[實(shí)用新型]一種采用陶瓷金屬管殼軸向燒結(jié)的壓力敏感器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420208970.6
• 申請(qǐng)日: 2014-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN203858052U
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗欣;吳亞林;張偉亮;王長(zhǎng)虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18;G01L9/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種壓力敏感器件。?

背景技術(shù)

現(xiàn)有的壓力敏感器件主要有兩種封裝方式，一種是采用壓力敏感芯片正面作為感壓面，對(duì)其內(nèi)外腔形成的高、低壓力信號(hào)敏感，輸出與壓力差成比例的應(yīng)變，形成正、負(fù)兩個(gè)應(yīng)變區(qū)；同時(shí)材料由于壓阻效應(yīng)，其電阻率就要發(fā)生相應(yīng)的變化，敏感芯片就會(huì)輸出一個(gè)與被測(cè)壓力成正比的電壓信號(hào)，通過測(cè)量該電壓信號(hào)的大小，即可實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量；這種封裝方式需要引線(金絲、硅鋁絲)將壓力敏感芯片正面的電極與支撐結(jié)構(gòu)(管殼)電極通過超聲波壓焊等方法形成電氣連接，同時(shí)需要(硅油)與被測(cè)介質(zhì)隔離，以保證絕緣性能及避免電極腐蝕、氧化。這種方式的內(nèi)部參考腔通過壓力敏感芯片背面的單晶硅與7740玻璃靜電封裝形成；通過粘接、燒結(jié)等方式與管座實(shí)現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)。這種玻封外殼充油型壓力敏感器件在高壓、高溫下硅油易泄露、金屬引線強(qiáng)振動(dòng)條件下易斷裂和高溫使用存在Au-AI電極系統(tǒng)脫鍵失效等問題。?

一種是采用壓力敏感芯片背面作為感壓面，工作原理與前述相同；芯片背面感壓形式，一方面芯片背面可以直接接觸被測(cè)介質(zhì)，不需要其他的隔離封裝，提高了傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)；另一方面避兔芯片圖形接觸被測(cè)介質(zhì)，造成污染，同時(shí)滿足耐高溫的要求；采用芯片正面與玻璃基座靜電封接，并在玻璃基座上利用微加工的方法制作外引線封裝孔和參考?jí)毫η唤Y(jié)構(gòu)；敏感芯片的玻璃基座與玻璃封裝的管殼燒接在一起，同時(shí)玻璃封裝管殼上的外引線與芯片的電極也用金屬玻璃漿料燒結(jié)在一起，形成敏感元件。這種壓力敏感器件在工作溫度范圍、抗過載能力、抗振動(dòng)沖擊能力等技術(shù)上具有優(yōu)勢(shì)，解決了前一種封裝方式的缺點(diǎn)，但是壓力敏感芯片對(duì)作用在薄膜上的外力非常敏感。器件主要受熱機(jī)械應(yīng)力的影響，由芯片粘合結(jié)構(gòu)中的材料(SiO₂)、襯底材料與粘合材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配而引起，熱應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致器件在熱環(huán)境下做出異常的反應(yīng)，在極端情況下，還會(huì)對(duì)芯片粘合結(jié)構(gòu)造成永久的機(jī)械損傷。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的壓力敏感器件軸向尺寸大和徑向尺寸大的問題，而提供了一種采用陶瓷金屬管殼軸向燒結(jié)的壓力敏感器件。?

本實(shí)用新型的一種采用陶瓷金屬管殼軸向燒結(jié)的壓力敏感器件包括引線、管座、陶瓷?絕緣材料、多層復(fù)合材料、硼硅玻璃基座、玻璃-金屬?gòu)?fù)合材料、金屬電極、芯片和密封環(huán)；?

其中，陶瓷絕緣材料分別與引線、管座在保護(hù)氣氛下高溫?zé)Y(jié)成一體；引線向下穿出管座方向的陶瓷絕緣材料外表面處設(shè)置有密封環(huán)，密封環(huán)與陶瓷絕緣材料通過焊料燒結(jié)成一體，引線與密封環(huán)的內(nèi)孔表面通過焊料燒結(jié)成一體；?

引線貫穿陶瓷絕緣材料、多層復(fù)合材料和硼硅玻璃基座，引線通過玻璃-金屬?gòu)?fù)合材料與金屬電極在保護(hù)氣氛下低溫?zé)Y(jié)連接；金屬電極的上表面與芯片的下表面貼合；?

硼硅玻璃基座的上表面與芯片的下表面通過靜電連接成密封結(jié)構(gòu)；硼硅玻璃基座的下表面與陶瓷絕緣材料的上表面通過多層復(fù)合材料軸向低溫?zé)Y(jié)形成固態(tài)密封結(jié)構(gòu)。?

本實(shí)用新型中有芯片的方向?yàn)樯稀?

本實(shí)用新型提供采用陶瓷金屬管殼軸向燒結(jié)的壓力敏感器件，采用硅壓阻效應(yīng)原理，在壓力敏感芯片上制作力敏電阻并形成惠斯通電橋，芯片背面腐蝕并形成應(yīng)力敏感薄膜；芯片正面與硼硅玻璃基座通過靜電封接形成參考?jí)毫η患皯?yīng)力隔離結(jié)構(gòu)，并將硅片上的復(fù)合耐高溫電極層通過玻璃基座上的預(yù)制通孔顯現(xiàn)；再將具有抗腐蝕、無傳遞介質(zhì)、無引線、封裝應(yīng)力隔離性能的硅一玻璃復(fù)合敏感芯片與可伐、不銹鋼、鉭、Incone1625管殼燒結(jié)制成的陶瓷絕緣材料，通過多層復(fù)合材料軸向燒結(jié)形成密封支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)將管座上的引腳與芯片電極通過玻璃-金屬?gòu)?fù)合材料燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)芯片信號(hào)與外界的電氣連接、芯片結(jié)構(gòu)與耐高壓、高溫氣密封裝管殼的剛性連接，從而形成采用陶瓷金屬管殼軸向燒結(jié)的壓力敏感器件。采用陶瓷金屬管殼軸向燒結(jié)的壓力敏感器件通過電子束、氬弧焊等焊接方法與金屬安裝結(jié)構(gòu)和電纜連接，封裝成無內(nèi)引線的采用陶瓷金屬管殼軸向燒結(jié)的壓力敏感器件。?

本實(shí)用新型的有益效果：?

1、本實(shí)用新型硼硅玻璃基座、多層復(fù)合材料與陶瓷絕緣材料之間采用軸向疊層燒結(jié)結(jié)構(gòu)，燒結(jié)過程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且燒結(jié)面積大，使陶瓷絕緣材料和硼硅玻璃基座的連接更加牢固。?

2、本實(shí)用新型硼硅玻璃基座、多層復(fù)合材料與陶瓷絕緣材料之間采用軸向疊層燒結(jié)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步縮小了敏感器件的軸向尺寸，敏感器件的軸向尺寸的減小了0.7～～0.9mm，徑向尺寸減少了1.5～2mm。?