專利名稱：充油式溫度壓力復(fù)合傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，屬于溫度壓力復(fù)合傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的溫度壓力復(fù)合傳感器主要有兩種形式一種是將不同的溫度傳感器和壓力傳感器組裝在一起，這種方式組合的兩個傳感器通常相距較遠(yuǎn)，至少在cm數(shù)量級，不能同時感受小的局部區(qū)域的溫度信號和壓力信號，而且由于溫度傳感器和壓力傳感器需要分別進(jìn)行封裝和與被測介質(zhì)隔離，因此導(dǎo)致傳感器的整體體積較大，制造成本較高；另一種是將溫度傳感器和壓力傳感器制作在同一個芯片上，實(shí)現(xiàn)單芯片復(fù)合，由于溫度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)感受膜為鉬膜，而感受壓力的敏感電阻為單晶硅，因此這種單芯片復(fù)合的方式在制作工藝上兼容性較差，使復(fù)合傳感器的性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決采用兩種傳感器組裝形成的溫度壓力復(fù)合傳感器不能同時對局部區(qū)域的信號進(jìn)行測量的問題，提供一種充油式溫度壓力復(fù)合傳感器。本發(fā)明所述充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，它由管座、壓力芯片、溫度芯片、金絲引線、銀鈀絲、外引出線束、陶瓷環(huán)、封堵塞、波紋膜片和壓環(huán)組成，管座為回轉(zhuǎn)體，管座的上表面中心具有圓形凹槽，圓形凹槽底部開有注油孔和外引線孔，注油孔和外引線孔均靠近圓形凹槽的槽壁處，注油孔的底端設(shè)置有封堵塞，壓力芯片和溫度芯片共晶焊接在管座的圓形凹槽內(nèi)，壓力芯片和溫度芯片的相鄰表面相距距離為d，陶瓷環(huán)固定設(shè)置在圓形凹槽內(nèi)，并且壓力芯片和溫度芯片位于陶瓷環(huán)內(nèi)，陶瓷環(huán)的外壁表面與圓形凹槽的槽壁之間具有均勻間隙，陶瓷環(huán)與注油孔和外引線孔相對應(yīng)的側(cè)壁上均設(shè)置有通孔，外引出線束穿過外引線孔延伸至圓形凹槽內(nèi)，外引出線束在外引線孔內(nèi)通過玻璃燒結(jié)的方式與管座固定連接，壓力芯片的每個電極通過金絲引線與外引出線束中的一根導(dǎo)線的末端鍵合，溫度芯片的每個電極通過銀鈀絲-與外引出線束中的一根導(dǎo)線的末端焊接；管座的上端面焊接有波紋膜片，該波紋膜片覆蓋管座上的圓形凹槽上部，使該圓形凹槽為密閉空間，波紋膜片的上表面上設(shè)置壓環(huán)，壓環(huán)通過氬弧焊接與管座的上端面連接，將波紋膜片壓緊，管座的圓形凹槽內(nèi)充滿填充油。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明將壓力芯片和溫度芯片近距離的裝配在管座內(nèi)，通過共晶焊的方式將其焊接在管座上，在使用時，進(jìn)行真空充油后，壓力芯片和溫度芯片同時被保護(hù)起來，再通過波紋膜片感受壓力。由于采用這種方式，壓力芯片和溫度芯片可以實(shí)現(xiàn)_ 級的距離間隙，因此可以同時感受小的局部區(qū)域的溫度信號和壓力信號，進(jìn)行準(zhǔn)確的測量， 解決了同時測量同一區(qū)域壓力和溫度信號的技術(shù)難題，同時對壓力傳感的溫度補(bǔ)償具有很好的效果。本發(fā)明裝置自身的體積小，壓力芯片和溫度芯片被填充油保護(hù)，不直接與被測介質(zhì)接觸，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性；本發(fā)明裝置易于裝配，可以批量生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，它由管座1、壓力芯片2、溫度芯片3、金絲引線4-1、銀鈀絲4-2、外引出線束5、陶瓷環(huán)6、封堵塞7、波紋膜片8和壓環(huán)9組成，管座1為回轉(zhuǎn)體，管座1的上表面中心具有圓形凹槽，圓形凹槽底部開有注油孔和外引線孔，注油孔和外引線孔均靠近圓形凹槽的槽壁處，注油孔的底端設(shè)置有封堵塞7，壓力芯片2和溫度芯片3共晶焊接在管座1的圓形凹槽內(nèi)，壓力芯片2和溫度芯片3的相鄰表面相距距離為d，陶瓷環(huán)6固定設(shè)置在圓形凹槽內(nèi)，并且壓力芯片2和溫度芯片3位于陶瓷環(huán)6內(nèi)，陶瓷環(huán)6的外壁表面與圓形凹槽的槽壁之間具有均勻間隙，陶瓷環(huán)6 與注油孔和外引線孔相對應(yīng)的側(cè)壁上均設(shè)置有通孔，外引出線束5穿過外引線孔延伸至圓形凹槽內(nèi)，外引出線束5在外引線孔內(nèi)通過玻璃燒結(jié)的方式與管座1固定連接，壓力芯片2的每個電極通過金絲引線4-1與外引出線束5中的一根導(dǎo)線的末端鍵合，溫度芯片3的每個電極通過銀鈀絲4-2與外引出線束5中的一根導(dǎo)線的末端焊接；管座1的上端面焊接有波紋膜片8，該波紋膜片8覆蓋管座1上的圓形凹槽上部， 使該圓形凹槽為密閉空間，波紋膜片8的上表面上設(shè)置壓環(huán)9，壓環(huán)9通過氬弧焊接與管座 1的上端面連接，將波紋膜片8壓緊，管座1的圓形凹槽內(nèi)充滿填充油。