專(zhuān)利名稱(chēng)：汽車(chē)歧管絕壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是汽車(chē)電子、通信與自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種汽 車(chē)歧管絕壓(MAP)傳感器，屬于傳感器芯片領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
M汽車(chē)的出現(xiàn)與發(fā)展，無(wú)疑對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的推動(dòng)力，但隨著汽車(chē)工 業(yè)的發(fā)展，接踵而來(lái)的是嚴(yán)重的污染問(wèn)題。因此要采取各種措施降低汽車(chē)尾氣中的有毒物 質(zhì)的含量，同時(shí)盡量使燃燒過(guò)程更充分，從而達(dá)到節(jié)能和降低環(huán)境污染的目的，就必須在提 高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能以及自動(dòng)化水平上下功夫。七十年代中期開(kāi)始，以美國(guó)克萊斯勞勒公司 應(yīng)用MAP傳感器和微控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)為重要標(biāo)志，大大降低了排放污染并引發(fā)了世界汽 車(chē)工業(yè)經(jīng)歷一次技術(shù)革命。MAP中文稱(chēng)汽車(chē)歧管絕壓傳感器，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和汽油 燃油比控制(俗稱(chēng)電噴)。其特點(diǎn)是，汽車(chē)工業(yè)廣泛采用電子和微電子技術(shù)，使汽車(chē)的經(jīng)濟(jì) 性、操縱性、動(dòng)力性、安全性和減少排污等方面都有突破性進(jìn)展，這就是汽車(chē)電子化，它包括 傳感器(感知目標(biāo))和微控制器(信號(hào)處理)應(yīng)用?！鞍宋濉庇?jì)劃以來(lái)，雖然我國(guó)傳感器技術(shù)在研究、試制和生產(chǎn)方面都得到了很大的 發(fā)展，但其重點(diǎn)都在于工業(yè)檢測(cè)、控制方面，在專(zhuān)用汽車(chē)傳感器的研制生產(chǎn)幾乎還是空白。 目前生產(chǎn)的各種傳感器，仍沒(méi)有一種能適用于電噴系統(tǒng)的需要，也沒(méi)有汽車(chē)傳感器的專(zhuān)業(yè) 生產(chǎn)廠家，而國(guó)產(chǎn)汽車(chē)用輔助性傳感器均由小企業(yè)單一生產(chǎn)、單一配套，僅用于狀態(tài)監(jiān)測(cè) (如水溫、油溫、油面指示等)，不僅品種少，且工藝落后，這同我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的要求極 不相適宜。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上不足，本實(shí)用新型目的是在于提供一種成本低、抗冷熱沖擊、抗過(guò) 載、抗電磁干擾、穩(wěn)定性和性能指標(biāo)高的汽車(chē)歧管絕壓傳感器，提高了汽車(chē)電子化水平。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)歧管絕壓傳感器，包括擴(kuò)散硅芯片，其特征在于，在擴(kuò)散硅芯片的表面上運(yùn)用 硅_硅鍵合和硅_玻璃融封技術(shù)形成一個(gè)杯型背壓腔保護(hù)層，把流體介質(zhì)與擴(kuò)散硅芯片表 面電路隔離，使其對(duì)被測(cè)介質(zhì)具有極好的抗腐蝕性，所以幾乎任何流體都可被直接地測(cè)量。 所述杯型背壓腔保護(hù)層上設(shè)有基座引腳，所述基座引腳通過(guò)焊接的方式與擴(kuò)散硅芯片的芯 片引角連接；擴(kuò)散硅芯片與杯型背壓腔保護(hù)層形成一敏感元件。進(jìn)一步，所述杯型背壓腔保護(hù)層包括基座，所述基座為帶有絕緣隔離的不銹鋼基 座，所述擴(kuò)散硅芯片通過(guò)硅橡膠粘接到不銹鋼基座上。進(jìn)一步，所述基座引腳通過(guò)金絲或合金材料與擴(kuò)散硅芯片焊接連接，其采用的焊 接設(shè)備為金絲球焊設(shè)備。汽車(chē)(MAP)傳感器的原理是利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)，將兩對(duì)電阻所構(gòu)成的惠斯登電 橋采用硅平面工藝制作成一個(gè)敏感元件。當(dāng)壓力作用于敏感元件上時(shí)，因壓力作用在硅片上而使硅片產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻條受外力的拉壓作用后電阻值發(fā)生增加和減少的變化， 即打破了惠斯登電橋的電壓平衡狀態(tài)，使電橋產(chǎn)生不平衡電壓輸出，該電壓與壓力值成正 比(線性關(guān)系)，以此達(dá)到檢測(cè)壓力之目的，將此作成一個(gè)器件就形成了一個(gè)壓力傳感器。本實(shí)用新型具有的有益效果如下(1)本實(shí)用新型的分辨率、非線性度、穩(wěn)定性等性能指標(biāo)高10倍以上，響應(yīng)時(shí)間縮 小1/2，可大量運(yùn)用于汽車(chē)和工業(yè)自動(dòng)化，特別是附加數(shù)字輸出便于直接和計(jì)算機(jī)接口 ；(2)電橋電阻值高，功耗低，供電電池使用壽命長(zhǎng)，即產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)；(3)體積小、結(jié)構(gòu)靈活、精度高、穩(wěn)定性和一致性好；(4)零位和滿度可采用激光調(diào)阻補(bǔ)償修定，溫度系數(shù)好、工作溫度范圍寬；在電氣 方面，本實(shí)用新型采用了最新工藝技術(shù)和材料，可在-40°C +140°C寬的工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) 高精度和高穩(wěn)定的組合。(5)其具有能夠抗振動(dòng)、抗冷熱沖擊、抗過(guò)載、抗電磁干擾的能力和特征；而且可 換性強(qiáng)，抗腐蝕和抗磨損能力卓越，從而使擴(kuò)散硅壓力傳感器在生產(chǎn)工藝上和性能指標(biāo)上 了一個(gè)新臺(tái)階，產(chǎn)業(yè)化水平有了較大的提高，應(yīng)用設(shè)計(jì)靈活性有了大大的提高。(6)易封裝有利于規(guī)?；a(chǎn)，可降低產(chǎn)品成本及銷(xiāo)售價(jià)格，價(jià)格低廉、一致性好， 有利于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。(7)技術(shù)水平高、應(yīng)用面廣；從技術(shù)上屬于硅平面工藝技術(shù)、無(wú)線電技術(shù)、傳感器 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)等多學(xué)科交叉和知識(shí)密集的高技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)可運(yùn)用于航 天航空、水利電力、能源交通、冶金、化工、機(jī)械、紡織等各個(gè)領(lǐng)域。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型；

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型半導(dǎo)體敏感元件原理圖；圖3為本實(shí)用新型的簡(jiǎn)易封裝工藝流程示意圖；圖4為本實(shí)用新型的特殊封裝工藝流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面 結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型汽車(chē)歧管絕壓傳感器，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和汽油燃油比控 制(俗稱(chēng)電噴)，其包括擴(kuò)散硅芯片20，在擴(kuò)散硅芯片20的表面上運(yùn)用硅-硅鍵合和硅-玻 璃融封技術(shù)形成一個(gè)杯型背壓腔保護(hù)層，把流體介質(zhì)與擴(kuò)散硅芯片20表面電路隔離，使其 對(duì)被測(cè)介質(zhì)具有極好的抗腐蝕性，所以幾乎任何流體都可被直接地測(cè)量。