使用陶瓷膜的壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種使用陶瓷膜的壓力傳感器，其不容易損壞，從而沒有泄漏要測量的目標介質的風險，其具有較好的大規模生產的能力和較小的體積，并且通過簡化連接傳感器和信號處理芯片的軟電纜和印刷電路板（PCB），能夠實現低價格。該壓力傳感器包括：陶瓷膜，其形成為矩形平面的陶瓷膜，其具有表面，該表面上形成有由導電材料制成的圖案和應變計；基座，其被配置成面對陶瓷膜的其上形成有圖案的表面；以及粘接層，其被配置成沿陶瓷膜和基座的接觸表面的邊緣形成，從而結合陶瓷膜和基座，并且為應變計形成空間。
【專利說明】使用陶瓷膜的壓力傳感器
【技術領域】
[0001]下面的描述涉及使用陶瓷膜的壓力傳感器，更具體地涉及如下使用陶瓷膜的壓力傳感器，其不容易損壞，從而沒有泄漏要測量的目標介質的風險，其具有較好的大規模生產能力和減小的體積，并且通過簡化連接傳感器和信號處理芯片的軟電纜和印刷電路板(PCB )，能夠實現低價格。
【背景技術】
[0002]通常，壓力傳感器被用于測量例如車輛發動機的壓力，以及各個領域中的各種壓力，例如需要高測量精度的工業領域和民用工程領域。壓力傳感器包括用于壓力測量的應變計。
[0003]應變計可以被分類成從電學上測量物體的應變的電應變計和機械地測量應變的機械應變計。電應變計從在物體變形時會引起的應變計電阻的變化來測量物體的變形速度。機械應變計檢測兩點之間距離的輕微變化，以從檢測到的距離變化來測量要被測量的物體的變形速度。通過引入應變計，物體的變形可以被精確地測量，并且能夠根據測量到的變形估計應力。
[0004]由于高科技核心技術已經數字化、多元化且具有高性能，各個領域對壓力傳感器的需求具有全球性的增長，因此，許多國家已經啟動了壓力傳感器的技術開發項目，將其作為重要的高科技產業，并且對研發項目提供強有力的支持，因此，技術水平有了進一步提高，能夠實現大規模生產系統的建立。其結果是，低成本地生產緊湊、智能的壓力傳感器是可行的。
[0005]作為傳統的壓力傳感器，使用不銹膜的壓力傳感器(韓國專利注冊號10-240012)被使用。然而，因為用于傳統壓力傳感器的不銹膜的制造過程復雜，并且手動地連接應變計，所以制造過程復雜，制造成本增加。此外，如果應變計被暴露到空氣或要測量的介質(液體或氣體)，那么它容易腐蝕，從而導致應變計的長期穩定性或可靠性的退化。此外，如果金屬薄膜應變計壞了，那么整個壓力傳感器需要被更換，并且不銹膜不適合測量腐蝕性氣體和液體的壓力。
[0006]為了克服上述缺點，韓國公開專利第2001-0105085號公開了使用陶瓷膜的壓力傳感器，陶瓷膜被形成為在其上有高電阻厚膜或薄膜應變計，其被陶瓷蓋氣密密封或者被涂有特殊絕緣涂層的保護層，從而壓力傳感器可以被用于氣體和液體，并且具有優異的抗腐蝕性能。
[0007]然而，在如圖5中所示的使用陶瓷膜的傳統壓力傳感器中，陶瓷膜I由陶瓷組成，當在陶瓷膜上施加過大的壓力時，陶瓷膜可能被損壞，從而導致泄露要測量的介質的嚴重風險。特別是，如果介質是有毒氣體，介質的泄漏可能導致嚴重的后果。
[0008]此外，在如圖6所示的使用陶瓷膜的壓力傳感器的情況下，當機械地處理基座3時，減小應變計2的間隙G會有限制。幾乎不可能將基座3制造成具有等于或小于ΙΟμπι的間隙G。因此，當陶瓷膜I由于在其上施加過大的壓力而顯著彎曲時，寬的間隙G阻止陶瓷膜I接觸基座3，這會導致陶瓷膜I損壞。損壞的陶瓷膜I會導致被測量的介質通過通風槽泄漏。
[0009]此外，如圖5和6所示的使用陶瓷膜的壓力傳感器使用如圖7A和7B所示的圓形形狀的陶瓷膜1，其對于大規模生產不是有效的。因此，增加了壓力傳感器的價格。此外，由于連接傳感器和信號處理芯片的軟電纜(未不出)和印刷電路板(PCB)(未不出)必須被制作成適合圓形陶瓷膜I的形狀和尺寸，從而導致了壓力傳感器的體積和成本的增加。
[0010]相關技術文件
[0011]專利文件
[0012]1.韓國專利注冊號10-240012
[0013]2.韓國公開專利第2001-0105085號
【發明內容】
[0014]下面的描述涉及使用陶瓷膜的壓力傳感器，其不容易損壞，具有較好的大規模生產的能力、較小的體積，從而使得低價成為可能。
[0015]在一個總的方面，提供了使用陶瓷膜的壓力傳感器，包括:陶瓷膜，其被形成為矩形平面的陶瓷膜，其具有形成有由導電材料制成的圖案和應變計的表面；基座，其被配置成面對陶瓷膜的形成有圖案的表面；以及粘接層，其被配置成沿陶瓷膜和基座的接觸表面的邊緣被形成，從而結合陶瓷膜和基座，并且為應變計形成空間。
[0016]基座可以具有比陶瓷膜的厚度更厚的厚度和比陶瓷膜的長度更短的長度。
[0017]粘接層的厚度可以小于10 μ m。
[0018]粘接層可以由低熔點玻璃制成。
[0019]從下面的詳細描述、附圖和權利要求中明顯可見其他特征和方面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是根據本發明的示例實施例的使用陶瓷膜的壓力傳感器的透視圖。
[0021]圖2是沿圖1的線A-A’采取的壓力傳感器的橫截面視圖。
[0022]圖3是根據本發明的另一個示例實施例的使用陶瓷膜的壓力傳感器的橫截面視圖。
[0023]圖4是根據本發明的示例實施例的具有圖案和應變計形成于其上的陶瓷膜的頂視圖。
[0024]圖5是使用陶瓷膜的傳統壓力傳感器的例子的橫截面視圖。
[0025]圖6是使用陶瓷膜的傳統壓力傳感器的另一個例子的橫截面視圖。
[0026]圖7A是傳統陶瓷膜的頂部透視圖。
[0027]圖7B是傳統陶瓷膜的底部透視圖。
[0028]在整個附圖和詳細描述中，除非另有描述，相同的附圖標記將被理解為指代相同的元素、特征和結構。為了清楚、說明和方便，這些元素的相對大小和描述可以被擴大。
【具體實施方式】
[0029]提供下面的描述以幫助讀者獲得對本文描述的方法、裝置和/或系統的全面理解。因此，對本【技術領域】的普通技術人員提示了本文描述的方法、裝置和/或系統的各種變化、修改和等同物。此外，為了更加清楚和簡潔，對公知的功能和結構的描述可能被省略。
[0030]圖1是根據本發明示例實施例的使用陶瓷膜的壓力傳感器的透視圖。圖2是沿圖1的線A-A’采取的壓力傳感器的橫截面視圖。參照圖1和圖2，使用陶瓷膜的壓力傳感器包括陶瓷膜10，面對陶瓷膜10的基座20和粘接層40。陶瓷膜是矩形平面的陶瓷膜，其具有表面，表面上形成有由導電材料制成的圖案50 (見圖4)和應變計30?；?0面對陶瓷膜的形成有圖案50的表面，粘接層40沿陶瓷膜10和基座20的面對的表面的邊緣被布置，從而將陶瓷膜10和基座20結合在一起，并且為應變計30形成空間。
[0031]根據示例實施例的壓力傳感器的一個最重要的特征是陶瓷膜10和基座20被沿陶瓷膜10和基座20的邊緣形成的粘接層40粘接。粘接層40可以首先沿邊緣形成在陶瓷膜10上或沿邊緣形成在基座20上，然后其中一個可以被附著到另一個。或者，陶瓷膜10和基座20可以被以預定距離相互面對地設置，被沿相對的陶瓷膜10和基座20的邊緣布置的粘接層40結合在一起。
[0032]因此，即使當過大的壓力被施加到壓力傳感器時，也沒有損壞陶瓷膜10的風險，因此阻止了測量目標介質的泄漏，從而可以確?？煽啃院桶踩浴?br>
[0033]更具體地，如圖6所示的傳統的壓力傳感器在機械地制造基座3時在減小基座3和應變計2之間的空間的間隙G上有限制。因此，當過大的壓力被施加到陶瓷膜1、導致陶瓷膜I被嚴重彎曲時，由于寬的間隙G，陶瓷膜10不能接觸基座3，從而被損壞。在陶瓷膜10損壞或破裂的情況下，測量目標介質可以通過通風孔4而泄漏。相反地，根據本發明示例實施例的使用陶瓷膜的壓力傳感器使用粘接層，其厚度容易控制，從而能夠形成等于或小于10 μ m的間隙G。因此，即使當過大的壓力被施加時，陶瓷膜10能夠接觸基座20，從而沒有損壞陶瓷膜10的風險，使測量目標介質免于泄漏。因此，可以確保壓力傳感器的安全性和可靠性。
[0034]粘接層40的厚度可以理想上然而不一定小于ΙΟμπι。此外，各種類型的粘接劑可以被用于粘接層40，只要粘接劑不影響本發明的效果，適于使用的粘接劑的例子可以包括低熔點玻璃和玻璃粉。
[0035]此外，因為陶瓷膜10和基座20被粘接層40結合，制造時間和過程與制造基座3(見圖6)以為應變計2形成間隙G或制造陶瓷膜I (見圖5)用于壓力引入部分的傳統的機械過程相比較可以大大減少。
[0036]因此，當與傳統的壓力傳感器比較時，制造根據本發明示例實施例的壓力傳感器所需的成本更低，因此其可以具有低成本生產的優點。
[0037]返回參照圖1，附圖標記51表示端焊盤，其被電連接到陶瓷膜10上形成的圖案50。
[0038]根據本發明示例實施例的壓力傳感器的另一個重要特征是只在矩形平面的陶瓷膜10的表面上形成由導電材料形成的圖案50和應變計30。對于這種配置，基座20的長度120短于具有形成于其上的圖案的陶瓷膜10的長度110。也就是說，通過將陶瓷膜10配置為長于基座20，端焊盤51只被布置在陶瓷膜10上以電連接應變計20和由導電材料形成的圖案60。
[0039]傳統上，圖案被形成在陶瓷膜和基座上，之后陶瓷膜和基座通過導電環氧樹脂相互連接，然而在本發明的示例實施例中，由導電材料形成的圖案只被布置在陶瓷膜上，因此能夠制造壓力傳感器，而不在基座上形成圖案且不使用導電環氧樹脂。其結果是，制造過程可以被簡化，從而顯著降低制造成本。
[0040]此外，基座20的形狀可以是對應于矩形平面的陶瓷膜10的矩形平面，基座20的厚度d20可以厚于陶瓷膜10的厚度dlO。矩形平面的陶瓷膜10的長度110長于基座20的長度120。然而，長度110和120之間的差的長度可以僅夠端焊盤51被形成為從基座20突
出且正常工作。
[0041]此外，通過絲網印刷將導電材料金或銀的貼敷層和用于形成應變計的電阻材料印刷在陶瓷膜10上，且然后以干燥和燒結處理圖案化得到的層，可以形成應變計30。也可以使用各種公知的圖案化方法。
[0042]壓力傳感器將壓力轉換為應變計30的電阻變化，將壓力轉換為應變計30的有效變化是重要的。響應于施加在使其外表面被固定的膜10上的均勻壓力，彎曲應變被施加在表面上，通過壓力的施加而被應用到膜10的后表面的小的變化會導致包括4個應變計30的威特斯通橋檢測到小的電阻變化，并且將檢測到的小的電阻變化轉換為電信號。有應變計的各種圖案來有效地檢測施加在由壓力固定的膜10上的彎曲應變。在本發明的示例實施例中，通過印刷厚膜電阻來形成應變計30。圖4是壓力傳感器的陶瓷膜的例子的頂視圖，壓力傳感器具有圖案50和形成在其上的四個應變計30。應變計30中的兩個可以被放置在膜10的中心部分，該中心部分在膜圓30-1的中心方向上最有可能變形，另外兩個應變計30可以被放置在膜圓30-1的邊緣上，其在膜圓30-1的圓周方向上最有可能變形。
[0043]此外，膜10由陶瓷組成以使應變計30與膜10電隔離。通過調節薄膜的厚度和應變計30的長度，應變計30的電阻值可以被控制在100 Ω和20k Ω之間。
[0044]圖2是沿圖1的線A-A’采取的壓力傳感器的橫截面視圖，圖3是根據本發明的另一個示例實施例的使用陶瓷膜的壓力傳感器的橫截面視圖?！癙”和“P' ”分別表示壓力引入部分。
[0045]盡管在描述了壓力傳感器的必要元素的圖2和圖3中沒有示出，體積減小的簡化的軟電纜形成在基座2的頂部，而信號處理集成電路(IC)芯片被安裝在軟電纜上。信號處理IC芯片可以是專用集成電路(ASIC)。因此，使用陶瓷膜的壓力傳感器能夠實現小體積和緊湊結構的軟電纜，從而簡化軟電纜，這有助于壓力傳感器的低價格。
[0046]圖2中所示的使用陶瓷膜的壓力傳感器是測量相對于絕對真空的壓力的傳感器。通常，壓力被施加于其上的膜的一部分被關閉以形成參考真空室，要被測量的壓力被引入到另一部分。真空度是傳感器的絕對參考，由于制造之后不能調節絕對參考，由泄漏引起的真空度的退化可以導致傳感器性能的下降。因此，泄漏測試或真空密封過程需要很謹慎地進行。為此，具有多個引線(未示出)的基座20和具有形成于其上的應變計30的陶瓷膜10通過粘接層40連結在一起以氣密密封應變計30。
[0047]此外，在圖3中，作為使用陶瓷膜的壓力傳感器的應變計壓力傳感器用于參照環境壓力測量應變計壓力，或者作為壓力傳感器的差壓傳感器用于測量兩個壓力之間的差。對于這樣的測量，通風槽21被形成在基座上。
[0048]在本發明的示例實施例中，陶瓷膜10和基座20可以理想上然而不一定是矩形平面，從而可以實現壓力傳感器的大規模生產和制造成本的下降。[0049]更具體地，如圖7A和7B所示，由于傳統的壓力傳感器具有圓形的陶瓷膜和圓形的基座，它的大規模生產很困難，以至于壓力傳感器的價格提高。相反地，根據本發明的示例實施例的使用陶瓷膜的壓力傳感器包括矩形平面的陶瓷膜和矩形平面的基座，因此壓力傳感器的大規模生產是可行的，從而可以降低壓力傳感器的價格。
[0050]如上所述，能夠提供如下使用陶瓷膜的壓力傳感器，其不容易損毀，從而沒有泄漏要測量的目標介質的風險，其具有較好的大規模生產的能力，較小的體積，并且通過簡化連接傳感器和信號處理芯片的軟電纜和印刷電路板(PCB)能夠實現較低的價格。
[0051]此外，由于由導電材料形成的圖案只被布置在陶瓷膜上，因此能夠制造壓力傳感器，而不在基座上形成圖案且不使用導電環氧樹脂。其結果是，制造過程可以被簡化，從而顯著降低制造成本。
[0052]使用陶瓷膜的壓力傳感器可以應用于測量例如車輛發動機的壓力，以及各個領域中的各種壓力，例如需要高測量精度的工業領域和民用工程領域。
[0053]上面已經描述了多個例子。然而，應當理解可以作出各種修改。例如，如果上述技術以不同順序進行和/或如果上述系統、結構、裝置或電路中的組件以不同的方式組合和/或被其他組件或其等同物代替或補充，那么也可以達到合適的結果。因此，其他實現在下面的權利要求的范圍內。
【權利要求】
1.一種使用陶瓷膜的壓力傳感器，包括: 陶瓷膜，其形成為矩形平面的陶瓷膜，其具有如下表面，所述表面上形成有由導電材料制成的圖案和應變計； 基座，其被配置成面對所述陶瓷膜的形成有所述圖案的表面；以及粘接層，其被配置成沿所述陶瓷膜和所述基座的接觸的表面的邊緣形成，從而結合所述陶瓷膜和所述基座，并且為所述應變計形成空間。
2.如權利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述基座具有比所述陶瓷膜的厚度更厚的厚度，且具有比所述陶瓷膜的長度更短的長度。
3.如權利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述粘接層的厚度小于ΙΟμπι。
4.如權利要求1所述的壓力傳感器，其中，所述粘接層由低熔點玻璃制成。
【文檔編號】G01L9/04GK103728066SQ201310470719
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2012年10月10日
【發明者】樸景滿, 金始東 申請人:吾土產業株式會社
專業數控銑床產品供應商
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