专利名称：基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种介质隔离压力传感器，尤其是基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器。
背景技术：
介质隔离传感器是将传感器芯片封装在能隔离测量介质的空腔内，因而在各种恶劣的应用环境中，仍能保证卓越的灵敏度、线性度。目前应用较多的充油式介质隔离压力传感器，不锈钢膜片与金属外壳采用熔焊工艺进行气密性焊接，其中传感器内的硅油一般经过高温高真空下的处理，在真空下灌充，以消除残余气体对隔离测压系统的影响。充油式介质隔离压力传感器是基于硅油在低压力下的不可压缩性，来作为传递压力的载体，将压力传递至传感器芯片。由于真空灌封工艺时间较长，使得整个制造工艺较为复杂，其产量一直维持在一个较低的水平。国外公司新研发的介质隔离传感器，其通过贴片胶将传感器芯片粘贴到压力接口，测试介质经过压力接口直接作用于传感器芯片，由于受传感器芯片尺寸的限制，其胶接的面积小，只能承受较低的压力，另外贴片胶在高温下的稳定性较差，在较恶劣的应用环境下其可靠性很难得到保障，这些很大程度上制约了这种产品的发展。
发明内容
针对上述的问题，本发明提供一种基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其导入了背面金属化工艺使传感器芯片具有可焊性，用焊接技术代替了传统的胶接，使得传感器的承压能力和介质兼容性更强，为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:
基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，包括传感器芯片、芯片安装基座、PCB下板、信号调理芯片、PCB连接器、PCB顶板、PCB上板、电气接口、金属外壳、压力接口 ；芯片安装基座为中空结构，中间有通孔，传感器芯片焊接在芯片安装基座通孔顶端上，芯片安装基座通过胶水粘接与PCB下板粘结；信号调理芯片贴装在PCB下板上，信号调理芯片通过金丝与传感器芯片金丝键合；PCB上板与PCB下板通过PCB连接器连接，PCB上板通过柔性电路板与PCB顶板连接，PCB顶板与电气接口连接；芯片安装基座另一端粘结在压力接口上，芯片安装基座通孔的末端与压力接口连通，压力接口与电气接口通过金属外壳连接为整体。传感器芯片包括硅层、玻璃层和金属层，金属层通过预成型焊料回流焊接在芯片安装基座通孔的顶端上。所述的传感器芯片的金属层为在玻璃层面上植入厚度约400_1000nm的金或银。所述芯片安装基座上焊接面电镀锡镍合金层。芯片安装基座焊接面电镀锡镍合金，传感器芯片通过溅射或蒸镀工艺在玻璃层面植入金属层，使传感器芯片具有可焊性。压力接口与金属外壳通过激光焊接为一体，电气接口内的密封槽内装入密封圈后与金属外壳通过旋铆工艺压紧。芯片安装基座与PCB下板粘结处有定位凸台，PCB下板中间的孔形状相对应，保证PCB下板安装方向的唯一性。芯片安装基座与PCB下板粘结处还有沉槽，芯片安装基座与压力接口粘结处有三角密封槽，三角密封槽，即横截面为三角形的槽，可以是多个槽组合，增加了有效粘接面积，增强了胶接强度。PCB连接器包括连接器壳体和两端面的线路板插针，PCB上板和PCB下板对应的位置有插孔，连接器壳体内有空腔用于容纳传感器芯片。PCB通过PCB连接器进行安装，只需插拔，无需焊接。电气接口与PCB顶板连接处有定位柱和插针，PCB顶板对应的位置有定位口和插孔。定位柱在电气接口的安装过程中起到了定位和防偏转的作用，有效地保证了旋铆工艺的质量，插针用于进行电连接。芯片安装基座采用膨胀合金加工而成，不锈钢的热膨胀系数为18ppm/°C，膨胀合金的热膨胀系数为3ppm/°C,而芯片的热膨胀系数为2.6ppm/°C,可见膨胀合金与芯片的热匹配性更好，用膨胀合金替代不锈钢，在高温情况下对传感器的精度影响更小，在保证传感器精度的情况下，拓宽了传感器的使用温度范围。本发明提供的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其通过背面金属化工艺使传感器芯片具有可焊性，再通过预成型焊料将传感器芯片与芯片安装基座焊接，芯片安装基座与压力接口粘接，最后电气接口与金属外壳通过旋铆技术，压力接口与金属外壳通过激光焊接技术将整个电路进行隔离封装，使测试介质与电路完全隔离，从而实现隔离测量介质压力的功能。为了简化封装工艺，提高产品可靠性，装配关系的零件都基于防呆和防反识别来设计，其中PCB通过新设计的PCB连接器进行安装，只需插拔，无需焊接。这种传感器是基于应用中的恶劣环境而设计的，可适应各种测试介质，且适宜于批量生产。
图1为本发明剖面结构示意 图2为芯片安装基座的立体结构示意 图3为芯片安装基座的剖面结构示意 图4为传感器芯片结构不意 图5为传感器芯片贴装键合的示意 图6为PCB连接器的结构示意 图7为PCB连接器的安装示意 图8为电气接口的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。如图1所示，基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，包括传感器芯片1、芯片安装基座2、PCB下板3、信号调理芯片4、PCB连接器5、PCB顶板6、PCB上板7、电气接口
8、金属外壳9、压力接口 10 ;芯片安装基座2为中空结构，中间有通孔，传感器芯片I焊接在芯片安装基座2通孔顶端焊接面21上，芯片安装基座2通过胶水与PCB下板3粘接；信号调理芯片4贴装在PCB下板3上，信号调理芯片4通过金丝41与传感器芯片I金丝键合；PCB上板7与PCB下板3通过PCB连接器5连接，PCB上板7通过柔性电路板61与PCB顶板6连接，PCB顶板6与电气接口 8连接；芯片安装基座2另一端粘结在压力接口 10上，芯片安装基座2通孔的末端与压力接口 10连通，压力接口 10与电气接口 8通过金属外壳9连接为整体。其中，如图2所不,传感器芯片I包括娃层11、玻璃层12和金属层13,金属层13通过预成型焊料回流焊接在芯片安装基座2通孔顶端焊接面21上。传感器芯片I的金属层13为在玻璃层12面上植入厚度约400-1000nm的金或银。如图3和图4所示，芯片安装基座2上焊接面21电镀锡镍合金层。如图3、图4和图5所示，芯片安装基座2与PCB下板3粘结处有定位凸台22，PCB下板3中间的孔形状与之相对应，保证PCB下板3安装方向的唯一性；
