一種薄膜壓差芯體的製作方法

2023-06-12 12:05:51

本發明主要涉及壓力測量技術領域，特指一種薄膜壓差芯體。

背景技術：

目前差壓傳感器基本上採用矽壓阻式晶片封裝，矽壓阻式晶片通過矽膠粘貼在管座上，管座兩端均封裝在矽油中。矽壓阻式芯體很難承受35MPa以上大量程壓力。矽壓阻式晶片採用粘貼方式固定，低壓端壓力不能超過高壓端500KPa以上，否則容易造成洩漏。矽壓阻式芯體的溫度特性差，補償難度大，主要應用於-40℃～125℃範圍內壓力測量，150℃以上高溫環境下測量溫漂大。薄膜晶片則主要用於測量200KPa以上量程壓力，因晶片採用焊接式安裝，在大量程壓力下不洩漏，在高量程壓力測量領域不可替代。薄膜壓力晶片基底材料為不鏽鋼，通過焊接方式與安裝基座連接，壓力通過基座的引壓孔傳遞到晶片背面，晶片正面上製備有薄膜電阻，薄膜電阻感受壓力阻值變化，輸出電信號。

現有薄膜壓力芯體封裝方式主要有兩種，其中一種是晶片的電阻表面直接通大氣或者通過矽膠防護後通大氣，測量表面壓力，現有大部分晶片都採用這種封裝形式；另一種是晶片正面密封在真空環境下，用於測量絕對壓力。如果薄膜晶片電阻防護不當，容易吸附水汽或氧氣而造成電阻漂移，引起測量誤差，所以，薄膜晶片電阻表面與引線不能直接測量水汽、水液或其它腐蝕性液體壓力，也就是說，在沒有完全防護的情況下不能用於測量液體差壓。因薄膜壓力芯體只能採用焊接方式與其它結構件相連接，結構設計受焊接工藝制約；其次，薄膜壓力芯體一般採用晶片背面感受高壓，正面感受低壓，在差壓設計時，結構設計需考慮正面引線的同時，膜電阻與引線需保證在大壓力下的密封與隔離，因而薄膜晶片封裝成差壓結構是設計與工藝難點。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題就在於：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單、防護性能好、適用於惡劣環境下的薄膜壓差芯體。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種薄膜壓差芯體，包括管座、晶片、引線柱和引線支架，所述晶片安裝於所述管座上，所述引線支架包括內圈、外圈和圓環，所述外圈的外周側與所述管座密封連接，所述圓環位於所述內圈與外圈之間且其上端端面高於所述晶片的正表面，所述圓環的端部安裝有壓環，所述圓環端部與壓環之間密封安裝有波紋膜片；所述波紋膜片、管座及引線支架之間形成用於充灌矽油的密封的儲油空腔，所述引線支架或管座上開設有與密封的儲油空腔相通的充油孔；所述內圈和外圈上均開設有線孔，所述引線柱的一端與所述晶片連接，另一端經內圈的線孔後彎折再經外圈的線孔引出。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述引線柱呈U型。

所述引線柱的U型底部與所述引線支架和管座之間均存在絕緣間隙。

所述晶片安裝於所述管座於內圈的空腔處且晶片的外徑小於所述內圈的內徑。

所述晶片焊接於所述管座上。

所述壓環、波紋膜片和圓環端部之間相互焊接。

所述管座、引線支架和壓環均為不鏽鋼材質。

所述引線支架的外圈的外周側與管座焊接。

所述外圈和內圈的線孔內均安裝有玻璃套管，所述引線柱與所述玻璃套管燒結後與引線支架溶合成整體。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

本發明的薄膜壓差芯體，引線支架的外圈的外周側與管座密封連接，圓環的端部通過波紋膜片和壓環的配合形成密封，使波紋膜片、管座以及引線支架之間形成密封的儲油空腔，用於充灌矽油，從而使晶片正面和引線封裝在矽油中，通過波紋膜片與矽油傳遞壓力，不僅保證晶片正面能直接與各種液體壓力接觸而測量壓差，而且充灌的矽油能對晶片正面和引線起到防護作用；另外引線柱的一端與晶片連接，另一端則經內圈的線孔後彎折再經外圈的線孔引出，實現引線柱的同向引出，同時將引線柱內圈引出端與外圈引出端隔離開，實現引線柱從密封腔體到腔體外的隔離引出。

附圖說明

圖1為本發明的剖視結構示意圖。

圖中標號表示：1、管座；2、晶片；3、引線柱；4、引線支架；41、內圈；42、外圈；43、圓環；44、線孔；45、玻璃套管；5、壓環；6、波紋膜片；7、儲油空腔；8、充油孔。

具體實施方式

以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。

如圖1所示，本實施例的薄膜壓差芯體，包括管座1、晶片2、引線柱3和引線支架4，晶片2安裝於管座1的中部，引線支架4包括內圈41、外圈42和圓環43，外圈42的外周側與管座1密封連接，圓環43位於內圈41與外圈42之間且突出晶片2的正表面，圓環43的端部安裝有壓環5，圓環43端部與壓環5之間密封安裝有波紋膜片6，其中壓環5與圓環43端部配合將波紋膜片6密封安裝；波紋膜片6、管座1及引線支架4圍合形成用於充灌矽油的密封的儲油空腔7，引線支架4或管座1上開設有與密封儲油空腔7相通的充油孔8，用於充灌矽油，在充灌裝矽油後通過壓阻焊接銷釘密封；內圈41和外圈42上均開設有多個線孔44，引線柱3的一端通過引線與晶片2電連接，另一端經內圈41的線孔44後彎折再經外圈42的線孔44引出至儲油空腔7外部，其中波紋膜片6屬於低壓端，管座1的另一側則為高壓端，低壓端壓力通過波紋膜片6、矽油傳遞到晶片2正面，與背面高壓端壓力形成差壓測量。本發明的薄膜壓差芯體，引線支架4的外圈42的外周側與管座1密封連接，圓環43的端部通過波紋膜片6和壓環5的配合形成密封，使波紋膜片6、管座1以及引線支架4之間圍合形成密封的儲油空腔7，用於充灌矽油，從而使晶片2正面和引線封裝在矽油中，通過波紋膜片6與矽油傳遞壓力，不僅保證晶片2正面能直接與各種液體壓力接觸而測量壓差，而且充灌的矽油能對晶片2正面和引線起到防護作用；另外引線柱3的一端與晶片2連接，另一端則經內圈41的線孔44後彎折再經外圈42的線孔44引出，實現引線柱3的同向引出，同時將引線柱3內圈41引出端與外圈42引出端隔離開，實現引線柱3從密封腔體到腔體外的隔離引出。

本實施例中，引線柱3彎折後呈U型，其中管座1於晶片2的周側開設有凹槽，引線柱3的U型底部置於凹槽內，並且與引線支架4和管座1之間均存在一定的間隙以達到絕緣的目的。

本實施例中，晶片2焊接安裝於管座1於內圈41的空腔處，即引線支架4的內圈41的內徑大於晶片2的外徑，保證晶片2先行焊接的工藝可行性。

本實施例中，管座1、引線支架4和壓環5均為不鏽鋼材質，可實現與各種產品安裝基座或封裝結構的焊接，保證結構一體化焊接，適用各種惡劣環境下壓差的測量。另外，引線支架4的外圈42的外周側與管座1焊接，晶片2焊接於管座1上；壓環5、波紋膜片6和圓環43端部之間通過焊接，保證波紋膜片6對儲油空腔7的密封。管座1的高壓側可設置成螺紋結構，通過工裝夾具緊固後進行壓力測量，或者焊接在各種安裝基座上進行壓力測量。

本實施例中，外圈42和內圈41的線孔44內均套設有玻璃套管45，引線柱3穿過玻璃套管45後與玻璃套管45燒結，並與引線支架4溶合成整體，保證引線柱3連接以及電導通的可靠性和絕緣性。

本發明的薄膜壓差芯體，將晶片2的正面封裝在矽油中，使晶片2正面的薄膜電阻和引線不會直接接觸水汽、水液和其它腐蝕性液體或測量介質，防護性好；而且通過波紋膜片6和矽油傳遞壓力，能夠承受大量程壓力而不洩露，實現薄膜壓差芯體的可靠封裝。因此，本發明的薄膜壓差芯體適用於各種惡劣環境下的差壓測量，尤其是大於35MPa壓力環境下和150℃～200℃高溫環境下壓差的測量。

以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護範圍。