[發明專利]壓力傳感器設備及其組裝方法

在審

• 申請號: 201310491438.X
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103674395A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: R·斯萊克霍斯特;G·克拉斯;E·霍普;A·范登博斯;W·霍普曼
• 申請（專利權）人: 森薩塔科技公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 錢亞卓

相關申請

本申請與發明名稱為“玻璃密封的壓力傳感器”(代理案卷編號SEN12-20(42843))，申請日與其為同一天的美國專利申請相關。該專利申請的整個教導和內容在這里通過引用的方式并入本說明書。

技術領域

本申請涉及一種壓力傳感器設備，特別是一種用于確定流體壓力變化的設備。

背景技術

壓力傳感器通常測量流體例如氣體或液體的絕對壓力或相對壓力。流體測量能夠對不同的設備和系統進行準確的控制和監測。有多種傳感器設備采用多種可用的動作機構來測量壓力。例如，當前傳感器設備可以使用壓電，壓阻，光學，電磁以及其他技術來測量壓力。某些壓力傳感器可以制成很小的尺寸。例如，微機電系統(MEMS)目前用于壓力傳感器。MEMS傳感器的主要功能是基于絕對壓力或者壓差輸入，將壓力信號轉換為一個電輸出信號，并連同提供一個基礎電信號。該相對小的壓力傳感器在尺寸和重量是必要考慮因素的系統中很有用處。

發明內容

由于MEMS設備相對于傳統壓力傳感技術占用空間較小，在壓力傳感器技術中使用MEMS技術非常有益處。因此，MEMS設備適用于對尺寸有限制的應用，例如包括雙離合變速器(DCT)的汽車傳動系。然而MEMS壓力傳感設備的挑戰在于成本效率以及穩固的組裝或包裝。傳統的MEMS壓力傳感器價格相對昂貴并且在某些操作條件包括高溫，熱膨脹以及化學劣化下損失精度甚至失效。例如，傳統的MEMS壓力傳感器由于部件的數量和類型，以及使用貴金屬例如金來改善粘合性而比較昂貴。MEMS傳感元件應當用傳感介質(例如流體或者油壓)進行化學密封。同樣地，采用不同金屬制造的傳統部件，熱膨脹系數(CTE)之間會發生不匹配。這種不匹配的結果是由于熱應力的建立和/或對MEMS傳感元件施加了過量的膨脹應力造成熱條件損壞化學密封。

使用MEMS壓力傳感元件的一個挑戰是確定如何將MEMS模具附接到基底上從而形成足夠堅固的連接(物理附接)，同時保證準確的壓力讀數。堅固的連接和好的精度是互相抵觸的。具有堅固的連接，往往存在相應的不希望的應力水平。例如，相對高的溫度會引起穿過MEMS模具附接粘合劑的應力。堅固的連接將這些應力轉移到模具，影響壓力測量的精度。傳統壓力傳感器使用合金底座，采用堅固的硬環氧樹脂粘接到MEMS模具上。該合金的使用造價較高并且危害精度，因為合金材料和MEMS模具之間的熱膨脹系數值差異很大。傳統的MEMS模具還可以用一體的玻璃底座制造，在晶片制造過程中玻璃底座附接到MEMS模具上。該一體的玻璃底座相對造價高，并且通常要粘接到合金基底上。

這里公開的技術提供了MEMS模具和壓力傳感器之間的堅固連接，但是從MEMS模具解除熱膨脹應力。采用這些解除技術，壓力傳感精度能超過99％。例如，這里的技術使用具有管子或者確定的流體管道的玻璃底座。另外，取代化學粘接金屬底座到安裝板上，這里采用安裝框架的物理結構將玻璃底座機械保持到位。從安裝框架的外側可以接近玻璃底座的一部分，或者，玻璃底座的一部分從安裝框架中凸出從而能夠附接MEMS模具。然后使用玻璃膠將MEMS模具附接到玻璃底座上。玻璃膠形成堅固的連接，其熱膨脹與玻璃底座和MEMS模具匹配。采用這種配置，安裝框架的熱膨脹就不再是問題，并且安裝框架無需從與MRMS模具的熱膨脹系數類似的材料中進行選擇。采用這些技術，可以從安裝框架的下方插入玻璃底座從而形成壓縮密封。MEMS模具的附加可以在該插入或者部分穿過安裝框架之前或者之后。比較而言，傳統的傳感器在安裝板上方將合金底座粘接到開口上。然而采用這里的技術，安裝框架結構自身通過使用凸緣，節氣門，或者其它方式將玻璃底座定位，并且玻璃底座基本上處于安裝框架下面，而不是附加到安裝板上方。將玻璃底座機械保持，如這里公開的，所使用的能夠將流體介質保持在壓力傳感器之外的粘合劑的選擇必須具有化學魯棒性，并且也有相對的柔性，因為該密封劑無需承受流體介質的機械力。