專利名稱：壓力傳感器裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及確定壓力的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及壓力傳感器裝置和壓力計(jì)的電部分的連接方法。
背景技術(shù)：
許多制造工藝需要在關(guān)鍵的工藝步驟期間完成精確的和可重復(fù)的壓力測量。這些工藝可能依靠膜片型壓力計(jì)實(shí)現(xiàn)工藝室壓力的精確測定。膜片型壓力計(jì)被廣泛地用于半導(dǎo)體工業(yè)。這部份地因?yàn)樗鼈兺ǔ７浅＿m合這種工業(yè)的腐蝕性服務(wù)工作。它們也因?yàn)樗鼈兊臏?zhǔn)確性高和對污染有免疫性被偏愛。
典型的膜片型壓力計(jì)有對容納待測媒體的工藝室或?qū)Ч荛_放的壓力端口、暴露于待測媒體的膜片或波紋管和附著在壓力端口上的頭部組件。頭部組件形成一個被稱為真空參考室的艙室，該艙室通常(雖然不必)被抽真空以便在離開待測媒體的膜片背面形成真空基準(zhǔn)。膜片或波紋管通常是用有柔性的金屬片材制成的并且把真空參考室與待測媒體分開。依照一些現(xiàn)有技術(shù)傳感器制造技術(shù)，真空是通過在真空中用電子束把頭部組件焊接到壓力端口上在膜片的基準(zhǔn)面上形成的。
鎢極惰性氣體保護(hù)焊(“TIG”)、激光焊或其它焊接技術(shù)通常用來把頭部組件和壓力端口連接起來，而所述艙室是稍后抽真空的。除此之外，吸氣材料可能在真空中安裝的，為的是隨著時間推移維持真空完整性。
基于真空基準(zhǔn)和待測媒體壓力之間的壓力差，膜片將會彎曲。壓敏電阻型應(yīng)變儀附著在膜片上檢測膜片的彎曲量。當(dāng)膜片的彎曲改變時，應(yīng)變儀的電阻將會改變。應(yīng)變儀的電阻變化能與工藝室或?qū)Ч苤械奶囟▔毫ο嚓P(guān)。在測量絕對壓力的裝置中，附著在膜片上的應(yīng)變儀通常位于膜片型真空計(jì)的真空基準(zhǔn)室之中。所以，來自應(yīng)變儀的信號必須從真空基準(zhǔn)室里面?zhèn)魉徒o進(jìn)行處理的電子器件。
在一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，聚酰亞胺和銅/錫的柔性電纜被用于這個目的。電纜的一端用膠粘劑附著在壓力端口的某個部分上。細(xì)電線使用電線搭接或焊接把應(yīng)變儀與電纜的這個末端連接起來。當(dāng)?shù)臅r候，柔性電纜通常不直接附著到應(yīng)變儀上，因?yàn)檫@樣做能把不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力加到應(yīng)變儀上。柔性電纜的另一端被焊到頭部組件的插頭上。插頭穿過頭部組件(例如，借助玻璃或陶瓷的饋通)把信號從電纜傳輸?shù)皆陬^部組件外面的印刷電路板(“PCB”)。然后，插座或插頭型接口用來把信號從膜片型壓力計(jì)的印刷電路板傳輸?shù)酵獠康碾娮悠骷?br> 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一個缺點(diǎn)是與在真空中架設(shè)電纜相關(guān)聯(lián)的膠粘劑和彈性體與金屬和陶瓷相比由于它們在比較低的壓力下放出氣體的趨向有比較高的蒸汽壓。換句話說，當(dāng)用在真空室或低壓室之內(nèi)的時候，彈性體或膠粘劑變成釋放氣體的來源。隨著溫度增加，釋放氣體變得更嚴(yán)重。這能導(dǎo)致在膜片的真空一側(cè)的壓力增加，從而隨著時間推移導(dǎo)致不穩(wěn)定的裝置輸出信號(例如，信號減弱)。此外，在真空基準(zhǔn)中的放氣能引起溫度引起的誤差。當(dāng)溫度增加的時候，真空基準(zhǔn)的壓力將會增加，從而引起轉(zhuǎn)換器輸出信號降低。這個系統(tǒng)的另一個缺點(diǎn)是電纜能干擾膜片的運(yùn)動，從而降低膜片型壓力計(jì)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。采用這種方法的另一個問題是把應(yīng)變儀與殼體中的插頭連接起來的柔性電纜可能斷開。為了解決這個問題，必須破壞壓力計(jì)的氣密密封件，修理電纜，然后重建真空。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種消除或至少實(shí)質(zhì)上減少現(xiàn)有技術(shù)的裝置、膜片型壓力測知裝置和方法的缺點(diǎn)的裝置發(fā)現(xiàn)物的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的一個實(shí)施方案包括用來測知壓力的裝置，該裝置包括一個限定入口通道的壓力端口、一個位于入口通道末端的膜片和一個與所述壓力端口耦合在所述膜片的正面從入口通道限定參考壓力室的頭部組件。頭部組件可以包括把電信號從參考壓力室里面?zhèn)魉偷絽⒖級毫κ彝饷娴拇┻^型電連接件。該裝置可以進(jìn)一步包括位于參考壓力室之中被配置成把參考壓力室中的一個或多個敏感元件與頭部組件的穿過型電連接件連接起來的接口板。
