一種一體式陶瓷電容壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一體式陶瓷電容壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前陶瓷電容式壓力傳感器都是在厚薄兩片陶瓷基板的各相對面設(shè)置電極，并采用陶瓷小球、樹脂小球或低溫共燒(LTCC)陶瓷生片作為間隔物控制電極間的距離，來形成指定初始電容值的電容器。當(dāng)陶瓷基板受到外部壓力，薄基板會出現(xiàn)變形，導(dǎo)致電容值變化，根據(jù)這一電容的變化值，即可檢測出基板所承受的外部壓力。這種陶瓷電容式壓力傳感器的兩片陶瓷基板是通過封接材料(如玻璃類)燒結(jié)粘結(jié)在一起的，從外觀看是兩片陶瓷基板組合在一起。如圖1所示，兩片陶瓷基板即彈性薄基板I和厚基板3，彈性薄基板I和厚基板3之間為封接材料2，外部有引線4。這類封接材料的強度遠低于陶瓷基板的強度，因此對產(chǎn)品的密封性和粘結(jié)強度造成很大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型為克服上述缺陷，確保陶瓷基板間的密封性和粘結(jié)強度，提高產(chǎn)品的可靠性，提供一種一體式陶瓷電容壓力傳感器。
[0004]本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種一體式陶瓷電容壓力傳感器，包括彈性薄基板、厚基板，彈性薄基板上設(shè)有薄基板金屬電極和薄基板電極焊盤，厚基板上設(shè)有厚基板金屬電極、環(huán)形金屬電極、環(huán)形金屬電極焊盤、厚基板電極焊盤、薄基板引線焊盤，厚基板電極焊盤、環(huán)形金屬電極焊盤和薄基板引線焊盤上均設(shè)有引線過孔，其特征在于:還包括設(shè)置在彈性薄基板與厚基板之間的間隙隔離片；間隙隔離片設(shè)有3個與引線過孔對應(yīng)的引線和焊盤過孔；彈性薄基板、厚基板和間隙隔離片均由流延成型的氧化鋁或氧化鋯生瓷片疊壓而成；所述彈性薄基板、間隙隔離片和厚基板經(jīng)熱壓和熱等靜壓壓合后再經(jīng)燒結(jié)成型為一體式壓力傳感器基體。
[0005]本實用新型一體式陶瓷電容壓力傳感器的技術(shù)解決方案中所述的彈性薄基板為圓形，厚度為0.3-0.8mm，薄基板金屬電極和薄基板電極焊盤的厚度為0.5~1 μπι ;厚基板為圓形，厚度為3~8mm，厚基板金屬電極和環(huán)形金屬電極的厚度為0.5~1 μπι ;間隙隔離片為圓環(huán)形，厚度為20~60μπι。
[0006]本實用新型一體式陶瓷電容壓力傳感器的技術(shù)解決方案中所述的引線過孔和引線和焊盤過孔內(nèi)設(shè)有引線和導(dǎo)電膠。
[0007]本實用新型由于采用經(jīng)流延成型的彈性薄基板、厚基板和間隙隔離片，間隙隔離片厚度在20 μπι~60μπι，在燒結(jié)過程中，彈性薄基板、厚基板和間隙隔離片壓合在一起形成整體結(jié)構(gòu)式壓力傳感器基體，能精確控制彈性薄基板和厚基板間的距離，從而獲得高精度的初始電容值，又保證了基板間良好的密封性和強度，提高了壓力傳感器的可靠性。本實用新型主要用于陶瓷電容式壓力傳感器。
【附圖說明】
[0008]圖1為普通壓力傳感器外觀圖。
[0009]圖2為本實用新型壓力傳感器外觀圖。
[0010]圖3為本實用新型壓力傳感器彈性薄基板圖。
[0011]圖4為本實用新型壓力傳感器厚基板圖。
[0012]圖5為本實用新型壓力傳感器陶瓷間隙隔離片圖。
[0013]圖6為本實用新型壓力傳感器燒結(jié)前剖面圖。
[0014]圖7為本實用新型壓力傳感器燒結(jié)后剖面圖。
[0015]圖中1-彈性薄基板、2-封接材料、3-厚基板、4-引線、5-—體式壓力傳感器基體、6-薄基板電極焊盤、7-薄基板金屬電極、8-薄基板定位缺口、9-厚基板定位缺口、10-厚基板金屬電極、11-環(huán)形金屬電極、12-厚基板電極焊盤、13-環(huán)形金屬電極焊盤、14-薄基板引線焊盤、15-引線過孔、16-間隙隔離片定位缺口、17-間隙隔離片、18-引線和焊盤過孔、19-揮發(fā)性填充物。
【具體實施方式】
[0016]如圖3所示，彈性薄基板I為圓形，厚度為0.3-0.8_。該彈性薄基板I為流延成型的氧化鋁或氧化鋯生瓷片，其上通過絲網(wǎng)印刷或真空濺射方式制作薄基板金屬電極7和薄基板電極焊盤6，其厚度為0.5~1μπι。彈性薄基板I邊緣設(shè)有薄基板定位缺口 8。薄基板金屬電極7與圓形彈性薄基板I同心。當(dāng)壓力傳感器受到外部壓力時，該彈性薄基板會沿板的厚度方向產(chǎn)生彈性彎曲。
[0017]如圖4所不，厚基板3為圓形，厚度為3~8mm。該厚基板3上同樣用絲網(wǎng)印刷或真空濺射方式制作厚基板金屬電極10和圍繞厚基板金屬電極10的環(huán)形金屬電極11，厚基板金屬電極10和環(huán)形金屬電極11同心且與厚基板3同心，厚基板金屬電極10連接厚基板電極焊盤12，環(huán)形金屬電極11連接環(huán)形金屬電極焊盤13。厚基板電極焊盤12、環(huán)形金屬電極焊盤13和薄基板引線焊盤14上均設(shè)有引線過孔15，用來插入引線連接外部線路。厚基板3邊緣設(shè)有厚基板定位缺口 9。
[0018]如圖5所示，間隙隔離片17為環(huán)形，厚度為20~60μπι，具體由壓力傳感器的規(guī)格決定。間隙隔離片17邊緣設(shè)有間隙隔離片定位缺口 16。間隙隔離片17上設(shè)有3個引線和焊盤過孔18，分別與3個引線過孔15對應(yīng)。間隙隔離片17與厚基板3、彈性薄基板I同心。以間隙隔離片定位缺口 16對位放置在厚基板3、彈性薄基板I之間后，間隙隔離片17環(huán)繞在環(huán)形金屬電極11周圍。
[0019]壓力傳感器燒結(jié)前的剖面圖如圖6所示。將環(huán)形間隙隔離片17夾在彈性薄基板I和厚基板3之間，其中間產(chǎn)生的空隙及引線過孔15用揮發(fā)性填充物19填滿，揮發(fā)性填充物19可為碳漿、樹脂類，用薄基板定位缺口 8、厚基板定位缺口 9和間隙隔離片定位缺口 16進行精確定位后疊在一起，其中彈性薄基板I和厚基板3的電極相對放置，然后進行熱壓和熱等靜壓。
[0020]壓力傳感器燒結(jié)后剖面圖如圖7所示。彈性薄基板1、厚基板3和間隙隔離片17已燒結(jié)為一體，揮發(fā)性填充物19已被燒掉，在其內(nèi)部形成密閉空腔。薄基板金屬電極7與厚基板金屬電極10、環(huán)形金屬電極11平行相對，中間由環(huán)形間隙隔離片17間隔成規(guī)定的間隙，從而形成電容。當(dāng)受到軸向壓力時，彈性薄基板I彎曲變形，電容值發(fā)生變化，通過檢測容量的變化可知壓力的大小。
[0021]在引線過孔15中插入引線，用導(dǎo)電膠固化后形成電氣連接，即可制作成外觀如圖2所示的壓力傳感器。通過引線可連接外部檢測儀器進行檢測。
[0022]本實用新型一體式陶瓷電容壓力傳感器的制造方法包括以下步驟:
[0023]⑴流延:先將3000-5000份氧化鋁粉或氧化鋯粉、1500-3000份甲苯、750-1500份無水乙醇、10-20份二甲基硅油、10-30份三油酸甘油酯和12000-20000份Φ 3-1Omm鋯球在球磨罐內(nèi)混合后磨5?10hr，再加入1200-1600份粘合劑磨10?24hr，出料后進行流延，生瓷片流延的厚度20?60 μ m，生瓷片裁切成長160mm，寬160mm的單張；
[0024]⑵疊壓:用流延的生瓷片單張分別按照彈性薄基板1、厚基板3、間隙隔離片17的需求厚度進行疊膜，然后使用熱壓機分別將疊好彈性薄基板1、厚基板3、間隙隔離片17壓合在一起；間隙隔離片17也可使用單張流延片；
[0025]⑶模切:將壓合后厚基板3、彈性薄基板生坯按照產(chǎn)品尺寸進行模切，同時沖薄基板定位缺口 8、厚基板定位缺口 9，厚基板3加沖引線過孔15 ;將間隙隔尚片17沖成要求的圓環(huán)，同時也沖間隙隔離片定位缺口 16和與引線過孔15對應(yīng)的引線和焊盤過孔18，定位缺口是用來將厚基板3、彈性薄基板1、間隙隔離片17精確對位疊片的；
[0026](4)印刷:使用絲網(wǎng)印刷機，在彈性薄基板I和厚基板3上分別印刷薄基板金屬電極7、薄基板電極焊盤6、厚基板金屬電極10、環(huán)形金屬電極11、厚基板電極焊盤12、環(huán)形金屬電極焊盤13和薄基板引線焊盤14，印刷厚度5?10 μ m，烘干溫度為60?80°C，烘干時間為10?15min ;間隙隔離片17與彈性薄基板1、厚基板3組合在一起時，中間會產(chǎn)生空隙，在厚基板3上對應(yīng)的這些空隙位置采取絲網(wǎng)印刷的方式用碳漿填滿；
