CN220187630U - 一种传感器晶片及包含其的传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传感器技术领域，提供了一种传感器晶片及包含其的传感器。其中本实用新型提供的传感器晶片包括基底、四块敏感栅、五个第一焊盘和覆盖膜，敏感栅形成于基底上，敏感栅每两个为一组，每组敏感栅分别设置于晶片两侧，两组敏感栅中心对称设置；第一焊盘间隔设置于两组敏感栅之间，每个敏感栅的两端分别连接有一个第一焊盘；覆盖膜，覆盖膜设置于敏感栅和第一焊盘上，用于敏感栅的防护。本实用新型基于敏感栅两侧的第一焊盘获取到敏感栅的阻值，从而可以通过研磨的方式调整各敏感栅的电阻值，保证了敏感栅所形成的惠斯通电桥的桥路平衡，免去了后续对于传感器输出值的校准操作，提高了传感器的精准度。

Description

一种传感器晶片及包含其的传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种传感器晶片及包含其的传感器。

背景技术

电阻式应变传感器是一种常用的测量物体应变的传感器，它可以将物体的应变转化为电阻值的变化，从而实现对物体应变的测量。

图1示出了惠斯通电桥的原理图。如图1所示，惠斯通电桥的四个桥臂或分支由电阻至/>组成。桥的脚点2和3为桥路激励电压/>；脚点1和4为电桥输出电压/>即测量信号。如果供电电压/>被施加到电桥脚点2和3，那么供电电压被/>和/>分成两个半桥，即每个半桥形成一个分压器。如果桥路平衡，并且/>，则电桥输出电压/>为零。由于/>和/>的电阻值往往不同，电桥可能不平衡，输出电压计算公式为：。但是/>和/>的电阻电压不同，即电桥输出电压/>不为零，传感器的输出值与实际测量值之间无法对应，存在误差。

目前为了克服这一问题，在使用电阻式应变传感器前都需要进行校准。传感器的校准操作是针对传感器的输出值与实际测量值之间的误差进行修正，该误差被称为“校准漂移”。校准时需要使用标准应变载荷，将其施加在传感器上，记录下传感器的输出电压或电阻值，然后根据标准应变载荷和传感器输出值的关系，确定传感器的灵敏度和零点。但在实际使用中，由于各种原因，如长时间运行、温度变化、机械振动等因素，往往会使校准后传感器仍发生输出误差，影响传感器的测量精度。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种传感器晶片及包含其的传感器，以解决现有电阻式应变传感器无法满足惠斯通电桥的平衡，导致传感器实际测量值和输出值之间存在误差，还需要额外校零的问题。

第一方面，本实用新型提供的一种传感器晶片，包括：

基底；

四块敏感栅，所述敏感栅形成于所述基底上，所述敏感栅每两个为一组，每组敏感栅分别设置于所述晶片两侧，两组敏感栅中心对称设置；

五个第一焊盘，所述第一焊盘间隔设置于两组敏感栅之间，每个所述敏感栅的两端分别连接有一个第一焊盘；

覆盖膜，所述覆盖膜设置于所述敏感栅和所述第一焊盘上，用于所述敏感栅的防护。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的一种传感器晶片，基于敏感栅两侧的第一焊盘获取到敏感栅的阻值，从而可以通过研磨的方式调整各敏感栅的电阻值，保证了敏感栅所形成的惠斯通电桥的桥路平衡，免去了后续对于传感器输出值的校准操作，提高了传感器的精准度。

可选地，所述敏感栅包括一体形成的中心段和弯折段，所述弯折段的长度为所述中心段的宽度的五倍。

第二方面，本实用新型提供了一种传感器，包含第一方面任一种可能实现方式的传感器晶片，还包括弹性体，所述晶片设置于所述弹性体上，所述弹性体开设有一个应变孔，所述应变孔的长度大于所述晶片的长度；所述弹性体上还开设有两个中心孔。

可选地，所述晶片设置于所述弹性体的受力区域，两个所述中心孔的中心距和两组所述敏感栅的中心距相同。

可选地，两个所述中心孔和所述弹性体表面的厚度相同。

可选地，还包括连接片，所述连接片用于将传感器信号引出，所述连接片设置于所述弹性体的非受力区域，所述连接片包括四个第二焊盘，所述第二焊盘和所述晶片连接形成惠斯通电桥。

采用上述技术方案，本申请具有如下技术效果：

本实用新型基于敏感栅两侧的第一焊盘获取到敏感栅的阻值，从而对于刻蚀形成的敏感栅可以通过研磨的方式调整各敏感栅的电阻值，保证了敏感栅所形成的惠斯通电桥的桥路平衡，免去了后续对于传感器输出值的校准操作，提高了传感器的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为背景技术提供的惠斯通电桥的原理示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种传感器晶片的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电阻式应变传感器的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的弹性体的示意图。

附图标记：

1-晶片；11-基底；12敏感栅；13-第一焊盘；2-弹性体；21-应变孔；22-中心孔；3-连接片；31-第二焊盘。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

如图2所示，本实施例提供了一种传感器晶片，包括基底、四块敏感栅、五个第一焊盘和覆盖膜，敏感栅形成于基底上，敏感栅每两个为一组，每组敏感栅分别设置于晶片两侧，两组敏感栅中心对称设置；第一焊盘间隔设置于两组敏感栅之间，每个敏感栅的两端分别连接有一个第一焊盘；覆盖膜设置于敏感栅和第一焊盘上，用于敏感栅的防护。本实施例基于敏感栅两侧的第一焊盘获取到敏感栅的阻值，从而对于刻蚀形成的敏感栅可以通过研磨的方式调整各敏感栅的电阻值，使各敏感栅的电阻值相同，从而保证了敏感栅所形成的惠斯通电桥的桥路平衡，免去了后续对于传感器输出值的校准操作，提高了传感器的精准度。

其中，覆盖膜为聚酰亚胺材质，各敏感栅的电阻取值一般为350-1000Ω。

参见图2，敏感栅包括一体形成的中心段和弯折段，弯折段的长度Lb为中心段的宽度La的五倍；基于以上结构，改善了传感器的蠕变。蠕变是指在载荷不变，其它测试条件也保持不变的情况下，传感器输出随时间的变化量对额定输出的百分比。参见表1-2，表1和表2分别示出了不同时间下的实测RO值和变化比例，同时针对于弯折段的长度为中心段的宽度为不同倍率的情况进行实验，具体为4倍、5倍和6倍，经验证，设置为5倍明显改善了蠕变性能，从而可提高传感器的时间稳定性。

表1

表2

在本实施例中，中心段的宽度La为0.035mm，弯折段的长度Lb为0.175mm。

通过第一焊盘获取各敏感栅的电阻值，可通过研磨的方式调整敏感栅的厚度，从而调整敏感栅的电阻值，实现敏感栅所形成的惠斯通电桥的桥路平衡，使传感器的输出值与实测值一致，无需后续校准操作。经验证，任意两块敏感栅的电阻差值不超过0.5Ω，不影响传感器数据的精确度。

实施例2

如图3-4所示，本实施例提供了一种传感器，包含实施例1提供的传感器晶片，还包括弹性体，晶片设置于弹性体上；参见图2，弹性体开设有一个应变孔，应变孔的长度大于晶片的长度；弹性体上还开设有两个中心孔。应变孔的横截面为直线段和圆弧段形成的长圆形，应变孔的长度Lc具体为12.6mm，宽度Ld具体为1.6mm。同时应变孔对称设置，应变孔的长度Lc大于等于晶片的长度Lh。

晶片是一种镍铬合金的箔材，厚度为3-6um，箔材的厚度和传感器的精度相关，晶片设置于弹性体的受力区域，两个中心孔的中心距Lf和两组敏感栅的中心距Lg相同。两个中心孔和弹性体表面的厚度Le相同，为0.55±0.05mm，中心孔的直径为2.1mm。

可选地，还包括连接片，连接片用于将传感器信号引出，连接片设置于弹性体的非受力区域，连接片包括四个第二焊盘，第二焊盘和晶片连接形成惠斯通电桥。第一焊盘和第二焊盘之间采用直径不超过0.3mm的漆包线进行连接，避免在受力过程中线材产生阻力误差。

另外，连接片上使用带有塑胶绝缘的AWG30线材将传感器的信号引出。在4根线材与第二焊盘焊接后，将这4根线材进行绞合，绞合距离约30mm，以增强传感器的EMC性能。

在完成线材焊接后，晶片和连接片上还覆盖有矽胶，用于绝缘与防潮。

本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种传感器晶片，其特征在于，包括：

基底；

四块敏感栅，所述敏感栅形成于所述基底上，所述敏感栅每两个为一组，每组敏感栅分别设置于所述晶片两侧，两组敏感栅中心对称设置；

五个第一焊盘，所述第一焊盘间隔设置于两组敏感栅之间，每个所述敏感栅的两端分别连接有一个第一焊盘；

覆盖膜，所述覆盖膜设置于所述敏感栅和所述第一焊盘上，用于所述敏感栅的防护。

2.根据权利要求1所述的传感器晶片，其特征在于，所述敏感栅包括一体形成的中心段和弯折段，所述弯折段的长度为所述中心段的宽度的五倍。

3.一种传感器，包含权利要求1-2任一所述的传感器晶片，其特征在于，还包括弹性体，所述晶片设置于所述弹性体上，所述弹性体开设有一个应变孔，所述应变孔的长度大于所述晶片的长度；所述弹性体上还开设有两个中心孔。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述晶片设置于所述弹性体的受力区域，两个所述中心孔的中心距和两组所述敏感栅的中心距相同。

5.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，两个所述中心孔和所述弹性体表面的厚度相同。

6.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，还包括连接片，所述连接片用于将传感器信号引出，所述连接片设置于所述弹性体的非受力区域，所述连接片包括四个第二焊盘，所述第二焊盘和所述晶片连接形成惠斯通电桥。