用於檢測容器預定填充界面的傳感器的製作方法

2023-10-08 18:35:29

專利名稱：用於檢測容器預定填充界面的傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測容器預定填充界面的傳感器。
這種傳感器例如適合檢測一個容器變空和必須用滿容器更換的時刻。在半導體工業中，電容傳感器和晶片接合一起使用，以監測充滿著環氧樹脂的注射器的液面，並且一旦注射器被排空到超過預定的數量就給出一個警報信號。這種傳感器例如可按照牌號KI-3015-BPKG從IMF公司買到。
這種傳感器存在固有的嚴重缺點。其直徑較大，約為10mm，所以當更換排空的注射器時，大量昂貴的環氧樹脂仍然留在注射器中。此外，傳感器信號會經受大波動，即，每當更換注射器以後，必須以某種方式重新調整傳感器的轉換閾值。
從US 4'002'996專利可知，一種用於測量容器液面的電容傳感器具有三個電容電極，它們使電容器排成兩排，並且粘合於容器上。從兩個電容器的差分信號形成液位信號。此外，在這種傳感器情況下，液位還位於離容器出口較遠處，仍有較大數量的材料留在容器中。
本發明之目的在於提出一種用於檢測注射器液面的傳感器，注射器裝有用於模片接合的環氧樹脂，傳感器能夠檢測很低液面的注射器，從而只有極小數量的材料留在注射器中，並且容易處理。進一步之任務在於提出一種電子電路，它能夠操作傳感器而不必調整。
根據本發明，藉助權利要求1的特徵實現上述的任務。有利的進一步的發展是從屬權利要求的主題。
根據本發明，用於檢測容器預定液面的傳感器具有三個電容電極，它們構成第一和第二電容器。在三個互相平行布置的平面中，安置這三個電容電極。穿過這三個電容電極的一個鑽孔接納該容器。第一電容器最好是第一RC元件的一部分和第二RC元件的第二電容器部分，使兩個RC元件具有不同的時間常數，測量兩個時間常數的相對變化，能夠操作傳感器而無需任何調整。
在下文中，根據附圖更詳細地描述本發明的一個實施例，在附圖中

圖1示出傳感器的截面圖，傳感器用於檢測裝有粘合劑的容器的預定液面；圖2示出傳感器的平面圖；圖3示出另一種傳感器；圖4示出用於操作傳感器的電子電路；圖5示出傳感器的輸出信號；和圖6示出電絕緣傳感器的電極的示意圖。
圖1未按比例示出，它示出一個注射器1形式的容器，例如把粘合劑2施加到基片上的模片粘合器可採用注射器1。粘合劑2最好藉助壓縮空氣分批地穿過注射器1的孔3。用全部類型的環氧樹脂，特別是含有銀粉或銀片的環氧樹脂，作粘合劑2。對於容器1預定填充界面的檢測，傳感器4和三個電容電極5-7一起使用，形成兩個串聯的電容器8和9。這些電極如圖1所示，在一些互相平行地布置的平面中安置。最好從具有三個導電層的多層印刷電路板10製作傳感器4，這些導電層由兩個不導電層11和12隔開。印刷電路板10具有圓形鑽孔13，它穿過三個電容電極5-7，用於接納注射器1，從而電容電極5-7完全圍繞注射器1。鑽孔13的直徑最好相應於注射器1的直徑。電容電極5-7不再象現有技術那樣平行地延伸，而是垂直於注射器1的表面延伸。因此，粘合劑2處於電容電極5-7的漏洩場中。在圖中，粘合劑2的液面處於兩個上部電容電極5與6之間，從而注射器的更換是相當簡單的。一般說來，各個不導電層11和12約為0.2-2mm厚，各個導電層約為30-50μm厚，從而傳感器4約為0.5-2mm厚。電容電極5-7例如為環形(見圖2)，而中間電容電極6實際上遍布印刷電路板10的整個區域。
為了便於傳感器4操作，在其部件14上安裝一個電子電路，多層印刷電路板10裝於其一側或兩側。在用常規方式製作印刷電路板10時，構成三個導電層，從而在一面形成電容電極5-7，而在另一面形成用於連接部件14的印刷導線。適當的鍍敷通孔可用於把電容電極5-7連接到部件14上。
除了某種間隙以外，當全部電容電極5-7直接接觸注射器1時，從電容電極5-7出來的電場的場力線都以最佳方式流過注射器1的內側。
任何溫度或溼度的波動皆改變在電容電極5與6之間的距離，但其改變程度相同於在電容電極6與7之間的距離，從而電容器8和9的電容也以相同的程度變更。
然而傳感器4能夠用任何高度定位於注射器1上，尤其是引向孔3的狹頸上。因此，根據本發明的傳感器4實際上能夠在注射器1的更換被指示之前，使注射器1完全被排空。
圖2示出傳感器4的平面圖。電子部件14被安排成緊鄰於電容電極5。
圖3示出另一種傳感器4，其中由三個平行地安排的金屬板形成三個電容電極5-7，每個板都有一個把注射器1插過其中的圓形鑽孔13。安放由介電材料製作的物體，用作諸板之間的隔塊。
圖4示出一個特別適合於傳感器4操作的電路，它具有一個振蕩器15，一個帶有兩個輸入端的信號檢測器16，和一個由電阻器17，18和電容器19形成的積分器20。此外，該電路具有一個微處理器21，它帶有一個集成的A/D變換器22和一個或者進位邏輯「0」或者進位邏輯「1」的輸出端23。邏輯「0」意味著注射器1仍裝有粘合劑，而邏輯「1」，意味著必須更換注射器1。在其輸出端，振蕩器15發送一個涉及到接地m的預定頻率的矩形交流電壓信號U1，該頻率通常處於200-400KHz範圍內。選擇該頻率，使由電容器8和9建立的電場，只要仍有粘合劑2，就透入粘合劑2中。電容器8和電阻器24以低通形式形成第一RC元件，而電容器9和電阻器25以低通形式形成第二RC元件。
當電容電極6處於接地m時，把從振蕩器送出的交流電壓信號U1施加到兩個低通元件上。在兩個低通元件輸出端呈現的交流電壓信號U2和U3，被直接地或通過耦合電容器26引導到信號檢測器16的兩個輸入端。信號檢測器16在其輸出端發送一個矩形電壓U4，U4』的佔空因數取決於交流電壓U2和U3的形狀。藉助積分器20校平電壓U4，並且或者直接作為電壓U5，或者間接地作為直接從U5得到的U6，把U4送到微處理器21的A/D變換器22。
電容傳感器4應當發送一個能夠容易地區分下述三種情況的信號。
情況1在鑽孔13中沒有注射器1。
情況2在鑽孔中有一個裝滿粘合劑2的注射器1。
情況3情況3是一種動態的情況，當注射器1變空並且傳感器4指示應當更換注射器1時發生此種情況。在鑽孔13中安放注射器1。粘合劑2的液面降至最上面電容電極5以下，但仍高於第二個電容電極6的液面。
在操作中，兩個電容器8和9通過交流電壓U1連續地充電和放電。兩個低通元件的時間常數τ1和τ2確定兩個電容器8和9的充電反向速度。信號檢測器16用於把一個來自電容器8或9的充電反向時間的信號轉向，從而能夠自動地區分上述三種情況。因此，按照本發明，選定兩個低通元件的大小，使它們具有不同的時間常數τ1和τ2。根據方程τ1=R1×C1和τ2=R2×C2，能夠得出會影響時間常數τ1和τ2的各種可能性，式中R1表示電阻器24的數值，R2表示電阻器25的數值，C1表示電容器8的電容值，和C2表示電容器9的電容值。下面較詳細地說明三個實例實例1電容電極5和7具有相同的幾何形式。從而兩個電容器8和9在相同情況下具有相同的電容值。兩個電阻器24和25的電阻值R1和R2被選擇成不同，例如R2=50×R1。
