专利名称：一种压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器。
背景技术：
传统的压力传感器的原理是密封在硅传感器内的应变计感应硅传感器上的隔膜的应变，将隔膜在不同压力下的不同位移转换成电信号输出。其结构如图1所示，包括硅传感器1的表面中间部位设有隔膜2，硅传感器1的下面具有一个硅底座9和凹槽10。为将电和力绝缘，在硅底座9和凹槽10的下面设有玻璃底座4。在硅传感器1、硅底座9和玻璃底座4上开有贯通的孔6，使隔膜2与外界相通，以使压力通过孔6施加在隔膜2上。当通过孔6施加静压力时，由于压力差和静压的作用，应变计将输出一个电信号。施加压力时，硅传感器1、硅底座9和玻璃底座4分别变形，但是由于硅的弹性模量大于玻璃的弹性模量，所以硅传感器1和硅底座9的变形较玻璃底座4大一些。由于不同的变形，使玻璃在隔膜中引起应变，从而会在应变计中产生应变，这就会产生误差，不能获得很好的静压特性。并且凹槽10也减小了硅底座9和玻璃底座4的结合面积，降低了破坏压力。
发明内容本发明的主要目的就是为了解决现有技术的问题，提供一种压力传感器，减少玻璃底座对应变计的影响，从而减少测量误差。
为实现上述目的，本发明公开了一种压力传感器，包括相连接的硅传感器和玻璃底座，在所述硅传感器与玻璃底座连接的表面设有隔膜，在与隔膜相对的硅传感器的另一面设有用于将发生在隔膜中的应变转换成电信号的应变计，在玻璃底座上开有贯通的第一孔，使隔膜与外界相通，以使压力通过第一孔施加在隔膜上，所述玻璃底座的厚度为在静压状态下使玻璃底座产生的缩小形变量与硅传感器和玻璃底座所产生的弯曲形变量相抵销。
所述玻璃底座的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si±5％其中E_glass和E_si分别为玻璃和硅的弹性模量，t_glass和t_si分别为玻璃底座和硅传感器的厚度。
优选方案是所述玻璃底座的厚度满足下面的条件
E_glass×t_glass＝E_si×t_si。
上述方案还可以包括金属底座，所述金属底座与硅传感器分别位于玻璃底座相对的两面，所述金属底座上设有与第一孔相连通的第二孔。
为实现上述目的，本发明还公开了另一种压力传感器，包括相连接的硅传感器、硅底座和玻璃底座，在所述硅传感器与硅底座连接的表面设有隔膜，在与隔膜相对的硅传感器的另一面设有用于将发生在隔膜中的应变转换成电信号的应变计，在硅底座和玻璃底座上开有贯通的第一孔，使隔膜与外界相通，以使压力通过第一孔施加在隔膜上，所述玻璃底座的厚度为在静压状态下使玻璃底座产生的缩小形变量与硅传感器和玻璃底座所产生的弯曲形变量相抵销。
所述玻璃底座的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si±5％其中E_glass和E_si分别为玻璃和硅的弹性模量，t_glass为玻璃底座的厚度，t_si为硅传感器和硅底座的厚度。
优选方案是所述玻璃底座的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si。
上述方案还可以还包括金属底座，所述金属底座与硅传感器分别位于玻璃底座相对的两面，所述金属底座上设有与第一孔相连通的第二孔。
本发明的有益效果是当对压力传感器施加静压力时，硅传感器和玻璃底座会产生因受压而引起的体积缩小变形，同时硅传感器和玻璃底座在受压状态下还存在弯曲变形，当玻璃底座产生的缩小形变量与硅传感器和玻璃底座所产生的弯曲形变量相抵销时，应变计产生的应变量等于硅传感器中的隔膜的应变，从而尽量减小了甚至除去了玻璃底座对应变计的影响，减小了应变计的输出误差。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
图1是现有技术的压力传感器的结构示意图；图2是本发明一种实施例的结构示意图；图3是图2在静压状态下的变形示意图；图4是通过有限元仿真的曲线图；图5是本发明另一种实施例的结构示意图。
具体实施方式具体实施例一、如图2所示，硅传感器1和玻璃底座4相连接，玻璃底座4又与金属底座5相连接。在硅传感器1与玻璃底座4连接的表面中间部位设有隔膜2，在与隔膜2相对的硅传感器1的另一面设有应变计3，在玻璃底座4上开有贯通的第一孔6，在金属底座5上开有贯通的第二孔7，第一孔6和第二孔7相连通，最好是第二孔7和第一孔6的中心轴线在一条直线上。隔膜2与第一孔6的孔口对应，使隔膜2与外界相通，压力通过第一孔6施加在隔膜2上，并且起到绝缘作用，由于压差和静压的作用，使隔膜2产生应变，发生位移，应变计3将发生在隔膜2中的应变转换成电信号并输出，应变计3的固定位置与隔膜2的中心在X方向上有一段位移，以便感应隔膜2在X方向的应变。玻璃底座4和金属底座5固定在一起，玻璃底座4起到将电和力绝缘的作用。