本發(fā)明的另一個實(shí)施方案包括用來測知壓力的裝置，該裝置包括一個限定入口通道的壓力端口、一個位于入口通道一端的膜片和一個在膜片的正面從入口通道限定參考壓力室的對壓力端口氣密密封的頭部組件。頭部組件可以包括一個殼體、把電信號從參考壓力室之內(nèi)傳送到參考壓力室外面的插頭和使所述插頭與殼體絕緣的玻璃-金屬封接部分件。該裝置可以進(jìn)一步包括一組對膜片的彎曲作出響應(yīng)的壓敏電阻型應(yīng)變儀和位于參考壓力室之中與那組壓敏電阻型應(yīng)變儀和插頭電連接的接口板。接口板可以被配置成使應(yīng)變儀與插頭接口。
本發(fā)明的又一個實(shí)施方案可以包括連接敏感元件的方法，該方法包括使敏感元件與接口板在電連接焊點(diǎn)電耦合，其中所述敏感元件對膜片的彎曲量作出響應(yīng)；使穿過型電連接器與接口板電耦合，其中所述穿過型電連接器被配置成把從信號從參考壓力室之內(nèi)傳送到參考壓力室外面，其中所述接口板被配置成使敏感元件與穿過型電連接器接口并且把敏感元件和接口板至少部份地包封在參考壓力室之中。
本發(fā)明的實(shí)施方案通過減少參考壓力室中的放氣并借此維持真空完整性提供一個優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)壓力計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的實(shí)施方案通過在參考壓力室中提供潔凈的接口減少對膜片運(yùn)動的干擾提供另一個優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)壓力計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的實(shí)施方案通過減少在參考壓力室中架設(shè)電纜減少制造難度和提高可靠性提供第三個優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)壓力計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的實(shí)施方案通過減少溫度對參考壓力室的輸出信號的影響提供第四個優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)壓力計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。


對本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)更全面的理解可以通過下面參照用相似的參考數(shù)字表示相似的特征的附圖獲得的描述獲得，其中圖1是依照本發(fā)明一個實(shí)施方案的膜片型壓力計(jì)的圖形表達(dá)；圖2是依照本發(fā)明一個實(shí)施方案的壓力計(jì)剖視圖的圖形表達(dá)；
圖3A舉例說明接口印刷電路板(“PCB”)的一個實(shí)施方案；圖3B是用來把接口PCB安裝到壓力端口上的托架的一個實(shí)施方案的圖形表達(dá)；圖3C是依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案與托架連接的接口PCB的圖形表達(dá)；圖4A和4B是依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案的頭部組件的圖形表達(dá)；圖5是壓力端口的一個實(shí)施方案的圖形表達(dá)；圖6是舉例說明依照本發(fā)明組裝壓力傳感器的工藝流程圖；而圖7A和7B是本發(fā)明其它的實(shí)施方案的圖形表達(dá)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案是在用相似的數(shù)字表示各種不同的圖畫中相似的和對應(yīng)的部份的附圖中舉例說明的。
本發(fā)明的實(shí)施方案提供消除或減少現(xiàn)有技術(shù)膜片型壓力計(jì)裝置和方法的缺點(diǎn)的膜片型壓力計(jì)裝置和方法。更具體地說，本發(fā)明的實(shí)施方案提供有裝在膜片型壓力計(jì)的參考壓力室之中用來接收來自參考壓力室中的一個或多個敏感元件的信號的接口印刷電路板(“PCB”)或接口板的膜片型壓力計(jì)。敏感元件可以包括，舉例來說，壓敏電阻型應(yīng)變儀(例如，總部位于Fairfield，NewJersey，USA的Measurement Specialties Inc.生產(chǎn)的那些)、壓電應(yīng)變儀、用于確定膜片變形的電容器元件或其它元件。接口PCB可以被配置成把敏感元件與參考壓力室殼體上的穿過型電連接件連接起來。因此，信號可以借助穿過型電連接件從敏感元件通過接口板傳送到參考壓力室外面。用于參考壓力室不大可能放氣和破壞真空完整性的材料能被選定。接口PCB消除或至少實(shí)質(zhì)上減少在參考壓力室中對膠粘劑和彈性體的需要。
圖1是依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案的膜片型壓力計(jì)100的圖形表達(dá)。膜片型壓力計(jì)100可以包括一個壓力端口105、一個頭部組件110和一個電子器件部分115。用來把各個零部件結(jié)合起來的電阻焊接、等離子體焊接、電子束焊接或其它工藝可以用來形成頭部組件110對壓力端口105的密封(優(yōu)選氣密密封)。壓力端口105可以包括與帽狀物或蓋子耦合的陽羅紋段125(如圖2、圖7A和圖7B所示)。O-型圈130能密封在帽狀物和壓力端口105之間的界面。
依照本發(fā)明一個實(shí)施方案，壓力端口105可以暴露在容納有待測壓力的流體(例如，液體、氣體、氣體蒸汽混合物)的工藝室(部份地用120表示)之中。
入口通道135能在位于入口通道135末端的膜片(如圖2所示)和和待測媒體之間提供流體連通。在膜片的正面，參考壓力能在頭部組件110所形成的參考壓力室中維持。作為替代，頭部組件能允許與外面的環(huán)境連通，以致參考壓力是周圍大氣的壓力?；诠に囀抑械牧黧w壓力和參考壓力之間的差，膜片將會彎曲。對膜片的彎曲作出響應(yīng)的敏感元件能產(chǎn)生特定數(shù)值的信號，指出膜片的彎曲量。基于來自敏感元件的信號，可以確定工藝室壓力。換句話說，膜片的彎曲量可以用來確定工藝室壓力。
圖2是壓力計(jì)100的剖視圖的圖形表達(dá)，它展示頭部組件110與壓力端口105相結(jié)合形成的參考壓力室205。參考壓力室205可以被維持在任何參考壓力，包括在或接近真空條件或非常低的壓力，舉例來說，5毫托以下。膜片210可以位于壓力端口105的入口通道135和參考壓力室205之間。膜片210可以是作為壓力端口105的一部份機(jī)械加工的，也可以是借助焊接或其它的附著方案與壓力端口105耦合的獨(dú)立的膜片。敏感元件215可以與膜片210耦合并且對膜片210的彎曲量變化作出響應(yīng)。依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，敏感元件215能包括能對膜片210的彎曲變化作出響應(yīng)的應(yīng)變儀215(例如，壓敏電阻型應(yīng)變傳感器或技術(shù)上已知的其它應(yīng)變傳感器)。壓力計(jì)100可以進(jìn)一步包括一個接口PCB220或接口板使敏感元件(例如，應(yīng)變儀215)與通向參考壓力室外面的電連接件接口。
膜片210優(yōu)選用有柔性的金屬材料(例如，不銹鋼、鎳基合金、鉻鎳鐵合金、鉻、鈦或其它金屬)制成，但是也可能是用任何其它選定的材料(例如，陶瓷)形成的，只要該材料響應(yīng)壓力變化發(fā)生彎曲并且與打算用膜片型壓力計(jì)測量的媒體相容即可。壓敏電阻型應(yīng)變傳感器(或其它的敏感元件215)可以與膜片210耦合，以便測量膜片210的彎曲量。在此通過引證被全部并入的Marchant等人于1999年4月14日申請的以“Method of MakingThin Film Piezoresitive Sensor(薄膜壓敏電阻傳感器的制造方法)”為題的美國專利第6,319,743號(“743號專利”)描述用沉積在柔性基體(例如，膜片)上的摻雜半導(dǎo)體材料形成薄膜壓敏電阻傳感器的方法。本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括以743號專利所描述的方式通過中間層與膜片210耦合的壓敏電阻型應(yīng)變儀215。如同熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將理解的那樣，應(yīng)變儀215可以以任何其它適當(dāng)?shù)姆绞脚c膜片210耦合，以致該應(yīng)變儀能對膜片的彎曲作出響應(yīng)。
如同熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將理解的那樣，舉例來說，壓敏電阻型傳感器能作為惠司登電橋的四個支路起作用。當(dāng)膜片210變形的時候，惠司登電橋的平衡發(fā)生變化，從而指出變形量和對應(yīng)的工藝室和參考壓力室205之間的壓差。人們應(yīng)該注意到應(yīng)變儀215能形成其它的電路或可以被配置成依照技術(shù)上已知的任何壓力測知方案指出壓力。其它的范例應(yīng)變儀包括膠粘箔應(yīng)變儀、硅壓敏電阻應(yīng)變儀，陶瓷壓敏電阻應(yīng)變儀和其它技術(shù)上已知的應(yīng)變儀。
