专利名称：半导体压力继电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种半导体压力继电器。
压力继电器是将压力信号转变为电信号实现电路接通或断开的开关元件，又名压力开关，是液压气动系统中常见的必用元件。现在系统中使用的压力继电器绝大部分仍采用机械式弹性元件如弹簧、膜盒等作为压力敏感元件，用弹簧或膜盒的位移推动机械触点产生闭合动作作为输出的压力继电器，由于弹簧元件和柱塞滑动胶圈密封结构自身的滞后、疲劳、摩擦阻力和稳定性等问题，固其存在可靠性差、精度差、寿命短、响应滞后、控制点调整困难的致命弱点。尤其是漏油和低端死区问题，是弹簧载荷式自身设计无法克服的。九十年代问世的电子式压力继电器，其敏感元件采用了电阻应变片，其精度可靠性都比机械式压力继电器提高很多，但这种结构型应变式传感器自身存在着蠕变、胶层老化、寿命有限、过载能力差、高压时仍存在低端死区问题。寿命、精度、可靠性等问题仍没有得到理想的解决。
本实用新型的目的在于设计一种半导体压力继电器，采用硅半导体制成的半导体压力敏感器件，彻底解决了压力继电器自身存在的蠕变、寿命短、可靠性差、精度低、过载能力差及低端死区等问题，设计新颖，结构简单，调整设定方便，是取代现有压力继电器的理想产品。
本实用新型设计方案一种半导体压力继电器，包括基座(3)，半导体力敏元件(1)设置在基座(3)内中部，且半导体力敏元件(1)与基座(3)之间密封，锁紧支架(4)固定在基座(3)内上端，且锁紧支架(4)的下端面紧靠半导体力敏元件(1)的上端面；电子线路板(5)固定在锁紧支架(4)上，下壳体(6)罩在电子线路板(5)上且其下端部固定在基座(3)上，上壳体(7)固定在下壳体(6)的上端；设定电位器(10)固定在下壳体(6)的上端面上，且其调整端头(11)位于上壳体(7)内，上壳体(7)的上端面上固定有状态指示灯(9)，电源及输出插座(8)，制有调整孔(12)，且调整孔(12)与设定电位器(10)的调整端头(11)相对应，半导体力敏元件(1)通过导线与电子线路板(5)的输入端连接，电源及输出插座(8)通过导线分别与电子线路板(5)的电源端及输出端连接，状态指示灯(9)通过导线与电子线路板(5)的输出端连接。
半导体力敏元件(1)由力敏硅杯(13)和芯座(14)构成，力敏硅杯(13)由硅弹性膜片(15)和固定在硅弹性膜片(15)上的玻璃环(16)构成，力敏硅杯(13)固定在芯座(14)内，芯座(14)设置在基座(3)内中部，且芯座(14)与基座(3)之间设有双O圈密封结构(2)，硅弹性膜片(15)上的扩散电阻(17)上连接有金丝内引线(18)，金丝内引线(18)穿过芯座(14)的内孔与电子线路板(5)的输入端连接。
本实用新型采用了成熟的半导体压力传感器作为压力敏感元件，再配以相应的电子线路，实现与压力相应的开关量输出进行压力控制。由于硅晶体材料具有无可比拟的物理性能(无范性形变)，因此用硅半导体做成的半导体压力敏感器件具有非常优良的重复性、可靠性、高精度、无蠕变等特性，经过电子线路的放大、比较、开关信号输出，就可实现对压力的精确控制。该产品具有体积小、精度高、可靠性好、寿命长、无可动部件、调整设定简单方便、无需维修等优点，调整设定的次数可达104以上，是传统的压力继电器升级换代的最好选择。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型半导体力敏元件的结构示意图，图3为本实用新型力敏硅杯的结构示意图，图4为图3的俯视图，图5为本实用新型的电路原理图。
结合附图1、2、3、4、5描述本实用新型的一种实施例。
一种半导体压力继电器，包括基座(3)，半导体力敏元件(1)设置在基座(3)内中部，且半导体力敏元件(1)与基座(3)之间密封，锁紧支架(4)固定在基座(3)内上端，且锁紧支架(4)的下端面紧靠半导体力敏元件(1)的上端面；电子线路板(5)固定在锁紧支架(4)上，下壳体(6)罩在电子线路板(5)上且其下端部固定在基座(3)上，上壳体(7)固定在下壳体(6)的上端；设定电位器(10)固定在下壳体(6)的上端面上，且其调整端头(11)位于上壳体(7)内，上壳体(7)的上端面上固定有状态指示灯(9)，电源及输出插座(8)，制有调整孔(12)，且调整孔(12)与设定电位器(10)的调整端头(11)相对应，半导体力敏元件(1)通过导线与电子线路板(5)的输入端连接，电源及输出插座(8)通过导线分别与电子线路板(5)的电源端及输出端连接，状态指示灯(9)通过导线与电子线路板(5)的输出端连接。
半导体力敏元件(1)由力敏硅杯(13)和芯座(14)构成，力敏硅杯(13)由硅弹性膜片(15)和固定在硅弹性膜片(15)上的玻璃环(16)构成，力敏硅杯(13)固定在芯座(14)内，芯座(14)设置在基座(3)内中部，且芯座(14)与基座(3)之间设有双O圈密封结构(2)，硅弹性膜片(15)上的扩散电阻(17)上连接有金丝内引线(18)，金丝内引线(18)穿过芯座(14)的内孔(19)通过导线(20)与电子线路板(5)的输入端连接。
本实用新型采用了半导体集成电路平面工艺制作硅弹性膜片(15)。硅片材料用N型(100)，扩散电阻布局沿(110)晶向，采用浓硼(P+)扩散工艺，表面浓度Ns控制在1-1.5×1020，后经半导体常规工艺至划片。然后用静电焊接工艺将硅弹性膜片(15)与其匹配的玻璃环(16)焊接在一起，形成一个周边固支的力敏硅杯(13)。再将力敏硅杯(13)与芯座(14)用犟力牌201结构胶粘合在一起，将内联金丝线(18)从芯座(14)的内孔(19)中引出并通过导线(20)焊接在芯座(14)上部的电子线路板(5)上，形成半导体力敏元件(1)，将半导体力敏元件(1)采用双O圈密封结构(2)推入基座(3)中并用锁紧支架(4)锁紧，当力敏硅杯(13)底部受到压力作用时，输出一个对应于压力变化的差动信号，这个差动信号送入固定在锁紧支架(4)上的电子线路板(5)的输入端，经过电路对该差动信号调零、放大、比较产生一个开关信号控制微型开关的通与断，从而提供给系统开关信号。通过设定电位器(10)调节比较器参考基准的大小就可精确的调节压力开关的设定值。使用设定方法如下1、把设定电位器反时针方向转动到起点位置。接入工作电源(DC24V)。2、将本实用新型接入压力校验台，施加所要求的设定压力，待压力信号稳定后，顺时针方向慢慢转动设定电位器直到状态指示灯LED亮为止。该点压力就是设定的开关压力值。3、压力设定完成与否可根据状态指示灯LED的亮与灭来确定。
权利要求1.一种半导体压力继电器，包括基座(3)，其特征在于半导体力敏元件(1)设置在基座(3)内中部，且半导体力敏元件(1)与基座(3)之间密封，锁紧支架(4)固定在基座(3)内上端，且锁紧支架(4)的下端面紧靠半导体力敏元件(1)的上端面；电子线路板(5)固定在锁紧支架(4)上，下壳体(6)罩在电子线路板(5)上且其下端部固定在基座(3)上，上壳体(7)固定在下壳体(6)的上端；设定电位器(10)固定在下壳体(6)的上端面上，且其调整端头(11)位于上壳体(7)内，上壳体(7)的上端面上固定有状态指示灯(9)，电源及输出插座(8)，制有调整孔(12)，且调整孔(12)与设定电位器(10)的调整端头(11)相对应，半导体力敏元件(1)通过导线与电子线路板(5)的输入端连接，电源及输出插座(8)通过导线分别与电子线路板(5)的电源端及输出端连接，状态指示灯(9)通过导线与电子线路板(5)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的半导体压力继电器，其特征在于半导体力敏元件(1)由力敏硅杯(13)和芯座(14)构成，力敏硅杯(13)由硅弹性膜片(15)和固定在硅弹性膜片(15)上的玻璃环(16)构成，力敏硅杯(13)固定在芯座(14)内，芯座(14)设置在基座(3)内中部，且芯座(14)与基座(3)之间设有双O圈密封结构(2)，硅弹性膜片(15)上的扩散电阻(17)上连接有金丝内引线(18)，金丝内引线(18)穿过芯座(14)的内孔(19)通过导线(20)与电子线路板(5)的输入端连接。
专利摘要一种半导体压力继电器,其半导体力敏元件设置在基座内中部,并用锁紧支架锁紧,电路板固定在锁紧支架上,下壳体罩在电路板上且固定在基座上,上壳体固定在下壳体的上端,设定电位器固定在下壳体上,状态指示灯,电源及输出插座固定在上壳体上,上壳体上制有与设定电位器调整端头相对应的调整孔,半导体力敏元件接电路板的输入端,电源及输出插座接电路板的电源端及输出端。本实用新型体积小、精度高、可靠性好,无可动部件,寿命长,调整设定方便,无需维修,是取代现有压力继电器的理想产品。
文档编号H01H47/02GK2480974SQ01213110
公开日2002年3月6日 申请日期2001年3月14日 优先权日2001年3月14日
发明者乔新益 申请人:乔新益