专利名称：一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及压力传感器领域，具体涉及一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器。
背景技术：
压力传感器作为最常用的传感器之一广泛地应用于航空航天、国防、工业、石油化 工等各个领域。近年来，随着我国航空航天及军事工业的发展，对于一种频响超过ΙΟΟΚΗζ， 耐高温达到100°C以上的压力传感器的要求越来越迫切。要求能准确的测量航空或爆破过 程中的瞬变压力，因为瞬变压力的精确测量和动态压力的不失真波形描述在科学实验、设 计优化论证过程中有着极为重要的作用。因而，具有宽的频响、优良的动态性能的压力传感 器成为现代测试技术的焦点。而国外产品的关键技术一直对国内进行技术封锁，并对与军 事、航空航天等国防领域相关的高精度耐高温、高频响压力传感器实行出口限制。当前测量压力的传感器主要有应变式，压电式和压阻式，传统的应变式压力传感 器太低的固有频率早已满足不了测试的需要；用于动态压力测量的压电式压力传感器也有 自身的很多缺点，压电式压力传感器输出为电荷信号，某些压电材料需要防潮措施，容易出 现漏电荷现象，后续处理电路比较复杂，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这 一缺陷，成本高，而且容易引入难以克服的噪声，压电式压力传感器的只能测量动态的压力 信号，对于静态和准静态的压力信号，就显得无能为力；利用硅的压阻效应和集成电路技术 制成的传统扩散硅压阻式压力传感器具有灵敏度高、动态响应快、测量精度高、稳定性好、 易于小型化和可大批量生产等特点，但由于其力敏电阻与硅基底是p-n结隔离，在使用温 度大于80°C时，因p-n结产生漏电流而使传感器的性能恶化甚至失效，因而，传统扩散硅压 力传感器难以解决高温80°C以上的压力测量难题，而且现有的传感器芯片都封装在金属壳 体内部，这样就存在了一个腔体，由于管腔效应的影响，降低了传感器的频响。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种齐平封装的耐高温高 频响压力传感器，用于测量动态或静态的压力信号，具有耐高温、高频响的优点。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，包括压力芯片1，压力芯片1通过静电 键合与玻璃环2的底面结合在一起，玻璃环2的上面与金属基座5的底孔的上部粘接，金属 基座5内部为空腔，在空腔中部和下部配置有两个平台，高温转接板3与高温转接电路补偿 板4分别固定在下部与中部的平台上，压力芯片1与高温转接电路板3通过五根金丝引线 13连接，高温转接板3与高温转接电路补偿板4通过五根高温导线12相连，四芯高温导线 10引出的四根导线分别与高温转接电路补偿板4上的A’、B’、C’和D’四个节点连接在一 起，金属基座5的上部与金属外壳6的下部连接，金属外壳6上部与固线帽7连接，金属外 壳6上部中心配置有一个孔9，固线帽7配置有中心孔8，四芯高温导线10从金属外壳6的孔9及固线帽7的中心孔8穿出。所述的中心孔8的直径小于孔9的直径，而且中心孔8与孔9的中心重合。所述的压力芯片1上配置有四个等值的电阻R，并组成开环惠斯登电桥电路，其端 头与电阻R间的节点A、B、C、D和E分别与五根金丝引线13相连。所述的高温转接电路补偿板4上配置有补偿电阻11和A’、B’、C’、D’、E’五个节 点，节点A’与E’通过补偿电阻11连接，节点A’、B’、C’、D’和E’分别与五根高温导线12 连接，其中从A节点连接出来的金丝引线13和从A’节点连接出来的高温导线12相连，其 他各节点也相互对应。所述的压力芯片1采用SOI材料研制的耐高温压阻力敏芯片。封装方式采用了齐平封装方式，即在封装时，压力芯片1与金属基座5的下端面齐 平。本发明的工作原理为压力芯片1感受到外界介质的压力后，把压力信号转变为 电压信号，电压信号依次通过金丝引线13、高温转接板3和高温导线12传递到高温转接电 路补偿板4，经过高温转接电路补偿板4上补偿电阻11的补偿后，通过四芯高温导线10把 电压信号输出。由于本发明的压力芯片1采用耐高温压阻力敏芯片，而且本发明采用了齐平封装 方式，故而具有耐高温、高频响的优点，用于测量动态或静态的压力信号。
