專利名稱：一種硅壓阻壓力傳感器芯體及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，具體的說是一種硅壓阻壓力傳感器芯體及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前通用工藝生產(chǎn)的硅壓阻壓力傳感器注油芯體采用比較普及的硅壓阻壓力傳感器生產(chǎn)工藝，外徑為Φ 19mm,承載壓力傳感器芯片的注油腔體高度普遍大于2mm，直徑 1 Imm,波紋膜片厚度25 μ m 50 μ m，波紋膜片有效感壓面直徑Φ 16mm。這樣的結(jié)構(gòu)，硅橡膠粘接厚度大；陶瓷座設(shè)計不適宜自動鍵合；鍵合拱絲較高；注油腔體較大，硅油注入量多， 溫度變化引起的硅油縮脹較大。因此只能生產(chǎn)35kPa IOOMPa硅壓阻壓力傳感器注油芯體，無法滿足lOltfa及以下小量程硅壓阻壓力傳感器的封裝要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硅壓阻壓力傳感器芯體。本發(fā)明的另一個目的是提供一種體積小、重量輕、輸出靈敏度高小量程的硅壓阻壓力傳感器芯體的生產(chǎn)方法，以解決現(xiàn)有硅壓阻壓力傳感器注油芯體中存在的硅橡膠粘接厚度大、陶瓷座設(shè)計不適宜自動鍵合、注油多，無法生產(chǎn)IOkPa以下小量程的問題。本發(fā)明硅壓阻壓力傳感器芯體結(jié)構(gòu)如下一種硅壓阻壓力傳感器芯體，包括芯體座體、玻璃絕緣子、通氣孔、引線、注油腔，所述芯體座體中心設(shè)有凹坑，所述注油腔中設(shè)有所述芯片陶瓷座，芯片陶瓷座上設(shè)有傳感器芯片，所述注油腔高度為0. 8mm 1. 2mm，所述注油腔內(nèi)徑為18mm，所述傳感器芯片上的金絲引線的高度為0. 15mm 0. 25mm，所述傳感器芯片上方設(shè)有波紋膜片，所述波紋膜片上設(shè)有焊接環(huán)；所述芯片陶瓷座高度為0. 6mm 1.0mm;獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使鍵合區(qū)域更平滑，適合自動鍵合。芯片陶瓷座的作用是防止鍵合絲變形及鍵合絲同波紋膜片接觸；減少腔體內(nèi)注油量。所述波紋膜片厚度為ΙΟμπι 20 μ m，直徑Φ 18. 4mm，焊接后有效感壓面直徑Φ 18mm。本發(fā)明一種硅壓阻壓力傳感器芯體的生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟
A.清洗
關(guān)鍵材料芯體座
1. 1把芯體座放在配置好的清洗液中超聲清洗15分鐘，然后依次用冷-熱-冷去離子水各沖洗10分鐘，再將清洗好的芯體座放入紅外燈烘箱中烘干； 1. 2超聲芯體座時一次不超過200只，以免影響清洗效果；
1.3已清洗的芯體座、陶瓷墊和316L波紋膜片要放入專用器具中并存儲于可控的凈化區(qū)域里；存儲時間不超過48小時，如超過，則在下次使用前必須清洗；
B.芯片粘接
關(guān)鍵材料室溫硫化硅橡膠
為了保證點膠均勻，不產(chǎn)生溢膠，粘接性能好，選用南大704室溫硫化硅橡膠，南大 704室溫硫化硅橡膠是一種單組分、室溫固化粘接劑，其性能滿足壓力傳感器芯片的粘接要求；
2. 1將室溫硫化硅橡膠從管中擠入針管點膠器，控制點膠器進(jìn)度為1格，點膠量為 0. 5mm3 1mm3，將膠均勻涂在芯體座中央通氣孔周圍，根據(jù)傳感器芯片9大小涂點要適當(dāng)， 防止中心參考腔和通氣孔堵塞；
2. 2用鑷子將檢驗合格的傳感器芯片夾好，按鍵合圖標(biāo)示的管腳排列方向，準(zhǔn)確而平整地放在點好的膠上，但必須保證芯片底部全部周邊可見硅橡膠，防止沾污芯片；
2. 3粘接芯片陶瓷座，陶瓷座底部涂覆少量硅橡膠，將芯片陶瓷座套粘在芯片及鍵合引 ^^ —t-
2. 4裝好后送檢驗鏡檢；
2.5將鏡檢合格的產(chǎn)品放入搪瓷盒內(nèi)進(jìn)行固化，溫度為室溫，時間M小時；
C.鍵合
關(guān)鍵原材料鍵合絲，采用Φ =25 μ m金鍵合絲，拱絲的高度控制在0. 15mm 0.25mm; 既滿足產(chǎn)品輸入、輸出參數(shù)要求，又有良好的鍵合性能，滿足傳感器工藝對鍵合強(qiáng)度的要求，性能可靠；
采用KS1488全自動鍵合機(jī)，適合加裝注油芯體座，溫度恒溫自動控制，設(shè)定參數(shù)自動模式鍵合、拱絲，通過參數(shù)調(diào)整，可有效的控制鍵合位置，拱絲高度等；
D.波紋膜片焊接
4.關(guān)鍵設(shè)備激光焊接機(jī)
4. 1波紋膜片采用厚度為15 μ m的316L波紋膜片沖壓成型去應(yīng)力后使用；
4. 2打開循環(huán)水水泵開關(guān)，保證激光焊機(jī)冷卻良好；
4. 3逆時針旋轉(zhuǎn)打開氬氣瓶減壓閥開關(guān)，調(diào)節(jié)減壓閥閥門，將氬氣流量控制在6L/min 內(nèi)，并將出口對準(zhǔn)焊接件焊縫；
4. 4將芯體散熱定位專用夾具裝夾于焊機(jī)三爪卡盤處，并進(jìn)行找正，利用波紋膜片、焊接環(huán)散熱定位專用夾具將粘接好芯片燒結(jié)座、波紋膜片、焊接環(huán)裝夾于焊機(jī)上，用頂尖頂緊，待焊；
4. 5打開焊機(jī)電源開關(guān)，各焊接參數(shù)設(shè)定為；脈寬35ms ；頻率60Hz ；功率160Amp ；轉(zhuǎn)速:40r/min ；
4. 6開啟激光焊機(jī)工作臺橫向運動，使激光點對準(zhǔn)待焊焊縫，調(diào)節(jié)激光焦距，對準(zhǔn)待焊焊縫進(jìn)行焊接；
4.7用顯微鏡目檢和氣檢兩種方式對焊縫進(jìn)行檢漏；
E.真空注油
真空注油機(jī)注油機(jī)采用硅油處理室和注油室雙腔室設(shè)計；其性能滿足高真空注油的需
要；
5.1硅油處理室的作用是進(jìn)行硅油脫氣脫水處理，設(shè)計有溫度加熱控制、攪拌功能；溫度控制在恒溫120°C ；攪拌轉(zhuǎn)速為每分鐘60 100次；真空度達(dá)到10’a，硅油處理120分鐘，使其充分脫氣脫水；
5. 2注油室的作用是完成芯體高真空注油；首先，對芯體座進(jìn)行高真空處理，注油室保持恒溫120°C，真空度達(dá)到5X10_4Pa以上保持120分鐘，使芯體座內(nèi)部形成高真空；然后打開硅油閥門，使硅油通過管道流入芯體座注油腔，流滿后關(guān)閉硅油閥門；注油室溫度降為80°C，繼續(xù)抽真空60分鐘后停止，經(jīng)緩慢放氣后取出芯體；
5. 3封注油孔，芯體座保持溫度恒定在80°C，將密封銷釘沉入注油孔，采用點焊機(jī)焊接密封；
5. 4將芯體放入汽油，超聲清洗5分鐘，酒精脫油后進(jìn)入高溫儲存；
F.高溫儲存
芯體放入120°C高溫烘箱儲存48小時，然后自然冷卻至室溫；
G.疲勞試驗
芯體加入疲勞試驗機(jī)，壓力設(shè)定為芯體量稱的70%，加壓次數(shù)設(shè)定為1000次，加壓頻率為每分鐘30次；開起設(shè)備，由試驗機(jī)自動完成疲勞試驗；
H.打印
采用激光打標(biāo)機(jī)打印芯體型號、量程、編號；
I.自動溫度補(bǔ)償
自動溫度補(bǔ)償系統(tǒng)采用恒流源1.5mA給每個傳感器芯體供電，溫度補(bǔ)償范圍為-10°C 80°C范圍內(nèi)的任意溫度區(qū)間，補(bǔ)償參數(shù)包括零點溫漂、靈敏度溫漂、零點輸出； 9. 1將待補(bǔ)償芯體裝入可拔插加壓加具，接上數(shù)據(jù)采集插座，在室溫、高溫、低溫分別自動測試零壓力、滿量稱壓力下構(gòu)成惠斯通的四個電阻的阻值；
9. 2由計算機(jī)自動計算零點溫漂補(bǔ)償電阻值、靈敏度溫漂補(bǔ)償電阻值、零點輸出補(bǔ)償電阻值；
9. 3根據(jù)零點溫漂補(bǔ)償電阻值、靈敏度溫漂補(bǔ)償電阻值、零點輸出補(bǔ)償電阻值的阻值范圍，采用厚膜工藝設(shè)計印刷厚膜電阻，燒結(jié)形成厚膜電阻補(bǔ)償板；
9. 4按照自動補(bǔ)償系統(tǒng)計算的補(bǔ)償阻值，激光修調(diào)厚膜電阻補(bǔ)償板三個補(bǔ)償電阻并在電阻板記錄芯體編號；
9. 5按對應(yīng)編號將厚膜電阻陶瓷補(bǔ)償片焊接在芯體背面； J.測試
在傳感器自動測試系統(tǒng)完成零點輸出、線性、遲滯、重復(fù)性、零點溫漂、靈敏度溫漂測試，打印每個壓力傳感器芯體參數(shù)標(biāo)簽，裝盒即完成整個生產(chǎn)工藝。本發(fā)明所述的硅壓阻壓力傳感器注油芯體(以Φ 19mm為例)，其外徑外19.0-0. 1 mm;承載壓力傳感器芯片的腔體高度小于1.2mm，直徑11mm，彈性波紋膜片厚度10 μ m 20 μ m，波紋膜片有效感壓面直徑Φ 18mm。這樣的結(jié)構(gòu)，完全能夠封裝 IOkI3a硅壓阻壓力傳感器注油芯體，滿足IOUa及以下小量程硅壓阻壓力傳感器的封裝要求。硅壓阻壓力傳感器注油芯體具有優(yōu)良的線性度和高靈敏度輸出，由于體積小、重量輕、輸出靈敏度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，滿足現(xiàn)代壓力測量傳感器小型化及穩(wěn)定性要求，由于極低的價格，較高的精度和較好的線性特性，成為應(yīng)用最廣泛的壓力傳感器。廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制環(huán)境，如水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，對生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。應(yīng)用時裝入金屬殼體內(nèi)，配備相應(yīng)的信號處理電路，實現(xiàn)不同的信號輸出，達(dá)到壓力測量的目的。
圖1是本發(fā)明的壓力傳感器芯體座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的芯片陶瓷座的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2的俯視圖； 圖4是本發(fā)明傳感器芯體成品的剖面圖。
具體實施方式
下面的實施可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制發(fā)明。
圖1示出了本發(fā)明壓力傳感器芯體座的結(jié)構(gòu)示意圖，一種硅壓阻壓力傳感器芯體，包括芯體座體4、玻璃絕緣子12、通氣孔13、引線14、注油腔15，主要設(shè)計參數(shù)如下 外徑Φ 190_0.05 ；高度:15士0. 1 ；引腳間距2. 54士0. 10 ；可粘片腔體尺寸(4. 6士0. 1) X (4. 2士0. 1)；可鍵合腔體尺寸(Φ 7. 8士0.1) X (0.4士0.05)；芯體座體4中心設(shè)有凹坑 16，注油腔15中設(shè)有芯片陶瓷座8，芯片陶瓷座8上設(shè)有傳感器芯片9，注油腔15高度為 0. 8mm 1. 2mm，注油腔15內(nèi)徑為18mm，傳感器芯片9上的金絲引線10的高度為0. 15mm 0. 25mm，傳感器芯片9上方設(shè)有波紋膜片2，波紋膜片2上設(shè)有焊接環(huán)1，芯片陶瓷座8高度為0.6mm 1.0mm;獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使鍵合區(qū)域更平滑，適合自動鍵合。陶瓷座尺寸在 (Φ10. 8mm-0. 1mm)X (0. 6mm 1. 0mm)之間。不同量程產(chǎn)品，陶瓷座的厚度可以不同。芯片陶瓷座的作用是防止鍵合絲變形及鍵合絲同波紋膜片接觸；減少腔體內(nèi)注油量。所述波紋膜片2厚度為10 μ m 20 μ m，直徑Φ 18. 4mm,焊接后有效感壓面直徑Φ 18_。
