專利名稱：一種高溫耐沖擊壓力傳感器及其制備方法
一種高溫耐沖擊壓力傳感器及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓力傳感器，尤其是一種高溫耐沖擊壓力傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，傳感器制作是利用集成電路工藝，在N型硅片上擴(kuò)散進(jìn)P型雜質(zhì)，在兩者接觸面上形成PN結(jié)，再以一系列工序，做成惠斯頓電橋，用以感受壓力。再通過焊錫， 將內(nèi)外引線焊接，再用螺紋加膠接方式進(jìn)行各部件的裝配。用此工藝制作的傳感器，由于是 PN結(jié)隔離，隨著溫度升高，漏電流增大，以至性能嚴(yán)重惡化，其極限溫度是125°C。再是引線焊接，通用焊錫溫度168°C，高溫焊錫說是30(T40(TC，實際到250°C就熔化了，另外，就是裝配問題，利用膠接和螺紋方式，在高溫和強(qiáng)烈振動的環(huán)境中，膠粘劑就會炭化，螺紋就會松動，從而引起傳感器失效。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種高溫耐沖擊壓力傳感器及其制備方法，該壓力傳感器將擴(kuò)散硅PN結(jié)隔離工藝設(shè)計方案改進(jìn)為絕緣層隔離SOI工藝方案。使其溫度可達(dá)300°C，解決了 PN結(jié)隔離因高溫下漏電流過大而使傳感器無法工作問題。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的
這種高溫耐沖擊壓力傳感器，包括金屬套管以及套在金屬套管內(nèi)的芯體，所述芯體與金屬套管的連接部分設(shè)有螺紋，芯體與金屬套管通過螺紋加激光焊接的方式連接在一起；所述芯體包括圓柱狀的殼體，在所述殼體的上端設(shè)置有水平凹槽，所述水平凹槽內(nèi)設(shè)有 SOI芯片；所述殼體內(nèi)設(shè)置有引線電極，所述SOI芯片的壓焊點電極通過金絲與殼體的引線電極連接；殼體的引線電極引出為內(nèi)引線，該內(nèi)引線通過夾具連接至外引線。
上述殼體的下部設(shè)置有環(huán)形凹槽；殼體的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)引線通道。
上述金屬套管的一端設(shè)置有外螺紋，金屬套管中部通過套設(shè)并固定有螺母。
上述SOI芯片是采用集成電路平面工藝技術(shù)，在彈性膜的應(yīng)力極值區(qū)內(nèi)制造四個橋路電阻，組成一個惠斯頓電橋，四個橋路電阻采用SOI材料組成；電阻材料為單晶硅或多晶硅，各電阻之間通過絕緣層隔離開，在電學(xué)性能上完全獨立。
本發(fā)明還提出一種上述高溫耐沖擊壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟
(I)制備金屬套管
根據(jù)金屬套管的形狀加工；
(2)制備芯體
I)加工殼體
按照殼體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工；
2)加工SOI芯片
SOI芯片按照以下步驟進(jìn)行
①采用氧離子注入SIMOX技術(shù)，在硅襯底表面熱氧化生成SIO2作為隔離層；
②基于CVD技術(shù)，在SIO2薄層上淀積多晶硅；
③刻蝕出電阻圖形，作為測量壓力的檢測電路；
④抗高溫力敏結(jié)構(gòu)設(shè)計及壓阻力敏芯片與鈦-鉬-金引線壓焊點工藝實施；
⑤采用表面微機(jī)械加工技術(shù)，進(jìn)行SOI固態(tài)浮雕式壓阻力敏芯片制作及7740玻璃的鍵合工藝實施；
3)組裝芯體
將殼體與SOI芯片焊接組成芯體；
(3)總組裝
