專利名稱：基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)隔離壓力傳感器，尤其是基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器。
背景技術(shù)：
介質(zhì)隔離傳感器是將傳感器芯片封裝在能隔離測量介質(zhì)的空腔內(nèi)，因而在各種惡劣的應(yīng)用環(huán)境中，仍能保證卓越的靈敏度、線性度。目前應(yīng)用較多的充油式介質(zhì)隔離壓力傳感器，不銹鋼膜片與金屬外殼采用熔焊工藝進行氣密性焊接，其中傳感器內(nèi)的硅油一般經(jīng)過高溫高真空下的處理，在真空下灌充，以消除殘余氣體對隔離測壓系統(tǒng)的影響。充油式介質(zhì)隔離壓力傳感器是基于硅油在低壓力下的不可壓縮性，來作為傳遞壓力的載體，將壓力傳遞至傳感器芯片。由于真空灌封工藝時間較長，使得整個制造工藝較為復(fù)雜，其產(chǎn)量一直維持在一個較低的水平。國外公司新研發(fā)的介質(zhì)隔離傳感器，其通過貼片膠將傳感器芯片粘貼到壓力接口，測試介質(zhì)經(jīng)過壓力接口直接作用于傳感器芯片，由于受傳感器芯片尺寸的限制，其膠接的面積小，只能承受較低的壓力，另外貼片膠在高溫下的穩(wěn)定性較差，在較惡劣的應(yīng)用環(huán)境下其可靠性很難得到保障，這些很大程度上制約了這種產(chǎn)品的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述的問題，本發(fā)明提供一種基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其導(dǎo)入了背面金屬化工藝使傳感器芯片具有可焊性，用焊接技術(shù)代替了傳統(tǒng)的膠接，使得傳感器的承壓能力和介質(zhì)兼容性更強，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，包括傳感器芯片、芯片安裝基座、PCB下板、信號調(diào)理芯片、PCB連接器、PCB頂板、PCB上板、電氣接口、金屬外殼、壓力接口 ；芯片安裝基座為中空結(jié)構(gòu)，中間有通孔，傳感器芯片焊接在芯片安裝基座通孔頂端上，芯片安裝基座通過膠水粘接與PCB下板粘結(jié)；信號調(diào)理芯片貼裝在PCB下板上，信號調(diào)理芯片通過金絲與傳感器芯片金絲鍵合；PCB上板與PCB下板通過PCB連接器連接，PCB上板通過柔性電路板與PCB頂板連接，PCB頂板與電氣接口連接；芯片安裝基座另一端粘結(jié)在壓力接口上，芯片安裝基座通孔的末端與壓力接口連通，壓力接口與電氣接口通過金屬外殼連接為整體。傳感器芯片包括硅層、玻璃層和金屬層，金屬層通過預(yù)成型焊料回流焊接在芯片安裝基座通孔的頂端上。所述的傳感器芯片的金屬層為在玻璃層面上植入厚度約400_1000nm的金或銀。所述芯片安裝基座上焊接面電鍍錫鎳合金層。芯片安裝基座焊接面電鍍錫鎳合金，傳感器芯片通過濺射或蒸鍍工藝在玻璃層面植入金屬層，使傳感器芯片具有可焊性。壓力接口與金屬外殼通過激光焊接為一體，電氣接口內(nèi)的密封槽內(nèi)裝入密封圈后與金屬外殼通過旋鉚工藝壓緊。芯片安裝基座與PCB下板粘結(jié)處有定位凸臺，PCB下板中間的孔形狀相對應(yīng)，保證PCB下板安裝方向的唯一性。芯片安裝基座與PCB下板粘結(jié)處還有沉槽，芯片安裝基座與壓力接口粘結(jié)處有三角密封槽，三角密封槽，即橫截面為三角形的槽，可以是多個槽組合，增加了有效粘接面積，增強了膠接強度。PCB連接器包括連接器殼體和兩端面的線路板插針，PCB上板和PCB下板對應(yīng)的位置有插孔，連接器殼體內(nèi)有空腔用于容納傳感器芯片。PCB通過PCB連接器進行安裝，只需插拔，無需焊接。電氣接口與PCB頂板連接處有定位柱和插針，PCB頂板對應(yīng)的位置有定位口和插孔。定位柱在電氣接口的安裝過程中起到了定位和防偏轉(zhuǎn)的作用，有效地保證了旋鉚工藝的質(zhì)量，插針用于進行電連接。芯片安裝基座采用膨脹合金加工而成，不銹鋼的熱膨脹系數(shù)為18ppm/°C，膨脹合金的熱膨脹系數(shù)為3ppm/°C,而芯片的熱膨脹系數(shù)為2.6ppm/°C,可見膨脹合金與芯片的熱匹配性更好，用膨脹合金替代不銹鋼，在高溫情況下對傳感器的精度影響更小，在保證傳感器精度的情況下，拓寬了傳感器的使用溫度范圍。