为了保证在施加静压力时，玻璃底座不影响应变计的输出应变，采用使玻璃底座产生的缩小形变量与硅传感器和玻璃底座所产生的弯曲形变量相抵销的方案，最总使应变计产生的应变量等于硅传感器中的隔膜的应变。
经研究证明，使玻璃底座的厚度满足下面的条件即可达到上述效果E_glass×t_glass＝E_si×t_si±5％其中E_glass和E_si分别为玻璃和硅的弹性模量，是与材料有关的常量，t_glass为玻璃底座的厚度，t_si为硅传感器的厚度，可通过测量得出。
图3是在图2的基础上施加静压后的截面图，将它夸大地表现出来。下面参考图3，对施加静压后的特性和应变计产生的应变进行详细的说明。
首先，除去玻璃底座4，只留下硅传感器1和应变计3。由于压力的作用，硅传感器1将发生变形，体积变小。应变计3将产生X方向的应变(-ε_si)，这个应变就等于硅传感器中隔膜的应变。
另一方面，除去硅传感器1，只留下玻璃底座4和应变计3，在力的作用下，玻璃底座4发生变形，体积减小。由于玻璃的弹性模量小于硅的弹性模量，所以玻璃的变形要大于硅的变形，应变计中产生X方向的应变-Δε_glass1。
根据图2和图3，硅传感器1和玻璃底座4会发生如图3所示的弯曲变形。这个弯曲变形导致了应变计3中出现一个X方向上的拉伸应变Δε_lass2。
综上所述，图2应变计中所产生的是以上三个应变的和，也就是说，应变计中的应变是(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)
当玻璃底座4的厚度t_glass较大时，作用在玻璃底座4上的压力也变大，因此，应变-Δε_glass1的绝对值也变大。由于弯曲变形会减小，所以拉伸应变Δε_glass2的绝对值也随着减小。
相反，如果玻璃底座4的厚度较小时，作用在玻璃底座4上的力也变小，因此，应变-Δε_glass1的绝对值减小。但是弯曲变形会增大，拉伸应变Δε_glass2的绝对值会变大。
所以，当厚度t_glass是某个预先确定的值时，由于玻璃底座4的变形所引起的应变-Δε_glass1和由于弯曲变形所引起的应变Δε_glass2将相互抵消。因此，应变计3中的应变只剩下-ε_si，也就是说，由静压引起的所有应变等于除去玻璃底座4只留下硅传感器1时的应变。
从上面的叙述可以理解，当施加静压力时，图2所示的传感器是没有误差产生的。
图4显示了施加静压力时传感器的特性，玻璃底座的厚度t_glass是其中的一个参数，图4的曲线是通过有限元仿真的结果。
从图4中可以看到，当(E_glass.t_glass)/(E_si.t_si)增加时，应变(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)减小。当(E_glass.t_glass)和(E_si.t_si)相差很小，即E_glass×t_glass＝E_si×t_si±5％时，在图4所示的图中，(E_glass.t_glass)/(E_si.t_si)约等于1，当E_glass×t_glass＝E_si×t_si时，(E_glass.t_glass)/(E_si.t_si)＝1，根据图中的曲线，横轴为1时，纵轴(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)就等于-ε_si。这种状态下，当施加静压时，玻璃底座对应变计所产生的应变无影响。当(E_glass.t_glass)/(E_si.t_si)约等于1时，(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)也近似等于-ε_si。也就是说，当t_glass较小时，不仅使(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)的绝对值增大，而且还会使得(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)有可能等于-ε_si。因此，我们可以得到更好的压力特性。当t_glass继续减小时，(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)将继续增大。
下面说明本发明传感器的制作方法。
首先，制作一个除掉玻璃底座4的结构。
然后通过应变计测量出-ε_si、Δε_glass1、Δε_glass2的值，将(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)与-ε_si进行比较；当(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)不等于-ε_si时，改变玻璃底座4的厚度，直到玻璃底座4的厚度满足E_glass×t_glass≈E_si×t_si，使(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)＝-ε_si。
