工进行放置，金锡合金的焊片和压力传感器通过工装主体进行定位，在真空共晶炉中进行共晶，金锡预成型片在高温的作用下形成回流，由于压力座的表面有镀金层，压力传感器的底部也具有镀金层，回流的金锡材料和双面的金层产生扩散，冷却、凝固、结晶形成稳定的共晶晶体混合物，形成可靠的压力连接。
优选的，所述工装主体的上方设置有定位架，所述定位架的表面固定安装有电机，所述电机的输出端固定安装有连接杆，所述连接杆远离电机输出端的一端插入工装主体的内壁中，所述工装主体的表面固定安装有一组导向刮板，所述工装主体的内部开设有一组收集腔；共晶后，移动定位架，使电机输出端固定安装的连接杆插入工装主体内，随后启动电机，电机与连接杆相互配合带动工装主体转动，工装主体转动时带动导向刮板运动，将焊片融化后溢出至压力传感器底部侧面的多余部分裁切掉，提升美观性，并且导向刮板可以将残渣导向收集腔内，将残渣收集起来。
优选的，所述压块具有磁性，所述收集腔的内部滑动安装有磁片，所述磁片与压块靠近时会相互排斥，所述磁片的表面固定安装有弹簧，所述弹簧的另一端与收集腔的内顶壁固定连接；将压块放入放置腔内，压块的磁力排斥磁片，磁片运动挤压收集腔内的残渣碎屑并拉伸弹簧，磁片运动时将残渣碎屑压平（裁切残渣碎屑前将压块取下，磁片被弹簧带动复位），当磁片复位后，收集腔内可以提升收纳的容量，从而可以提升收集的碎屑容量。
优选的，所述工装主体的内部开设有一组安置腔，所述安置腔的内壁均固定安装有固定板，所述固定板的表面固定安装有波纹块，所述波纹块具有空心结构且具有弹性，所述波纹块的上表面固定安装有配重板，所述配重板呈L形设置，所述工装主体的内部开设有一组气流道，所述气流道的内壁固定安装有连接管，所述连接管的另一端与波纹块固定连接，所述气流道通过连接管与波纹块相连通；将工装主体放置在镀金压力座的表面上时，配重板运动并带动波纹管膨胀吸气，当裁切过后将工装主体取下时，配重块受重力影响与固定板相互配合挤压波纹管，波纹管内的空气沿着连接管和气流道喷向镀金压力座的表面，将镀金压力座表面因裁切未收集起来碎屑吹掉。
优选的，所述工装主体的内部活动安装有滚珠，所述滚珠为球形设置，所述滚珠的表面与镀金压力座的表面相抵；当工装主体转动时，工装主体内的滚珠与镀金压力座接触并转动，从而避免工装主体直接与镀金压力座的表面接触，导致工装主体转动时将镀金压力座表面的镀层划伤。
优选的，所述气流道的内壁固定安装有一组弹性片，所述弹性片的另一端固定安装有锥形密封块；气流道在通过气体时带动锥形密封块运动并拉伸弹性片，锥形密封块可以将气流扩散，提升清理镀金压力座表面残渣灰尘的效果，并且锥形密封块复位的状态下可以将气流道密封起来，防止焊片融化后沿着工装主体和镀金压力座之间的缝隙运动至气流道附近，导致气流道被焊片的融化的焊液进入，焊液凝固后将气流道堵住。
本发明所述的一种背金共晶焊接传感器，包括：
金属流基座，所述金属流基座的材质为低热膨胀系数的高温不锈钢；
镀金压力座，所述镀金压力座材质为低热膨胀系数的金属且位于金属流基座的上表面设置；
压力传感器，所述压力传感器由共晶焊接材料与镀金压力座连接（压力传感器为MEMS压力传感器）；使压力传感器能够实现和镀金压力座之间的可靠密封连接，能够减少由于不同材料之间的热膨胀系数失配导致精度变差等问题，压力座和基座之间使用焊接密封连接，连接效果好。
优选的，所述镀金压力座的表面经过电镀处理且电镀层为金层；镀金压力座具有和硅压力传感器相似的热膨胀系数，能够有效地减少镀金压力座和硅压力传感器的热膨胀系数的差异，减少热失配，提高传感器的稳定性，镀金压力座的共晶面做金的电镀处理。
优选的，所述共晶焊接材料为金锡材料，且共晶焊接材料为预成型片；金锡合金的预成形片作为共晶材料，金锡合金的预成形片通过手工或者自动固晶机进行放置，金锡合金的预成形片和压力传感器通过工装进行定位，在真空共晶炉中进行共晶，金锡预成型片在高温的作用下形成回流，由于压力座的表面有镀金层，压力传感器的底部也具有镀金层，回流的金锡材料和双面的金层产生扩散，冷却、凝固、结晶形成稳定的共晶晶体混合物，形成可靠的压力密封连接。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种背金共晶焊接传感器的制造方法，使压力传感器能够实现和镀金压力座之间的可靠密封连接，能够减少由于不同材料之间的热膨胀系数失配导致精度变差等问题，压力座和基座之间使用焊接密封连接，连接效果好。
