一種冷藏車用的氣體壓力傳感器的製造方法
2024-01-20 22:10:15 1
一種冷藏車用的氣體壓力傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種冷藏車用氣體壓力傳感器，在不鏽鋼基座內嵌裝調整電路，該不鏽鋼基座兩側有四個引腳用於固定傳感器，在不鏽鋼基座的上面固裝空腔基座，該空腔基座為向上收口的錐形空腔，在該錐形空腔的中部橫向固裝陶瓷基座，在該陶瓷基座上通過玻璃板密封固裝敏感元件基座，該敏感元件基座制有真空腔；在敏感元件基座的上面安裝有敏感元件，敏感元件通過兩根金絲通向下方的處理電路。本發明針對冷藏車內低溫高溼環境下做了優化，保證產品穩定性，所設計的敏感元件集成信號調整電路與溫度補償電路，使得三種元件共用電源地線，減少無謂的引線布局與功耗，並針對惠斯通電橋電阻的擺放、位置、結構做了適當的優化，提高了靈敏度和精度。
【專利說明】一種冷藏車用的氣體壓力傳感器【技術領域】
[0001]本發明屬於微電子機械系統傳感器領域，涉及壓力傳感器，尤其是一種用於冷藏車廂氣體壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]我們知道，在長時間低溫環境下，塑料製品的硬度會降低，尤其在零下30度時硬度會變得很差；含碳量高的鋼材料在低溫下也承受不了強力，而採用鎳鋼材料可以有效防止低溫下材料變低。
[0003]1、薄膜型壓力傳感器隨著蒸鍍、化學氣相沉積(CVD)等鍍膜工藝的發展和MEMS技術等發展，已經實現小型化低功耗的首選測量單元。其中，化學氣相沉積(CVD)生長多晶矽薄膜主要採用低壓CVD (LPCVD)法，成熟性穩定性適用於批量生產，配合補償電路，測量範圍、精度和優良的性能都成為市場的主流;MEMS封裝技術常見的有三種:塑料封裝、陶瓷封裝、金屬封裝，在冷藏車這種惡劣環境下使用金屬封裝更加合適，並採用陶瓷基座，陶瓷是絕緣體，不會吸附空氣中的雜質，陶瓷與玻璃的熱膨脹係數接近，這樣減少熱失配所導致的晶片上的附加壓力。
[0004]2、壓阻式傳感器輸出阻抗很高，放大電路要有更高的輸入阻抗，不從傳感器輸出端吸收電流，避免影響傳感器的正常工作。所採用的惠斯通電橋，其四個電阻為R1、R2、R3、
R4,惠斯通電橋激勵值為Vs,其橋臂輸出電壓為F。1^+ ^Zj-。為避免自
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身電阻產生熱量，惠斯通電 橋橋臂電流不宜過大，一般為ImA左右；而且，為避免導線電阻影響電橋平衡，電阻和導線設計應該對稱。
[0005]3、壓力傳感器的靈敏度最大值由膜片厚度與面積決定，經試驗:彈性膜片越薄，尺寸越大，靈敏度越高。但薄膜越薄工藝要求越高，且影響測量的範圍，尺寸大也容易造成受力的均勻性變差。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，提供一種具有較高的靈敏度、精度和穩定性的用於冷藏車廂氣體壓力傳感器。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0008]一種冷藏車用氣體壓力傳感器，包括不鏽鋼基座、空腔基座、敏感元件基座、陶瓷基座、處理電路及敏感元件，不鏽鋼基座、空腔基座及敏感元件基座均由鎳鋼的不鏽鋼製成，在不鏽鋼基座內嵌裝調整電路，該不鏽鋼基座兩側有四個引腳用於固定傳感器，在不鏽鋼基座的上面固裝空腔基座，該空腔基座為向上收口的錐形空腔，在該錐形空腔的中部橫向固裝陶瓷基座，在該陶瓷基座上通過玻璃板密封固裝敏感元件基座，該敏感元件基座制有真空腔；在敏感元件基座的 上面安裝有敏感元件，敏感元件通過兩根金絲通向下方的處理電路。[0009]而且，所述敏感元件是由惠斯通電橋構成，該惠斯通電橋由電阻Rl、R2、R3、R4組成橋式電路，惠斯通電橋分別置於四邊形的四個邊上，距離敏感元件基座的邊距為20 ym。
[0010]而且，所述的敏感元件的尺寸為3mm*3mm，膜厚尺寸為200 y m，電阻長寬為100，20 u m,電阻阻值為1500 Q，製作原料採用多晶矽。
[0011 ] 本發明的優點和積極效果是:
[0012]1、本發明針對冷藏車內低溫高溼環境下做了優化，保證產品穩定性，所設計的敏感元件集成信號調整電路與溫度補償電路，使得三種元件共用電源地線，減少無謂的引線布局與功耗，並針對惠斯通電橋電阻的擺放、位置、結構做了適當的優化，提高了靈敏度和精度。
[0013]2、本發明的外殼材料使用鎳鋼，可保證產品不會在低溫下硬度變低而導致損壞，處理單元封裝在傳感器內，在結構上採用防水設計，保證產品穩定性。
[0014]3、本發明用於測量低溫高溼惡劣環境的氣體壓力計，測量範圍大於1.2個標準大氣壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述的壓力傳感器結構俯視圖；
[0016]圖2為圖1的A-A向截面剖視圖；
[0017]圖3為本發明敏感元件的電阻分布示意圖；
[0018]圖4為圖2的B部結構放大示意圖；
[0019]圖5為本發明的控制晶片模`塊框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體實施例對本發明做進一步詳述，需要說明的是，本實施例是描述性的，而不是限定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。
[0021]一種冷藏車用氣體壓力傳感器，包括不鏽鋼基座1、空腔基座3、敏感元件基座5、陶瓷基座4、處理電路7及敏感元件6，不鏽鋼基座、空腔基座及敏感元件基座均由鎳鋼的不鏽鋼製成，在不鏽鋼基座內嵌裝調整電路，該不鏽鋼基座兩側有四個引腳2用於固定傳感器。在不鏽鋼基座的上面固裝空腔基座，該空腔基座為向上收口的錐形空腔，在該錐形空腔的中部橫向固裝陶瓷基座，在該陶瓷基座上通過玻璃板10密封固裝敏感元件基座，該敏感元件基座制有真空腔9 ;在敏感元件基座的上面安裝有敏感元件，敏感元件通過兩根金絲通向下方的處理電路。
[0022]所述敏感元件是由惠斯通電橋8構成，該惠斯通電橋由電阻R1、R2、R3、R4組成橋式電路，如圖3所示，惠斯通電橋分別置於四邊形的四個邊上，距離敏感元件基座的邊距為20i!m，結合整體傳感器在此位置的電阻受到的應力最大，靈敏度最高。當外界無壓力時，電橋電阻相等，電橋平衡，傳感器輸出壓力為零；當外界產生壓力，其中兩個電阻阻值增大，兩個阻值減少，電橋輸出壓力與電阻變化成正比，測量電壓變化可以得到外界壓力值。對於本實施例，敏感元件上方感受壓力，由於真空腔的壓力是恆定的，因此敏感元件所受壓力不同而產生變形，進而影響電阻阻值變化，也就影響輸出電壓變化。
[0023]本實施例所述的敏感元件，其尺寸為3mm*3mm，膜厚尺寸為200 y m，電阻長寬為100，20 u m，電阻阻值為1500 Q，電阻距離膜邊距離20 u m，製作原料釆用多晶矽，價格較低
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[0024]本發明的處理電路採用MAX1450EAP貼片SSOP封裝，採用MEMS工藝將調整電路與溫度補償單元做成一體，輸出引腳有四個:VDD，VO, GND和一個用於固定的引腳。
[0025]晶片採用TI公司的MSP430F5438，3.3V工作電壓下功耗僅為340 u A，16位高速處理單片機，工作穩定。電源模塊採用凌特公司的LTC3458，使用兩節鹼性電池，可以提供5V電壓，及高達1.4A的電流源，93%的轉換效率，低功耗便攜性兼備。
[0026]本發明所述的敏感元件通過矽矽直接鍵合技術，其步驟如下:
[0027]⑴對需要鍵合的拋光面平整度檢查；
[0028]⑵對需要鍵合的矽片進行清洗，檢查表面汙染情況；
[0029]⑶將拋光面面面相向貼在一起，施加一定壓力，再送入充滿惰性氣體的封閉環境中放置100小時以上；
[0030]⑷將鍵合膜片置於高溫進行高溫退火，在1100°C的退火溫度時摻雜相濃度為102°cm_3，進行高溫退火時間應在8小時左右，並且充滿N2或其他保護氣體。
【權利要求】
1.一種冷藏車用氣體壓力傳感器，其特徵在於:包括不鏽鋼基座、空腔基座、敏感元件基座、陶瓷基座、處理電路及敏感元件，不鏽鋼基座、空腔基座及敏感元件基座均由鎳鋼的不鏽鋼製成，在不鏽鋼基座內嵌裝調整電路，該不鏽鋼基座兩側有四個引腳用於固定傳感器，在不鏽鋼基座的上面固裝空腔基座，該空腔基座為向上收口的錐形空腔，在該錐形空腔的中部橫向固裝陶瓷基座，在該陶瓷基座上通過玻璃板密封固裝敏感元件基座，該敏感元件基座制有真空腔；在敏感元件基座的上面安裝有敏感元件，敏感元件通過兩根金絲通向下方的處理電路。
2.根據權利要求1所述的冷藏車用氣體壓力傳感器，其特徵在於:所述敏感元件是由惠斯通電橋構成，該惠斯通電橋由電阻Rl、R2、R3、R4組成橋式電路，惠斯通電橋分別置於四邊形的四個邊上，距離敏感元件基座的邊距為20pm。
3.根據權利要求2所述的冷藏車用氣體壓力傳感器，其特徵在於:所述敏感元件的尺寸為3mm*3mm，膜厚尺寸為200 u m,電阻長寬為100，20 u m,電阻阻值為1500 Q，製作原料採用多晶娃。
【文檔編號】G01L9/02GK103616122SQ201310516595
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】彭一準, 田煒, 吳永弘, 姜蕾, 王盼, 王以忠, 張銳, 李達 申請人:天津科技大學