平面陶瓷压力传感器及相关制造方法与流程

本发明涉及一种压阻式或电容式平面陶瓷压力传感器及相关制造方法。

背景技术：

1、在诸如工业、医疗和汽车领域的各种应用领域中，使用整合到换能器中的陶瓷压力传感器来测量流体的压力是已知的。

2、陶瓷传感器既具有机械坚固性，又能够在侵蚀性环境下操作，并且具有可靠性和稳定的性能。

3、陶瓷膜是化学惰性的，不需要任何类型的分隔物，并且可以与许多流体(甚至一些侵蚀性最强的流体)直接接触。

4、长期稳定性以及在压力和温度两方面的宽操作范围是促进陶瓷压力传感器具有多功能性和可靠性的其他重要因素。

5、这些方面以及在所有类型的工业机械中和过程控制设备的整合简便性使得压阻式和电容式陶瓷传感器均相对于其他技术解决方案更令人关注且更具优势，这都是因为它们的性价比出色并且应用范围广泛。

6、具有陶瓷膜的压阻传感器通常由氧化铝制成，并且可以有两种类型：平面传感器，其中膜固定到也由陶瓷制成的机械支撑件上；或者单片传感器，其由单个陶瓷元件组成，其中较薄中心部件充当膜，并且较厚中心部件充当机械支撑件。

7、膜由于压力而弯曲，并且此类弯曲可以通过电阻电桥来检测。由压阻材料制成的电阻器的定位方式使得，在膜弯曲时，两个电阻器(属于电桥的相对两侧)伸长，从而导致电阻增加，同时其他两个电阻器被压缩，从而导致电阻降低。电桥不平衡，并且输出电压与引起变形的压力差成比例。

8、平面压阻传感器通常通过以下方式制成：将膜上的该电阻电桥通过丝网印刷而印刷在与流体接触的一侧相对的一侧上，并将该膜连接到机械支撑件。为了保证膜的变形空间充足并且为了限定其移动空间，胶合层设置有中心凹陷部和孔，所述中心凹陷部通常为圆形，置于膜的可变形区域处，压阻元件置于所述可变形区域处，所述孔置于所述腔的外部，将导电材料沉积在所述孔的壁上，并且在机械连接期间，所述孔电连接到膜上的迹线。

9、在电容式而不是压电式传感器中，通过由于其电枢(一个电枢印在膜上，另一个电枢印在机械支撑件上)的相对位移而引起的电容器容量变化来检测压力信号。在一些情况下，支撑件的腔处有一个孔：如果该孔打开，则系统将用作相对或差动传感器(只要腔密封)，而如果该孔闭合并且腔密封，则系统将用作绝对传感器。

10、在现有技术中，特别是在wo2013139832a1中，公开了压阻式和电容式平面陶瓷压力传感器，该压阻式和电容式平面陶瓷压力传感器包括具有电路的由陶瓷材料制成的柔性平面膜、具有外部电接触部的由陶瓷材料制成的刚性平面支撑件，将导电材料沉积在支撑件上，在膜和支撑件之间制作通过沉积和烧结低熔点导电电连接导电材料层而制成的电联接部，在膜和支撑件之间制作通过沉积和烧结与电连接玻璃层电绝缘和/或绝缘的机械连接玻璃层而制成的机械联接部，其中电连接玻璃层和机械连接玻璃层在烧结炉中的单个通道中同时在一起烧结。

11、通常，该膜和支撑件由普通陶瓷片获得，特别是由氧化铝制成，如果是可商购获得的并且通常用于例如厚膜混合电路的自动制造；多个压力传感器通过将片状半成品源分成多件而获得，该片状半成品源自膜与支撑件之间的联接部。

12、在现有技术中，支撑片设置有电接触孔，该电接触孔被适当地布置用于将电信号从膜传递到容纳在支撑片的外部上面上的分立电气和电子元件(诸如电阻、电容器、晶体管、集成电子电路和连接器)以用于过程，从而处理和传输通过膜的变形检测到的信号。

13、这些孔和电连接部的存在以及相对定位限制和几何体积也显著地限制了使传感器小型化的可能性，这是市场特别感受到的并且特别集中于单个传感器的制造过程的需要。

14、具体地，支撑件上的可用空间具有限制，这些限制不仅是由于机械孔的总尺寸，还是由于围绕机械孔的导电材料的冠部的总尺寸。

15、此外，由于围绕机械孔的导电材料的冠部与施加到支撑件的分立部件之间所需的最小距离，支撑件上的可用空间具有限制。该最小距离必须确保支撑件上的部件的焊接材料不与围绕机械孔的导电材料的冠部接触。

16、机械孔的存在倾向于使支撑件机械脆化，因此除了对孔之间的相对布置的限制之外，还将限制置于对孔与支撑件的边缘之间以及孔与孔之间的最小距离。

17、最后，为每个支承件制作孔(通常为四个孔)使制造过程复杂化，因为该操作添加到每个支承件所源自的片材切割操作。

18、因此，需要简化已知的压阻式和电容式平面陶瓷压力传感器的结构。

19、因此，本发明的技术任务是制作一种平面陶瓷压力传感器，该平面陶瓷压力传感器能够消除现有技术的引用的技术缺陷。

技术实现思路

1、在该技术任务的上下文中，本发明的一个目的是制作一种允许小型化的平面陶瓷压力传感器。

2、本发明的另一个目的是制作一种平面陶瓷压力传感器，该平面陶瓷压力传感器能够在支撑件上获得空间以集成分立电气和电子元件。

3、本发明的另一个目的是制作一种平面陶瓷压力传感器，该平面陶瓷压力传感器降低了支撑件的由于通孔的存在而导致的脆化。

4、本发明的另一个目的是制作一种易于制作的平面陶瓷压力传感器。

5、本发明的并非最不重要的目的是显露一种用于制作平面陶瓷压力传感器的方法。

6、根据本发明的技术任务以及这些和其他目的通过制作压阻式或电容式平面压力传感器来实现，所述压阻式或电容式平面压力传感器包括由陶瓷材料制成的柔性平面膜和由陶瓷材料制成的相对刚性平面支撑件，其中所述支撑件具有第一主面和第二主面，并且所述膜具有第一主面和第二主面，并且其中所述膜的所述第一主面面向所述支撑件的所述第二主面，所述膜的所述第一主面包括至少一个第一电路，所述支撑件的所述第一主面包括至少一个第二电路，其特征在于，所述膜的所述第一主面的所述第一电路与所述支撑件的所述第一主面的所述第二电路之间的电连接部被设置在所述支撑件的周边边缘上。

7、优选地，所述电连接部被设置在所述支撑件的周边边缘的凹陷部中。

8、优选地，所述凹陷部在所述支撑件的整个厚度上延伸。

9、优选地，所述电连接部由覆盖所述凹陷部的导电层形成。

10、由于在支撑件的周边上设置电连接部，可以消除支撑件内部的孔。

11、由于在支撑件内部没有孔，因此支撑件上的可用空间增加，并且在支撑件上不产生更脆的准线。

12、可以在一半孔处制作支撑件的周边上的电连接部，该一半孔通过故意沿着切割线在片材上形成的孔的断裂而产生。

13、以这种方式，简化了制造过程，不仅因为在片材上形成的孔的数量减半，而且因为片材上的孔和预切线可以使用相同的激光切割方法制成。

14、事实上很明显，两个传感器的电连接部可以通过四个孔制成。

15、任选地，还可以用保护性涂层(例如保护性树脂、厚膜电介质、通过抽吸进行丝网印刷施加的玻璃)覆盖支撑件的周边上的电连接部。

16、本发明还公开了一种用于制造平面压力传感器的方法，所述平面压力传感器包括由陶瓷材料制成的柔性平面膜和由陶瓷材料制成的相对刚性平面支撑件，其中所述支撑件具有第一主面和第二主面，并且所述膜具有第一主面和第二主面，并且其中所述膜的所述第一主面面向所述支撑件的所述第二主面，所述方法包括以下步骤：

17、-在膜的第一主面上制作至少一个第一电路，

18、-在所述支撑件的所述第一主面上制作至少一个第二电路，

19、-将导电材料沉积在膜的第一主面上和/或将导电材料沉积在支撑件的第二主面上，

20、-在膜和支撑件之间制作机械联接部，其特征在于，

21、所述第一电路与所述第二电路之间的电连接部通过将导电材料施加到凹壁来设置，所述凹壁在所述支撑件的周边边缘处在所述支撑件的整个壁厚上延伸。

22、本发明的其他特征以及制造方法在以下权利要求书中进一步限定。