依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，傳感器導(dǎo)線(例如，電線225)可以使用技術(shù)上已知的電線粘接或焊接技術(shù)附著到接口PCB220的焊點(diǎn)上。在接口PCB220上的印制線借助焊接或技術(shù)上已知的其它方法通向與接口PCB220耦合的插座235。插座235與頭部組件110的穿過型電連接件(例如，插頭240)接口。插頭240提供把電信號從參考壓力室里面?zhèn)魉偷絽⒖級毫κ彝饷娴拇┻^型電連接件。在參考壓力室205外面的電子元器件能進(jìn)一步處理來自插頭240的信號以確定待測媒體的壓力。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，接口PCB220可以借助焊接、錫焊、焊接、螺釘、鉚釘或技術(shù)上已知的其它附著方案與壓力端口105直接耦合。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，接口PCB220能用一個中間托架245與壓力端口105耦合。托架245能借助電阻焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊(“TIG”)、等離子焊接或附著方案、焊料焊、螺釘、鉚釘或技術(shù)上已知的其它附著方案與壓力端口105(非膜片部分)耦合。托架245能減少在接口PCB220上因壓力端口105和接口PCB220之間的熱膨脹系數(shù)不同引起的應(yīng)力。圖2也舉例說明在頭部組件110和電子器件部分115之上位于適當(dāng)位置的帽狀物250。帽狀物250可以放在頭部組件110和電子器件部分115上方以便在清潔期間保護(hù)頭部組件110和電子器件部分115。此外，如圖7所示，陽螺紋部分125能用來連接用于運(yùn)輸和安裝附加的帽狀物或蓋子。
接口PCB可以位于參考壓力室之中而且可以被配置成把參考壓力室中的一個或多個敏感元件與頭部組件的穿過型電連接件連接起來。圖3A舉例說明接口PCB220的一個實(shí)施方案。接口PCB220可以包括基體305、電連接焊點(diǎn)310和印制線315。印制線315能把焊點(diǎn)310接到插座或其它能通過錫焊或別的方式與電路板220耦合的接口上。印制線315能包括任何技術(shù)上已知的印刷電路。舉例來說，印制線315可以是在陶瓷基體(例如，氧化鋁)上拍攝和燒制的鈀/銀印制線。作為例子，氧化鋁基體305可以有大約0.025英寸厚。為了保護(hù)印制線，印制線可以包括玻璃覆蓋物。
依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，焊點(diǎn)310可以是安排一部分鈀/銀印制線上的金焊點(diǎn)。金焊點(diǎn)使應(yīng)變儀和電路板220之間的引線接合變得容易。然而，人們應(yīng)該理解，焊點(diǎn)310可以由任何能通過，舉例來說，引線接合或焊接與應(yīng)變傳感器的引線連接的導(dǎo)電材料組成。切口部分317允許把電線從應(yīng)變傳感器引到焊點(diǎn)。接口PCB220可以進(jìn)一步包括可以包括金屬涂層使對托架的焊接變得容易的凹口318。切口部分319能使將托架(在圖3B中描述)和接口PCB220附著到壓力端口上的電阻點(diǎn)焊變得容易。
圖3B是用來把接口PCB安裝到壓力端口上的托架245的一個實(shí)施方案的圖形表達(dá)。依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，可以主要由鍍鎳的316中硬不銹鋼組成。作為例子，但不作為限制，托架245可以是大約0.019英寸厚，有0.0002英寸厚的鎳鍍層。鍍鎳使托架245對接口PCB220的焊接變得容易。然而，人們應(yīng)該理解，托架245能由各式各樣的其它材料組成，優(yōu)選能點(diǎn)焊的材料。托架245可以被點(diǎn)焊到圖1所示的壓力端口上。在本發(fā)明其它的實(shí)施方案中，托架245可以用包括但不限于錫焊、鉚釘或螺釘?shù)钠渌街桨概c壓力端口耦合。托架245可以進(jìn)一步包括能使托架245與接口PCB板結(jié)合在一起的立柱320。
圖3C是接到托架245上的PCB板220的圖形表達(dá)。在圖3C的實(shí)施方案中，托架245的立柱320能借助焊接接合在凹口318處附著到印刷電路板220上。因此，立柱320提供托架245和接口PCB220之間的附著點(diǎn)和接口PCB220和膜片之間的偏移。在本發(fā)明其它的實(shí)施方案中，接口PCB220可以依照任何熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將理解的適當(dāng)?shù)母街桨概c托架245耦合，包括使用鉚釘、螺釘、焊接、錫焊、卷曲(例如，立柱330的卷曲)或其它附著方案?？煞滦У腜CB板和托架可能是總部在美國賓夕凡尼亞州哈里斯堡的Tyco Electronics，a business united of Tyco International，Ltd.制造的。圖3C還舉例說明與接口PCB220耦合的插座235。插座235可以被焊接到接口PCB220上。作為例子，插座235可以是Mil-Max Mfg.Inc.of Oyster Bay，New York.生產(chǎn)的Mil-MaxSocket Number 8252-0-15-30-27-10-0。插座235可以被配置成與頭部組件上的插頭接口。
圖4A和4B是頭部組件110的一個實(shí)施方案的圖形表達(dá)。頭部組件110可以包括一個殼體405、穿過殼體的電連接件(例如，插頭240)和玻璃-金屬封接部分410。玻璃-金屬封接部分410可以是匹配的玻璃-金屬封接部分、壓縮玻璃-金屬封接部分或其它的技術(shù)上已知的玻璃-金屬封接部分。在膜片型絕對壓力計(jì)中，也就是說，在使用真空或非常低的壓力作為參考壓力的膜片型真空計(jì)中，殼體405可以由任何能對壓力端口氣密密封的材料組成。作為例子，但不作為限制，殼體405可以用316L不銹鋼制成，而插頭240可以用合金52制成。插頭235可以是鍍鎳的，用保證可焊性。在本發(fā)明其它的實(shí)施方案中，殼體405能允許參考壓力室至少對周圍環(huán)境部份地開放。
依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，玻璃-金屬封接部分410能在插頭235和殼體405之間提供在250伏直流電壓下至少50MΩ的絕緣電阻。插頭235可以這樣定位，以致當(dāng)把殼體405放在接口PCB上的時候，插頭235能對準(zhǔn)接口PCB上的插座?？山梃b的與玻璃-金屬封接部分組裝在一起的頭部組件可能是由作為Emerson Electric Co.of St.Louis Missouri.的分部的Fusite ofCincinnati，Ohio制造的。
圖5是壓力端口105的一個實(shí)施方案的圖形表達(dá)。壓力端口105可以包括一個入口通道135和一個膜片210。依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，膜片210可以作為壓力端口105的整體部分。舉例來說，包括膜片210的壓力端口105可以是用一塊金屬加工出來的。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，膜片210可以通過焊接或其它的附著方案附著到壓力端口105上的獨(dú)立的零部件。作為例子，但不作為限制，膜片210可以有大約0.140英寸到0.200英寸的直徑和0.007英寸到0.023英寸的厚度，雖然膜片210可能有更大或更小的直徑，或者更厚或更薄，取決于特定的落實(shí)方案。
膜片210可以非必選地包括膜片浮雕505。膜片浮雕505能在膜片210中產(chǎn)生彎矩以便提高膜片對壓力變化的響應(yīng)的直線性。通常，膜片浮雕505的作用隨著膜片210變厚減少。當(dāng)膜片210大約0.023英寸厚或更厚的時候，膜片浮雕505明顯地失去提高響應(yīng)直線性的屬性。在本發(fā)明其它的實(shí)施方案中，直線性問題可以在用軟件或硬件處理應(yīng)變儀信號期間予以考慮。
壓力端口105的陽螺紋段125可以用來使壓力端口105與另一個零部件(例如，圖2舉例說明的帽狀物或圖7舉例說明的封裝蓋)配對。O-型圈(未展示)能密封帽狀物(或其它零部件)和壓力端口105之間的界面。附加的壓力配件可以在表面510與壓力端口105耦合。如果高溫焊接被用來使壓力配件附著，間隙515能使膜片210和附著的零部件與焊接工藝產(chǎn)生的熱和應(yīng)力隔離。可仿效的壓力端口可以是總部在美國新澤西州費(fèi)爾菲爾德的Measurement Specialties公司制造的。
圖6是舉例說明依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案制造膜片型壓力計(jì)的一個實(shí)施方案的流程圖。就圖6的目的而言，假定膜片是壓力端口的一部份或已經(jīng)與壓力端口耦合；應(yīng)變儀已經(jīng)與膜片耦合(例如，如743號專利所描述的或技術(shù)上已知的其它方法)；以及PCB板包括插座。依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，在步驟605，接口PCB和托架結(jié)合在一起。舉例來說，這可以通過把托架焊到接口PCB上完成。接口PCB和托架組件可以用溶劑和可能導(dǎo)致放氣的其它材料清理(步驟610)。