將芯體插入金屬套管內(nèi)，先用螺紋擰緊，然后進(jìn)行激光焊接使其牢固連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，在使用溫度上，絕緣層隔離的SOI敏感元件使用溫度超過了擴(kuò)散硅PN結(jié)隔離敏感元件極限溫度的200%100。擴(kuò)散硅極限溫度125°C (—般60°C左右性能較好，125°C性能近乎失效)，SOI極限溫度300°C，(一般使用在20(T250°C)。并提高了高溫環(huán)境下，隨機(jī)軸向、徑向兩個方向振動和沖擊的可靠性。通過隨機(jī)軸向、徑向兩個方向振動實驗均方根值18. 46Grms/2min ;沖擊軸向、徑向兩個方向復(fù)雜波形試驗容差±6dB。 試驗前后相比，外觀無異?，F(xiàn)象，性能可靠。并去掉了焊錫焊接這道工序，減少了焊錫內(nèi)鉛對操作者及環(huán)境的污染。接線方法和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，提高了傳感器在高溫、振動、沖擊環(huán)境下使用的可靠性。


圖I為本發(fā)明芯體A抽出金屬套管B的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明完整裝配后結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的芯體A結(jié)構(gòu)剖視圖4為本發(fā)明SOI芯片的等效電路圖5為本發(fā)明SOI芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
參見圖1-3，本發(fā)明的高溫耐沖擊壓力傳感器，包括金屬套管B以及套在金屬套管 B內(nèi)的芯體A，芯體A與金屬套管B的連接部分設(shè)有螺紋，芯體A與金屬套管B通過螺紋加激光焊接的方式連接在一起；芯體A包括圓柱狀的殼體1，在殼體I的上端設(shè)置有水平凹槽 4，水平凹槽4內(nèi)設(shè)有SOI芯片2 ;殼體I內(nèi)設(shè)置有引線電極，SOI芯片2的壓焊點電極通過金絲3與殼體I的引線電極連接；殼體I的引線電極引出為內(nèi)引線8，該內(nèi)引線8通過夾具 7連接至外引線9。殼體I的下部設(shè)置有環(huán)形凹槽5。殼體I的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)引線通道。金屬套管B的一端設(shè)置有外螺紋E，金屬套管B中部通過套設(shè)并固定有螺母D。
如圖4和圖5所示，本發(fā)明的SOI芯片2是采用集成電路平面工藝技術(shù)，在彈性膜的應(yīng)力極值區(qū)內(nèi)制造四個橋路電阻，組成一個惠斯頓電橋，四個橋路電阻采用SOI材料組成；電阻材料為單晶硅或多晶硅，各電阻之間通過絕緣層隔離開，在電學(xué)性能上完全獨立。
本發(fā)明還提出一種上述高溫耐沖擊壓力傳感器的制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)
(I)制備金屬套管B
根據(jù)金屬套管B的形狀加工；
(2)制備芯體A
I)加工殼體I
按照殼體I的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工；
2)加工SOI芯片2
SOI芯片2按照以下步驟進(jìn)行
①采用氧離子注入SIMOX技術(shù)，在硅襯底表面熱氧化生成SIO2作為隔離層；
②基于CVD技術(shù)，在SIO2薄層上淀積多晶硅；
③相關(guān)的雙面光刻技術(shù)、LPCVD(Low pressure ChemicalVapor Deposition)技術(shù)及等離子刻蝕RIE (Reactive IonEtching)技術(shù),刻蝕出電阻圖形，作為測量壓力的檢測電路；
④抗高溫力敏結(jié)構(gòu)設(shè)計及壓阻力敏芯片與鈦-鉬-金引線壓焊點工藝實施；
⑤采用表面微機(jī)械加工技術(shù)，進(jìn)行SOI固態(tài)浮雕式壓阻力敏芯片制作及7740玻璃的鍵合工藝實施；
3)組裝芯體A
將殼體I與SOI芯片2焊接組成芯體A ；
(3)總組裝
將芯體A插入金屬套管B內(nèi)，先用螺紋擰緊，然后進(jìn)行激光焊接使其牢固連接。
綜上所述，本發(fā)明為了解決傳感器敏感元件耐高溫問題，將擴(kuò)散硅PN結(jié)隔離工藝設(shè)計方案改為絕緣層隔離SOI工藝方案。使其溫度可達(dá)300°C，解決了 PN結(jié)隔離因高溫下漏電流過大而使傳感器無法工作問題；傳感器各部件的裝配采用螺紋加激光焊接方案，解決了單純的激光焊接或膠接在高溫及強(qiáng)烈沖擊和振動的環(huán)境中開裂、脫焊和泄露問題；內(nèi)外引線用金屬環(huán)夾緊的方式，解決了焊錫焊接因溫度過沖而起的焊錫熔化使傳感器檢測失效問題。
權(quán)利要求
1.一種高溫耐沖擊壓力傳感器，其特征在于，包括金屬套管(B)以及套在金屬套管(B)內(nèi)的芯體(A)，所述芯體(A)與金屬套管(B)的連接部分設(shè)有螺紋，芯體(A)與金屬套管(B)通過螺紋加激光焊接的方式連接在一起；所述芯體(A)包括圓柱狀的殼體(I )，在所述殼體(I)的上端設(shè)置有水平凹槽(4)，所述水平凹槽(4)內(nèi)設(shè)有SOI芯片(2);所述殼體(I)內(nèi)設(shè)置有引線電極，所述SOI芯片(2)的壓焊點電極通過金絲(3)與殼體(I)的引線電極連接；殼體(I)的引線電極引出為內(nèi)引線(8)，該內(nèi)引線(8)通過夾具(7)連接至外引線(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫耐沖擊壓力傳感器，其特征在于，殼體(I)的下部設(shè)置有環(huán)形凹槽(5);殼體(I)的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)引線通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫耐沖擊壓力傳感器，其特征在于，所述金屬套管(B)的一端設(shè)置有外螺紋(E)，金屬套管(B)中部通過套設(shè)并固定有螺母(D)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫耐沖擊壓力傳感器，其特征在于，所述SOI芯片(2)是采用集成電路平面工藝技術(shù)，在彈性膜的應(yīng)力極值區(qū)內(nèi)制造四個橋路電阻，組成一個惠斯頓電橋，四個橋路電阻采用SOI材料組成；電阻材料為單晶硅或多晶硅，各電阻之間通過絕緣層隔離開，在電學(xué)性能上完全獨立。
5.一種權(quán)利要求I所述高溫耐沖擊壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)制備金屬套管(B) 根據(jù)金屬套管(B)的形狀加工； (2)制備芯體(A) 1)加工殼體(I) 按照殼體(I)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工； 2)加工SOI芯片(2) SOI芯片(2)按照以下步驟進(jìn)行 ①采用氧離子注入SIMOX技術(shù)，在硅襯底表面熱氧化生成SIO2作為隔離層； ②基于CVD技術(shù)，在SIO2薄層上淀積多晶硅； ③刻蝕出電阻圖形，作為測量壓力的檢測電路； ④抗高溫力敏結(jié)構(gòu)設(shè)計及壓阻力敏芯片與鈦-鉬-金引線壓焊點工藝實施； ⑤采用表面微機(jī)械加工技術(shù)，進(jìn)行SOI固態(tài)浮雕式壓阻力敏芯片制作及7740玻璃的鍵合工藝實施； 3)組裝芯體(A) 將殼體(I)與SOI芯片(2)焊接組成芯體(A)； (3)總組裝 將芯體(A)插入金屬套管(B)內(nèi)，先用螺紋擰緊，然后進(jìn)行激光焊接使其牢固連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫耐沖擊壓力傳感器及其制備方法，該傳感器包括金屬套管以及套在金屬套管內(nèi)的芯體，芯體與金屬套管的連接部分設(shè)有螺紋，芯體與金屬套管通過螺紋加激光焊接的方式連接在一起；芯體包括圓柱狀的殼體，在殼體的上端設(shè)置有水平凹槽，水平凹槽內(nèi)設(shè)有SOI芯片；殼體內(nèi)設(shè)置有引線電極，SOI芯片的壓焊點電極通過金絲與殼體的引線電極連接；殼體的引線電極引出為內(nèi)引線，該內(nèi)引線通過夾具連接至外引線。該壓力傳感器將擴(kuò)散硅PN結(jié)隔離工藝設(shè)計方案改進(jìn)為絕緣層隔離SOI工藝方案。使其溫度可達(dá)300℃，解決了PN結(jié)隔離因高溫下漏電流過大而使傳感器無法工作問題。
文檔編號G01L9/08GK102980692SQ20121047045
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者袁曉斌, 陳龍, 張妮妮, 劉秀娥, 袁展榮 申請人:西安微納傳感器研究所有限公司