本實(shí)施方式所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器與將不同的溫度傳感器和壓力傳感器組裝在一起的復(fù)合方式相比，具有體積小，易于生產(chǎn)，可精確測量同一位置的溫度和壓力信號的優(yōu)點(diǎn)；與將溫度傳感器和壓力傳感器制作在同一個芯片上的單芯片復(fù)合方式相比，由于壓力芯片2和溫度芯片3是分別制作的，在避免了壓力芯片2和溫度芯片3不同工藝的兼容性問題的同時，可同時測量小的局部區(qū)域內(nèi)的壓力和溫度信號。銀鈀絲4-2與外引出線束5中的一根導(dǎo)線的焊接，為保證焊接強(qiáng)度，先將銀鈀絲 4-2在外引出線束5中的一根導(dǎo)線上纏繞兩圈，然后用氬弧焊接進(jìn)行焊接。設(shè)置陶瓷環(huán)6的目的是為了使填充油盡量少，使用陶瓷環(huán)6來占據(jù)管座1的圓形凹槽內(nèi)無法加工的無用空間。填充油用來進(jìn)行壓力傳遞，可采用甲基硅油。其填充方法為將甲基硅油進(jìn)行脫水、 脫氣處理后，抽真空灌注到管座1內(nèi)。灌注完成后在注油孔的底端采用沖壓方法或儲能焊接方法用封堵塞7進(jìn)行封堵。封堵塞7可以采用鋼球。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一的進(jìn)一步說明，所述d的范圍為 0. 5mm-2mm0壓力芯片2和溫度芯片3之間通過合理的距離設(shè)計(jì)，共晶焊焊接到管座1內(nèi)，利用氬弧焊接將波紋膜片8焊接到管座1上端面上，采用真空注油的方法向管座1內(nèi)注入填充油，該填充油可以為硅油，注油完成后進(jìn)行注油孔封堵，即完成充油式溫度壓力復(fù)合傳感器的制作。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一或二的進(jìn)一步說明，所述壓力芯片 2由SOI襯底、四個單晶硅壓力敏感電阻和SiO2層組成，四個單晶硅壓力敏感電阻與SOI襯底之間通過SiO2層隔離。本實(shí)施方式中壓力芯片2以SOI片為襯底材料，利用上層的單晶硅作為力敏電阻材料，在電阻與襯底之間通過SiO2層隔離，去除了傳統(tǒng)擴(kuò)散硅壓阻式傳感器中的P-N隔離結(jié)，因而具有良好的高低溫穩(wěn)定性，通過靜電鍵合同7740玻璃封接在一起，形成壓力敏感
-H-· I I心片。四個單晶硅壓力敏感電阻均為標(biāo)準(zhǔn)PtlOOO電阻，外形尺寸為2X4。壓力芯片2采用SOI襯底作為感壓芯片，利用壓阻式感壓原理，在SOI襯底的底部用靜電封接工藝封接玻璃，可以是表壓，也可以是絕壓，玻璃的背面蒸發(fā)或?yàn)R射有金層。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一至三的進(jìn)一步說明，所述溫度芯片 3由陶瓷基片、鉬膜和表面包封層組成，陶瓷基片上表面貼附鉬膜，鉬膜上表面貼附表面包封層。本實(shí)施方式中溫度芯片3設(shè)計(jì)成陶瓷基片、鉬膜和表面包封三層結(jié)構(gòu)，鉬膜緊密的貼附于陶瓷基片襯底及表面包封層之間。如三層材料的熱性能匹配，使陶瓷基片襯底對鉬膜的壓應(yīng)變和表面包封層引起的壓應(yīng)變相互抵消，不僅能拓寬鉬薄膜熱敏電阻使用溫度，而且能提高其可靠性、穩(wěn)定性和重復(fù)性。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一至四的進(jìn)一步說明，管座1與波紋膜片8的焊接采用氬弧焊接。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式為對實(shí)施方式四的進(jìn)一步說明，所述陶瓷基片的外表面上蒸發(fā)或?yàn)R射有金層。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一至六的進(jìn)一步說明，所述管座1上與壓力芯片2和溫度芯片3的共晶焊接處鍍有金層，采用的共晶焊料為AuSn焊料片。在管座1上需要共晶焊處鍍有金層，AuSn共晶焊料的熔點(diǎn)為280°C，釬焊溫度約 300°C 310°C，具有強(qiáng)度高、抗蠕變、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能好、浸潤性優(yōu)良、低粘性和抗腐蝕等特點(diǎn)。需要在真空環(huán)境下進(jìn)行無助焊劑的AuSn共晶回流焊接，真空回流焊接可以大大降低焊接的空洞率，提高焊接質(zhì)量。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一至七的進(jìn)一步說明，所述金絲引線 4-1與外引出線束5中的一根導(dǎo)線的鍵合采用金屬球超聲熱壓焊。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一至八的進(jìn)一步說明，銀鈀絲4-2與外引出線束5中的一根導(dǎo)線的焊接為氬弧焊接。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式為對實(shí)施方式一至九的進(jìn)一步說明，所述管座1和外引出線束5采用可伐合金材料制成。外引出線束5中的每根導(dǎo)線的外部鍍有金屬金，與管座1通過玻璃燒結(jié)進(jìn)行連接。