2.本发明所述的一种背金共晶焊接传感器的制造方法，镀金压力座采用的高温不锈钢或者可伐合金和硅压力传感器相似的热膨胀系数，能够有效地减少镀金压力座和硅压力传感器的热膨胀系数的差异，减少热失配，提高传感器的稳定性，镀金压力座的共晶面做金的电镀处理。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明整体的立体图；
图2是本发明中工装主体的剖视图；
图3是本发明中镀金压力座的剖视图；
图4是本发明中安置腔的结构示意图；
图5是本发明中压力传感器的结构示意图；
图6是实施例二中锥形密封块的结构示意图；
图7是本发明的方法流程图。
图中：1、金属流基座；2、镀金压力座；3、焊片；4、压力传感器；5、压块；6、放置腔；7、定位架；8、电机；9、连接杆；10、导向刮板；11、收集腔；12、弹簧；13、磁片；14、安置腔；15、固定板；16、波纹块；17、配重板；18、气流道；19、连接管；20、滚珠；21、弹性片；22、锥形密封块；23、工装主体。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示，一种背金共晶焊接传感器，包括：金属流基座1，所述金属流基座1的材质为低热膨胀系数的高温不锈钢；
镀金压力座2，所述镀金压力座2材质为低热膨胀系数的金属且位于金属流基座1的上表面设置；
压力传感器4，所述压力传感器4由共晶焊接材料与镀金压力座2连接（压力传感器4为MEMS压力传感器4）；使压力传感器4能够实现和镀金压力座2之间的可靠密封连接，能够减少由于不同材料之间的热膨胀系数失配导致精度变差等问题，压力座和基座之间使用焊接密封连接，连接效果好。
其中，所述镀金压力座2的表面经过电镀处理且电镀层为金层；镀金压力座2具有和硅压力传感器4相似的热膨胀系数，能够有效地减少镀金压力座2和硅压力传感器4的热膨胀系数的差异，减少热失配，提高传感器的稳定性，镀金压力座2的共晶面做金的电镀处理。
其中，所述共晶焊接材料为金锡材料，且共晶焊接材料为预成型片；金锡合金的预成形片作为共晶材料，金锡合金的预成形片通过手工或者自动固晶机进行放置，金锡合金的预成形片和压力传感器4通过工装进行定位，在真空共晶炉中进行共晶，金锡预成型片在高温的作用下形成回流，由于压力座的表面有镀金层，压力传感器4的底部也具有镀金层，回流的金锡材料和双面的金层产生扩散，冷却、凝固、结晶形成稳定的共晶晶体混合物，形成可靠的压力连接。
如图7所示，一种背金共晶焊接传感器的制造方法，该方法用于制造上述的一种背金共晶焊接传感器，该方法包括以下步骤：
S1：将金属流基座1和镀金压力座2密封连接后放置于焊接装置中的工装主体23下，把共晶材料预成形片放置在镀金压力座2的表面上；
S2：把压力传感器4放置在工装主体23内，并将压块5放入工装主体23内；
S3：将整体放进真空共晶炉内，按照规定的温度曲线进行共晶，共晶后，卸掉工装主体23，完成共晶，使用共晶焊接的方式，所选择的材料热膨胀系数接近，热失配少，能够显著的提高精度，同时使用的封装形式形成稳定的共晶合金，具有良好的介质兼容性，是替代胶水粘接封装的优选方案。
如图1-6所示，所述焊接装置包括工装主体23，所述工装主体23的表面设置有放置腔6，所述放置腔6内设置有压块5，所述放置腔6用于放置压力传感器4；将工装主体23压在镀金压力座2的表面，所述镀金压力座2的表面上设置有焊片3，随后将压力传感器4和压块5依次放置于放置腔6内，金锡合金的预成形片作为共晶材料，金锡合金的焊片3通过手工进行放置，金锡合金的焊片3和压力传感器4通过工装主体23进行定位，在真空共晶炉中进行共晶，金锡预成型片在高温的作用下形成回流，由于压力座的表面有镀金层，压力传感器4的底部也具有镀金层，回流的金锡材料和双面的金层产生扩散，冷却、凝固、结晶形成稳定的共晶晶体混合物，形成可靠的压力连接。