圖4是本發(fā)明傳感器芯體成品的剖面圖，包括“0”型密封圈5、陶瓷墊塊6、陶瓷補(bǔ)償板7。
實施例1 CYX19-10G壓力傳感器芯體 CYX19-IOG壓力傳感器芯體外形尺寸，單位mm 外徑Φ19°_α(ι5;高度:15 士 0. 1 ； 引腳間距:2.10 ；可粘片腔體尺寸4.6±0.1X4.2±0.1; 可鍵合腔體尺寸(Φ 7. 8士0.1) X (0.4士0.05); 注油腔高度1.2mm; 波紋膜片彈性形變面直徑Φ 18mm Α.清洗 關(guān)鍵材料芯體座壓力傳感器注油芯體座采用316L不銹鋼材料加工，引線采用4Ε9或4J34鐵鈷鎳合金，引線表面鍍金層采用99. 7%以上的電鍍金，并且只用鈷作硬化劑，鍍金工藝是在電鍍鎳層或化學(xué)鍍鎳層上進(jìn)行，鍍金層厚度> 0. 3 μ m，引線與不銹鋼外殼之間采用玻璃絕緣子燒結(jié)密封絕緣，具有良好的耐溫、耐壓、密封能力。
1. 1把芯體座放在配置好的清洗液中超聲清洗15分鐘，然后依次用冷-熱-冷去離子水各沖洗10分鐘，再將清洗好的芯體座放入紅外燈烘箱中烘干。
1. 2超聲芯體座時一次不超過200只，以免影響清洗效果。
1.3已清洗的芯體座、陶瓷墊和316L波紋膜片要放入專用器具中并存儲于可控的凈化區(qū)域里；存儲時間不超過48小時，如超過，則在下次使用前必須清洗。
(1)芯片粘接關(guān)鍵材料室溫硫化硅橡膠為了保證點膠均勻，不產(chǎn)生溢膠，粘接性能好，選用南大704室溫硫化硅橡膠。南大704 室溫硫化硅橡膠是一種單組分、室溫固化粘接劑，其性能滿足壓力傳感器芯片的粘接要求。
2. 1將室溫硫化硅橡膠從管中擠入針管點膠器，控制點膠器進(jìn)度為1格，點膠量為0. 5mm3 1mm3，將膠均勻涂在芯體座中央通氣孔周圍。根據(jù)傳感器芯片9的大小涂點要適當(dāng)，防止中心參考腔和通氣孔堵塞。
2. 2用鑷子將檢驗合格的傳感器芯片夾好，按鍵合圖標(biāo)示的管腳排列方向，準(zhǔn)確而平整地放在點好的膠上，但必須保證芯片底部全部周邊可見硅橡膠，防止沾污芯片。
2. 3粘接芯片陶瓷座。陶瓷座底部涂覆少量硅橡膠，將芯片陶瓷座套粘在芯片及鍵合引線上。
2.4裝好后送檢驗鏡檢。
2. 5將鏡檢合格的產(chǎn)品放入搪瓷盒內(nèi)進(jìn)行固化，溫度為室溫，時間M小時。
CYX19-IOG 芯體座粘片區(qū)腔體尺寸為(4. 6mm士0. lmm) X (4. 2mm士0. Imm)，腔體深度為1.2mm士0. 1 mm。而有些壓力傳感器的芯片尺寸較厚，采用在芯體座粘片位置凹坑的辦法解決高度不夠的問題。
對于較厚的芯片，直接粘片、鍵合非常困難。如一種芯片的厚度為2300 μ m，以它為基準(zhǔn)來進(jìn)行一下理論分析。CYX19-10G芯體座腔體深度為1200μπι士 IOOym，鍵合所采用的鍵合絲為Φ25 μ m金絲，設(shè)計要求波紋膜片與金絲拱絲的最高點的距離至少要保持 150 μ m,拱絲的高度控制在250 μ m以內(nèi)，為實現(xiàn)可鍵合性操作，降低自動鍵合難度，減少注油量，要嚴(yán)格控制凹坑的深度和室溫硫化硅橡膠厚度。
①芯片粘接過程中的硅橡膠厚度控制壓力傳感器芯體內(nèi)部的注油腔體高度直接影響產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定性，硅橡膠的厚度、均勻性會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生較大影響，同時還影響著鍵合拱絲高度的控制。通過理論分析和大量的試驗得出，硅橡膠的點膠量在0. 5mm3 1mm3，厚度控制在45 μ 65 μ m之間。這樣既保障芯片粘接的強(qiáng)度，減小外界應(yīng)力對芯片的影響，又能給鍵合留出更大的拱絲空間。
②凹坑深度的設(shè)計控制芯體座在加工時根據(jù)壓力傳感器芯片的厚度，確定中心粘芯片位置的凹坑深度，以達(dá)到既滿足工藝要求，又能最大限度減小注油腔體高度的目的。經(jīng)過探索確定出了比較合理的一組數(shù)據(jù)，以2300 μ m厚度芯片為例，通過下列算式計算出凹坑的深度凹坑的深度=芯片厚度+硅橡膠厚度+拱絲高度+波紋膜片與金絲距離-腔體深度將數(shù)據(jù)代入上式可以求出凹坑的深度為1600 μ m士 100 μ m的范圍之內(nèi)。
③粘接芯片陶瓷座芯片陶瓷座設(shè)計尺寸為(Φ 10. 8mm-0. lmm) X (1. Omm士0. 05mm)，底部涂覆少量硅橡膠， 將芯片陶瓷座套粘在芯片及鍵合引線上。芯片陶瓷座的作用是防止鍵合絲變形及同波紋膜片接觸；減少腔體內(nèi)注油量。
(2)鍵合工藝CYX19-IOG芯體腔體內(nèi)空間有限，腔體內(nèi)可鍵合區(qū)尺寸為Φ7. 8mmX0. 50mm,采用KS1488全自動鍵合機(jī)，適合加裝注油芯體座，溫度恒溫自動控制，設(shè)定參數(shù)自動模式鍵合、拱絲。通過參數(shù)調(diào)整，可有效的控制鍵合位置，拱絲高度等。
調(diào)整好功率、壓力、時間，調(diào)節(jié)好顯微鏡，用芯體座試壓，待鍵合點符合要求，拉力達(dá)到附表要求，即可按圖紙要求進(jìn)行鍵合。鍵合參數(shù)如下設(shè)備型號KS1488Westbond7476E鍵合絲規(guī)格Φ 25 μ mΦ 25 μ m鍵合絲延展率2-8%1-4%鍵合絲生產(chǎn)商K&SK&S送線方式90°45°鍵合功率40mW IOOmW250mW 3IOmW鍵合時間IOms 15ms30ms 35ms鍵合壓力20g 65g20g 35g鍵合強(qiáng)度范圍6g 14g6g 20g3. 2注意內(nèi)鍵合點上的金絲，一定要拉起適當(dāng)弧度，防止塌絲短路。
3.3鍵合時注意劈刀運行軌跡，避免劃傷芯片鋁層。
3.4將鍵合好的傳感器送檢驗鏡檢。
3. 5鏡檢合格者，放進(jìn)高溫烘箱存放。
低弧度、短距離拱絲技術(shù)鍵合絲拱絲距離短，CYX19-10G芯體拱絲長度范圍為 1. Omm 1. 9mm ；弧高為0. 25mm ；同時由于芯片鍵合區(qū)與波紋膜片距離僅為0. 45mm。拱絲稍高，可能在加壓時出現(xiàn)鍵合絲波紋膜片相接觸的短路現(xiàn)象；太低，又無法保證可靠性。鍵合時嚴(yán)格設(shè)定鍵合工藝參數(shù)，保證鍵合的一致性。由于腔體內(nèi)空間狹小，對于低弧度跨距鍵合，在鍵合過程中，嚴(yán)格控制劈刀運動軌跡和鍵合參數(shù)，保證了鍵合壓點的可靠性、弧度高低一致性。
(3)波紋膜片焊接①打開循環(huán)水水泵開關(guān)，保證激光焊機(jī)冷卻良好。
②逆時針旋轉(zhuǎn)打開氬氣瓶減壓閥開關(guān)，調(diào)節(jié)減壓閥閥門，將氬氣流量控制在6L/ min內(nèi)，并將出口對準(zhǔn)焊接件焊縫。
③將芯體散熱定位專用夾具裝夾于焊機(jī)三爪卡盤處，并進(jìn)行找正，利用波紋膜片、 焊接環(huán)散熱定位專用夾具將粘接好芯片燒結(jié)座、波紋膜片、焊接環(huán)裝夾于焊機(jī)上，用頂尖頂緊，待焊。
④打開焊機(jī)電源開關(guān)，各焊接參數(shù)設(shè)定為；脈寬35ms ；頻率60Hz ；功率 160Amp ；轉(zhuǎn)速40r/min。
⑤開啟激光焊機(jī)工作臺橫向運動，使激光點對準(zhǔn)待焊焊縫，調(diào)節(jié)激光焦距，對準(zhǔn)待焊焊縫進(jìn)行焊接。
⑥用顯微鏡目檢和氣檢兩種方式對焊縫進(jìn)行檢漏。
(4)真空注油真空注油機(jī)采用硅油處理室和注油室雙腔室設(shè)計。其性能滿足高真空注油的需要。
①硅油處理室的作用是進(jìn)行硅油脫氣脫水處理。設(shè)計有溫度加熱控制、攪拌功能。 溫度控制在恒溫120°C ；攪拌轉(zhuǎn)速為每分鐘60次；真空度達(dá)到10’a，硅油處理120分鐘， 使其充分脫氣脫水。
②注油室的作用是完成芯體高真空注油。首先，對芯體座進(jìn)行高真空處理，注油室保持恒溫120°C，真空度達(dá)到5X 以上保持120分鐘，使芯體座內(nèi)部形成高真空；然后打開硅油閥門，使硅油通過管道流入芯體座注油腔，流滿后關(guān)閉硅油閥門；注油室溫度降為 80°C，繼續(xù)抽真空60分鐘后停止，經(jīng)緩慢放氣后取出芯體。
③封注油孔。芯體座保持溫度恒定在80°C，將密封銷釘沉入注油孔，采用點焊機(jī)焊接密封。
④將芯體放入汽油，超聲清洗5分鐘，酒精脫油后進(jìn)入高溫儲存。
(5)高溫儲存芯體放入120°C高溫烘箱儲存48小時，然后自然冷卻至室溫。
(6)疲勞試驗芯體加入疲勞試驗機(jī)，壓力設(shè)定為IOkPa,加壓次數(shù)設(shè)定為1000次，加壓頻率為每分鐘 30次。開起設(shè)備，由試驗機(jī)自動完成疲勞試驗。
(7)打印采用激光打標(biāo)機(jī)打印芯體型號CYX19-10G、量程0 lOkPa、編號。
(8)自動溫度補(bǔ)償①將CYX19-10G芯體裝入可拔插加壓加具，接上數(shù)據(jù)采集插座。在室溫、高溫、低溫分別自動測試零壓力、滿量稱壓力下構(gòu)成惠斯通的四個電阻的阻值。
②由計算機(jī)自動計算零點溫漂補(bǔ)償電阻值、靈敏度溫漂補(bǔ)償電阻值、零點輸出補(bǔ)償電阻值。
③根據(jù)零點溫漂補(bǔ)償電阻值、靈敏度溫漂補(bǔ)償電阻值、零點輸出補(bǔ)償電阻值的阻值范圍，采用厚膜工藝設(shè)計印刷厚膜電阻，燒結(jié)形成厚膜電阻補(bǔ)償板。
④按照自動補(bǔ)償系統(tǒng)計算的補(bǔ)償阻值，激光修調(diào)厚膜電阻補(bǔ)償板三個補(bǔ)償電阻并在電阻板記錄芯體編號。
⑤按對應(yīng)編號將厚膜電阻陶瓷補(bǔ)償片焊接在芯體背面。
(9)測試在傳感器自動測試系統(tǒng)完成零點輸出、線性、遲滯、重復(fù)性、零點溫漂、靈敏度溫漂測試，打印每個壓力傳感器芯體參數(shù)標(biāo)簽，裝盒即完成整個生產(chǎn)工藝。
經(jīng)過試投產(chǎn)運行，已攻克了 CYX19-10G型壓力傳感器芯片無應(yīng)力粘接技術(shù)及硅橡膠厚度控制技術(shù)、低弧度鍵合工藝技術(shù)、激光波紋膜片焊接技術(shù)、高真空硅油脫氣脫水注入技術(shù)、注油孔密封控制技術(shù)、溫度補(bǔ)償技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，CYX19-10G型壓力傳感生產(chǎn)工藝從粘片、鍵合、波紋膜片焊接、真空注油，到打印、溫度補(bǔ)償，工藝穩(wěn)定。生產(chǎn)線工藝穩(wěn)定，生產(chǎn)成品率穩(wěn)定在99. 5%以上。
實施例2 :CYX19-5G壓力傳感器芯體 CYX19-5G壓力傳感器芯體外形尺寸，單位mm 外徑Φ19°_α(ι5;高度:15 士 0. 1 ； 引腳間距:2.10 ；可粘片腔體尺寸(4. 6士0.1) X (4. 2士0.1); 可鍵合腔體尺寸(Φ 7. 8士0.1) X (0.4士0.05); 注油腔高度0. 8 ；波紋膜片彈性形變面直徑Φ 18。
(1)芯片粘接CYX19-5G芯體座粘片區(qū)腔體尺寸為(4. 6mm士0. lmm) X (4. 2mm士0. Imm)，腔體深度為0.8mm士0.1mm。芯片高度為1. 3mm。壓力傳感器的芯片尺寸較厚，采用在芯體座粘片位置凹坑的辦法解決高度不夠的問題。
芯片的厚度為1300 μ m,以它為基準(zhǔn)來進(jìn)行一下理論分析。CYX19-5G芯體座腔體深度為800 μ m士 100 μ m，鍵合所采用的鍵合絲為Φ 25 μ m金絲，設(shè)計要求波紋膜片與金絲拱絲的最高點的距離至少要保持100 μ m,拱絲的高度控制在250 μ m以內(nèi)，為實現(xiàn)可鍵合性操作，降低自動鍵合難度，減少注油量，要嚴(yán)格控制凹坑的深度和室溫硫化硅橡膠厚度。
①芯片粘接過程中的硅橡膠厚度控制通過理論分析和大量的試驗得出硅橡膠的厚度控制在50 μ m士5 μ m之間，這樣既保障芯片粘接的強(qiáng)度，減小外界應(yīng)力對芯片的影響，又能給鍵合留出更大的拱絲空間。
②凹坑深度的設(shè)計控制以1300μπι厚度芯片為例，通過下列算式計算出凹坑的深度凹坑的深度=芯片厚度+硅橡膠厚度+拱絲高度+波紋膜片與金絲距離-腔體深度將數(shù)據(jù)代入上式可以求出凹坑的深度為900 μ m士 100 μ m的范圍之內(nèi)。
③粘接芯片陶瓷座芯片陶瓷座設(shè)計尺寸為(Φ 10. 8mm-0. lmm)X (0. 6mm士0. 05mm)，底部涂覆少量硅橡膠， 將芯片陶瓷座套粘在芯片及鍵合引線上。芯片陶瓷座的作用是防止鍵合絲變形及同波紋膜片接觸；減少腔體內(nèi)注油量。
(2)鍵合工藝CYX19-5G芯體腔體內(nèi)空間有限，腔體內(nèi)可鍵合區(qū)尺寸為Φ7. 8mmX0. 40mm。
低弧度、短距離拱絲技術(shù)鍵合絲拱絲距離短，CYX19-5G芯體拱絲長度范圍為1.Omm 1. 9mm ；弧高為0. 15mm ；同時由于芯片鍵合區(qū)與波紋膜片距離僅為0. 40mm。拱絲稍高，可能在加壓時出現(xiàn)鍵合絲波紋膜片相接觸的短路現(xiàn)象；太低，又無法保證可靠性。鍵合時嚴(yán)格設(shè)定鍵合工藝參數(shù)，保證鍵合的一致性。由于腔體內(nèi)空間狹小，對于低弧度跨距鍵合，在鍵合過程中，嚴(yán)格控制劈刀運動軌跡和鍵合參數(shù)，保證了鍵合壓點的可靠性、弧度高低一致性。
其生產(chǎn)具體技術(shù)清洗、芯片粘接工藝、波紋膜片焊接工藝、真空注油工藝、高溫儲存、溫度補(bǔ)償和測試入庫具體參照實施例1。
權(quán)利要求
1.一種硅壓阻壓力傳感器芯體，包括芯體座體(4)、玻璃絕緣子(12)、通氣孔(13)、引線(14)、注油腔(15)，其特征在于所述芯體座體(4)中心設(shè)有凹坑(16)，所述注油腔(15) 中設(shè)有所述芯片陶瓷座(8)，芯片陶瓷座(8)上設(shè)有傳感器芯片(9)，所述注油腔(15)高度為0. 8mm 1.2mm，所述注油腔(15)內(nèi)徑為18mm，所述傳感器芯片(9)上的金絲引線(10) 的高度為0. 15mm 0. 25mm,所述傳感器芯片(9 )上方設(shè)有波紋膜片(2 )，所述波紋膜片(2 ) 上設(shè)有焊接環(huán)(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅壓阻壓力傳感器芯體，其特征在于所述芯片陶瓷座 (8)高度為 0. 6mm 1. 0_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種硅壓阻壓力傳感器芯體，其特征在于所述波紋膜片(2)厚度為ΙΟμ 20ym。
4.一種硅壓阻壓力傳感器芯體的生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟Α.清洗把芯體座放在配置好的清洗液中超聲清洗15分鐘，然后依次用冷-熱-冷去離子水各沖洗10分鐘，再將清洗好的芯體座放入紅外燈烘箱中烘干；超聲芯體座時一次不超過200只，以免影響清洗效果；已清洗的芯體座、陶瓷墊和316L波紋膜片要放入專用器具中并存儲于可控的凈化區(qū)域里；存儲時間不超過48小時，如超過，則在下次使用前必須清洗；B.芯片粘接將室溫硫化硅橡膠從管中擠入針管點膠器，控制點膠器進(jìn)度為1格，芯片粘接硅橡膠量為0. 5mm3 1mm3，粘接厚度在45 μ m 65 μ m將膠均勻涂在芯體座中央通氣孔周圍；C.鍵合低弧度鍵合，拱絲高度控制在0. 15mm 0. 25mm ；D.波紋膜片焊接波紋膜片采用厚度為10 μ m 20 μ m的316L波紋膜片沖壓成型去應(yīng)力后使用；打開循環(huán)水水泵開關(guān)，保證激光焊機(jī)冷卻良好；逆時針旋轉(zhuǎn)打開氬氣瓶減壓閥開關(guān)，調(diào)節(jié)減壓閥閥門，將氬氣流量控制在6L/min內(nèi)， 并將出口對準(zhǔn)焊接件焊縫；將芯體散熱定位專用夾具裝夾于焊機(jī)三爪卡盤處，并進(jìn)行找正，利用波紋膜片、焊接環(huán)散熱定位專用夾具將粘接好芯片燒結(jié)座、波紋膜片、焊接環(huán)裝夾于焊機(jī)上，用頂尖頂緊，待焊；打開焊機(jī)電源開關(guān)，各焊接參數(shù)設(shè)定為；脈寬35ms ；頻率60Hz ；功率160Amp ；轉(zhuǎn)速 40r/min ；開啟激光焊機(jī)工作臺橫向運動，使激光點對準(zhǔn)待焊焊縫，調(diào)節(jié)激光焦距，對準(zhǔn)待焊焊縫進(jìn)行焊接；用顯微鏡目檢和氣檢兩種方式對焊縫進(jìn)行檢漏；E.真空注油注油機(jī)采用硅油處理室和注油室雙腔室，真空注油室高真空度為5X10_4Pa;12(TC連續(xù)加熱120分鐘；30Hz頻率下振動1小時；其性能滿足高真空注油的需要；硅油處理室的作用是進(jìn)行硅油脫氣脫水處理；設(shè)計有溫度加熱控制、攪拌功能，溫度控制在恒溫120°C ；攪拌轉(zhuǎn)速為每分鐘60 100次；真空度達(dá)到10_2Pa，硅油處理120分鐘， 使其充分脫氣脫水；注油室的作用是完成芯體高真空注油，首先，對芯體座進(jìn)行高真空處理，注油室保持恒溫120°C，真空度達(dá)到5X 以上保持120分鐘，使芯體座內(nèi)部形成高真空；然后打開硅油閥門，使硅油通過管道流入芯體座注油腔，流滿后關(guān)閉硅油閥門；注油室溫度降為80°C， 繼續(xù)抽真空60分鐘后停止，經(jīng)緩慢放氣后取出芯體；封注油孔，芯體座保持溫度恒定在80°C，將密封銷釘沉入注油孔，采用點焊機(jī)焊接密封；將芯體放入汽油，超聲清洗5分鐘，酒精脫油后進(jìn)入高溫儲存；F、高溫儲存芯體放入120°C高溫烘箱儲存48小時，然后自然冷卻至室溫；G、疲勞試驗芯體加入疲勞試驗機(jī)，壓力設(shè)定為芯體量稱的70%，加壓次數(shù)設(shè)定為1000次，加壓頻率為每分鐘30次，開起設(shè)備，由試驗機(jī)自動完成疲勞試驗；H、打印采用激光打標(biāo)機(jī)打印芯體型號、量程、編號；I、自動溫度補(bǔ)償采用恒流源1. 5mA給每個傳感器芯體供電，溫度補(bǔ)償范圍為-10°C 80°C范圍內(nèi)的任意溫度區(qū)間，補(bǔ)償參數(shù)包括零點溫漂、靈敏度溫漂、零點輸出； J、測試在傳感器自動測試系統(tǒng)完成零點輸出、線性、遲滯、重復(fù)性、零點溫漂、靈敏度溫漂測試，打印每個壓力傳感器芯體參數(shù)標(biāo)簽，裝盒即成。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種硅壓阻壓力傳感器芯體及其生產(chǎn)方法，以解決現(xiàn)有硅壓阻壓力傳感器注油芯體中存在的硅橡膠粘接厚度大、陶瓷座設(shè)計不適宜自動鍵合、注油多，無法生產(chǎn)10kPa以下小量程的問題。本發(fā)明硅壓阻壓力傳感器芯體，包括芯體座體、玻璃絕緣子、通氣孔、引線、注油腔，所述芯體座體中心設(shè)有凹坑，所述注油腔中設(shè)有所述芯片陶瓷座，芯片陶瓷座上設(shè)有傳感器芯片，所述傳感器芯片上方設(shè)有波紋膜片，所述波紋膜片上設(shè)有焊接環(huán)。本發(fā)明傳感器芯體的生產(chǎn)方法，采用清洗、芯片粘接、鍵合、波紋膜片焊接、真空注油、高溫儲存、疲勞試驗、打印、自動溫度補(bǔ)償、測試步驟。本發(fā)明硅壓阻壓力傳感器注油芯體由于體積小、重量輕、輸出靈敏度高。
文檔編號G01L27/00GK102519658SQ201110455038
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者任忠原, 姚子龍, 徐冬梅, 李存德, 楊熹, 王玉熬, 馬長寶 申請人:天水華天傳感器有限公司