图1为本发明的结构剖视图。图2为压力芯片1的电路图。图3为高温转接电路补偿板4的电路图。具体实施方法下面结合附图对本发明做详细说明。参照附图1，一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，包括压力芯片1，压力芯 片1通过静电键合与玻璃环2的底面结合在一起，玻璃环2的上面与金属基座5的底孔的上 部粘接，金属基座5内部为空腔，在空腔中部和下部配置有两个平台，高温转接板3与高温 转接电路补偿板4分别固定在下部与中部的平台上，压力芯片1与高温转接电路板3通过 五根金丝引线13连接，高温转接板3与高温转接电路补偿板4通过五根高温导线12相连， 四芯高温导线10引出的四根导线分别与高温转接电路补偿板4上的A’、B’、C’和D’四个 节点连接在一起，金属基座5的上部与金属外壳6的下部连接，金属外壳6上部与固线帽7 连接，金属外壳6上部中心配置有一个孔9，固线帽7配置有中心孔8，四芯高温导线10从 金属外壳6的孔9及固线帽7的中心孔8穿出，起到固定四芯高温导线10的作用。所述的中心孔8的直径小于孔9的直径，而且中心孔8与孔9的中心重合。参照附图2，所述的压力芯片1上配置有四个等值的电阻R，并组成开环的惠斯登 电桥电路，目的是为了对传感器输出的电压信号进行补偿，其端头与电阻R间的节点A、B、 C、D和E分别与五根金丝引线13相连。参照附图3，所述的高温转接电路补偿板4上配置有补偿电阻11和A’、B’、C’、D’、 Ε，五个节点，节点Α’与Ε’通过补偿电阻11连接，节点A’、B’、C’、D’和Ε’分别与五根高温导线12连接，其中从A节点连接出来的金丝引线13和从A’节点连接出来的高温导线12 相连，其他各节点也相互对应，补偿电阻11用来补偿压力芯片1输出的电压信号，补偿后， A与E之间通过补偿电阻11连通，形成了一个闭合的惠斯登电桥电路。所述的压力芯片1采用SOI材料研制的耐高温压阻力敏芯片，目的就是通过SiO2 绝缘层将力敏芯片的检测电路层与硅基底隔离开，避免了高温下检测电路与基底之间的漏 电流产生，提高力敏芯片的耐高温特性，使工作温度可提高到200°C。封装方式采用了齐平封装方式，即在封装时，压力芯片1与金属基座5的下端面齐 平，使被测介质直接作用在压力芯片1上，从而避免了管腔效应的影响。
本发明的工作原理为在压力芯片1上有四个等值的电阻Rl并组成惠斯登电桥 电路，当不受力作用时，惠斯登电桥处于平衡状态，无电压输出；当压力芯片1受到压力作 用时，惠斯登电桥失去平衡而输出电压信号，且输出的电压与压力成比例，压力芯片1感受 到外界介质的压力后，把压力信号转变为电压信号，电压信号通过金丝引线13、高温转接板 3和高温导线12传递到高温转接电路补偿板4，经过高温转接电路补偿板4上补偿电阻11 的补偿后，通过四芯高温导线10把电压信号输出，由于压力芯片1采用SOI材料研制的耐 高温压阻力敏芯片，其杨氏模量很高，加上微型机械电子系统自身微小的结构，所以它的固 有频率很高，不仅获得高频响，低至零频高至接近固有频率的宽频带响应，而且有低至亚微 秒的上升时间及非常平滑的幅频特性曲线，压力芯片1与玻璃环2静电键合后，形成圆形平 膜，基于理论分析，传感器的响应频率主要决定于封装结构和安装方式，本发明采取齐平封 装方式，使被测介质直接作用在芯片上，从而避免了管腔效应的影响，降低了由于封装造成 的传感器频率响应减小的影响。附图中1为压力芯片；2为玻璃环；3为高温转接板；4为高温转接电路补偿板；5 为金属基座；6为金属外壳；7为固线帽；8为中心孔；9为孔；10为四芯高温导线；11为补偿 电阻；12为高温导线；13为金丝引线；R为电阻；A、B、C、D、E、A，、B，、C，、D，、E，为节点。
权利要求
一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，包括压力芯片(1)，其特征在于压力芯片(1)通过静电键合与玻璃环(2)的底面结合在一起，玻璃环(2)的上面与金属基座(5)的底孔的上部粘接，金属基座(5)内部为空腔，在空腔中部和下部配置有两个平台，高温转接板(3)与高温转接电路补偿板(4)分别固定在下部与中部的平台上，压力芯片(1)与高温转接电路板(3)通过五根金丝引线(13)连接，高温转接板(3)与高温转接电路补偿板(4)通过五根高温导线(12)相连，四芯高温导线(10)引出的四根导线分别与高温转接电路补偿板(4)上的(A’)、(B’)、(C’)和(D’)四个节点连接在一起，金属基座(5)的上部与金属外壳(6)的下部连接，金属外壳(6)上部与固线帽(7)连接，金属外壳(6)上部中心配置有一个孔(9)，固线帽(7)配置有中心孔(8)，四芯高温导线(10)从金属外壳(6)的孔(9)及固线帽(7)的中心孔(8)穿出。
2.根据权利要求1所述的一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，其特征在于所 述的中心孔⑶的直径小于孔(9)的直径，而且中心孔⑶与孔(9)的中心重合。
3.根据权利要求1所述的一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，其特征在于所 述的压力芯片(1)上配置有四个等值的电阻R，并组成开环惠斯登电桥电路，其端头与电阻 R间的节点(A)、(B)、(C)、(D)和(E)分别与五根金丝引线(13)相连。
4.根据权利要求1所述的一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，其特征在于所 述的高温转接电路补偿板(4)上配置有补偿电阻(11)和(A，)、(B，)、(C，)、(D，)、(E，) 五个节点，节点(A，)与(E’)通过补偿电阻(11)连接，节点(A，)、(B，)、(C，)、(D，)和 (E，)分别与五根高温导线(12)连接，其中从(A)节点连接出来的金丝引线(13)和从(A，) 节点连接出来的高温导线(12)相连，其他各节点也相互对应。
5.根据权利要求1所述的一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，其特征在于所 述的压力芯片(1)采用S0I材料研制的耐高温压阻力敏芯片。
6.根据权利要求1所述的一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，其特征在于压 力芯片(1)与金属基座(5)的下端面齐平。
全文摘要
一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器，包括压力芯片，压力芯片与玻璃环结合，玻璃环与金属基座粘接，高温转接板与高温转接电路补偿板分别固定在金属基座内，压力芯片与高温转接电路板通过金丝引线连接，高温转接板与高温转接电路补偿板通过高温导线相连，四芯高温导线与高温转接电路补偿板上连接，金属基座与金属外壳连接，金属外壳与固线帽连接，四芯高温导线从金属外壳及固线帽的孔穿出，压力芯片感受外界介质的压力，把压力信号转变为电压信号，电压信号依次通过金丝引线、高温转接板和高温导线传递到高温转接电路补偿板，经过补偿后通过四芯高温导线把电压信号输出，本发明具有耐高温、高频响的优点，用于测量动态或静态的压力信号。
文档编号G01L1/18GK101832830SQ20101012974
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者刘元浩, 徐宜, 方续东, 李建波, 赵玉龙, 赵立波 申请人:西安交通大学