其中，所述工装主体23的上方设置有定位架7，所述定位架7的表面固定安装有电机8，所述电机8的输出端固定安装有连接杆9，所述连接杆9远离电机8输出端的一端插入工装主体23的内壁中，所述工装主体23的表面固定安装有一组导向刮板10，所述工装主体23的内部开设有一组收集腔11；共晶后，移动定位架7，使电机8输出端固定安装的连接杆9插入工装主体23内，随后启动电机8，电机8与连接杆9相互配合带动工装主体23转动，工装主体23转动时带动导向刮板10运动，将焊片3融化后溢出至压力传感器4底部侧面的多余部分裁切掉，提升美观性，并且导向刮板10可以将残渣导向收集腔11内，将残渣收集起来。
其中，所述压块5具有磁性，所述收集腔11的内部滑动安装有磁片13，所述磁片13与压块5靠近时会相互排斥，所述磁片13的表面固定安装有弹簧12，所述弹簧12的另一端与收集腔11的内顶壁固定连接；将压块5放入放置腔6内，压块5的磁力排斥磁片13，磁片13运动挤压收集腔11内的残渣碎屑并拉伸弹簧12，磁片13运动时将残渣碎屑压平（裁切残渣碎屑前将压块5取下，磁片13被弹簧12带动复位），当磁片13复位后，收集腔11内可以提升收纳的容量，从而可以提升收集的碎屑容量。
其中，所述工装主体23的内部开设有一组安置腔14，所述安置腔14的内壁均固定安装有固定板15，所述固定板15的表面固定安装有波纹块16，所述波纹块16具有空心结构且具有弹性，所述波纹块16的上表面固定安装有配重板17，所述配重板17呈L形设置，所述工装主体23的内部开设有一组气流道18，所述气流道18的内壁固定安装有连接管19，所述连接管19的另一端与波纹块16固定连接，所述气流道18通过连接管19与波纹块16相连通；将工装主体23放置在镀金压力座2的表面上时，配重板17运动并带动波纹管膨胀吸气，当裁切过后将工装主体23取下时，配重块受重力影响与固定板15相互配合挤压波纹管，波纹管内的空气沿着连接管19和气流道18喷向镀金压力座2的表面，将镀金压力座2表面因裁切未收集起来碎屑吹掉。
其中，所述工装主体23的内部活动安装有滚珠20，所述滚珠20为球形设置，所述滚珠20的表面与镀金压力座2的表面相抵；当工装主体23转动时，工装主体23内的滚珠20与镀金压力座2接触并转动，从而避免工装主体23直接与镀金压力座2的表面接触，导致工装主体23转动时将镀金压力座2表面的镀层划伤。
其中，所述气流道18的内壁固定安装有一组弹性片21，所述弹性片21的另一端固定安装有锥形密封块22；气流道18在通过气体时带动锥形密封块22运动并拉伸弹性片21，锥形密封块22可以将气流扩散，提升清理镀金压力座2表面残渣灰尘的效果，并且锥形密封块22复位的状态下可以将气流道18密封起来，防止焊片3融化后沿着工装主体23和镀金压力座2之间的缝隙运动至气流道18附近，导致气流道18被焊片3的融化的焊液进入，焊液凝固后将气流道18堵住。
工作原理：使压力传感器4能够实现和镀金压力座2之间的可靠密封连接，能够减少由于不同材料之间的热膨胀系数失配导致精度变差等问题，压力座和基座之间使用焊接密封连接，连接效果好；镀金压力座2使用的高温不锈钢或者可伐合金具有和硅压力传感器4相似的热膨胀系数，能够有效地减少镀金压力座2和硅压力传感器4的热膨胀系数的差异，减少热失配，提高传感器的稳定性，镀金压力座2的共晶面做金的电镀处理；金锡合金的预成形片作为共晶材料，金锡合金的预成形片通过手工或者自动固晶机进行放置，金锡合金的预成形片和压力传感器4通过工装进行定位，在真空共晶炉中进行共晶，金锡预成型片在高温的作用下形成回流，由于压力座的表面有镀金层，压力传感器4的底部也具有镀金层，回流的金锡材料和双面的金层产生扩散，冷却、凝固、结晶形成稳定的共晶晶体混合物，形成可靠的压力连接；将工装主体23压在镀金压力座2的表面，金锡合金的预成形片作为共晶材料，金锡合金的焊片3通过手工进行放置，随后将压力传感器4和压块5依次放置于放置腔6内，金锡合金的焊片3和压力传感器4通过工装主体23进行定位，在真空共晶炉中进行共晶，金锡预成型片在高温的作用下形成回流，由于压力座的表面有镀金层，压力传感器4的底部也具有镀金层，回流的金锡材料和双面的金层产生扩散，冷却、凝固、结晶形成稳定的共晶晶体混合物，形成可靠的压力连接；共晶后，移动定位架7，使电机8输出端固定安装的连接杆9插入工装主体23内，随后启动电机8，电机8与连接杆9相互配合带动工装主体23转动，工装主体23转动时带动导向刮板10运动，将焊片3融化后溢出至压力传感器4底部侧面的多余部分裁切掉，提升美观性，并且导向刮板10可以将残渣导向收集腔