CN201247122Y - 微型压力传感器 - Google Patents

Abstract

微型压力传感器，包括一探针壳体5，探针壳体5的一端配置有带有引压孔7的端盖1，探针壳体5内配置有集成封装在玻璃硅杯3上的硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2，金丝9的一端与硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2相连，另一端与电缆线11内的导线10相连，介质的压力通过引压孔7作用在微型化硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2的敏感元件上，敏感元件在外界的压力作用下输出与压力相关的电压信号，具有灵敏度高、精度高、动态特性好、可靠性高、体积小、重量轻的特点。

Description

微型压力传感器

技术领域

本实用新型涉及一种压力传感器，特别涉及一种高精度、高灵敏度微型压力传感器。

背景技术

微型压力传感器主要是指直径在Φ5mm，Φ3mm，Φ2mm等以下的探针型传感器，也包括小型螺纹型、盘扣型、导管端及导管侧壁型等特殊形状的微型传感器，在风洞试验，发动机进气道试验，航天飞行器，水下导弹试验，军事医学、心脏及泌尿外科医学测试，颅脑外科临床监护，水工大坝，闸门缩模试验，水利动力学试验，烟机、纺机等领域均有很大市场。在空气动力学研究、飞行器及发动机试验、风洞试验、流体力学及水工试验、水轮机及水下兵器试验、生物医学应用，化爆或核爆冲击波等许多研究中，出于对不改变被测流场或安放位置局限，或同时有动态频响要求，必须原位测压时，对传感器的外形尺寸的微型化有较为苛刻的要求，以期在不干扰流场状态情况下，复位脉动流场的变化规律。目前，微型压力传感器的市场前景较广，但国内能提供相应成熟产品的不多。国外有相应的产品提供，但价格较高。微型压力传感器产品的结构难点在于微型化的敏感芯片制造技术和相应的结构封装技术。微型压力传感器芯片制造技术基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS(微电子机械系统)，微型压力传感器要利用微机械加工技术将微米级的敏感元件，信号处理器，数据处理装置封装在一块芯片上，对芯片的制作工艺要求较高。传感器相应的结构封装技术由于体积的限制，其内部元器件的设计和制造上也存在很高的技术工艺难度。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种微型压力传感器，其采用了微型化设计的微机械加工工艺制成的集成压阻力敏元件，并进行了微型封装，具有灵敏度高、精度高、动态特性好、可靠性高、体积小、重量轻的特点。

本实用新型的技术方案是这样实现的：微型压力传感器，包括一探针壳体5，探针壳体5的一端为出线孔6，另一端配置有带有引压孔7的端盖1，探针壳体5内配置有硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2，硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2集成封装在玻璃硅杯3上，玻璃硅杯3封装在隔离柱4上，金丝9的一端与硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2相连，另一端与电缆线11内的导线10相连。隔离柱4的周围开有导槽8，金丝9及与其相连的导线10可压在导槽8内；电缆线11可由出线孔6引出。

硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2由四个电阻R₁，R₃，R₂和R₄组成惠斯登测量电桥，电阻R₁，R₃，R₂和R₄分别通过引线组成的压焊点12、压焊点13、压焊点14、压焊点15、压焊点16连接起来。

隔离柱4可采用陶瓷材料；导槽8可采用圆弧结构；探针壳体5可采用不锈钢。

主要应用在空气动力学研究、飞行器及发动机试验、风洞试验、流体力学及水工试验、水轮机及水下兵器试验、生物医学应用，化爆或核爆冲击波等许多研究中。

本实用新型的硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2采用了微型化设计的微机械加工工艺制成的集成压阻力敏元件，并与玻璃硅杯3、隔离柱4进行了精致巧妙的微型封装，不但动静态特性好，而且具有灵敏度高、精度高、可靠性高、体积小、重量轻的特点。