在步驟615，托架可以以不干擾膜片運(yùn)動的方式與壓力端口耦合。舉例來說，托架可以被點(diǎn)焊在膜片直徑外面的那些點(diǎn)。優(yōu)選的是在焊接工藝中使用最少的熱量以避免損壞應(yīng)變儀。托架可以使用(作為例子而不是限制)TIG焊、等離子焊、電阻焊、螺釘、鉚釘或其它附著方案與壓力端口耦合。在步驟620，應(yīng)變儀或其它的敏感元件可以使用引線接合或錫焊附著到接口PCB的焊點(diǎn)上。
在步驟625，可以在接口PCB上將頭部組件放在適當(dāng)?shù)奈恢?，以致該頭部組件的插頭對準(zhǔn)并插入接口PCB上的插座。在步驟630，頭部組件可以被密封到壓力端口上。依照本發(fā)明的一個實(shí)施方案，頭部組件可以是借助電子束焊附著到壓力端口上的。電子束焊接可以是在真空中或低壓下發(fā)生的，為的是在參考壓力室產(chǎn)生真空基準(zhǔn)。電子束焊接能在頭部組件和壓力端口之間形成氣密密封。在本發(fā)明其它的實(shí)施方案中，可以使用其它的附著方案，包括但不限于電阻焊、TIG焊、等離子焊。
依照本發(fā)明的另一個并非在參考壓力室中真空或近似真空條件的實(shí)施方案中，焊接處可能是不完全的，以允許參考壓力室處在大氣壓力下。換句話說，膜片型壓力計(jì)可以被配置成讀出絕對壓力或表壓。在本發(fā)明其它的實(shí)施方案中，頭部組件可以包括允許參考壓力室與大氣連通的孔或通道。在本發(fā)明的又一個實(shí)施方案中，氣密密封可以在特定的壓力(例如，大氣壓)下形成，以形成密封的表壓計(jì)。因?yàn)橄嗤念^部組件可以在真空中被氣密密封到壓力端口上，在特定的壓力下被氣密密封到壓力端口上，也可以被非氣密地密封到壓力端口(舉例來說，通過不完全的焊接)，所以相同的部件可以用來生產(chǎn)絕對壓力計(jì)、表壓計(jì)或密封表壓計(jì)。
在步驟635，可以將附加的電子器件添加到參考壓力室的外部。舉例來說，這些電子器件可以包括用于從頭部組件的插頭收到的條件信號的放大器和補(bǔ)償板。這些電子器件能基于特定的落實(shí)完成任意功能和信號調(diào)節(jié)并且能與其它的部件(例如，控制器)通信。
就半導(dǎo)體制造工藝而言，壓力端口的氧化可能把污染物引進(jìn)工藝流體。人們應(yīng)該注意到各種不同的工藝可能引起壓力端口氧化。舉例來說，將應(yīng)變儀焊接到膜片上的工藝可能需要高溫(例如，超過600℃)，這將使壓力端口氧化。所以，在步驟640，壓力端口將經(jīng)歷超高純凈化。為了避免電拋光液接觸頭部組件和頭部組件外面的電子器件，可以將帽狀物(例如，圖2中的帽狀物250)放置在頭部組件和外部電子器件上方。
圖7A和7B是膜片壓力計(jì)100的另一個實(shí)施方案的圖形表達(dá)。在圖7A中，壓力配件705與壓力端口105耦合，舉例來說，通過焊接或其它技術(shù)上已知的附著方案。壓力配件705可以是技術(shù)上已知的任何壓力配件，包括但不限于被配置成與組件座連接的表面安裝配件。遮蓋物710借助壓力端口105的陽螺紋段125與壓力端口105耦合。遮蓋物710能在運(yùn)輸和安裝期間保護(hù)頭部組件110和電子器件部分115。此外，遮蓋物710能為通信接口715(例如，DB-15接插件的插頭)或技術(shù)上已知的其它通信口提供支撐。
通信接口715可以與膜片型壓力計(jì)100中的電子器件連接以便對其它系統(tǒng)進(jìn)行往返數(shù)據(jù)傳輸。
人們應(yīng)該注意到，盡管已經(jīng)結(jié)合基于應(yīng)變儀確定壓力的膜片壓力計(jì)討論了本發(fā)明，但是本發(fā)明的實(shí)施方案也能用于膜片型電容壓力計(jì)。通常，在膜片型電容計(jì)中，薄金屬膜片或涂上一層金屬的陶瓷膜片將一側(cè)暴露在工藝氣體之下。在膜片的另一側(cè)，通常有處在或接近真空狀態(tài)的參考壓力室。膜片通常是大約3/1000英寸厚或更薄，取決于特定的膜片型電容計(jì)的特性。隨著工藝室的壓力增加，膜片的變形量改變。這能引起該膜片和另一個金屬板或鍍金板或電極之間的電容改變。
依照本發(fā)明的實(shí)施方案，該電極或金屬板和膜片(而不是應(yīng)變儀)可以作為敏感元件與接口PCB板連接。接口PCB板可以與頭部組件中的連接穿過型電接插件(例如，插頭)以便將信號傳送到能處理該信號的外部電子器件。在頭部組件外面的電子器件能輸出受該膜片和金屬板之間的電容影響的傳感器模擬電壓或電流。在參考壓力室中其它的敏感元件也可以借助接口PCB與穿過型電連接器接口。
