专利名称：Soi机油压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器技术领域，特别是高精度、高频响的耐高温压力传感器技术领域。
背景技术：
目前，我国石化行业、汽车动力装备等行业大量使用液压传感器。这些传感器来源 的绝大多数依靠进口，不仅价格昂贵，而且，由于不具有自主知识产权，很有可能暗藏潜在 威胁。汽车产业自建国以来作为我国大力发展的重点，并且当今世界汽车行业向高智能方 向发展的趋势，因此作为汽车内部对油压测量的压力传感器的设计制作及产业化的问题至
关重要。目前，油压压力传感器普遍采用压电式、应变式、压阻式结构原理。压电式压力传 感器的输出信号为电荷变化量，因此后续的信号处理电路比较繁琐且压电式压力传感器不 适合在高温环境下使用，而且不具有高过载保护的能力。采用金属应变片作为敏感元件的 高量程压力传感器，该种传感器存在的最大缺点就是输出信号太小，且在高温环境下，温度 对金属应变片的变形影响比较大，影响传感器的输出，不适用于高温环境。压阻式压力传感 器中，最常用的传感器结构为充硅油全硅压力传感器和干式压阻式压力传感器，而充硅油 全硅压阻式压力传感器，普遍采用PN节隔离技术，导致其工作温度只能达到80°C左右，且 由于全硅压力芯片结构的影响，压力量程最高在40MPa;干式压阻式压力传感器，尽管采用 了耐高温的一些隔离措施和技术，具有耐高温和高量程的特点，但由于受到传感器封装结 构的影响(如梁膜式、膜片式等结构)，导致传感器在高压测量时，具有较大的线性、迟滞等 静态误差。鉴于汽车机油内部的复杂环境，普通的单晶硅材料及金属材料作为制作材料基底 无法满足在高温，振动情况下对液压测量的精确性。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种高精度、高频响的耐 高温压力传感器。本实用新型设有一绝缘基座，基座内设有轴向空腔，在基座内固定连接两个电路 转接板，在基座的一个外端通过玻璃环固定连接一全硅压力芯片，所述基座的另一端连接 在一个绝缘壳体上；所述全硅压力芯片上设置包括第一、第二、第三和第四电阻条队、R2、R3 和R4组成压阻惠斯登测量电桥电路，全硅压力芯片上沿着水平晶向[110]布置有第一电阻 条队和第四电阻条R4,沿着竖直晶向[120]布置有第二电阻条R2和第三电阻条R3，第一电阻 条R1和第二电阻条R2通过一公共的第二压焊块连接，第三电阻条R3和第四电阻条R4通过 另一公共的第三压焊块连接，第一、四、五、六压焊块分别与第一电阻条R1、第四电阻条R4、 第三电阻条R3和第二电阻条R2的另一端相连，第一压焊块和第五压焊块短接在5V的电源 正极上，第四压焊块和第六压焊块短接在电源地连接上，第二焊接块和第三压焊块为电桥 的输出端。[0008]本实用新型将硅隔离(SOI)硅微固态压阻芯片与玻璃环在真空环境下封装结合 为一体作为全硅结构的压力传感器的弹性敏感单元，解决了高温环境下测量压力的难题， 因而该类芯片可用于高温环境(≥200°C )。由于半导体硅的良好的机械特性，同时作为 传感器转换电路的压阻惠斯登测量电桥集成制造在硅正方形平膜结构上，这样传感器的弹 性和敏感元件与转化电路之间集成为一体，大大降低了传感器在测量过程中的迟滞、重复 性误差，从而提高传感器的测量精度。并且将平膜敏感芯片与玻璃环倒封，提高传感器的固 有频率。本实用新型提高了传感器在振动情况下的高频响性能，具有动态特性好、耐高温 (≥200°C)、精度高、频响高、微型化、工作安全可靠、适应性强的特点。本实用新型可以广 泛适用与石油测井、工业自动化、动力装备以及国防研究等领域的高温、高频下高精度压力 测量的需要。为了进一步提高产品的稳定性，所述两个电路转接板分别通过环氧树脂胶与基座 粘接；所述全硅压力芯片与玻璃环之间通过静电键合封接；所述玻璃环与基座之间通过环 氧树脂胶相粘；全硅压力芯片的各压焊块与电路转接板之间通过超声热压焊用金丝连接。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的全硅压力芯片的结构原理图。图3为本实用新型的压阻惠斯登测量电桥电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型设有一绝缘基座2，基座2内设有轴向空腔，在基座2内固 定连接两个电路转接板3和3’，在基座2的一个外端通过玻璃环4固定连接一全硅压力芯 片5，基座2的另一端连接在一个绝缘壳体1上。如图2所示，全硅压力芯片5上沿着水平晶向[110]布置有电阻条R1和R4,沿着 竖直晶向[120]布置有电阻条R2和R3,电阻条R1和R2通过一公共的压焊块2连接，电阻条 R3和R4通过另一公共的压焊块3连接，压焊块1、4、5、6分别与电阻条Ri、R4、R3和R2的另一 端相连。如图3所示，由电阻条HR3和R4组成压阻惠斯登测量电桥电路，压焊块1和5 短接在5V的电源正极上，压焊块4和6短接在电源地连接上，焊接块2和3为电桥的输出 端。以上两个电路转接板3和3’分别通过环氧树脂胶与基座2粘接，全硅压力芯片5 与玻璃环4之间通过静电键合封接，玻璃环4与基座2之间通过环氧树脂胶相粘，全硅压力 芯片2的各压焊块与电路转接板3’之间以超声热压焊方法通过金丝连接。本实用新型的各参数指标压力传感器芯片4300umX4300umX400um；压力量程5OOKpa,灵敏度彡 7. 0359mV/KPa ；线性度彡0.2%;精度0.5%Fs;应变极限彡3000 μ ε ；电源1.5mADC;工作温度_40 140°C ；[0027] 疲劳寿命≥6X 10 4次。
权利要求SOI机油压力传感器，其特征在于设有一绝缘基座，基座内设有轴向空腔，在基座内固定连接两个电路转接板，在基座的一个外端通过玻璃环固定连接一全硅压力芯片，所述基座的另一端连接在一个绝缘壳体上；所述全硅压力芯片上设置包括第一、第二、第三和第四电阻条R1、R2、R3和R4组成压阻惠斯登测量电桥电路，全硅压力芯片上沿着水平晶向[110]布置有第一电阻条R1和第四电阻条R4，沿着竖直晶向[120]布置有第二电阻条R2和第三电阻条R3，第一电阻条R1和第二电阻条R2通过一公共的第二压焊块连接，第三电阻条R3和第四电阻条R4通过另一公共的第三压焊块连接，第一、四、五、六压焊块分别与第一电阻条R1、第四电阻条R4、第三电阻条R3和第二电阻条R2的另一端相连，第一压焊块和第五压焊块短接在5V的电源正极上，第四压焊块和第六压焊块短接在电源地连接上，第二焊接块和第三压焊块为电桥的输出端。
2.根据权利要求1所述SOI机油压力传感器，其特征在于所述两个电路转接板分别通 过环氧树脂胶与基座粘接；所述全硅压力芯片与玻璃环之间通过静电键合封接；所述玻璃 环与基座之间通过环氧树脂胶相粘；全硅压力芯片的各压焊块与电路转接板之间通过超声 热压焊用金丝连接。
专利摘要SOI机油压力传感器，涉及传感器技术领域，设有一绝缘基座，基座内设有轴向空腔，在基座内固定连接两个电路转接板，在基座的一个外端通过玻璃环固定连接一全硅压力芯片，所述基座的另一端连接在一个绝缘壳体上；所述全硅压力芯片上设置包括第一、第二、第三和第四电阻条R1、R2、R3和R4组成压阻惠斯登测量电桥电路。本实用新型提高了传感器在振动情况下的高频响性能，具有动态特性好、耐高温、精度高、频响高、微型化、工作安全可靠、适应性强的特点。本实用新型可以广泛适用与石油测井、工业自动化、动力装备以及国防研究等领域的高温、高频下高精度压力测量的需要。
文档编号G01L9/06GK201772965SQ20092004843
公开日2011年3月23日 申请日期2009年10月22日 优先权日2009年10月22日
发明者赵山华, 赵玉龙 申请人:江苏奥力威传感高科股份有限公司