专利名称：一种陶瓷电容式压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及静电电容式压力传感器及其制造工艺。
背景技术：
目前，静电电容式压力传感器是在两片陶瓷基板的表面分别设置平板电极，使两电极隔开一个微小的间隙平行相对，并将两片平行陶瓷基板固定为一体，构成一个平板电容器。上述基板受到外部压力，在板厚方向会产生弹性弯曲，导致静电电容值变化，检测这一电容值的变化，即可得出上述基板所受的外部压力。因为极板间的距离决定电容的大小，而初始电容决定于极板间初始距离，为保证检测精度均匀，必须精确控制电极间距离。为此有几种方法用于控制极板间隙。例如在两个基板中间加入陶瓷小球或者树脂小球，以保证规定的电极间距，这些方法见特开平 5-288623号或者特开平10-111206号。又例如特开平D-240500公报中发表了预先在极板间设置不连续的等高的间隔墩。然后在间隔墩外围涂覆熔点低于间隔墩的熔结物，在适当温度下熔化熔结物，将两基板粘结在一起，可以精确控制极板距离，但有一个缺陷，熔结物在熔化时会从隔离墩之间流入另一侧，固化后导致支撑基极膜片的支点距离不均匀，难以获得均匀的检测精度。再例如，中国专利03131277. 2，针对上述间隔墩不连续造成支点不均匀的问题，在电极周围设置环状间隔墩，在间隔墩外侧设置熔点低于间隔墩的熔接物，从而保证支点间距离均匀一改上述D-240500的方法，用小球解决间隔墩精度问题，但无法避免熔接物流动的问题，专利03131277. 2的方法，要制作环状间隔墩，而环状间隔墩厚度的精确控制本身也是
一个难题。

发明内容
为克服上述工艺缺陷，确保电极间的精确距离，本发明采用以下新的的工艺方法在两片基板相对面上设置规定的平板电极，在两平板之间放置环状的低温共烧陶瓷生片(LTCC)，然后三者叠在一起，用夹具夹紧，再用热压或者热等静压的方法使之初步连接在一起，施加的压力为5 30Mpa，加热温度60 80°C，持续时间5 20分钟，然后将温度调升至450 550°C，保持60 90分钟，排除LTCC生陶瓷片中的有机溶剂，再升温到800 900°C，保温30 60分钟，使三者完全烧结在一起。LTCC材料是由玻璃与陶瓷混合而成，添加增塑剂、粘合剂、分散剂、溶剂，通过流延方法可制成10 150微米厚度的LTCC生陶瓷薄膜带，采用20 50微米厚度的薄膜夹持在两层陶瓷基板中，经过800 900°C环境中烧结后，LTCC生陶瓷薄膜烧结成玻璃-陶瓷共熔体，其中的玻璃成分把上下平行基板熔接为一体，LTCC薄膜在基板的平面(X-Y)方向收缩受限，只能在Z方向收缩。Z方向收缩率可通过材料成份和工艺措施调整，一般在20 % 30%范围，收缩率精度可控制在到3%以内，对于基板间距离的精度要求一般已经足够，可以获得很高的初始电容精度；同时X-Y方向因受陶瓷基板限制，收缩率在1%以内，接近零收缩，支点间距(即环形隔离墩的内径)不变，能获得很高的检测精度。LTCC低温共烧陶瓷作为陶瓷基板之间的隔离和密封材料，既能保持电极间距离精度足够高，且隔离墩位置不会偏移，又能将上下两片陶瓷基板紧密连接为一体，保持密封，由此保证了压力检测精度均匀一致。另外，由于LTCC薄膜片可以高精度地加工成任意大小形状或任意图形，可以制成基板面积的很小的小型静电电容式压力传感器。


附图I. a陶瓷盖板平面图b陶瓷基板平面图·附图2. a陶瓷盖板剖视图b陶瓷基板剖视图c陶瓷电容式压力传感器剖视图附图3. a陶瓷盖板平面图b陶瓷基板平面图c陶瓷电容式压力传感器剖视图I附图标注⑴陶瓷盖板(2)盖板电极(3)引线焊盘⑷环形隔离墩(5)基板电极
(6)盖板电极焊盘(7)基板电极焊盘⑶环形电极焊盘(9)环形电极(10)陶瓷基板(11)盖板定位缺口(12)基板定位缺口(13)密封腔
具体实施例方式如附图I.所示图Ia中，⑴为陶瓷盖板，它是两片陶瓷基板中较薄的一片，厚度只有O. 2 I. 2_，压力传感器受到外部压力，主要是陶瓷盖板在板厚方向会产生弹性弯曲。圆形的陶瓷盖板表面用丝印或真空溅射的方法，制成一层O. 2 O. 6 μ m厚的金属电极，即盖板电极(2)，电极(2)旁边连接引线焊盘(3)。陶瓷盖板(I)的边缘设有盖板定位缺口