權(quán)利要求
1.一種充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于它由管座(1)、壓力芯片O)、溫度芯片(3)、金絲引線(4-1)、銀鈀絲(4-2)、外引出線束(5)、陶瓷環(huán)(6)、封堵塞(7)、波紋膜片 (8)和壓環(huán)(9)組成，管座(1)為回轉(zhuǎn)體，管座(1)的上表面中心具有圓形凹槽，圓形凹槽底部開有注油孔和外引線孔，注油孔和外引線孔均靠近圓形凹槽的槽壁處，注油孔的底端設(shè)置有封堵塞(7)，壓力芯片⑵和溫度芯片⑶共晶焊接在管座⑴的圓形凹槽內(nèi)，壓力芯片⑵和溫度芯片⑶的相鄰表面相距距離為d，陶瓷環(huán)(6)固定設(shè)置在圓形凹槽內(nèi)，并且壓力芯片(2) 和溫度芯片(3)位于陶瓷環(huán)(6)內(nèi)，陶瓷環(huán)(6)的外壁表面與圓形凹槽的槽壁之間具有均勻間隙，陶瓷環(huán)(6)與注油孔和外引線孔相對應(yīng)的側(cè)壁上均設(shè)置有通孔，外引出線束(5)穿過外引線孔延伸至圓形凹槽內(nèi)，外引出線束(5)在外引線孔內(nèi)通過玻璃燒結(jié)的方式與管座 (1)固定連接，壓力芯片(2)的每個電極通過金絲引線與外引出線束(5)中的一根導(dǎo)線的末端鍵合，溫度芯片(3)的每個電極通過銀鈀絲G-2)與外引出線束(5)中的一根導(dǎo)線的末端焊接；管座(1)的上端面焊接有波紋膜片(8)，該波紋膜片(8)覆蓋管座(1)上的圓形凹槽上部，使該圓形凹槽為密閉空間，波紋膜片(8)的上表面上設(shè)置壓環(huán)(9)，壓環(huán)(9)通過氬弧焊接與管座(1)的上端面連接，將波紋膜片(8)壓緊，管座(1)的圓形凹槽內(nèi)充滿填充油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于所述d的范圍為 0. 5mm-2mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于所述壓力芯片O)由SOI襯底、四個單晶硅壓力敏感電阻和SiO2層組成，四個單晶硅壓力敏感電阻與 SOI襯底之間通過SiA層隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于所述溫度芯片(3)由陶瓷基片、鉬膜和表面包封層組成，陶瓷基片上表面貼附鉬膜，鉬膜上表面貼附表面包封層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于管座(1)與波紋膜片(8)的焊接采用氬弧焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于所述陶瓷基片的外表面上蒸發(fā)或?yàn)R射有金層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于所述管座(1)上與壓力芯片⑵和溫度芯片⑶的共晶焊接處鍍有金層，采用的共晶焊料為AuSn焊料片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于所述金絲引線 (4-1)與外引出線束(5)中的一根導(dǎo)線的鍵合采用金屬球超聲熱壓焊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于銀鈀絲(4-2)與外引出線束(5)中的一根導(dǎo)線的焊接為氬弧焊接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，其特征在于所述管座(1)和外引出線束( 采用可伐合金材料制成。
全文摘要
充油式溫度壓力復(fù)合傳感器，屬于溫度壓力復(fù)合傳感器技術(shù)領(lǐng)域。它解決了采用兩種傳感器組裝形成的溫度壓力復(fù)合傳感器不能同時對局部區(qū)域的信號進(jìn)行測量的問題。它由管座、壓力芯片、溫度芯片、金絲引線、銀鈀絲、外引出線束、陶瓷環(huán)、封堵塞、波紋膜片和壓環(huán)組成，將壓力芯片和溫度芯片近距離的裝配在管座內(nèi)，通過共晶焊的方式將其焊接在管座上，在使用時，進(jìn)行真空充油后，壓力芯片和溫度芯片同時被保護(hù)起來，再通過波紋膜片感受壓力。本發(fā)明適用于對局部區(qū)域的溫度和壓力的同時測量。
文檔編號G01D21/02GK102322893SQ201110142899
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者姜國光, 孫鳳玲, 尹延昭, 張巖, 方建雷, 李海博, 李玉玲, 王永剛, 田雷, 苗欣 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所