附图说明

图1为本实用新型的机械结构封装图，其中，图1(a)为主视图，图1(b)为俯视图。

图2为本实用新型的敏感元件单元封装结构图。

图3为本实用新型的硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2的结构图。

图4为本实用新型的硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2组成的惠斯登电桥测量原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作详细说明。

参照图1，本实用新型由带引压孔7的端盖1、微型化硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2、与芯片集成封装的玻璃硅杯3、陶瓷隔离柱4、不锈钢探针壳体5、出线电缆线等组成。封装时，首先进行由微型化硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2、玻璃硅杯3、陶瓷隔离柱4组成的敏感元件单元的封装，敏感元件单元封装好后，将封装好的敏感元件单元与连接电缆线11从不锈钢探针壳体5的一端拉入壳体内，在相应位置固定，电缆线11后端灌入密封胶进行固定并由出线孔6引出，最后将端盖1装入并用胶固定。传感器工作时，介质的压力通过引压孔7作用在集成玻璃硅杯3的微型化硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2的敏感元件上，敏感元件在外界的压力作用下输出与压力相关的电压信号。

参照图2，本实用新型的敏感元件单元封装的结构原理为：将集成封装好微型化硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2的玻璃硅杯3，通过玻璃粉烧结工艺封装在陶瓷隔离柱4上；由封装在玻璃硅杯4上的微型化硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2引出的金丝9与拨开的电缆线11的一根导线10焊接后，压入陶瓷隔离柱4相应的圆弧导槽8内，用胶固定；最后，将敏感元件单元压入不锈钢探针外壳内，实现绝缘和固定。

参照图3，硅隔离(SOI)固态压阻式芯片2由四个电阻R₁，R₃，R2和R4组成惠斯登测量电桥，电阻R₁，R₃，R₂和R₄分别通过引线组成的压焊点12、压焊点13、压焊点14、压焊点15、压焊点16连接起来。通过压焊点，压焊引线金丝9实现了传感器芯片内外引线。惠斯登测量电桥的四个电阻R₁，R₃，R₂和R₄沿着杯结构的边缘处，最大限度地利用硅半导体的压阻效应，以提高其测量灵敏度。

参照图4，通过压焊点和压焊引线将测量电阻R₁，R₃，R₂和R₄组成开环惠斯登电路时，压焊点12引线为电源正，压焊点15和16引线为电源负，压焊点13和压焊点14引线为传感器的输出，与金丝9的一端相连。

Claims (6)

1、微型压力传感器，包括一探针壳体(5)，探针壳体(5)的一端为出线孔(6)，另一端配置有带有引压孔(7)的端盖(1)，其特征在于，探针壳体(5)内配置有硅隔离(SOI)固态压阻式芯片(2)，硅隔离(SOI)固态压阻式芯片(2)集成封装在玻璃硅杯(3)上，玻璃硅杯(3)封装在隔离柱(4)上，金丝(9)的一端与硅隔离(SOI)固态压阻式芯片(2)相连，另一端与电缆线(11)内的导线(10)相连。

2、根据权利要求1所说的微型压力传感器，其特征在于，所说的硅隔离(SOI)固态压阻式芯片(2)由四个电阻(R₁)，(R₃)，(R₂)和(R₄)组成惠斯登测量电桥，电阻(R₁)，(R₃)，(R₂)和(R₄)分别通过引线组成的压焊点(12)、压焊点(13)、压焊点(14)、压焊点(15)、压焊点(16)连接起来。

3、根据权利要求1所说的微型压力传感器，其特征在于，隔离柱(4)的周围开有导槽(8)，金丝(9)及与其相连的导线(10)压在导槽(8)内。

4、根据权利要求1所说的微型压力传感器，其特征在于，所说的隔离柱(4)采用陶瓷材料。

5、根据权利要求1所说的微型压力传感器，其特征在于，所说的导槽(8)采用圆弧结构。

6、根据权利要求1所说的微型压力传感器，其特征在于，所说的探针壳体(5)采用不锈钢。

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