(11)。图Ib中，(10)为陶瓷基板，它是两片陶瓷基板中较厚的一片，厚度为3_6mm。圆形的陶瓷基板表面用同样的方法，制成一层O. 2-0. 6 μ m厚的金属电极，即基板电极(5)，和围绕电极(5)的环形电极(9);基板电极(5)旁边连接基板电极焊盘(7);环形电极(9)连接着环形电极焊盘(8)。盖板电极焊盘(6)位于环形隔离墩(4)的外侧，也被陶瓷薄膜所包围，与盖板电极的引线焊盘(3)位置相对。焊盘(6)、(7)、(8)都是通过金属化过孔连接的上下双焊盘，在焊盘(7)、(8)的上焊盘印刷阻焊剂，防止锡液流入，形成凸起。环形隔离墩(4)围绕在环形电极(9)的外面，与环形电极同心，隔离墩的厚度为20 50 μ m，视压力传感器规格大小而定。陶瓷基板(10)的边缘设有基板定位缺口(12)，使陶瓷盖板与陶瓷基板准确对位。图2a所示为陶瓷盖板的剖视图，(I)为陶瓷盖板，下面与之紧贴的是盖板电极(2)，盖板电极(2)与陶瓷盖板⑴同心。图2b所示为陶瓷基板的剖视图，(10)为陶瓷基板，上面与之紧贴的是基板电极
(5)，基板电极与陶瓷基板同心；基板电极(5)连接着基板电极焊盘(7)。环形电极焊盘(8)连接着环形电极(9)，环形电极(9)围绕在基板电极(5)的周围；环形隔离墩(4)围绕在环形电极(9)的周围，与环形电极(9)同心。图2c所示为陶瓷压力传感器的剖视图，陶瓷盖板(I)通过环形隔离墩(4)与陶瓷基板(10)紧密连接在一起，形成密封的扁平空腔；盖板电极(2)与基板电极(5)、环形电极
(9)隔着微小的间隙平行相对，形成对外部垂直压力敏感的静电电容。图3a为陶瓷盖板，与图Ia不同的是，图形逆时针旋转了 90度，定位缺口(11)朝右。图3b为陶瓷基板，与图Ib不同的是，图形顺时针旋转了 90度，定位缺口(12)朝右。图3c所示为陶瓷压力传感器的剖视图1，与图2c所不同的是，剖面是通过定位缺口(11)、(12)和焊盘(3)、(6)的，由图3c中可见焊盘(6)与焊盘(3)之间的空隙被LTCC陶瓷薄膜所包围密封，形成密封腔(13)，在此密封腔内灌注导电连接材料可以连接焊盘(6) 和(3)，且导电连接材料不会流到基板平面以外，避免电极短路。
权利要求
1.一种陶瓷电容式压力传感器，由相互平行的陶瓷盖板和陶瓷基板在相对的表面设置平板电极，陶瓷盖板和基板之间夹有隔离墩，陶瓷盖板和基板以及隔离墩烧结在一起，其特征在于上述隔离墩是由环形的LTCC陶瓷薄膜制成，薄膜的厚度为20 50微米，围绕在电极周围。
2.根据权利要求I所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征在于上述环形的LTCC陶瓷薄膜(生片)夹在陶瓷盖板和陶瓷基板之间，用夹具夹紧，再用热压或者热等静压的方法使之初步连接在一起，施加的压力为5 30Mpa，加热温度60 80°C，持续时间5 20分钟，然后将温度调升至450 550°C，保持60 90分钟，排除LTCC生陶瓷片中的有机溶齐U，再升温到800 900°C，保温30 60分钟，使三者完全烧结在一起。
3.根据权利要求I所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征在于所述的隔离墩(4)围绕在环形电极(9)的外面，与环形电极同心。
4.根据权利要求I所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征在于陶瓷基板上的焊盘(6)与盖板电极的引线焊盘(3)位置相对，且被陶瓷薄膜所环绕，两焊盘之间的间隙被LTCC陶瓷薄膜所包围密封，灌封在此密封腔内的导电连接材料可以连接焊盘(6)与焊盘(3)，又不会流到基板平面以外，防止相互短路。
5.根据权利要求I所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征在于上述平板电极的电极焊盘出)、(7)、(8)都是采用金属化过孔连接的上下双焊盘，在焊盘(7)、(8)的上焊盘印刷阻焊剂，防止锡液流入，形成凸起。
全文摘要
一种陶瓷电容式压力传感器，涉及静电电容式压力传感器及其制造工艺。目前，静电电容式压力传感器是在两片陶瓷基板的表面分别设置平板电极，使两电极隔开一个微小的间隙平行相对，并将两片平行陶瓷基板固定为一体，构成一个平板电容器，通过测试压力下电容的变化，检测出压力的大小。极板间的距离决定电容的大小，从而影响压力检测的精度，因此必须精确控制电极间距离。本发明在两平板之间放置环状的低温共烧陶瓷生片(LTCC)，然后将三者叠在一起，用夹具夹紧，在一定温度下烧结为一体，保证了极板间的精确距离和压力检测精度。
文档编号G01L1/14GK102928133SQ20121039825
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者邬若军 申请人:深圳市安培盛科技有限公司