實例2電容電極5和7具有不同的幾何形式。從而兩個電容器8和9在相同情況下具有相同的電容值。兩個電阻器的電阻值R1和R2被選擇成相同或不同。
實例3電容電極5和7具有相同的幾何形式。一個附加的電容器被並聯地連接於電容器9。兩個電阻器的電阻值R1和R2被選擇成相同或不同。
現在較詳細地說明一個例如特別適用的電子電路。信號檢測器16用於從兩個交流電壓信號U2和U3中提取含於時間常數τ1和τ2中的信息，並使它呈現於信號U4中。為此，最好使用商用的PLL部件(例如莫託羅拉公司的MC1406或國家半導體公司的CD4046)。這種PLL部件包含一個振蕩器以及通常有好幾個的相位檢波器，後者被製成XOR(專用OR)元件。最好使用被作成XOR元件的相位檢波器作信號檢測器16。信號U2被送別XOR元件的一個輸入端，而信號U3被送到其另一輸入端。眾所周知，XOR元件在相同的邏輯信號施加於兩個輸入端時就在其輸出端攜帶邏輯「0」信號，而在不同的邏輯信號施加於兩個輸入端時就攜帶邏輯「1」信號。由時間常數τ1限定的交流電壓信號U2的上升時間，可確定一個時刻；在此時刻，在XOR元件的相應輸入端的信號從邏輯「0」變到邏輯「1」，或者從邏輯「1」，變到邏輯「0」。由時間常數τ2限定的交流電壓信號U3的上升時間，可類似地確定XOR元件的另一輸入端的轉換時刻。因此，當兩個時間常數τ1和τ2中的至少一個發生變化時，交流電壓信號U4和電壓U5也發生變化。
為了可以測量時間常數τ1和τ2的變化，時間常數τ1和τ2必須和交流電壓信號U1的頻率f的振蕩周期T=1/f相差不大。這就意味著頻率f應當大於兩個低通元件的截止頻率。其缺點在於這些低通元件是作為交流電壓信號U1濾波器而工作的，從而使交流電壓信號U2和U3的振幅較小。結果是，交流電壓信號U2的振幅充分大，而交流電壓信號U3的振幅太小，必須予以放大。XOR元件的一個輸入端已有一個電路，它自動地放大一個施加的交流電壓信號，直至它的電平大到足以啟動XOR元件中的轉換操作為止。為此，通過耦合電容器26把交流電壓信號U3送到XOR元件的這個輸入端。因此，不需要單獨的放大器。
雖然這個電路可滿意地工作，但結果是當用積分器20的輸出端的電壓U5去控制振蕩器15的頻率時，三種情況的可區分性是更好的。因此，最好把電壓U5送入放大器28的反饋迴路27中，在此它按預定的係數放大，按固定的正向電壓分量在電平上漂移，和被送到振蕩器15，用作頻率控制電壓U6。
下面是實例1中電子電路的性能情況1根據兩個低通元件的不同時間常數τ1和τ2，這導致電壓U6的最大值為4.5V，交流電壓信號U1的頻率為3600KHz左右。
情況2和情況1的電容值相比，兩個電容器8和9的電容值C1和C2以相同的程度變化。時間常數以不同的程度變化。對於電壓U6，這導致約2V的較低值，和交流電壓信號U1的頻率下降到約310KHz。
情況3電容器8的電容C1和從而時間常數τ1，隨粘合劑2的液面而變化。電容器9的電容C2和從而時間常數τ2，並不變化。電壓U6隨著電容器8的電容C1和從而隨著時間常數τ1的變化的增加而增加。當粘合劑2的液面已經到達第二電容電極6的液面時，電壓U6的數值達到2.6V左右，並且交流電壓信號U1的頻率值約為323KHz。
把電壓U6供給微處理器21的A/D變換器22。微處理器21連續地詢問A/D變換器22，並且在實例1中的工作如下-若U6大於4V，則微處理器21的輸出端23載帶邏輯「1」。
