[实用新型]扩散硅压力传感器的一种经济型小型充油芯体封装结构

说明书

扩散硅压力传感器的一种经济型小型充油芯体封装结构，外壳上部连有TO管座，该TO管座上连有扩散硅压力芯片，所述外壳内填充有硅油，所述外壳下部通口口缘上方径向外扩形成有第一台阶，该第一台阶上面依次嵌填有橡胶波纹膜片、压环和密封垫圈，所述TO管座内嵌于所述外壳上口并压合于所述密封垫圈上面，所述外壳上部有一径向收缩段，该径向收缩段对应外壳上口形成的环圈经冲压形成扣圈，该扣圈圆心方向的下口缘压合于所述TO管座上面，所述TO管座上插置有充油管。本实用新型构造简单，成本低。

技术领域

本实用新型涉及测量介质压力的器件，特别是扩散硅压力传感器。

背景技术

扩散硅压力传感器是以单晶硅为基体，采用先进的离子注入工艺和微机械加工工艺，制成的具有惠斯顿电桥和精密力学结构的硅敏感元件，它可将压力转变为电压信号。

充油芯体封装结构是扩散硅压力传感器的一种封装形式，其他还有SO-8封装、TO-X封装等。

充油芯体封装结构是将扩散硅压力芯片封装于不锈钢外壳中，外加压力通过不锈钢膜片和内部密封的硅油传递到扩散硅压力芯片上，芯片不直接接触介质，形成压力测量的全固态结构，其外形如图1所示。

扩散硅压力传感器的硅敏感元件--扩散硅压力芯片，其外形尺寸可做到1×1×0.5mm，图2表示扩散硅压力芯片外形长、宽尺寸大小。

扩散硅压力芯片的工作原理可分为开环结构和闭环结构，图2、3分别表示开环结构和闭环结构电原理。压力为0时电阻R＝R1＝R2＝R3＝R4，压力增加时，R1、R3阻值下降，R2、R4阻值上升，四个电阻变化幅度一致，为ΔR，则Vout＝Vout+－Vout-＝Vcc×ΔR/R。如果在压力作用下ΔR呈线性变化(理想状态)，则Vout随压力呈线性变化。一种扩散硅压力芯片(型号100psi扩散硅压力芯片)的实际P～Vout线形如图5所示。

已有充油芯体封装结构的构造如图6所示，其包括不锈钢外壳5、波纹膜片6、硅油3、TO管座1、扩散硅压力芯片2。其制作流程为：1)将TO管座1电流压焊在不锈钢外壳5上；2)将扩散硅压力芯片2粘在TO管座1上并压焊金丝；3)加注硅油3；4)高温、真空环境下激光焊接不锈钢波纹膜片6。

充油芯体封装结构的优点有：

灵敏度高。扩散硅敏感电阻的灵敏因子比金属应变片高50～80倍，它的满量程信号输出在80-100mv左右。

精度高。扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以重复性和迟滞误差很小。由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好。因此综合表态精度很高。

可靠性高。扩散硅敏感膜片的弹性形变量在微应变数量级，膜片最大位移量在来微米数量级，且无机械磨损，无疲劳，无老化。

频响高。由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KC。制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计，使传感器频率响应很高，使用带宽可达零频至100千赫兹。

耐腐蚀性好。适用于各种恶劣的腐蚀介质环境。被广泛用于石油、化工、冶金、电力、电子系统、航空航天、医疗、汽车、机电设备等。

缺点是：

价格高。其成本通常占压力传感器总成本的60％以上。

体积大、重量大。充油芯体直径最小规格为19mm，高度一般超过15mm，重量在150g以上，而同样直径的陶瓷压力传感器的重量在40g以内。

制造工艺复杂。需要超声波压焊、电流压焊、激光焊接等高技术含量的工艺，工艺步骤多，技术难度大，其中激光焊接需在高温、真空环境下进行，技术难度最大。