本發(fā)明提供的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其通過背面金屬化工藝使傳感器芯片具有可焊性，再通過預(yù)成型焊料將傳感器芯片與芯片安裝基座焊接，芯片安裝基座與壓力接口粘接，最后電氣接口與金屬外殼通過旋鉚技術(shù)，壓力接口與金屬外殼通過激光焊接技術(shù)將整個電路進行隔離封裝，使測試介質(zhì)與電路完全隔離，從而實現(xiàn)隔離測量介質(zhì)壓力的功能。為了簡化封裝工藝，提高產(chǎn)品可靠性，裝配關(guān)系的零件都基于防呆和防反識別來設(shè)計，其中PCB通過新設(shè)計的PCB連接器進行安裝，只需插拔，無需焊接。這種傳感器是基于應(yīng)用中的惡劣環(huán)境而設(shè)計的，可適應(yīng)各種測試介質(zhì)，且適宜于批量生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明剖面結(jié)構(gòu)示意 圖2為芯片安裝基座的立體結(jié)構(gòu)示意 圖3為芯片安裝基座的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖4為傳感器芯片結(jié)構(gòu)不意 圖5為傳感器芯片貼裝鍵合的示意 圖6為PCB連接器的結(jié)構(gòu)示意 圖7為PCB連接器的安裝示意 圖8為電氣接口的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。如圖1所示，基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，包括傳感器芯片1、芯片安裝基座2、PCB下板3、信號調(diào)理芯片4、PCB連接器5、PCB頂板6、PCB上板7、電氣接口
8、金屬外殼9、壓力接口 10 ;芯片安裝基座2為中空結(jié)構(gòu)，中間有通孔，傳感器芯片I焊接在芯片安裝基座2通孔頂端焊接面21上，芯片安裝基座2通過膠水與PCB下板3粘接；信號調(diào)理芯片4貼裝在PCB下板3上，信號調(diào)理芯片4通過金絲41與傳感器芯片I金絲鍵合；PCB上板7與PCB下板3通過PCB連接器5連接，PCB上板7通過柔性電路板61與PCB頂板6連接，PCB頂板6與電氣接口 8連接；芯片安裝基座2另一端粘結(jié)在壓力接口 10上，芯片安裝基座2通孔的末端與壓力接口 10連通，壓力接口 10與電氣接口 8通過金屬外殼9連接為整體。其中，如圖2所不,傳感器芯片I包括娃層11、玻璃層12和金屬層13,金屬層13通過預(yù)成型焊料回流焊接在芯片安裝基座2通孔頂端焊接面21上。傳感器芯片I的金屬層13為在玻璃層12面上植入厚度約400-1000nm的金或銀。如圖3和圖4所示，芯片安裝基座2上焊接面21電鍍錫鎳合金層。如圖3、圖4和圖5所示，芯片安裝基座2與PCB下板3粘結(jié)處有定位凸臺22，PCB下板3中間的孔形狀與之相對應(yīng)，保證PCB下板3安裝方向的唯一性；
芯片安裝基座2與PCB下板3粘結(jié)處還有沉槽23，芯片安裝基座2與壓力接口 10粘結(jié)處有三角密封槽24，增加了有效粘接面積，增強了膠接強度。如圖6和圖7所示，PCB連接器5包括連接器殼體51和兩端面的線路板插針52，PCB上板7和PCB下板3對應(yīng)的位置有插孔，連接器殼體51內(nèi)有空腔用于容納傳感器芯片I。PCB通過PCB連接器進行安裝，只需插拔，無需焊接。如圖8所示，電氣接口 8與PCB頂板6連接處有定位柱84和插針83，PCB頂板6對應(yīng)的位置有定位口和插孔。定位柱在電氣接口的安裝過程中起到了定位和防偏轉(zhuǎn)的作用，有效地保證了旋鉚工藝的質(zhì)量，插針用于進行電連接。壓力接口 10與金屬外殼9通過激光焊接為一體，電氣接口 8內(nèi)的密封槽82內(nèi)裝入密封圈81后與金屬外殼9通過旋鉚工藝壓緊。
權(quán)利要求