-若U6小於2.6V，則微處理器21存儲U6值，用作值Z0。然後微處理器21的輸出端23載帶邏輯「0」。
-若U6小於2.6V和小於Z0，則微處理器21存儲U6值，用作新值Z0。微處理器21的輸出端23載帶邏輯「0」。
-若U6小於2.6V和大於Z0+ΔZ，在此ΔZ表示0.4V(或0.5V)左右的預定閾值，則微處理器21的輸出端23被設置成邏輯「1」，以指示注射器1是空的，必須變換。
圖5說明U6隨時間t的變化過程。可以清楚地看到兩個電壓電平一個相當於情況1=「沒有注射器1」，另一個相當於情況2=「注射器1裝滿粘合劑」，還看到在情況3=「注射器1變空」期間從時間t0點開始增加電壓U6。在時間t1點，電壓U6達到值Z0+ΔZ，此時微處理器21指示注射器1的變化，和注射器1的進一步變空被停止。電壓U6會經歷輕微的波動，因為有外部影響，例如注射器1的溫度，粘合劑Z的溫度，環境溫度等影響。然而這些影響小於ΔZ。情況2的電壓U6的電平還取決於粘合劑2本身的情況。傳感器4自動地自己適應不同的粘合劑。既不需要在更換粘合劑以後重新調整傳感器4，又不需要在更換注射器以後重新設置傳感器4。
有可能預期，用高通元件取代低通元件作RC元件，即，在電路中，換出一側的電容器8和電阻器24和另一側的電容器9和電阻器25。
圖6示出另一傳感器4的電極的截面示意圖。傳感器4具有5個平行地安排的電極5,6,7,29,30。主要是，兩個外電極29和30用於屏蔽內電極5,6和7。它們被直接地(如圖所示)或通過耦合電容器電氣連接於中電極6。在這種傳感器4的情況下，一方面是測量靈敏區被加倍，另一方面是導致它們被接地，兩個外電極29和30屏蔽中間電極5,6和7，以防外部影響。兩個外電極29和30還能夠成為外殼部分。
權利要求
1．一種用於檢測容器的預定填充界面的傳感器，它具有構成第一和第二電容器(8,9)的三個電容電極(5-7)，其特徵在於三個電容電極(5-7)被安置於三個互相平行地布置的平面中，並且一個穿過三個電容電極(5-7)的鑽孔(13)可用於接納容器。
2．根據權利要求1的傳感器(4)，其特徵在於第一電容器(8)和第一電阻器(24)形成第一RC元件部分，第二電容器(9)和第二電阻器(25)形成第二RC元件部分，和在於兩個RC元件具有不同的時間常數。
3．根據權利要求2的傳感器(4)，其特徵在於第二RC元件的第二電阻器(25)至少比第一RC元件的第一電阻器(24)大10倍。
4．根據權利要求1至3中之一的傳感器，其特徵在於三個電容電極(5-7)是由多層印刷電路板(10)的被兩個不導電層(11)和(12)隔開的三個導電層構成的。
5．根據權利要求1至4中之一的傳感器，其特徵在於可預期添加兩個另外的電容電極(29,30)，它們或者直接地或者通過一個耦合電容器連接於中間電極(6)。
全文摘要
一種用於檢測容器預定液面的傳感器具有三個構成第一和第二電容器(8,9)和電容電極(5—7)。這些電極(5—7)被安置於三個互相平行地布置的平面中。一個穿過三個電容電極(5—7)的鑽孔(13)接納該容器。最好第一電容器(8)是第一RC元件部分和第二電容器(9)是第二RC元件部分,使兩個RC元件具有不同的時間常數。測量兩個時間常數的相對變化,能夠操作傳感器而無需任何調整。
文檔編號G01F23/26GK1297140SQ0012855
公開日2001年5月30日 申請日期2000年11月17日 優先權日1999年11月19日
發明者託馬斯·岡瑟, 尤金·馬哈特 申請人:Esec貿易公司