11内，将残渣收集起来；将压块5放入放置腔6内，压块5的磁力排斥磁片13，磁片13运动挤压收集腔11内的残渣碎屑并拉伸弹簧12，磁片13运动时将残渣碎屑压平（裁切残渣碎屑前将压块5取下，磁片13被弹簧12带动复位），当磁片13复位后，收集腔11内可以提升收纳的容量，从而可以提升收集的碎屑容量；将工装主体23放置在镀金压力座2的表面上时，配重板17运动并带动波纹管膨胀吸气，当裁切过后将工装主体23取下时，配重块受重力影响与固定板15相互配合挤压波纹管，波纹管内的空气沿着连接管19和气流道18喷向镀金压力座2的表面，将镀金压力座2表面因裁切未收集起来碎屑吹掉；当工装主体23转动时，工装主体23内的滚珠20与镀金压力座2接触并转动，从而避免工装主体23直接与镀金压力座2的表面接触，导致工装主体23转动时将镀金压力座2表面的镀层划伤；气流道18在通过气体时带动锥形密封块22运动并拉伸弹性片21，锥形密封块22可以将气流扩散，提升清理镀金压力座2表面残渣灰尘的效果，并且锥形密封块22复位的状态下可以将气流道18密封起来，防止焊片3融化后沿着工装主体23和镀金压力座2之间的缝隙运动至气流道18附近，导致气流道18被焊片3的融化的焊液进入，焊液凝固后将气流道18堵住。
上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种背金共晶焊接传感器的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：将金属流基座（1）和镀金压力座（2）密封连接后放置于焊接装置中的工装主体（23）下，把共晶材料预成形片放置在镀金压力座（2）的表面上；
S2：把压力传感器（4）放置在工装主体（23）内，并将压块（5）放入工装主体（23）内；
S3：将整体放进真空共晶炉内，按照规定的温度曲线进行共晶，共晶后，卸掉工装主体（23），完成共晶；
所述焊接装置包括工装主体（23），所述工装主体（23）的表面设置有放置腔（6），所述放置腔（6）内设置有压块（5），所述放置腔（6）用于放置压力传感器（4），所述镀金压力座（2）的表面上设置有焊片（3）。
2.根据权利要求1所述的一种背金共晶焊接传感器的制造方法，其特征在于：所述工装主体（23）的上方设置有定位架（7），所述定位架（7）的表面固定安装有电机（8），所述电机（8）的输出端固定安装有连接杆（9），所述连接杆（9）远离电机（8）输出端的一端插入工装主体（23）的内壁中，所述工装主体（23）的表面固定安装有一组导向刮板（10），所述工装主体（23）的内部开设有一组收集腔（11）。
3.根据权利要求2所述的一种背金共晶焊接传感器的制造方法，其特征在于：所述压块（5）具有磁性，所述收集腔（11）的内部滑动安装有磁片（13），所述磁片（13）与压块（5）靠近时会相互排斥，所述磁片（13）的表面固定安装有弹簧（12），所述弹簧（12）的另一端与收集腔（11）的内顶壁固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种背金共晶焊接传感器的制造方法，其特征在于：所述工装主体（23）的内部开设有一组安置腔（14），所述安置腔（14）的内壁均固定安装有固定板（15），所述固定板（15）的表面固定安装有波纹块（16），所述波纹块（16）具有空心结构且具有弹性，所述波纹块（16）的上表面固定安装有配重板（17），所述配重板（17）呈L形设置，所述工装主体（23）的内部开设有一组气流道（18），所述气流道（18）的内壁固定安装有连接管（19），所述连接管（19）的另一端与波纹块（16）固定连接，所述气流道（18）通过连接管（19）与波纹块（16）相连通。
5.根据权利要求4所述的一种背金共晶焊接传感器的制造方法，其特征在于：所述工装主体（23）的内部活动安装有滚珠（20），所述滚珠（20）为球形设置，所述滚珠（20）的表面与镀金压力座（2）的表面相抵。
6.根据权利要求5所述的一种背金共晶焊接传感器的制造方法，其特征在于：所述气流道（18）的内壁固定安装有一组弹性片（21），所述弹性片（21）的另一端固定安装有锥形密封块（22）。
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