1.基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:包括傳感器芯片(I)、芯片安裝基座(2)、PCB下板(3)、信號調(diào)理芯片(4)、PCB連接器(5)、PCB頂板(6)、PCB上板(7)、電氣接口(8)、金屬外殼(9)、壓力接口(10);芯片安裝基座(2)為中空結(jié)構(gòu)，中間有通孔，傳感器芯片(I)焊接在芯片安裝基座(2)通孔頂端焊接面(21)上，芯片安裝基座(2)通過膠水粘接PCB下板(3)中間的孔內(nèi)；信號調(diào)理芯片(4)貼裝在PCB下板(3)上，信號調(diào)理芯片(4 )通過金絲(41)與傳感器芯片(I)金絲鍵合；PCB上板(7 )與PCB下板(3 )通過PCB連接器(5 )連接，PCB上板(7 )通過柔性電路板(61)與PCB頂板(6 )連接，PCB頂板(6 )與電氣接口(8)連接；芯片安裝基座(2)另一端粘結(jié)在壓力接口(10)上，芯片安裝基座(2)通孔的末端與壓力接口(10)連通，壓力接口(10)與電氣接口(8)通過金屬外殼(9)連接為整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:所述的傳感器芯片(I)包括硅層(11 )、玻璃層(12)和金屬層(13)，金屬層(13)通過預(yù)成型焊料回流焊接在芯片安裝基座(2 )通孔頂端焊接面(21)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:所述的傳感器芯片(I)的金屬層(13)為在玻璃層(12)面上植入厚度約400-1000nm的金或銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:所述芯片安裝基座(2)的焊接面(21)電鍍錫鎳合金層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:所述壓力接口(10)與金屬外殼(9)通過激光焊接為一體，電氣接口(8)內(nèi)的密封槽(82)內(nèi)裝入密封圈(81)后與金屬外殼(9)通過旋鉚工藝壓緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:所述芯片安裝基座(2 )與PCB下板(3 )粘結(jié)處有定位凸臺(22 )，PCB下板(3 )中間的孔形狀與之相對應(yīng)，保證PCB下板(3)安裝方向的唯一性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、4或6任一項所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:所述芯片安裝基座(2)與PCB下板(3)粘結(jié)處還有沉槽(23)，芯片安裝基座(2)與壓力接口(10)粘結(jié)處有三角密封槽(24)，增加了有效粘接面積，增強了膠接強度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:所述的PCB連接器(5)包括連接器殼體(51)和兩端面的線路板插針(52)，PCB上板(7)和PCB下板(3)對應(yīng)的位置有插孔，連接器殼體(51)內(nèi)有空腔用于容納傳感器芯片(I)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:電氣接口( 8 )與PCB頂板(6 )連接處有定位柱(84 )和插針(83 )，PCB頂板(6 )對應(yīng)的位置有定位口和插孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、4或6所述的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其特征在于:芯片安裝基座(2)采用膨脹合金加工而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)隔離壓力傳感器，尤其是基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，本發(fā)明提供的基于背面金屬化工藝的介質(zhì)隔離壓力傳感器，其通過背面金屬化工藝使傳感器芯片具有可焊性，再通過預(yù)成型焊料將傳感器芯片與芯片安裝基座焊接，芯片安裝基座與壓力接口粘接，最后電氣接口與金屬外殼通過旋鉚技術(shù)，壓力接口與金屬外殼通過激光焊接技術(shù)將整個電路進行隔離封裝，使測試介質(zhì)與電路完全隔離，從而實現(xiàn)隔離測量介質(zhì)壓力的功能。本發(fā)明簡化封裝工藝，提高產(chǎn)品可靠性，有裝配關(guān)系的零件都基于防呆和防反識別來設(shè)計，其中PCB通過新設(shè)計的PCB連接器進行安裝，只需插拔，無需焊接。
文檔編號G01L1/00GK103196623SQ201310150000
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者陳君杰 申請人:陳君杰