另外，如图2所示，硅传感器1和玻璃底座4的结合面积增大了，增加了抗破坏能力，这样就提高了破坏压力，具有更好的稳定性。
和传统的传感器相比，本方案的元件数量较少，结构的外形也比较简单，这样就降低了成本。
具体实施例二、如图5所示，与具体实施例一不同的是在硅传感器1和玻璃底座4之间还有一层硅底座9，硅底座9上也开有贯通的孔，将隔膜2与第一孔6相连通。为了保证在施加静压力时，玻璃底座4产生的缩小形变量与硅传感器1和玻璃底座4所产生的弯曲形变量相抵销，玻璃底座4的不影响应变计3的输出应变量，使玻璃底座4的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si±5％其中E_glass和E_si分别为玻璃和硅的弹性模量，是与材料有关的常量，t_glass为玻璃底座的厚度，t_si为硅传感器和硅底座的厚度，可通过测量得出。
当E_glass×t_glass＝E_si×t_si时，(-ε_si-Δε_glass1+Δε_glass2)＝-ε_si，玻璃底座对应变计所产生的应变无影响。
本发明不但具有更高的静压稳定特性，而且还有很好的温度特性。
权利要求
1.一种压力传感器，包括相连接的硅传感器和玻璃底座，在所述硅传感器与玻璃底座连接的表面设有隔膜，在与隔膜相对的硅传感器的另一面设有用于将发生在隔膜中的应变转换成电信号的应变计，在玻璃底座上开有贯通的第一孔，使隔膜与外界相通，以使压力通过第一孔施加在隔膜上，其特征在于所述玻璃底座的厚度为在静压状态下使玻璃底座产生的缩小形变量与硅传感器和玻璃底座所产生的弯曲形变量相抵销。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所述玻璃底座的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si±5％其中E_glass和E_si分别为玻璃和硅的弹性模量，t_glass和t_si分别为玻璃底座和硅传感器的厚度。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于所述玻璃底座的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si。
4.如权利要求1至3中任一项所述的压力传感器，其特征在于还包括金属底座，所述金属底座与硅传感器分别位于玻璃底座相对的两面，所述金属底座上设有与第一孔相连通的第二孔。
5.一种压力传感器，包括相连接的硅传感器、硅底座和玻璃底座，在所述硅传感器与硅底座连接的表面设有隔膜，在与隔膜相对的硅传感器的另一面设有用于将发生在隔膜中的应变转换成电信号的应变计，在硅底座和玻璃底座上开有贯通的第一孔，使隔膜与外界相通，以使压力通过第一孔施加在隔膜上，其特征在于所述玻璃底座的厚度为在静压状态下使玻璃底座产生的缩小形变量与硅传感器和玻璃底座所产生的弯曲形变量相抵销。
6.如权利要求5所述的压力传感器，其特征在于所述玻璃底座的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si±5％其中E_glass和E_si分别为玻璃和硅的弹性模量，t_glass为玻璃底座的厚度，t_si为硅传感器和硅底座的厚度。
7.如权利要求6所述的压力传感器，其特征在于所述玻璃底座的厚度满足下面的条件E_glass×t_glass＝E_si×t_si。
8.如权利要求5至7中任一项所述的压力传感器，其特征在于还包括金属底座，所述金属底座与硅传感器分别位于玻璃底座相对的两面，所述金属底座上设有与第一孔相连通的第二孔。
全文摘要
本发明公开了一种压力传感器，包括相连接的硅传感器和玻璃底座，在硅传感器与玻璃底座连接的表面设有隔膜，在与隔膜相对的硅传感器的另一面设有应变计，在玻璃底座上开有贯通的第一孔，使隔膜与外界相通，以使压力通过第一孔施加在隔膜上，所述玻璃底座的厚度为在静压状态下使玻璃底座产生的缩小形变量与硅传感器和玻璃底座所产生的弯曲形变量相抵消。本发明的玻璃底座对应变计产生的应变无影响，应变计产生的应变量等于硅传感器中的隔膜的应变量，从而尽量减小了甚至除去了玻璃底座对应变计的影响，减小了应变计的输出误差。
文档编号H01L29/66GK1987390SQ20051002239
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者谢卿, 张岩 申请人:比亚迪股份有限公司