一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)及安裝方法
【專利摘要】一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)及安裝方法，它涉及傳感器測量領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)及安裝方法。本發(fā)明為解決現(xiàn)有填充陶瓷結(jié)構(gòu)中，壓力芯片和溫度芯片安裝在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的同一側(cè)，由于兩個芯片是橫向安裝，使得傳感器的整體尺寸較大，不方便操作，而且由于溫度芯片安裝中引線的要求，填充陶瓷結(jié)構(gòu)中安裝溫度芯片的內(nèi)槽需要加工的很深，硅油的填充量大，導(dǎo)致溫度壓力復(fù)合傳感器測量精度低的問題。本發(fā)明所述壓力芯片安裝在第一安裝槽內(nèi)，填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面的中心處設(shè)置有第二安裝槽，溫度芯片安裝在第二安裝槽內(nèi)，且壓力芯片和溫度芯片沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的中心軸線垂直對稱。本發(fā)明用于傳感器測量領(lǐng)域。
【專利說明】一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)及安裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器測量領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)及安裝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的溫度壓力復(fù)合傳感器有一種是將鉑膜溫度芯片和硅壓阻式芯片近距離的裝配在充油芯體內(nèi)，芯片通過共晶焊或粘接的方式將其焊接在管座上，溫度芯體通過氬弧焊接引出，壓力芯體通過金絲球焊接引出，進(jìn)行真空充油后，通過波紋膜膜片感受壓力和溫度信號。早期的裸芯片式壓力傳感器由于不能適應(yīng)有油污、粉塵、腐蝕等場合的使用，使壓力傳感器的使用范圍受到了極大的限制，充油式溫度壓力復(fù)合傳感器的工作原理是用波紋膜片感受壓力和溫度信號，之后再通過硅油將壓力和溫度信號傳遞到壓力敏感和溫度敏感芯片上，由于所填充的硅油只是起到壓力傳遞的作用，而硅油在受到溫度變化時由于熱脹冷縮會產(chǎn)生體積變化，該體積的變化將導(dǎo)致傳感器測量精度變差，因此采用在硅油內(nèi)利用填充陶瓷將硅油的體積占據(jù)，在不影響壓力傳遞的情況下，使腔體內(nèi)的硅油盡量少，而且要求所設(shè)計的填充陶瓷便于壓力芯片與溫度芯片的安裝與電極引出。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，充油式溫度壓力復(fù)合傳感器填充陶瓷將壓力芯片和溫度芯片安裝在陶瓷上面的同一側(cè)，并且兩個芯片橫向安裝，使得傳感器的整體尺寸較大，不方便操作，溫度芯片引線引出需要采用在管座的引線柱上繞2.5?3圈，用氬弧焊機將溫度芯片引線與引線柱焊在一起，為保證溫度芯片與管座引出的可靠性，溫度芯片的引線需要在管座的底部向上在管座的引線柱上纏繞，因此溫度芯片位置的陶瓷需要加工的較深，無法有效的減少硅油填充量，導(dǎo)致使用該種填充陶瓷的充油式溫度壓力復(fù)合傳感器受溫度影響較大，測量精度下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有填充陶瓷結(jié)構(gòu)中，壓力芯片和溫度芯片安裝在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的同一側(cè)，由于兩個芯片是橫向安裝，使得傳感器的整體尺寸較大，不方便操作，而且由于溫度芯片安裝中引線的要求，填充陶瓷結(jié)構(gòu)中安裝溫度芯片的內(nèi)槽需要加工的很深，硅油的填充量大，導(dǎo)致溫度壓力復(fù)合傳感器測量精度低的問題，進(jìn)而提出一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)及安裝方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)為圓盤形，填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端面的中心處設(shè)置有第一安裝槽，壓力芯片安裝在第一安裝槽內(nèi)，填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面的中心處設(shè)置有第二安裝槽，溫度芯片安裝在第二安裝槽內(nèi)，且壓力芯片和溫度芯片沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的中心軸線垂直對稱。