此外，本發(fā)明的實(shí)施方案可以用于多種流量測知和流量控制裝置，(例如，質(zhì)量流量控制(″MFC″)裝置)，包括但不限于2002年2月19日授權(quán)給McLoughlin等人的以“Flow Controler(流量控制器)”為題的美國專利第6,348,098號，2003年3月4日授權(quán)給McLoughlin等人的以“Flow Controler(流量控制器)”為題的美國專利第6,527,862號，2003年11月4日授權(quán)給Tinsley等人的以“System and Method of Operation of a Digital Mass FlowController(數(shù)字式質(zhì)量流量控制器的系統(tǒng)和操作方法)”為題的美國專利第6,640,822號，2004年1月27日授權(quán)給Tinsley等人的以“System and Method of Operation of a Digital Mass FlowController(數(shù)字式質(zhì)量流量控制器的系統(tǒng)和操作方法)”為題的美國專利第6,681,787號，要求以“Liquid Flow Controller andPrecision Dispense Apparatus and System(液體流量控制器和精密分發(fā)裝置和系統(tǒng))”為題于2002年7月19日申請的臨時專利申請第60/397,053號的優(yōu)先權(quán)的2003年7月18日申請的以“LiquidFlow Controller and Precision Dispense Apparatus and，System(液體流量控制器和精密分發(fā)裝置和系統(tǒng))”為題的PCT申請PCT/US03/22579和2004年2月12日Brodeur等人以“System andMethod for Flow Monitoring and Control(用于流量監(jiān)測和控制的系統(tǒng)和方法)”為題申請的美國專利申請第10/777,300號所揭示的那些，在此通過引證將所述的每份專利和專利申請全部并入。能連同本發(fā)明的實(shí)施方案一起使用的其它可仿效的質(zhì)量流量控制器是馬薩諸塞州Billerica鎮(zhèn)的Mykrolis公司制造的。此外，本發(fā)明的實(shí)施方案可以用于多種其它的力量測量應(yīng)用，包括扭矩傳感器、測壓元件和加速度計(jì)。
盡管本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施方案予以描述，但是人們應(yīng)該理解這些實(shí)施方案是說明性的而且本發(fā)明的范圍不局限于這些實(shí)施方案。上述的實(shí)施方案可能有許多變化、修正、補(bǔ)充和改進(jìn)。我們預(yù)計(jì)這些變化、修正、補(bǔ)充和改進(jìn)將落在權(quán)利要求書詳細(xì)說明的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用來測知壓力的裝置，其中包括限定入口通道的壓力端口；位于入口通道末端的膜片；與所述壓力端口耦合從入口通道在膜片的正面限定參考壓力室的頭部組件，其中頭部組件包括把來自參考壓力室內(nèi)部的電信號傳送到參考壓力室外面的穿過型電連接件；以及位于參考壓力室之中被配置成把參考壓力室中的一個或多個敏感元件與頭部組件的電連接件連接起來的接口板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述接口板進(jìn)一步包括電連接焊點(diǎn)組，每個敏感元件與該接口板在電連接焊點(diǎn)電耦合；插座組；以及把電連接焊點(diǎn)組與插座組連接起來的印制線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述穿過型電連接件是插頭，而且插座組被配置成與所述插頭接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述頭部組件進(jìn)一步包括殼體和在所述插頭和所述殼體之間的玻璃-金屬封接部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述頭部組件被氣密地密封到壓力端口上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述參考壓力室有低于5毫托的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述的一個或多個敏感元件與電連接焊點(diǎn)是通過引線接合的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述參考壓力室是對大氣開放的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述膜片和壓力端口是機(jī)械加工的整體部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述膜片與所述壓力端口耦合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括托架，其中所述接口板與所述托架耦合，而所述托架與所述壓力端口耦合。