該杯型背壓腔保 護(hù)層包括基座10，所述基座10為帶有絕緣隔離的不銹鋼基座，所述擴(kuò)散硅芯片20通過(guò)硅橡 膠粘接到不銹鋼基座上。在背壓腔保護(hù)層杯型的不銹鋼基座上安裝有兩個(gè)基座引腳11，所 述基座引腳11上端的焊盤(pán)12通過(guò)綁定金絲21或合金材料焊接的方式與擴(kuò)散硅芯片20的 芯片引角相連接。本實(shí)用新型中，對(duì)絕對(duì)壓力傳感器來(lái)說(shuō)，真空是在膜片和基底平板之間內(nèi)腔形 成的，而相對(duì)壓力傳感器，基底平板有一個(gè)孔。由于硅材料的特殊性，使這個(gè)橋路輸出 的是高度線性，與激勵(lì)電壓成正比的信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)隨壓力范圍的不同被標(biāo)定為
42. 0/3. 0/3. 3mV/V ；具有體積小、使用方便靈活的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型是汽車(chē)(MAP)傳感器的原理是利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)，將兩對(duì)電阻所構(gòu) 成的惠斯登電橋采用硅平面工藝制作成一個(gè)敏感元件(如圖2所示)。在本實(shí)用新型中，擴(kuò) 散硅芯片20與杯型背壓腔保護(hù)層構(gòu)成所述的敏感元件(如圖1所示)；當(dāng)壓力作用于敏感 元件上時(shí)，因壓力作用在硅片上而使硅片產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻條受外力的拉壓作用后電 阻值發(fā)生增加和減少的變化，即打破了惠斯登電橋的電壓平衡狀態(tài)，使電橋產(chǎn)生不平衡電 壓輸出，該電壓與壓力值成正比(線性關(guān)系)，以此達(dá)到檢測(cè)壓力之目的，將此作成一個(gè)器 件就形成了 一個(gè)壓力傳感器。本實(shí)用新型中，汽車(chē)壓力與溫度傳感器主要是采用后封裝工藝技術(shù)，來(lái)組織規(guī)模 化批量生產(chǎn)；屬于后工序自動(dòng)粘接、測(cè)試、封裝，是采用引進(jìn)工藝技術(shù)和設(shè)備，完全依靠設(shè) 備生產(chǎn)能力，以及人工裝配，按照規(guī)模生產(chǎn)的工藝流程和管理要求組織生產(chǎn)，特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn) 單，自動(dòng)化程度高。硅平面工藝制造出壓力與溫度傳感器芯片后，隨即進(jìn)入后工序封裝階段，可根據(jù) 量程和產(chǎn)品種類(lèi)劃分，裝配成不同型號(hào)規(guī)格的傳感器。其工藝流程還可以分為壓力傳感器 簡(jiǎn)易封裝工藝流程和壓力傳感器特殊封裝工藝流程。如圖3所示，壓力傳感器簡(jiǎn)易封裝工藝流程依次為芯片、貼片、球焊、初測(cè)、封帽、 補(bǔ)償、調(diào)阻、終測(cè)和入庫(kù)；如圖4所示，壓力傳感器特殊封裝工藝流程依次為芯片、貼片、球 焊、初測(cè)、檢漏、焊隔離片、灌充介質(zhì)、焊壓力接口、補(bǔ)償、調(diào)阻、終測(cè)、老化和入庫(kù)。在上述流程中，本實(shí)用新型的生產(chǎn)技術(shù)主要涉及厚膜工藝、集成擴(kuò)散、自動(dòng)測(cè)試補(bǔ) 償、無(wú)應(yīng)力封裝等技術(shù)?，F(xiàn)對(duì)重大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述(1)裝架貼片采用計(jì)算機(jī)控制、自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)，將傳感器芯片在一定溫度和凈化環(huán)境條件 下，涂敷特種配制的硅橡膠，粘接到帶有絕緣隔離的不銹鋼基座上，在一定溫度下存放一定 的時(shí)間。