專利名稱:一種小型流體傳感器的制作方法
本發(fā)明屬于壓力測量技術(shù)領(lǐng)域：
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流體傳感器是利用半導(dǎo)體材料硅的壓阻效應(yīng)，將流體壓力信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)。這種流體傳感器主要由兩部分組成。一是半導(dǎo)體力敏元件、二是腔體。目前已有半導(dǎo)體力敏元件是在硅杯彈性膜上直接集成一個(gè)電橋電路，其集成電橋版圖設(shè)計(jì)方案有兩種。一種是如US4065971、US4050313將力敏電橋分組分布在硅杯彈性膜的邊緣、這種方案的優(yōu)點(diǎn)是輸出大，可以從四組中優(yōu)選一組好的，缺點(diǎn)是硅杯大。另一種設(shè)計(jì)方案是將四個(gè)力敏電阻分布同一晶向上，只利用硅彈性膜的徑向正負(fù)應(yīng)力區(qū)靠正負(fù)應(yīng)力差提高電橋輸出。其優(yōu)點(diǎn)是硅彈性膜面積小，缺點(diǎn)是不能優(yōu)選，成品率低。腔體是流體傳感器另一個(gè)組成部分，為保護(hù)力敏元件不受環(huán)境與被測流體的沾污，通常是將半導(dǎo)體力敏元件密封于硅油中，一般用不銹鋼膜片作為感壓膜片，此膜片和端蓋形成一個(gè)外腔室。當(dāng)流體進(jìn)入外腔室時(shí)，其壓力由感壓膜片通過硅油傳給半導(dǎo)體力敏元件。通常彈性膜片焊接在一個(gè)膜片支承架上，再通過密封圈與端蓋形成一個(gè)外腔室。如US4135408就是采用這種結(jié)構(gòu)，力敏元件的固定方式有兩種。一種是直接固定在底座上，如US4050313。這種連接方式的缺點(diǎn)是當(dāng)腔體受干擾外力作用時(shí)，力敏元件也會(huì)受到干擾。另一種是將彈性元件固定在隔離膜片上，如US4135408的結(jié)構(gòu)，雖然這種固定方式可以防止來自外界干擾通過腔體干擾力敏元件，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)小型流體傳感器就顯得不適用了。針對(duì)以上版圖圖案，外腔室構(gòu)成，力敏元件固定存在的問題，同時(shí)又結(jié)合小型流體傳感器體積小的特點(diǎn)，本發(fā)明提出一種新的解決方案。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于一是采用如附圖1所示的版圖圖案。在整體硅杯的硅膜上擴(kuò)散八個(gè)力敏電阻、即附圖1中(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、其中力敏電阻(1)、(4)、(5)、(8)分布在徑向0.8～0.98r之間(r為硅杯半徑)。力敏電阻(2)、(3)、(6)、(7)分布在切向0.5～0.6r之間。以上八個(gè)力敏電阻均分布在單晶硅(001)晶面<110>晶向上。本發(fā)明僅用八個(gè)力敏電阻可組成四組電橋，(1)、(2)、(3)、(4)為一組，(3)、(4)、(5)、(6)為一組，(5)、(6)、(7)、(8)為一組，(1)、(2)、(7)、(8)為一組，從中選擇出參數(shù)最佳的一組。二是采用如附圖2所示的外腔室結(jié)構(gòu)。圖中(1)為端蓋，(2)為緊固螺帽，(3)為流體接口，(4)為“O”型密封圈，(5)為不銹鋼膜片。三是力敏元件固定方式是將附圖2中力敏元件(8)放置在“O”型密封圈(9)上，壓板(11)通過“O”型密封圈(10)壓緊力敏元件(8)和主體(7)形成彈性固定方式。附圖2中的(6)為“O”型密封圈。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)在于一是在版圖圖案設(shè)計(jì)上、巧妙利用四個(gè)力敏電阻正負(fù)應(yīng)力差、從而提高了電橋輸出靈敏度，有利于減小硅杯尺寸，僅用八個(gè)力敏電阻，可組成四組電橋，有利于提高成品率，由于八個(gè)力敏電阻分散分布，有利于散熱和減少局部過熱，也有利于減小溫度漂移。二是將不銹鋼膜片(5)直接焊在端蓋(1)上減少密封環(huán)節(jié)，密封效果好，同時(shí)節(jié)省材料，減少體積，旋下緊固螺帽(2)，取下流體接口(3)，可直接觀察膜片(5)、同時(shí)也便于清除膜片上的沉積物，保證測量精度。三是力敏元件固定方式是采用上、下兩個(gè)“O”型密封圈(9)、(10)將力敏元件(8)和主體(7)形成了彈性連接，有利于排除通過腔體而作用到力敏元件(8)上的外界干擾力。
發(fā)明人曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)施例。采用5×5×1mm的方形硅片，中間形成φ3.2mm的圓形硅杯，八個(gè)力敏電阻集成在(OO)晶面，<110>晶向上。力敏電阻分布同附圖1，所制得的力敏元件密封于如附圖2所示的腔體結(jié)構(gòu)中。達(dá)到的指標(biāo)為量程0～0.1kg/cm2、0～0.25Kg/cm2。0～0.5Kg/cm2、0～1Kg/cm2。精度優(yōu)于0.3%FS，當(dāng)電橋供電電壓為6伏時(shí)，滿量程輸出大于50mv，零點(diǎn)溫度漂移系數(shù)，靈敏度溫度漂移系數(shù)優(yōu)于0.05%/℃FS。
權(quán)利要求
1.一種由半導(dǎo)體力敏元件和腔體所組成的小型流體傳感器，其特征在于所說的力敏元件是采用整體硅杯結(jié)構(gòu)，將八個(gè)力敏電阻分布在(001)晶面上的<110>晶向上。所說的腔體外腔室是由端蓋(1)，緊固螺帽(2)，流體接口(3)，“O”型密封圈(4)，不銹鋼膜片(5)所組成。所說的力敏元件的固定方式是由“O”型密封圈(9)、(10)，通過壓板(11)，固定在腔體上。A八個(gè)力敏電阻中有四個(gè)分布在0.8～0.98r之間，有四個(gè)分布在0.5～0.6r之間(r指硅杯半徑)。B將不銹鋼膜片(5)，直接壓焊在腔體的端蓋(1)上。C把流體接口(3)采用與不銹鋼膜片(5)直徑相近的壓緊螺帽和端蓋(1)相接。
2.按照權(quán)利要求
1所述的小型流體傳感器，其特征在于所說的八個(gè)力敏電阻進(jìn)行四次組合選擇，從中選擇出參數(shù)為最佳的一組。
專利摘要
本發(fā)明屬于壓力測量技術(shù)領(lǐng)域：
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文檔編號(hào)G01L9/06GK85102765SQ85102765
公開日1986年8月13日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者牛德芳, 高鑫, 胡靜山, 周麗芳 申請(qǐng)人:大連工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan