专利名称:一种小型流体传感器的制作方法
本发明属于压力测量技术领域：
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流体传感器是利用半导体材料硅的压阻效应，将流体压力信号转为电信号。这种流体传感器主要由两部分组成。一是半导体力敏元件、二是腔体。目前已有半导体力敏元件是在硅杯弹性膜上直接集成一个电桥电路，其集成电桥版图设计方案有两种。一种是如US4065971、US4050313将力敏电桥分组分布在硅杯弹性膜的边缘、这种方案的优点是输出大，可以从四组中优选一组好的，缺点是硅杯大。另一种设计方案是将四个力敏电阻分布同一晶向上，只利用硅弹性膜的径向正负应力区靠正负应力差提高电桥输出。其优点是硅弹性膜面积小，缺点是不能优选，成品率低。腔体是流体传感器另一个组成部分，为保护力敏元件不受环境与被测流体的沾污，通常是将半导体力敏元件密封于硅油中，一般用不锈钢膜片作为感压膜片，此膜片和端盖形成一个外腔室。当流体进入外腔室时，其压力由感压膜片通过硅油传给半导体力敏元件。通常弹性膜片焊接在一个膜片支承架上，再通过密封圈与端盖形成一个外腔室。如US4135408就是采用这种结构，力敏元件的固定方式有两种。一种是直接固定在底座上，如US4050313。这种连接方式的缺点是当腔体受干扰外力作用时，力敏元件也会受到干扰。另一种是将弹性元件固定在隔离膜片上，如US4135408的结构，虽然这种固定方式可以防止来自外界干扰通过腔体干扰力敏元件，但是结构复杂，对小型流体传感器就显得不适用了。针对以上版图图案，外腔室构成，力敏元件固定存在的问题，同时又结合小型流体传感器体积小的特点，本发明提出一种新的解决方案。
本发明的要点在于一是采用如附图1所示的版图图案。在整体硅杯的硅膜上扩散八个力敏电阻、即附图1中(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、其中力敏电阻(1)、(4)、(5)、(8)分布在径向0.8～0.98r之间(r为硅杯半径)。力敏电阻(2)、(3)、(6)、(7)分布在切向0.5～0.6r之间。以上八个力敏电阻均分布在单晶硅(001)晶面<110>晶向上。本发明仅用八个力敏电阻可组成四组电桥，(1)、(2)、(3)、(4)为一组，(3)、(4)、(5)、(6)为一组，(5)、(6)、(7)、(8)为一组，(1)、(2)、(7)、(8)为一组，从中选择出参数最佳的一组。二是采用如附图2所示的外腔室结构。图中(1)为端盖，(2)为紧固螺帽，(3)为流体接口，(4)为“O”型密封圈，(5)为不锈钢膜片。三是力敏元件固定方式是将附图2中力敏元件(8)放置在“O”型密封圈(9)上，压板(11)通过“O”型密封圈(10)压紧力敏元件(8)和主体(7)形成弹性固定方式。附图2中的(6)为“O”型密封圈。
本发明与已有技术相比其优点在于一是在版图图案设计上、巧妙利用四个力敏电阻正负应力差、从而提高了电桥输出灵敏度，有利于减小硅杯尺寸，仅用八个力敏电阻，可组成四组电桥，有利于提高成品率，由于八个力敏电阻分散分布，有利于散热和减少局部过热，也有利于减小温度漂移。二是将不锈钢膜片(5)直接焊在端盖(1)上减少密封环节，密封效果好，同时节省材料，减少体积，旋下紧固螺帽(2)，取下流体接口(3)，可直接观察膜片(5)、同时也便于清除膜片上的沉积物，保证测量精度。三是力敏元件固定方式是采用上、下两个“O”型密封圈(9)、(10)将力敏元件(8)和主体(7)形成了弹性连接，有利于排除通过腔体而作用到力敏元件(8)上的外界干扰力。
发明人曾经做过这样一个实施例。采用5×5×1mm的方形硅片，中间形成φ3.2mm的圆形硅杯，八个力敏电阻集成在(OO)晶面，<110>晶向上。力敏电阻分布同附图1，所制得的力敏元件密封于如附图2所示的腔体结构中。达到的指标为量程0～0.1kg/cm2、0～0.25Kg/cm2。0～0.5Kg/cm2、0～1Kg/cm2。精度优于0.3%FS，当电桥供电电压为6伏时，满量程输出大于50mv，零点温度漂移系数，灵敏度温度漂移系数优于0.05%/℃FS。
权利要求
1.一种由半导体力敏元件和腔体所组成的小型流体传感器，其特征在于所说的力敏元件是采用整体硅杯结构，将八个力敏电阻分布在(001)晶面上的<110>晶向上。所说的腔体外腔室是由端盖(1)，紧固螺帽(2)，流体接口(3)，“O”型密封圈(4)，不锈钢膜片(5)所组成。所说的力敏元件的固定方式是由“O”型密封圈(9)、(10)，通过压板(11)，固定在腔体上。A八个力敏电阻中有四个分布在0.8～0.98r之间，有四个分布在0.5～0.6r之间(r指硅杯半径)。B将不锈钢膜片(5)，直接压焊在腔体的端盖(1)上。C把流体接口(3)采用与不锈钢膜片(5)直径相近的压紧螺帽和端盖(1)相接。
2.按照权利要求
1所述的小型流体传感器，其特征在于所说的八个力敏电阻进行四次组合选择，从中选择出参数为最佳的一组。
专利摘要
本发明属于压力测量技术领域：
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文档编号G01L9/06GK85102765SQ85102765
公开日1986年8月13日 申请日期1985年4月1日
发明者牛德芳, 高鑫, 胡静山, 周丽芳 申请人:大连工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan