專利名稱:半導(dǎo)體壓力傳感器的制作方法
本發(fā)明涉及到半導(dǎo)體壓力傳感器，更具體地講，本發(fā)明適合使用在測(cè)定油壓力的半導(dǎo)體傳感器，例如傳送油壓和在汽車中傳送發(fā)動(dòng)機(jī)油壓，或者在建筑機(jī)械中，傳送幾百個(gè)大氣壓的高壓液體壓力。
過去通常使用的壓力傳感器的類型是使用一個(gè)密封膜片，其結(jié)構(gòu)是將壓力通過一種液體，例如硅油，傳送到一個(gè)擴(kuò)散型應(yīng)變計(jì)的薄片上。
這種人們所知的常用的壓力傳感器，例如在1972年10月10日美國頒發(fā)的序號(hào)為3，697，919的專利，其標(biāo)題為“半導(dǎo)體壓力傳感器結(jié)構(gòu)”。在這種通常使用的壓力傳感器中，應(yīng)變計(jì)的薄片與被測(cè)的物體相絕緣，因此，壓力傳感器具有極好的腐蝕電阻。另外，由于壓力是加在應(yīng)變計(jì)的表面上，因此，壓力是沿著應(yīng)變計(jì)被壓縮的方向上作用在應(yīng)變計(jì)的結(jié)合部位，其結(jié)果，使壓力傳感器能夠承受高壓的作用。在上述類型的結(jié)構(gòu)中，用密封硅油或其他油類的方法使可靠性受到影響。為了維護(hù)油的密封性，有必要把一個(gè)密封膜緊密地焊接起來，以形成密閉放置應(yīng)變計(jì)薄片的凹槽。為了得到高可靠性，要求有高質(zhì)量的焊接技術(shù)和幾乎不會(huì)產(chǎn)生砂眼的材料。
為此，實(shí)踐中常常使用一種真空熔體材料，諸如SuS304或SuS316做為壓力傳感器中的金屬部分，并且在真空里使用電子束焊接法進(jìn)行焊接，因此，可以用碾壓SuS304或SuS316材料制成的密封膜，然后再將它緊密地焊接起來。
然而，使用上述結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，需要使用昂貴的焊接設(shè)備，在使用該焊接設(shè)備時(shí)可操作性比較低，而且供使用的材料也受到限制。由于這些理由，具有這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器存在著許多缺點(diǎn)，花費(fèi)也多。另外，由于應(yīng)變計(jì)薄片很容易受熱的影響，其可靠性也容易變低。
從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，放置傳感器的地方，例如在汽車?yán)?，必須發(fā)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)，才能在降低成本和維持其高度可靠性的前提下，大批量地制造壓力傳感器。尤其近年來，不斷提出用電子學(xué)控制油壓的要求，從而有必要迅速地發(fā)展一種小型化的、高可靠性的、低成本的壓力傳感器，用來測(cè)定油壓，并使用電子學(xué)技術(shù)控制其傳輸，以及用油壓控制汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，或者在液壓結(jié)構(gòu)挖土機(jī)中測(cè)定油壓。
本發(fā)明的目的是提供一種具有高可靠性的半導(dǎo)體壓力傳感器。
從下面詳細(xì)敘述本發(fā)明的最佳實(shí)施方案中明顯地看到，本發(fā)明的特征在于把一個(gè)密封膜夾在一個(gè)其中裝有半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的腔體上，用一個(gè)具有壓力傳遞孔的金屬園盤在它的外圍部位上用一種塑料流體材料密封住半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)。
由于在金屬園盤上用了塑料流體，本發(fā)明就可能避免在密封膜片上出現(xiàn)砂眼，不再需要使用特殊的熱阻材料。例如用SuS304或SuS316，這種材料在連接密封膜和外殼體的熱處理中是必需的。根據(jù)本發(fā)明，可以防止密封膜和裝有半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的腔體之間的密封處產(chǎn)生的漏油問題，并且防止由于漏油引起半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的污染。
因此，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高可靠性的目的。
圖1表示本發(fā)明的一種實(shí)施方案;
圖2是圖1所示發(fā)明的基本部位的放大視圖。
參見圖1，具有螺旋部位1的一個(gè)金屬部件2，在金屬部件2的底端靠近螺旋部位的側(cè)邊設(shè)計(jì)一個(gè)凹槽室，在凹槽室的中心部位放置一個(gè)應(yīng)變計(jì)芯片4，其中，將應(yīng)變計(jì)芯片4焊接到用硼硅酸鹽玻璃制成的一個(gè)支撐物23上。進(jìn)一步，用一根導(dǎo)線8，通過應(yīng)變計(jì)芯片4和螺旋部位1之間的一個(gè)密封通孔18，使導(dǎo)線8與金屬部件2絕緣。一根金絲7把應(yīng)變計(jì)芯片4和導(dǎo)線8的端點(diǎn)連接起來。另一方面，將一個(gè)外殼體10裝設(shè)在金屬部件2的另一端。把一個(gè)具有溫度補(bǔ)償和輸出放大功能的電路板9安裝在腔體10的內(nèi)部。并將導(dǎo)線8連接到電路板9上。
另一方面，把一個(gè)密封膜片3緊密地焊接到凹槽室的頂部。并且將密封膜片3封住的凹槽室內(nèi)抽成真空，密封住硅油5。密封薄膜3是用薄的不銹鋼SuS304制成的，其厚度為0.05毫米的數(shù)量級(jí)，并形成瓦垅狀。設(shè)計(jì)一個(gè)具有壓力傳送孔20的平板6，用來起保護(hù)密封膜片3的作用。