[0006]一種復(fù)合傳感器敏感芯體的安裝方法，包括溫度芯片的安裝、填充陶瓷結(jié)構(gòu)的安裝和壓力芯片的安裝；
[0007]步驟一、溫度芯片的安裝:
[0008]首先對溫度芯片進(jìn)行定位:制作一個與第二安裝槽尺寸一致的通透的模具，將該模具置于管座的圓形凹槽的中心位置，根據(jù)模具形狀在管座的圓形凹槽內(nèi)刻劃出一個定位框，取下模具；
[0009]其次將溫度芯片粘接在定位框內(nèi):將溫度芯片的引線留長10mm，其余長度剪掉，將一根牙簽的頭部削成扁平狀，牙簽頭部沾取硅油膠涂在定位框和第二安裝槽上，膠涂層要均勻，用鑷子夾取溫度芯片，使溫度芯片的背面置于定位框內(nèi)，壓緊按實，使溫度芯片四周均擠出膠液，然后進(jìn)行固化；
[0010]最后是溫度芯片的引線引出:用鑷子夾住溫度芯片的引線在管座的引線柱上繞2.5?3圈，用氬弧焊機將溫度芯片的引線與引線柱焊在一起；
[0011]步驟二、填充陶瓷結(jié)構(gòu)的安裝:將填充陶瓷結(jié)構(gòu)上除溫度芯片與引線柱以外的位置涂上一層耐硅油膠，將填充陶瓷的壓力芯片引線孔和溫度芯片引線孔的中心位置分別對準(zhǔn)管座上的相應(yīng)的引線柱的位置，將填充陶瓷結(jié)構(gòu)粘接在管座內(nèi)；
[0012]步驟三、壓力芯片的安裝:用鑷子夾住壓力芯片的兩端，將壓力芯片放置到第一安裝槽的中心位置，根據(jù)壓力芯片的形狀在第一安裝槽的相應(yīng)位置做好定位標(biāo)記，取出壓力芯片，用牙簽沾取耐硅油膠，涂在第一安裝槽的定位標(biāo)記的面積內(nèi)，再將壓力芯片放置在第一安裝槽的定位標(biāo)記內(nèi)，用按壓夾具按壓壓力芯片，將壓力芯片粘接在填充陶瓷結(jié)構(gòu)上端面的第一安裝槽內(nèi)。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將充油式溫度壓力復(fù)合傳感器填充陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計成雙面結(jié)構(gòu)，將壓力芯片安裝在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端端面，溫度敏感芯片安裝在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端端面，安裝溫度芯片的第二安裝槽不需要設(shè)計的太深，有效地減少了填充硅油的體積，同時利于溫度芯片引線在管座的底部向上在管座的引線柱上纏繞，在有效的減少填充硅油的體積的同時，避免了從上部安裝溫度芯片需要將溫度芯片引線壓向下部后再向上纏繞對引線的損傷，或者采用較深的溫度芯片安裝槽的弊端，提高了安裝的可靠性，有效的減少了填充硅油的體積，減少了硅油體積變化對敏感芯片帶來的誤差，與溫度芯片和壓力芯片安裝在陶瓷結(jié)構(gòu)的同一側(cè)的復(fù)合傳感器相比較，使傳感器的測量精度提高了一倍左右。
[0014]本發(fā)明在將溫度芯片與壓力芯片安裝在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上下兩個端面，溫度芯片與壓力芯片沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的中心軸垂直對稱，與溫度芯片和壓力芯片安裝在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的同一側(cè)的復(fù)合傳感器相比較，有效減小了填充陶瓷結(jié)構(gòu)的尺寸，從而使得傳感器的整體尺寸減小了一倍，方便操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的主視圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的B-B剖視圖；圖4是圖1的仰視圖；圖5是溫度芯片的粘接示意圖；圖6是壓力芯片的粘接示意圖；圖7是復(fù)合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖7說明本實施方式，本實施方式所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)為圓盤形，填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端面的中心處設(shè)置有第一安裝槽1，壓力芯片2安裝在第一安裝槽I內(nèi)，填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面的中心處設(shè)置有第二安裝槽3，溫度芯片4安裝在第二安裝槽3內(nèi)，且壓力芯片2和溫度芯片4沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的中心軸線垂直對稱。
[0017]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端面上沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的中心軸線設(shè)置對稱有多個壓力芯片引線孔5，且每個壓力芯片引線孔5均與第一安裝槽I連通。每個壓力芯片引線孔5與第一安裝槽I通過一條第一淺槽10連通，第一淺槽10設(shè)置在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端面，在滿足壓力芯片2安裝在較小的空間內(nèi)的同時，保證了引線與管座8的金屬殼體的絕緣引出，引線穿過壓力芯片引線孔5，一端與壓力芯片2連接，另一端與管座8上的引線柱9連接，引線可以粘接在第一淺槽10內(nèi)，避免了其他操作或者是管座8與填充陶瓷結(jié)構(gòu)之間的摩擦而對引線造成損傷，延長了引線的使用壽命，其中壓力芯片引線孔5的數(shù)量為四個。其他組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0018]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面上沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的軸線對稱設(shè)置多個溫度芯片引線孔6，且每個溫度芯片引線孔6均與第二安裝槽3連通。每個溫度芯片引線孔6與第二安裝槽3通過一條第二淺槽11連通，第二淺槽11設(shè)置在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面，在滿足溫度芯片4安裝在較小的空間內(nèi)的同時，保證了引線與管座8的金屬殼體的絕緣引出，引線穿過溫度芯片引線孔6，一端與溫度芯片4連接，另一端與管座8上的引線柱9連接，引線可以粘接在第一淺槽10內(nèi)，避免了其他操作或者是管座8與填充陶瓷結(jié)構(gòu)之間的摩擦而對引線造成損傷，延長了引線的使用壽命，其中溫度芯片引線孔6的數(shù)量為兩個。其他組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0019]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)上沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的厚度方向設(shè)置有注油孔7，注油孔7與第二安裝槽3連通。如此設(shè)置，保證了所填充的硅油可以在真空注油時充滿整個腔體。其他組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】一或二相同。
[0020]【具體實施方式】五:結(jié)合圖5、圖6和圖7說明本實施方式，本實施方式所述一種復(fù)合傳感器敏感芯體的安裝方法包括溫度芯片4的安裝、填充陶瓷結(jié)構(gòu)的安裝和壓力芯片2的安裝；
[0021]步驟一、溫度芯片4的安裝:
[0022]首先對溫度芯片4進(jìn)行定位:制作一個與第二安裝槽3尺寸一致的通透的模具，將該模具置于管座8的圓形凹槽的中心位置，根據(jù)模具形狀在管座8的圓形凹槽內(nèi)刻劃出一個定位框，取下模具；
[0023]其次將溫度芯片4粘接在定位框內(nèi):將溫度芯片4的引線留長10mm，其余長度剪掉，將一根牙簽的頭部削成扁平狀，牙簽頭部沾取耐硅油膠涂在定位框和第二安裝槽3上，膠涂層要均勻，用鑷子夾取溫度芯片4，使溫度芯片4的背面置于定位框內(nèi)，壓緊按實，使溫度芯片4四周均擠出膠液，然后進(jìn)行固化；
[0024]最后是溫度芯片4的引線引出:用鑷子夾住溫度芯片4的引線在管座8的引線柱9上繞2.5?3圈，用氬弧焊機將溫度芯片4的引線與引線柱9焊在一起；
[0025]步驟二、填充陶瓷結(jié)構(gòu)的安裝:將填充陶瓷結(jié)構(gòu)上除溫度芯片4與引線柱9以外的位置涂上一層耐硅油膠，將填充陶瓷的壓力芯片引線孔5和溫度芯片引線孔6的中心位置分別對準(zhǔn)管座8上的相應(yīng)的引線柱9的位置，將填充陶瓷結(jié)構(gòu)粘接在管座8內(nèi)；
[0026]步驟三、壓力芯片2的安裝:用鑷子夾住壓力芯片2的兩端，將壓力芯片2放置到第一安裝槽I的中心位置，根據(jù)壓力芯片2的形狀在第一安裝槽I的相應(yīng)位置做好定位標(biāo)記，取出壓力芯片2，用牙簽沾取耐硅油膠，涂在第一安裝槽I的定位標(biāo)記的面積內(nèi)，再將壓力芯片2放置在第一安裝槽I的定位標(biāo)記內(nèi)，用按壓夾具按壓壓力芯片2，將壓力芯片2粘接在填充陶瓷結(jié)構(gòu)上端面的第一安裝槽I內(nèi)。
[0027]本實施方式中，溫度芯片4的背面粘接在管座8上，溫度芯片4的正面設(shè)置在第二安裝槽3內(nèi)。溫度芯片4在粘接的過程中，注意膠不得沾在溫度芯片4的上表面、玻璃釉及引線上，將多余的膠液清除掉，避免妨礙后續(xù)安裝。
[0028]溫度芯片4的引線與引線柱9的焊接參數(shù)參考值為:起弧電流18±2A，焊接電流21±2A ;焊接時間I?3s ;氬氣流速不小于40ft3/h，其中，40ft3/h即40立方英尺每小時。
[0029]壓力芯片2在安裝過程中，用按壓夾具按壓壓力芯片2，操作中注意夾持壓力芯片2的力度，不要損壞壓力芯片2。
[0030]【具體實施方式】六:結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式所述溫度芯片4采用標(biāo)準(zhǔn)PtlOOO電阻，溫度芯片4為矩形，寬度為2mm，長度為4mm，厚度為8mm。如此設(shè)置，使用小型的溫度芯片4，保證了復(fù)合傳感器的整體尺寸的小型化，方便操作。其他組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
[0031]【具體實施方式】七:結(jié)合圖6說明本實施方式，本實施方式所述壓力芯片2采用SOI材料制作，壓阻式原理感壓，壓力芯片2的底部用靜電封接工藝封有玻璃。如此設(shè)置，采用SOI材料保證了復(fù)合傳感器壓力部分可以耐高溫，提高了傳感器的整體耐溫能力并使用底部玻璃進(jìn)行應(yīng)力隔離，可以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。其他組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
[0032]工作原理
[0033]根據(jù)靜電封接后的硅片及玻璃片的實際厚度以及安裝要求在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端面上加工第一安裝槽I，如玻璃厚度為0.5_，硅片厚度為0.525_時，考慮到粘接時膠的厚度，可加工1.6_深度的第一安裝槽1，為避免引線與安裝填充陶瓷結(jié)構(gòu)的管座8上部金屬波紋片之間連接而造成短路，在壓力芯片2與管座8上的引線柱9之間的引線部分加工淺溝，使得壓力芯片與壓力芯片引線孔連通，如采用直徑為0.3mm的金絲引出，深度可以為0.6mm，將壓力芯片2粘接在第一安裝槽I內(nèi)。
[0034]根據(jù)溫度芯片4的實際厚度以及安裝要求在填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面上加工第二安裝槽3，第二安裝槽3與溫度芯片引線孔6之間連通，方便溫度芯片4與管座8上的引線柱9之間的引線聯(lián)通，以便纏線和焊接安裝，溫度芯片4的引線通過氬弧焊接的方法引出到管座8的引線柱9上。
[0035]通過合理的距離設(shè)計，將溫度芯片4和壓力芯片2通過粘接的方法安裝到填充陶瓷結(jié)構(gòu)和管座8內(nèi)，利用氬弧焊接將波紋膜片焊接到管座8上，采用真空注油的方法向溫度壓力復(fù)合傳感器內(nèi)注入硅油，注油完成后進(jìn)行注油孔封堵，完成溫度壓力復(fù)合傳感器的整體制作。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)為圓盤形，填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端面的中心處設(shè)置有第一安裝槽(I)，壓力芯片(2)安裝在第一安裝槽(I)內(nèi)，填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面的中心處設(shè)置有第二安裝槽(3)，溫度芯片(4)安裝在第二安裝槽(3)內(nèi)，且壓力芯片(2)和溫度芯片(4)沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的中心軸線垂直對稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)的上端面上沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的中心軸線設(shè)置對稱有多個壓力芯片引線孔(5)，且每個壓力芯片引線孔(5)均與第一安裝槽(I)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)的下端面上沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的軸線對稱設(shè)置多個溫度芯片引線孔(6)，且每個溫度芯片引線孔(6)均與第二安裝槽(3)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種復(fù)合傳感器敏感芯體的填充陶瓷結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述填充陶瓷結(jié)構(gòu)上沿著填充陶瓷結(jié)構(gòu)的厚度方向設(shè)置有注油孔(7)，注油孔(7)與第二安裝槽⑶連通。
5.一種復(fù)合傳感器敏感芯體的安裝方法，其特征在于:所述一種復(fù)合傳感器敏感芯體的安裝方法包括溫度芯片(4)的安裝、填充陶瓷結(jié)構(gòu)的安裝和壓力芯片(2)的安裝； 步驟一、溫度芯片(4)的安裝: 首先對溫度芯片(4)進(jìn)行定位:制作一個與第二安裝槽(3)尺寸一致的通透的模具，將該模具置于管座(8)的圓形凹槽的中心位置，根據(jù)模具形狀在管座(8)的圓形凹槽內(nèi)刻劃出一個定位框，取下模具； 其次將溫度芯片(4)粘接在定位框內(nèi):將溫度芯片(4)的引線留長10mm，其余長度剪掉，將一根牙簽的頭部削成扁平狀，牙簽頭部沾取硅油膠涂在定位框和第二安裝槽(3)上，膠涂層要均勻，用鑷子夾取溫度芯片(4)，使溫度芯片(4)的背面置于定位框內(nèi)，壓緊按實，使溫度芯片(4)四周均擠出膠液，然后進(jìn)行固化； 最后是溫度芯片(4)的引線引出:用鑷子夾住溫度芯片(4)的引線在管座(8)的引線柱(9)上繞2.5?3圈，用氬弧焊機將溫度芯片(4)的引線與引線柱(9)焊在一起； 步驟二、填充陶瓷結(jié)構(gòu)的安裝:將填充陶瓷結(jié)構(gòu)上除溫度芯片(4)與引線柱(9)以外的位置涂上一層耐硅油膠，將填充陶瓷的壓力芯片引線孔(5)和溫度芯片引線孔(6)的中心位置分別對準(zhǔn)管座(8)上的相應(yīng)的引線柱(9)的位置，將填充陶瓷結(jié)構(gòu)粘接在管座(8)內(nèi)； 步驟三、壓力芯片(2)的安裝:用鑷子夾住壓力芯片(2)的兩端，將壓力芯片(2)放置到第一安裝槽(I)的中心位置，根據(jù)壓力芯片(2)的形狀在第一安裝槽(I)的相應(yīng)位置做好定位標(biāo)記，取出壓力芯片(2)，用牙簽沾取耐硅油膠，涂在第一安裝槽(I)的定位標(biāo)記的面積內(nèi)，再將壓力芯片(2)放置在第一安裝槽(I)的定位標(biāo)記內(nèi)，用按壓夾具按壓壓力芯片(2)，將壓力芯片(2)粘接在填充陶瓷結(jié)構(gòu)上端面的第一安裝槽(I)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種復(fù)合傳感器敏感芯體的安裝方法，其特征在于:溫度芯片(4)采用標(biāo)準(zhǔn)PtlOOO電阻，溫度芯片(4)為矩形，寬度為2mm，長度為4mm，厚度為8mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種復(fù)合傳感器敏感芯體的安裝方法，其特征在于--壓力芯片(2)采用SOI材料制作，壓阻式原理感壓，壓力芯片(2)的底部用靜電封接工藝封有玻璃。
【文檔編號】G01D21/02GK104501878SQ201510038604
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月26日
【發(fā)明者】田雷, 尹延昭, 吳紫峰, 苗欣, 吳佐飛, 丁文波, 李玉玲, 王明偉, 劉志輝 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所