芯片安装基座2与PCB下板3粘结处还有沉槽23，芯片安装基座2与压力接口 10粘结处有三角密封槽24，增加了有效粘接面积，增强了胶接强度。如图6和图7所示，PCB连接器5包括连接器壳体51和两端面的线路板插针52，PCB上板7和PCB下板3对应的位置有插孔，连接器壳体51内有空腔用于容纳传感器芯片I。PCB通过PCB连接器进行安装，只需插拔，无需焊接。如图8所示，电气接口 8与PCB顶板6连接处有定位柱84和插针83，PCB顶板6对应的位置有定位口和插孔。定位柱在电气接口的安装过程中起到了定位和防偏转的作用，有效地保证了旋铆工艺的质量，插针用于进行电连接。压力接口 10与金属外壳9通过激光焊接为一体，电气接口 8内的密封槽82内装入密封圈81后与金属外壳9通过旋铆工艺压紧。
权利要求
1.基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:包括传感器芯片(I)、芯片安装基座(2)、PCB下板(3)、信号调理芯片(4)、PCB连接器(5)、PCB顶板(6)、PCB上板(7)、电气接口(8)、金属外壳(9)、压力接口(10);芯片安装基座(2)为中空结构，中间有通孔，传感器芯片(I)焊接在芯片安装基座(2)通孔顶端焊接面(21)上，芯片安装基座(2)通过胶水粘接PCB下板(3)中间的孔内；信号调理芯片(4)贴装在PCB下板(3)上，信号调理芯片(4 )通过金丝(41)与传感器芯片(I)金丝键合；PCB上板(7 )与PCB下板(3 )通过PCB连接器(5 )连接，PCB上板(7 )通过柔性电路板(61)与PCB顶板(6 )连接，PCB顶板(6 )与电气接口(8)连接；芯片安装基座(2)另一端粘结在压力接口(10)上，芯片安装基座(2)通孔的末端与压力接口(10)连通，压力接口(10)与电气接口(8)通过金属外壳(9)连接为整体。
2.根据权利要求1所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:所述的传感器芯片(I)包括硅层(11 )、玻璃层(12)和金属层(13)，金属层(13)通过预成型焊料回流焊接在芯片安装基座(2 )通孔顶端焊接面(21)上。
3.根据权利要求2所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:所述的传感器芯片(I)的金属层(13)为在玻璃层(12)面上植入厚度约400-1000nm的金或银。
4.根据权利要求1所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:所述芯片安装基座(2)的焊接面(21)电镀锡镍合金层。
5.根据权利要求1所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:所述压力接口(10)与金属外壳(9)通过激光焊接为一体，电气接口(8)内的密封槽(82)内装入密封圈(81)后与金属外壳(9)通过旋铆工艺压紧。
6.根据权利要求1所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:所述芯片安装基座(2 )与PCB下板(3 )粘结处有定位凸台(22 )，PCB下板(3 )中间的孔形状与之相对应，保证PCB下板(3)安装方向的唯一性。
7.根据权利要求1、4或6任一项所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:所述芯片安装基座(2)与PCB下板(3)粘结处还有沉槽(23)，芯片安装基座(2)与压力接口(10)粘结处有三角密封槽(24)，增加了有效粘接面积，增强了胶接强度。
8.根据权利要求1所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:所述的PCB连接器(5)包括连接器壳体(51)和两端面的线路板插针(52)，PCB上板(7)和PCB下板(3)对应的位置有插孔，连接器壳体(51)内有空腔用于容纳传感器芯片(I)。
9.根据权利要求1或5所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:电气接口( 8 )与PCB顶板(6 )连接处有定位柱(84 )和插针(83 )，PCB顶板(6 )对应的位置有定位口和插孔。
10.根据权利要求1、4或6所述的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其特征在于:芯片安装基座(2)采用膨胀合金加工而成。
全文摘要
本发明涉及一种介质隔离压力传感器，尤其是基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，本发明提供的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其通过背面金属化工艺使传感器芯片具有可焊性，再通过预成型焊料将传感器芯片与芯片安装基座焊接，芯片安装基座与压力接口粘接，最后电气接口与金属外壳通过旋铆技术，压力接口与金属外壳通过激光焊接技术将整个电路进行隔离封装，使测试介质与电路完全隔离，从而实现隔离测量介质压力的功能。本发明简化封装工艺，提高产品可靠性，有装配关系的零件都基于防呆和防反识别来设计，其中PCB通过新设计的PCB连接器进行安装，只需插拔，无需焊接。
文档编号G01L1/00GK103196623SQ201310150000
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者陈君杰 申请人:陈君杰