[0027](6)預(yù)壓合:使用帶銷釘?shù)亩ㄎ荒＞撸謩e按位置和方向?qū)椥员』?，間隙隔離片17、厚基板3疊在一起；使用熱壓機，溫度設(shè)定60?80°C，壓力設(shè)定2.5?lOMpa，時間設(shè)定10?20min，將厚基板3、彈性薄基板1、間隙隔離片17預(yù)壓合在一起，然后使用碳漿將引線過孔15完全塞?。?br>[0028]⑶壓合:使用熱等靜壓機，溫度設(shè)定60?80°C，壓力設(shè)定25?60Mpa，時間設(shè)定30?60min，將厚基板3、彈性薄基板1、間隙隔離片17完全壓合在一起形成整體式基體；
[0029](9)排膠:利用循環(huán)熱風(fēng)干燥箱，將產(chǎn)品裝入排膠缽，溫度升至300?450°C，保溫48?96H，將陶瓷內(nèi)的樹脂、有機溶劑、添加劑、碳漿等排出；
[0030](IQ)燒成:利用高溫?zé)蔂t，將產(chǎn)品裝入承燒缽，溫度升至1300?1500°C，保溫2?4H，將產(chǎn)品燒結(jié)成一個沒有接縫的整體；
[0031](11)制作外接引線:使用點膠機將銀膠點入引線過孔15，然后將導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)針插入引線過孔15，放入烘爐進行固化。
【主權(quán)項】
1.一種一體式陶瓷電容壓力傳感器，包括彈性薄基板(1)、厚基板(3)，彈性薄基板(I)上設(shè)有薄基板金屬電極(7 )和薄基板電極焊盤(6 )，厚基板(3 )上設(shè)有厚基板金屬電極(10)、環(huán)形金屬電極(11)、環(huán)形金屬電極焊盤(13)、厚基板電極焊盤(12)、薄基板引線焊盤(14)，厚基板電極焊盤(12)、環(huán)形金屬電極焊盤(13)和薄基板引線焊盤(14)上均設(shè)有引線過孔(15)，其特征在于:還包括設(shè)置在彈性薄基板(I)與厚基板(3)之間的間隙隔離片(17);間隙隔離片(17)設(shè)有3個與引線過孔(15)對應(yīng)的引線和焊盤過孔(18);彈性薄基板(I)、厚基板(3)和間隙隔離片(17)均由流延成型的氧化鋁或氧化鋯生瓷片疊壓而成；所述彈性薄基板(I)、間隙隔離片(17)和厚基板(3)經(jīng)熱壓和熱等靜壓壓合后再經(jīng)燒結(jié)成型為一體式壓力傳感器基體(5 )。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體式陶瓷電容壓力傳感器，其特征在于:所述的彈性薄基板(I)為圓形，厚度為0.3-0.8mm，薄基板金屬電極(7)和薄基板電極焊盤(6)的厚度為0.5~1 μπι ;厚基板(3)為圓形，厚度為3~8mm，厚基板金屬電極(10)和環(huán)形金屬電極(11)的厚度為0.5~1 μπι ;間隙隔離片(17)為圓環(huán)形，厚度為20~60 μπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種一體式陶瓷電容壓力傳感器，其特征在于:所述的引線過孔(15)和引線和焊盤過孔(18)內(nèi)設(shè)有引線和導(dǎo)電膠。
【專利摘要】本實用新型的名稱為一種一體式陶瓷電容壓力傳感器。屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域。它主要是解決現(xiàn)有陶瓷電容式壓力傳感器厚片和薄片間密封性和粘結(jié)強度較低，造成可靠性不夠的問題。它的主要特征是：包括彈性薄基板、厚基板、以及其之間的間隙隔離片；彈性薄基板、厚基板和間隙隔離片均為流延成型的氧化鋁或氧化鋯生瓷片疊壓而成；所述彈性薄基板、間隙隔離片和厚基板經(jīng)燒結(jié)后成為一個整體。本實用新型具有確保陶瓷基板間的強度和密封性，提高產(chǎn)品可靠性的特點，主要用于陶瓷電容式壓力傳感器。
【IPC分類】G01L9/12, G01L1/14
【公開號】CN204831646
【申請?zhí)枴緾N201520562508
【發(fā)明人】趙興奎, 周宇波
【申請人】湖北美標(biāo)中芯電子科技有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月30日