技術(shù)特征為芯片有序排列，計(jì)算機(jī)程序編制，自動(dòng)裝架上片，滴膠勻膠過(guò)程平穩(wěn)均 勻。(2)引線焊接其采用金絲球焊設(shè)備，將芯片引角與基座引線角連接，連接材料采用金絲或合金 材料。(3)調(diào)阻補(bǔ)償由于每個(gè)(或每批)傳感器芯片上，惠斯登電橋的橋臂電阻的一致性有誤差存在。 操作者需要通過(guò)外引線連接的陶瓷電阻補(bǔ)償片進(jìn)行一對(duì)一的電阻參數(shù)補(bǔ)償，補(bǔ)償電阻值大 小可通過(guò)激光調(diào)阻機(jī)，完全根據(jù)實(shí)測(cè)芯片上電阻誤差修正完成。(4)壓力測(cè)試按照產(chǎn)品國(guó)標(biāo)、企標(biāo)規(guī)定參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，模擬實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行在線加壓測(cè)試，采用特 制工裝夾具，將傳感器產(chǎn)品逐個(gè)按工藝指標(biāo)要求進(jìn)行分類(lèi)的測(cè)試。因此，通過(guò)上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的產(chǎn)品性能指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平比較如表1 和表2 (1)汽車(chē)用壓力傳感器
權(quán)利要求汽車(chē)歧管絕壓傳感器，包括擴(kuò)散硅芯片，其特征在于，在所述擴(kuò)散硅芯片的表面上運(yùn)用硅 硅鍵合和硅 玻璃融封技術(shù)形成一個(gè)杯型背壓腔保護(hù)層，把流體介質(zhì)與擴(kuò)散硅芯片表面電路隔離，所述杯型背壓腔保護(hù)層上設(shè)有基座引腳，所述基座引腳通過(guò)焊接的方式與擴(kuò)散硅芯片的芯片引角連接；所述擴(kuò)散硅芯片與杯型背壓腔保護(hù)層形成一敏感元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)歧管絕壓傳感器，其特征在于，所述杯型背壓腔保護(hù)層 包括基座，所述基座為帶有絕緣隔離的不銹鋼基座，所述擴(kuò)散硅芯片通過(guò)硅橡膠粘接到不 銹鋼基座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)歧管絕壓傳感器，其特征在于，所述基座引腳通過(guò)金絲 與擴(kuò)散硅芯片焊接連接，其采用的焊接設(shè)備為金絲球焊設(shè)備。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)的是一種汽車(chē)歧管絕壓傳感器，包括擴(kuò)散硅芯片，其特征在于，在擴(kuò)散硅芯片的表面上運(yùn)用硅-硅鍵合和硅-玻璃融封技術(shù)形成一個(gè)杯型背壓腔保護(hù)層，把流體介質(zhì)與擴(kuò)散硅芯片表而電路隔離，所述杯型背壓腔保護(hù)層上設(shè)有基座引腳，所述基座引腳通過(guò)焊接的方式與擴(kuò)散硅芯片的芯片引角連接；擴(kuò)散硅芯片與杯型背壓腔保護(hù)層形成一敏感元件。本實(shí)用新型具有能夠抗振動(dòng)、抗冷熱沖擊、抗過(guò)載、抗電磁干擾的能力以及體積小、結(jié)構(gòu)靈活、精度高、穩(wěn)定性和一致性好優(yōu)點(diǎn)；而且可換性強(qiáng)，抗腐蝕和抗磨損能力卓越，從而使擴(kuò)散硅壓力傳感器在生產(chǎn)工藝上和性能指標(biāo)上了一個(gè)新臺(tái)階，產(chǎn)業(yè)化水平有了較大的提高，應(yīng)用設(shè)計(jì)靈活性有了大大的提高。
文檔編號(hào)G01L9/06GK201697743SQ201020126949
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者師斌, 龐曉華, 王莉莎, 申愛(ài)群, 郭宏 申請(qǐng)人:昆山諾金傳感技術(shù)有限公司;威海諾金傳感技術(shù)有限公司;北京鑫諾金傳感技術(shù)有限公司;北京鑫諾金電子科技發(fā)展有限公司;北京德思源電子科技發(fā)展有限公司