專利名稱：一種改良耐高溫微型低成本壓力傳感器的方法
技術領域：
本發明屬于電子信息領域，特指一種改良耐高溫微型低成本壓力傳感器的方法。
背景技術：
傳感器技術的競爭不僅包括芯片制作工藝的競爭，而且包括封裝技術的競爭，封裝占總成本的很大部分，由封裝引起的失敗占廢品率的3/4。在傳感器技術中，連接和封裝一方面需要保護精密的微結構不被損壞和刻蝕，另一方面需要將微結構盡可能多地暴露在環境中以獲取不失真的物理和化學等特征值，因此封裝技術起著重要作用。傳統的壓阻式壓力傳感器封裝工藝采用普通膠粘結工藝，在100℃以上時，傳感器將無法工作，不能滿足高溫環境下測量的需要。
另一方面，壓阻式壓力傳感器明顯缺點是對周圍環境溫度的敏感性很高，其溫度漂移之大是限制該類器件精度的提高和應用范圍的主要因素之一，溫度漂移是決定半導體壓力傳感器的關鍵指標，必須對封裝后的傳感器進行溫度漂移系數的補償。
傳統的溫度漂移系數補償方法有二極管補償法、三極管補償法、熱敏電阻補償法和厚膜電路補償等等，這些補償方法成本較高，操作復雜，均不太適合大批量生產及低成本的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種改良耐高溫微型低成本壓力傳感器的方法，適合于耐高溫微型低成本壓力傳感器大批量生產。
其目的是這樣實現的(1)采用耐高溫壓阻式壓力傳感器芯片與玻璃環靜電鍵合為復合彈性體；(2)采用熱壓焊技術，將金絲退火處理后，加熱使金絲末端形成球形，然后將金絲與硅芯片壓于一起，完成內引線焊接鍵合；
(3)采用耐高溫膠粘劑，將硅芯片/玻璃環復合彈性體粘接于不銹鋼內扣，以及內扣膠粘于不銹鋼基座，將粘接后的聯合體，在室溫下固化1～2個小時，再放入溫度在60℃～80℃范圍之間的烘箱內固化4～7小時，使其具有初期強度；然后采用耐高溫焊錫絲將耐高溫導線焊接于覆銅板制作的高溫線路板，將傳感器放到溫度在160～180℃范圍之間的高溫烘箱內固化16小時以上，使其獲得最終粘接強度，完成了耐高溫封裝的關鍵部分；(4)然后在紅黃線AC之間并聯一個電阻值RP1=-αα+TCRBRB]]>的電阻，實現熱靈敏度漂移補償；在紅綠線AB之間并聯電阻一個電阻值RP2=(1+K)(1+K+1)KRB≈2RBK]]>的電阻，實現熱零點漂移補償，在紅黑線AE之間串聯一個電阻值為RS＝KRB的電阻，調整零點輸出。
采用了聚四氟乙烯薄膜繞包鍍銀銅芯絕緣電線作為耐高溫導線，采用覆銅板制作了耐高溫線路板，采用了含10％銀的焊錫絲作為耐高溫焊錫絲，采用耐高溫焊錫絲將耐高溫導線焊接于覆銅板制作的耐高溫線路板時焊接點異于金絲焊接點。
圖1是本發明結構示意2是本發明傳感器溫度漂移補償示意圖1.進氣(或液體)口；2.平頭接口；3.連接螺紋；4.鎖緊螺母；5.不銹鋼基座；6.散熱片；7.硅芯片；8.玻璃環；9.不銹鋼內扣；10.耐高溫線路板；11.金絲；12.鎖緊孔；13.耐高溫導線 14.熱靈敏度漂移補償電阻RP1；15.熱零點漂移補償電阻RP2；16.零點輸出調整電阻RS；17.恒流源2毫安；18.芯片力敏電阻R具體實施方式
結合圖1詳細說明其制作方法。
將清洗后的耐高溫芯片(7)與玻璃環(8)靜電鍵合在一體，選用金絲(11)，退火處理后，通過熱壓焊技術，與硅芯片(7)上的金觸點連接，完成內引線鍵合。
用耐高溫膠粘劑將硅芯片/玻璃環復合彈性體粘接于不銹鋼內扣(9)、不銹鋼內扣(9)膠粘及螺紋連接于不銹鋼基座(5)，然后金絲(11)轉接于高溫線路板(10)。
所選耐高溫膠粘劑，宜在高溫(160～180℃)下固化為佳，但由于所用金絲(11)已在氮氣或真空中退火，長時間在此溫度下容易變脆，即脆性強度變大，延展率變小，在將其焊接到高溫線路板(10)時容易脫落，而造成失敗，本發明的辦法是將膠攪拌好后，在玻璃環(8)粘接面、不銹鋼內扣(9)兩面以及自制的高溫線路板(10)背面(粘接面)涂均勻膠，將粘接后的聯合體，在室溫下固化1小時左右，放入烘箱70℃，固化6小時，使其具有初期強度，然后將金絲(11)焊接在高溫線路板(10)上，然后將耐高溫導線(13)焊接到高溫線路板(10)異于金絲(11)的焊接點，將傳感器放到溫度為170℃的高溫烘箱固化18個小時，使其獲得最終粘接強度，，完成了耐高溫封裝的關鍵部分。
高溫線路板(10)采用了耐高溫覆銅板，采用了含銀的高溫焊錫絲，提高了耐熱能力且增加了導電性，選用了鍍銀銅芯聚四氟乙烯薄膜繞包絕緣電線作為高溫導線(13)結合圖2詳細說明適合于大批量生產的耐高溫壓阻式壓力傳感器溫度漂移補償方法。
如圖2所示，在紅黃線AC之間并聯電阻RP1，實現熱靈敏度漂移補償。其計算公式RP1=-αα+TCRBRB---(1)]]>在式(1)中，經過初次溫度循環，α可以由下式求出α=[VM(T)-VOS(T)]-[VM(T0)-VOS(T0)](T-T0)[VM(T0)-VOS(T0)]×100%---(2)]]>式中VOS(T)、VOS(T0)分別是溫度T和參考溫度T0時的零位輸出；VM(T)、VM(T0)是在溫度T和參考溫度T0時滿量程輸出。用數顯表記錄溫度T和參考溫度T0時，橋壓值的變化；由歐姆定律得到橋阻的變化求出TCRB；而橋阻RB直接用萬用表測出。
選用在紅綠線AB之間并聯電阻RP2實現熱零點漂移補償補償，在紅黑線AE之間串聯電阻RS調整零點輸出。其計算公式RS＝KRB(3)RP2=(1+K)(1+K+1)KRB≈2RBK---(4)]]>K由零位輸出確定，K＝4VOS/VB，(5)在-20℃～200℃補償溫區內，通過溫度循環標定，經補償后熱靈敏度漂移補償和熱零點漂移的值均小于1.0×10-4/℃·FS；非線性誤差小于0.1％FS，不重復性和遲滯誤差均小于0.05％FS，總精度小于0.2％FS，高、低溫時漂均小于0.1mV/8h，具有較高的性能價格比。
權利要求
1.一種改良耐高溫微型低成本壓力傳感器的方法，其特征在于采用耐高溫壓阻式壓力傳感器硅芯片(7)與玻璃環(8)靜電鍵合為復合彈性體，將金絲(11)退火處理后，加熱使金絲(11)末端形成球形，然后將金絲(11)與硅芯片(7)壓于一起，完成內引線焊接鍵合；采用耐高溫膠粘劑，將硅芯片/玻璃環復合彈性體粘接于不銹鋼內扣(9)，以及內扣(9)膠粘于不銹鋼基座(5)，將粘接后的聯合體，在室溫下固化1～2個小時，再放入溫度在60℃～80℃范圍之間的烘箱內固化4～7小時，使其具有初期強度；采用高溫焊錫絲將耐高溫導線(13)作為外引導線焊接于耐高溫線路板(10)上，將傳感器放到溫度在160～180℃范圍之間的高溫烘箱內固化16小時以上，在紅黃線AC之間并聯一個電阻值RP1=-αα+TCRBRB]]>的電阻RP1(14)，實現熱靈敏度漂移補償；在紅綠線AB之間并聯電阻一個電阻值RP2=(1+K)(1+K+1)K]]>RB≈2RBK]]>的電阻RP2(15)，實現熱零點漂移補償，在紅黑線AE之間串聯一個電阻值為RS＝KRB的電阻RS(16)，調整零點輸出。
2.根據權利要求1所述的一種改良耐高溫微型低成本壓力傳感器的方法，其特征在于用耐高溫覆銅板制作了耐高溫線路板(10)，采用了至少含銀10％的焊錫絲作為高溫焊錫絲，采用了聚四氟乙烯薄膜繞包鍍銀銅芯絕緣電線作為耐高溫導線(13)，將耐高溫導線(13)焊接于耐高溫線路板(10)時焊接點異于金絲焊接點。
全文摘要
本發明的目的是提供一種改良耐高溫微型低成本壓力傳感器的方法，將硅芯片通過靜電鍵合與玻璃環連接在一體，選用退火后的金絲，熱壓焊完成內引線鍵合；采用耐高溫膠粘劑，將硅芯片/玻璃環復合彈性體粘接于不銹鋼內扣，以及內扣膠粘于不銹鋼基座，將粘接后的聯合體，在室溫下固化，再放入烘箱內進行固化，使其具有初期強度；采用耐高溫焊錫絲將耐高溫導線焊接于耐高溫線路板上，將傳感器放高溫烘箱內固化，使其獲得最終粘接強度，在紅黃線AC之間并聯電阻R
文檔編號G01L9/06GK1651890SQ200510038100
公開日2005年8月10日 申請日期2005年3月11日 優先權日2005年3月11日
發明者王權, 丁建寧, 王文襄 申請人:江蘇大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