參見圖2，其中詳細(xì)表明面板6和金屬部件2之間的焊接面，在用來放置應(yīng)變計(jì)芯片4的凹槽室22內(nèi)，設(shè)計(jì)了一個(gè)臺(tái)階C。進(jìn)一步在金屬部件2的內(nèi)側(cè)周圍的表面上做成三個(gè)微細(xì)的溝槽21。在此情況下，密封膜片3是采用一種厚度為0.05毫米的滾軋材料SuS304制成的，這與通常使用的那種相似，并把膜片3放置在臺(tái)階平面部位C上，用這種方式封閉住凹槽室。然后，將具有壓力傳遞孔20的面板6放置在密封膜片3上，以此方式夾住密封膜片3。沖壓平板6的外部周圍D，使其形成0.3-0.4毫米的沖壓寬度，然后把面板6用塑料流體將其連接到在金屬部件2上面制成的微細(xì)溝槽21上。在這種情況下當(dāng)使用冷滾軋?zhí)间摫∑鰹槠桨?的材料時(shí)，使用0.45%碳鋼或AISI1045做為制造金屬部件2的材料。另外，金屬部件2和平板6都鍍上一層鎳，用來改進(jìn)其抗腐蝕性。此外，關(guān)于溝槽21的尺寸，溝槽深度為0.05-0.15毫米，三個(gè)溝槽都單獨(dú)地排列在金屬部件2內(nèi)壁的整個(gè)園周上，溝槽的間距為0.15-0.3毫米，從而使平板6和金屬部件2在對(duì)應(yīng)變計(jì)芯片4沒有施加任何壓力就緊密的連接在一起。另外，面板6的厚度與它的外部園周相關(guān)。因此，面板6的厚度適宜用下列各組數(shù)值面板6的厚度為0.5毫米時(shí)，其外側(cè)直徑為10毫米或稍小于10毫米;面板6的厚度為0.6毫米時(shí)，其外側(cè)直徑為12毫米面板6的厚度為1.0毫米時(shí)，其外側(cè)直徑為20毫米?？刂茐合蛎姘?的壓力是以140-180千克/毫米2的表面壓力表示的。這樣做的結(jié)果，面板6被緊緊地連接到具有上述0.3-0.4毫米沖壓寬度的溝槽21上，從而可以在面板6和金屬部件2之間的粘結(jié)面上用這個(gè)粘結(jié)力，牢牢地夾住密封膜片3。
從上面的敘述中會(huì)清楚地看到，根據(jù)本發(fā)明就能把金屬部件的材料從傳統(tǒng)上使用的真空熔化材料，例如SuS304或316，改變成使用普通鋼材，例如用0.45%的碳鋼。
再者，由于液壓機(jī)足夠做為連接裝置，因此有可能使用這種簡單的夾緊裝置大量地生產(chǎn)半導(dǎo)體壓力傳感器。另外，由于對(duì)應(yīng)變計(jì)芯片沒有任何熱影響，因此有可能進(jìn)一步使壓力傳感器的尺寸減小，并改進(jìn)其可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體壓力傳感器有一個(gè)外殼體，其中具有一個(gè)用來封裝半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的腔室，一個(gè)密封薄膜緊緊地密閉住上述腔室，用密封油充入上述密封薄膜和上述腔室中間的空間里，其特征在于具有一個(gè)壓力傳遞孔的面板外圍上，用塑料流體材料在腔室的外圍部位將上述密封膜緊緊地密封在上述腔室上。
2.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于上述外殼體的材料是0.45%的碳鋼，上述面板的材料是冷滾軋?zhí)间撈?br>3.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于上述半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)是通過硼硅酸鹽玻璃裝設(shè)在上述外殼體上的。
4.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于上述外殼體在上述腔室中有一個(gè)臺(tái)階，在上述臺(tái)階的平表面和上述面板之間，用140-180千克/毫米2的壓力，將上述面板夾在上述臺(tái)階的周圍部位上。
5.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于上述面板制成盤狀，上述外殼體在上述腔體中有一臺(tái)階，在上述臺(tái)階內(nèi)側(cè)周圍部位上有許多微細(xì)的溝槽，上述溝槽的間距為0.15-0.25毫米，溝槽的深度為0.03-0.08毫米，其中使用塑料液體將上述薄板與上述溝槽相結(jié)合。
6.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于從上述腔室的底部到與其相對(duì)的上述外殼體的對(duì)面表面上形成一個(gè)通孔，把一根引出半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)信號(hào)的導(dǎo)線桿緊緊地封密在上述通孔里。
7.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于上述腔室包括一個(gè)在上述外殼體的一側(cè)表面上形成的凹槽腔室。
專利摘要
一個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)放置在外殼體的凹槽腔室中。在凹槽腔室內(nèi)有一個(gè)臺(tái)階，在臺(tái)階的內(nèi)壁周圍部位上有微細(xì)的溝槽。在具有傳遞壓力孔的金屬盤外部周圍，使用塑料流體封裝的方法，將金屬盤夾到微細(xì)的溝槽上。在臺(tái)階的平面部位放上密封薄膜之后，從而將密封薄膜緊緊地封住凹槽腔室。
文檔編號(hào)G01C9/04GK85105726SQ85105726
公開日1987年3月4日 申請(qǐng)日期1985年7月27日
發(fā)明者武田次郎, 市川范男, 鶴岡一廣 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan