CN85105726A

CN85105726A - 半导体压力传感器

Info

Publication number: CN85105726A
Application number: CN 85105726
Authority: CN
Inventors: 武田次郎; 市川范男; 鹤冈一广
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-27
Filing date: 1985-07-27
Publication date: 1987-03-04

Abstract

一个半导体应变计放置在外壳体的凹槽腔室中。在凹槽腔室内有一个台阶，在台阶的内壁周围部位上有微细的沟槽。在具有传递压力孔的金属盘外部周围，使用塑料流体封装的方法，将金属盘夹到微细的沟槽上。在台阶的平面部位放上密封薄膜之后，从而将密封薄膜紧紧地封住凹槽腔室。

Description

本发明涉及到半导体压力传感器，更具体地讲，本发明适合使用在测定油压力的半导体传感器，例如传送油压和在汽车中传送发动机油压，或者在建筑机械中，传送几百个大气压的高压液体压力。

过去通常使用的压力传感器的类型是使用一个密封膜片，其结构是将压力通过一种液体，例如硅油，传送到一个扩散型应变计的薄片上。

这种人们所知的常用的压力传感器，例如在1972年10月10日美国颁发的序号为3，697，919的专利，其标题为“半导体压力传感器结构”。在这种通常使用的压力传感器中，应变计的薄片与被测的物体相绝缘，因此，压力传感器具有极好的腐蚀电阻。另外，由于压力是加在应变计的表面上，因此，压力是沿着应变计被压缩的方向上作用在应变计的结合部位，其结果，使压力传感器能够承受高压的作用。在上述类型的结构中，用密封硅油或其他油类的方法使可靠性受到影响。为了维护油的密封性，有必要把一个密封膜紧密地焊接起来，以形成密闭放置应变计薄片的凹槽。为了得到高可靠性，要求有高质量的焊接技术和几乎不会产生砂眼的材料。

为此，实践中常常使用一种真空熔体材料，诸如：SuS304或SuS316做为压力传感器中的金属部分，并且在真空里使用电子束焊接法进行焊接，因此，可以用碾压SuS304或SuS316材料制成的密封膜，然后再将它紧密地焊接起来。

然而，使用上述结构的压力传感器，需要使用昂贵的焊接设备，在使用该焊接设备时可操作性比较低，而且供使用的材料也受到限制。由于这些理由，具有这种结构的压力传感器存在着许多缺点，花费也多。另外，由于应变计薄片很容易受热的影响，其可靠性也容易变低。

从这个观点出发，放置传感器的地方，例如在汽车里，必须发现一种结构，才能在降低成本和维持其高度可靠性的前提下，大批量地制造压力传感器。尤其近年来，不断提出用电子学控制油压的要求，从而有必要迅速地发展一种小型化的、高可靠性的、低成本的压力传感器，用来测定油压，并使用电子学技术控制其传输，以及用油压控制汽车的发动机，或者在液压结构挖土机中测定油压。

本发明的目的是提供一种具有高可靠性的半导体压力传感器。

从下面详细叙述本发明的最佳实施方案中明显地看到，本发明的特征在于：把一个密封膜夹在一个其中装有半导体应变计的腔体上，用一个具有压力传递孔的金属园盘在它的外围部位上用一种塑料流体材料密封住半导体应变计。

由于在金属园盘上用了塑料流体，本发明就可能避免在密封膜片上出现砂眼，不再需要使用特殊的热阻材料。例如用SuS304或SuS316，这种材料在连接密封膜和外壳体的热处理中是必需的。根据本发明，可以防止密封膜和装有半导体应变计的腔体之间的密封处产生的漏油问题，并且防止由于漏油引起半导体应变计的污染。

因此，本发明可以实现高可靠性的目的。

图1表示本发明的一种实施方案;

图2是图1所示发明的基本部位的放大视图。

参见图1，具有螺旋部位1的一个金属部件2，在金属部件2的底端靠近螺旋部位的侧边设计一个凹槽室，在凹槽室的中心部位放置一个应变计芯片4，其中，将应变计芯片4焊接到用硼硅酸盐玻璃制成的一个支撑物23上。进一步，用一根导线8，通过应变计芯片4和螺旋部位1之间的一个密封通孔18，使导线8与金属部件2绝缘。一根金丝7把应变计芯片4和导线8的端点连接起来。另一方面，将一个外壳体10装设在金属部件2的另一端。把一个具有温度补偿和输出放大功能的电路板9安装在腔体10的内部。并将导线8连接到电路板9上。

另一方面，把一个密封膜片3紧密地焊接到凹槽室的顶部。并且将密封膜片3封住的凹槽室内抽成真空，密封住硅油5。密封薄膜3是用薄的不锈钢SuS304制成的，其厚度为0.05毫米的数量级，并形成瓦垅状。设计一个具有压力传送孔20的平板6，用来起保护密封膜片3的作用。

参见图2，其中详细表明面板6和金属部件2之间的焊接面，在用来放置应变计芯片4的凹槽室22内，设计了一个台阶C。进一步在金属部件2的内侧周围的表面上做成三个微细的沟槽21。在此情况下，密封膜片3是采用一种厚度为0.05毫米的滚轧材料SuS304制成的，这与通常使用的那种相似，并把膜片3放置在台阶平面部位C上，用这种方式封闭住凹槽室。然后，将具有压力传递孔20的面板6放置在密封膜片3上，以此方式夹住密封膜片3。冲压平板6的外部周围D，使其形成0.3-0.4毫米的冲压宽度，然后把面板6用塑料流体将其连接到在金属部件2上面制成的微细沟槽21上。在这种情况下当使用冷滚轧碳钢薄片做为平板6的材料时，使用0.45%碳钢或AISI1045做为制造金属部件2的材料。另外，金属部件2和平板6都镀上一层镍，用来改进其抗腐蚀性。此外，关于沟槽21的尺寸，沟槽深度为0.05-0.15毫米，三个沟槽都单独地排列在金属部件2内壁的整个园周上，沟槽的间距为0.15-0.3毫米，从而使平板6和金属部件2在对应变计芯片4没有施加任何压力就紧密的连接在一起。另外，面板6的厚度与它的外部园周相关。因此，面板6的厚度适宜用下列各组数值：

面板6的厚度为0.5毫米时，其外侧直径为10毫米或稍小于10毫米;面板6的厚度为0.6毫米时，其外侧直径为12毫米面板6的厚度为1.0毫米时，其外侧直径为20毫米。控制压向面板6的压力是以140-180千克/毫米²的表面压力表示的。这样做的结果，面板6被紧紧地连接到具有上述0.3-0.4毫米冲压宽度的沟槽21上，从而可以在面板6和金属部件2之间的粘结面上用这个粘结力，牢牢地夹住密封膜片3。

从上面的叙述中会清楚地看到，根据本发明就能把金属部件的材料从传统上使用的真空熔化材料，例如SuS304或316，改变成使用普通钢材，例如用0.45%的碳钢。

再者，由于液压机足够做为连接装置，因此有可能使用这种简单的夹紧装置大量地生产半导体压力传感器。另外，由于对应变计芯片没有任何热影响，因此有可能进一步使压力传感器的尺寸减小，并改进其可靠性。

Claims

1、一种半导体压力传感器有一个外壳体，其中具有一个用来封装半导体应变计的腔室，一个密封薄膜紧紧地密闭住上述腔室，用密封油充入上述密封薄膜和上述腔室中间的空间里，其特征在于：具有一个压力传递孔的面板外围上，用塑料流体材料在腔室的外围部位将上述密封膜紧紧地密封在上述腔室上。

2、如权利要求1所述的半导体压力传感器，其特征在于：上述外壳体的材料是0.45%的碳钢，上述面板的材料是冷滚轧碳钢片。

3、如权利要求1所述的半导体压力传感器，其特征在于：上述半导体应变计是通过硼硅酸盐玻璃装设在上述外壳体上的。

4、如权利要求1所述的半导体压力传感器，其特征在于：上述外壳体在上述腔室中有一个台阶，在上述台阶的平表面和上述面板之间，用140-180千克/毫米²的压力，将上述面板夹在上述台阶的周围部位上。

5、如权利要求1所述的半导体压力传感器，其特征在于：上述面板制成盘状，上述外壳体在上述腔体中有一台阶，在上述台阶内侧周围部位上有许多微细的沟槽，上述沟槽的间距为0.15-0.25毫米，沟槽的深度为0.03-0.08毫米，其中使用塑料液体将上述薄板与上述沟槽相结合。

6、如权利要求1所述的半导体压力传感器，其特征在于：从上述腔室的底部到与其相对的上述外壳体的对面表面上形成一个通孔，把一根引出半导体应变计信号的导线杆紧紧地封密在上述通孔里。

7、如权利要求1所述的半导体压力传感器，其特征在于：上述腔室包括一个在上述外壳体的一侧表面上形成的凹槽腔室。