12.一種用來測知壓力的裝置，其中包括限定入口通道的壓力端口；位于入口通道末端的膜片；在膜片的正面從入口通道限定參考壓力室的對所述壓力端口氣密密封的頭部組件，其中所述頭部組件包括殼體；把來自所述參考壓力室內(nèi)部的電信號傳送到所述參考壓力室外面的插頭；以及使所述插頭與所述殼體絕緣的玻璃-金屬封接部分件；對膜片彎曲作出響應(yīng)的壓敏電阻型應(yīng)變儀組；位于參考壓力室之中與壓敏電阻型應(yīng)變儀組和所述插頭連接的接口板，其中所述接口板被配置成使所述應(yīng)變儀與所述插頭接口。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述接口板進(jìn)一步包括電連接焊點(diǎn)組，其中每個壓敏電阻型應(yīng)變儀與所述接口板在電連接焊點(diǎn)電耦合；接受所述插頭的插座組；以及把所述電連接焊點(diǎn)組與所述插座組連接起來的印制線。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中壓敏電阻型應(yīng)變儀組是通過引線與電連接焊點(diǎn)結(jié)合的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述每個電連接焊點(diǎn)是金的，而印制線是鈀/銀的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，進(jìn)一步包括與所述壓力端口和所述接口板耦合的托架，其中所述托架使所述偏離所述膜片。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述參考壓力室有低于5毫托的壓力。
18.一種連接敏感元件的方法，該方法包括使敏感元件在電連接焊點(diǎn)與接口板電耦合，其中所述敏感元件對膜片的彎曲量作出響應(yīng)；使穿過型電連接器與接口板電耦合，其中所述穿過型電連接器被配置成把來自參考壓力室內(nèi)部的信號傳送到參考壓力室外面，而所述的接口板被配置成使所述敏感元件與所述穿過型電連接器連接；以及把所述的敏感元件和接口板至少部分地封閉在所述參考壓力室之中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括使所述接口板與托架耦合并且使所述托架與壓力端口耦合。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括通過使殼體與壓力端口耦合把所述的敏感元件和接口板至少部分地封閉在所述的參考壓力室之中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述殼體對所述壓力端口是氣密密封的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述殼體是通過在真空中電子束焊接對所述壓力端口形成氣密密封的，為的是在參考壓力室中產(chǎn)生真空條件。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括使至少一個附加的電子元器件在所述參考壓力室外面與所述穿過型電連接器耦合。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述的使穿過型電連接器與接口板電耦合進(jìn)一步包括使插頭組對準(zhǔn)插座組并且把插頭組插進(jìn)插座組。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種膜片型壓力計(jì)，裝在該膜片型壓力計(jì)的參考壓力室中的接口印刷電路板(“PCB”)接收來自參考壓力室中的一個或多個敏感元件的信號。舉例來說，敏感元件可以包括用來確定膜片變形的壓電應(yīng)變儀、壓敏電阻型應(yīng)變儀、電容元件或其它元件。接口PCB可以被配置成把敏感元件與參考壓力室殼體上的穿過型電連接件連接起來。因此，來自敏感元件的信號能通過接口板經(jīng)該電連接件傳送到參考壓力室的外面。
文檔編號G01L9/00GK1943040SQ200580011775
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者梅海 申請人:迅捷公司