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一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构及方法
申请号	CN202311705602.2	申请日	2023-12-12	公开(公告)号	CN117516795A	公开(公告)日	2024-02-06
申请人	中航电测仪器(西安)有限公司;			发明人	段鹏; 王育水; 孙晓峰; 孔薇雨; 李婷; 靳佳龙;
摘要	本发明公开了一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构及方法，包括基座和绝缘子底座；基座和绝缘子底座均设置有空腔，基座顶端和绝缘子底座底端均设置有开口，基座顶端和绝缘子底座底端焊接密封，溅射薄膜压力芯体位于基座和绝缘子底座的空腔内，溅射薄膜压力芯体底端与基座底端焊接密封；绑定板嵌套在溅射薄膜压力芯体和基座之间，溅射薄膜压力芯体上的焊点与绑定板上焊点通过绑定丝连接；绝缘子底座顶部设置有多个中空焊柱，中空焊柱设置有轴向的通孔，绑定板上的焊盘焊接有高温导线，高温导线伸入中空焊柱中，中空焊柱顶部与其内部的高温导线采用焊锡焊接且密封。能够使用真空锡焊设备就可实现绝压式封装，极大降低了设备成本和产品生产成本。
权利要求	1.一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，其特征在于，包括基座(1)、绑定板(3)和绝缘子底座(11)；基座(1)和绝缘子底座(11)均设置有空腔，基座(1)顶端和绝缘子底座(11)底端均设置有开口，基座(1)顶端和绝缘子底座(11)底端焊接密封，溅射薄膜压力芯体(2)位于基座(1)和绝缘子底座(11)的空腔内，溅射薄膜压力芯体(2)底端与基座(1)底端平齐，且焊接密封；绑定板(3)嵌套在溅射薄膜压力芯体(2)和基座(1)之间，绑定板(3)上设置有多个焊点和焊盘，溅射薄膜压力芯体(2)上的焊点与绑定板(3)上焊点通过绑定丝(8)连接；绝缘子底座(11)顶部设置有多个中空焊柱(6)，中空焊柱(6)底端伸入绝缘子底座(11)的空腔内，顶端从绝缘子底座(11)顶部伸出，中空焊柱(6)设置有轴向的通孔，绑定板(3)上的焊盘焊接有高温导线(4)的一端，高温导线(4)的另一端伸入中空焊柱(6)的通孔中，中空焊柱(6)顶部与其内部的高温导线(4)采用焊锡(7)焊接且密封。 2.根据权利要求1所述的绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，其特征在于，溅射薄膜压力芯体(2)包括弹性体(9)，弹性体(9)为圆柱体结构，弹性体(9)靠近底端的周面上设置有凸块，凸块为截面为矩形的圆环；基座(1)采用截面为L型的圆环，短边构成了基座(1)的底端，底端中心为小直径圆孔，底部上方区域为大直径圆孔，大直径圆孔直径与凸块外径相同，小直径圆孔直径与弹性体(9)外径相同，并且短边厚度等于圆环底面至弹性体(9)底端的距离。 3.根据权利要求2所述的绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，其特征在于，弹性体(9)底端外环和基座(1)底部内环通过焊接固定为一体。 4.根据权利要求1所述的绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，其特征在于，基座(1)为圆筒结构，基座(1)顶部外环与内环中间位置设置有环形竖板，绑定板(3)采用截面为矩形的圆环，绑定板(3)外径等于环形竖板内径，绑定板(3)底端放置在基座(1)顶部的内环和环形竖板之间区域。 5.根据权利要求4所述的绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，其特征在于，绝缘子底座(11)的空腔内壁位于底部设置有环形通槽，环形通槽靠下的侧边与外部连通，形成倒L型的台阶结构，环形通槽直径等于环形竖板的外径，绝缘子底座(11)底部位于基座(1)顶部的外环和环形竖板之间区域。 6.根据权利要求1所述的绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，其特征在于，绝缘子底座(11)的空腔内径小于绑定板(3)外径。 7.根据权利要求1所述的绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，其特征在于，绝缘子底座(11)顶部设置有多个通孔，通孔直径大于中空焊柱(6)外径，每个通孔中心均插入有一个中空焊柱(6)，中空焊柱(6)与通孔内壁间隔设置，中空焊柱(6)与通孔内壁之间密封填充有玻璃烧结体(12)。 8.一种基于权利要求1‑7任意一项所述封装结构的绝压式溅射薄膜压力传感器封装方法，其特征在于，在常压条件下，溅射薄膜压力芯体(2)与基座(1)装配后进行焊接，绑定板(3)装入基座(1)预定位置后将溅射薄膜压力芯体(2)上的焊点与绑定板(3)上焊点连接，完成引线工作；高温导线(4)的一端焊接在绑定板(3)的焊盘上，高温导线(4)的另一端从中空焊柱(6)中穿出，绝缘子底座(11)压入基座(1)顶部，并进行密封焊接，中空焊柱(6)顶部与其内部高温导线(4)进行焊接，并将中空焊柱(6)通孔顶部密封，确保高温导线(4)与中空焊柱(6)导通，但预留一个中空焊柱(6)不密封；在真空环境下，将预留的中空焊柱(6)通孔顶部密封，绝缘子底座(11)和基座(1)之间形成一个密封的真空腔体，实现溅射薄膜压力传感器的绝压封装。
说明书全文	一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构及方法技术领域 [0001] 本发明属于压力传感器领域，涉及一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构及方法。背景技术 [0002] 按照测压类型压力传感器可分为表压式、绝压式和差压式三种，适用于不同的压力测量场景中。 [0003] 受限于溅射薄膜的特殊制成工艺，目前，国内许多厂家都面向工业控制、汽车电子、地面测试等领域推出了表压式封装的溅射薄膜压力传感器产品，溅射薄膜压力传感器的表压式封装设计在行业内已经非常成熟、普及。 [0004] 由于溅射薄膜压力传感器有其自身的一些性能优点，而这些性能优点恰是航空、航天类产品在研制过程中所需要的，但是航空、航天领域使用的压力传感器根据应用场景的需要有绝压式封装要求，现有的绝压式封装方式均采用真空电子束焊接设备进行真空下焊接密封，而真空电子束焊接设备的设备成本和使用成本过高，使得产品生产成本过高。发明内容 [0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术中，采用真空电子束焊接设备进行绝压式封装成本过高缺点，提供一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构及方法，能够使用真空锡焊设备就可实现绝压式封装，极大降低了设备成本和产品生产成本。 [0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现： [0007] 一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，包括基座、绑定板和绝缘子底座； [0008] 基座和绝缘子底座均设置有空腔，基座顶端和绝缘子底座底端均设置有开口，基座顶端和绝缘子底座底端焊接密封，溅射薄膜压力芯体位于基座和绝缘子底座的空腔内，溅射薄膜压力芯体底端与基座底端平齐，且焊接密封；绑定板嵌套在溅射薄膜压力芯体和基座之间，绑定板上设置有多个焊点和焊盘，溅射薄膜压力芯体上的焊点与绑定板上焊点通过绑定丝连接； [0009] 绝缘子底座顶部设置有多个中空焊柱，中空焊柱底端伸入绝缘子底座的空腔内，顶端从绝缘子底座顶部伸出，中空焊柱设置有轴向的通孔，绑定板上的焊盘焊接有高温导线的一端，高温导线的另一端伸入中空焊柱的通孔中，中空焊柱顶部与其内部的高温导线采用焊锡焊接且密封。 [0010] 优选的，溅射薄膜压力芯体包括弹性体，弹性体为圆柱体结构，弹性体靠近底端的周面上设置有凸块，凸块为截面为矩形的圆环；基座采用截面为L型的圆环，短边构成了基座的底端，底端中心为小直径圆孔，底部上方区域为大直径圆孔，大直径圆孔直径与凸块外径相同，小直径圆孔直径与弹性体外径相同，并且短边厚度等于圆环底面至弹性体底端的距离。 [0011] 进一步，弹性体底端外环和基座底部内环通过焊接固定为一体。 [0012] 优选的，基座为圆筒结构，基座顶部外环与内环中间位置设置有环形竖板，绑定板采用截面为矩形的圆环，绑定板外径等于环形竖板内径，绑定板底端放置在基座顶部的内环和环形竖板之间区域。 [0013] 进一步，绝缘子底座的空腔内壁位于底部设置有环形通槽，环形通槽靠下的侧边与外部连通，形成倒L型的台阶结构，环形通槽直径等于环形竖板的外径，绝缘子底座底部位于基座顶部的外环和环形竖板之间区域。 [0014] 优选的，绝缘子底座的空腔内径小于绑定板外径。 [0015] 优选的，绝缘子底座顶部设置有多个通孔，通孔直径大于中空焊柱外径，每个通孔中心均插入有一个中空焊柱，中空焊柱与通孔内壁间隔设置，中空焊柱与通孔内壁之间密封填充有玻璃烧结体。 [0016] 一种绝压式溅射薄膜压力传感器封装方法，在常压条件下，溅射薄膜压力芯体与基座装配后进行焊接，绑定板装入基座预定位置后将溅射薄膜压力芯体上的焊点与绑定板上焊点连接，完成引线工作；高温导线的一端焊接在绑定板的焊盘上，高温导线的另一端从中空焊柱中穿出，绝缘子底座压入基座顶部，并进行密封焊接，中空焊柱顶部与其内部高温导线进行焊接，并将中空焊柱通孔顶部密封，确保高温导线与中空焊柱导通，但预留一个中空焊柱不密封； [0017] 在真空环境下，将预留的中空焊柱通孔顶部密封，绝缘子底座和基座之间形成一个密封的真空腔体，实现溅射薄膜压力传感器的绝压封装。 [0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0019] 本发明将溅射薄膜压力芯体放置在基座和绝缘子底座之间的空腔内，溅射薄膜压力芯体底端与基座底端焊接密封，基座和绝缘子底座之间焊接密封，只留有几个中空焊柱的通孔需要焊接，因此只需要仅保留一个中空焊柱，提前将其余位置均进行常压焊接，最终在真空中对保留的中空焊柱进行锡焊即可做到真空下的焊接密封，该种绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构将不再依赖价格高昂的真空电子束焊接设备，封装工艺大大简化，通过工厂自制的真空锡焊设备就可实现溅射薄膜压力传感器的绝压式封装，极大降低了设备成本和产品生产成本。附图说明 [0020] 图1是本发明封装结构的局部剖视图； [0021] 图2是溅射薄膜压力芯体示意图； [0022] 图3是溅射薄膜压力芯体与基座装配示意图； [0023] 图4是绑定板与基座装配示意图； [0024] 图5是玻璃绝缘子与基座装配示意图； [0025] 图6是玻璃绝缘子结构剖视图； [0026] 其中：1‑基座，2‑溅射薄膜压力芯体，3‑绑定板，4‑高温导线，5‑玻璃绝缘子，6‑中空焊柱，7‑焊锡，8‑绑定丝，9‑弹性体，10‑溅射应变丝栅，11‑绝缘子底座，12‑玻璃烧结体。具体实施方式 [0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0028] 需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。 [0029] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [0030] 如图1所示，为本发明所述的绝压式溅射薄膜压力传感器封装结构，包括基座1、绑定板3、高温导线4、玻璃绝缘子5、中空焊柱6、焊锡7、绑定丝8、绝缘子底座11和玻璃烧结体12。使用该封装结构生产可极大地降低对工艺装备的要求，减小溅射薄膜压力传感器绝压封装的难度。 [0031] 如图2所示，溅射薄膜压力芯体2主要由弹性体9和溅射应变丝栅10组成，通过溅射工艺在弹性体9应变区域制成溅射应变丝栅10，由溅射应变丝栅10组成惠斯通电桥，使弹性体9成为具有压力测量功能的溅射薄膜压力芯体2。 [0032] 弹性体9为底部开口的圆柱体结构，内部设置有空腔，弹性体9靠近底端的周面上设置有凸块，凸块为截面为矩形的圆环，溅射应变丝栅10设置在弹性体9的顶面。 [0033] 如图3所示，基座1采用截面为L型的圆筒，短边构成了基座1的底端，底端中心为小直径圆孔，底部上方区域为大直径圆孔，大直径圆孔直径与凸块外径相同，小直径圆孔直径与弹性体9外径相同，并且短边厚度等于圆环底面至弹性体9底端的距离，将溅射薄膜压力芯体2装入基座1后，弹性体9底端与基座1底端平齐，弹性体9底端外环和基座1底部内环通过焊接固定为一体，图3中\|\|符号表示焊接类型为I型密封。 [0034] 基座1顶部设置有环形竖板，环形竖板直径为基座1顶端的外径与内径的中间值，环形竖板设置在基座1顶部外环与内环中间。 [0035] 如图4所示，弹性体9顶端外部套有绑定板3，绑定板3采用截面为矩形的圆环，绑定板3外径等于环形竖板内径，将绑定板3压入基座1中，绑定板3顶端与溅射应变丝栅10平齐，绑定板3底端放置在基座1顶部的内环和环形竖板之间区域，绑定板3上设置有多个焊点和焊盘，溅射薄膜压力芯体2上的焊点与绑定板3上焊点通过绑定丝8连接。 [0036] 如图6所示，玻璃绝缘子5由绝缘子底座11、玻璃烧结体12和中空焊柱6组成，通过烧结工艺制成一体式的玻璃绝缘子5。 [0037] 绝缘子底座11为底部开口的圆柱体结构，内部设置有空腔，空腔与绝缘子底座11底部开口连通，空腔内壁位于底部设置有环形通槽，环形通槽靠下的侧边与外部连通，形成倒L型的台阶结构，空腔内径小于绑定板3外径，环形通槽直径等于环形竖板的外径，绝缘子底座11外径等于基座1外径。 [0038] 绝缘子底座11底部扣在基座1顶部，绝缘子底座11底部位于基座1顶部的外环和环形竖板之间区域，绝缘子底座11外周面与基座1外周面平齐，绝缘子底座11底部外周面与基座1顶部外周面焊接固定，环形通槽靠上的侧边与环形竖板顶部和绑定板3靠近外环区域接触，图5中\|\|符号表示焊接类型为I型密封。 [0039] 绝缘子底座11顶部设置有多个通孔，通孔直径大于中空焊柱6外径，中空焊柱6数量与通孔数量相同，每个通孔中心均插入有一个中空焊柱6，中空焊柱6与通孔内壁不接触，中空焊柱6与通孔内壁采用玻璃烧结体12连接，玻璃烧结体12填充在中空焊柱6和通孔内壁之间，将通孔密封。 [0040] 中空焊柱6底端伸入绝缘子底座11的空腔内，顶端从绝缘子底座11顶部伸出，中空焊柱6设置有轴向的通孔，绑定板3上的焊盘焊接有高温导线4的一端，高温导线4的另一端从中空焊柱6的通孔中穿出，中空焊柱6顶部与其内部的高温导线4使用焊锡7进行焊接，确保高温导线4与中空焊柱6导通，并将确保中空焊柱6通过填充焊锡7密封住。 [0041] 采用上述封装结构对绝压式溅射薄膜压力传感器进行封装的过程为： [0042] 在常压条件下，溅射薄膜压力芯体2与基座1装配后进行焊接，绑定板3装入基座1预定位置后使用打线机将溅射薄膜压力芯体2上的焊点与绑定板3上焊点连接，完成引线工作。高温导线4的一端焊接在绑定板3的焊盘上，高温导线4的另一端从玻璃绝缘子5上中空焊柱6中穿出，绝缘子底座11压入基座1顶部，并进行密封焊接，中空焊柱6顶部与其内部高温导线4使用焊锡7进行焊接，确保高温导线4与中空焊柱6导通，通过填充焊锡7将中空焊柱6通孔顶部密封住，但预留一个中空焊柱6不密封。 [0043] 在真空环境下，通过填充焊锡7将预留的中空焊柱6密封住，玻璃绝缘子5和基座1之间形成一个密封的真空腔体，实现溅射薄膜压力传感器的绝压封装。 [0044] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。 [0045] 应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主题内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。