基于MEMS技术的差压流量传感器制造技术

本实用新型专利技术揭示了基于MEMS技术的差压流量传感器，包括位于外壳内腔中的MEMS差压传感器芯片封装体及信号处理电路板，MEMS差压传感器芯片封装体设置于信号处理电路板上且它们通信，MEMS差压传感器芯片封装体的去向压力导压口与信号处理电路板上的通孔共轴以及与外壳上的一个导通孔密封配接，MEMS差压传感器芯片封装体的来向压力导压口与另一个导通孔密封配接；MEMS差压传感器芯片封装体及信号处理电路板通过填充内腔的防水密封层密封固定，信号处理电路板上还连接延伸到所述外壳和防水密封层外的引出线缆。本实用新型专利技术省去了二次装置，提高了整体的集成度，减小体积，提高了测量精度，适用于低流速流量测量，多结构的密封防水层，密封性和防水性大大提高。

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS技术的差压流量传感器
本技术涉及一种差压流量传感器，尤其是一种基于MEMS技术的差压流量传感器。
技术介绍
在工业生产、日常生活中，流量作为能源计量及其重要的组成部分之一，对于科学实验计量、经济核算以及工程生产都具有及其重要的意义。从上两个世纪的石油、机械、冶金到航空、热电等不同领域的流量检测，现在已经深入发展到了医疗器械、汽车电子等诸多领域。不同流体的性状、流动条件、流动状态以及感测机理的复杂多样给流体的测量带来了诸多不便，同时也使得流量计的测量原理、测量精度、适用条件以及价格多样化。压差流量计是一种测定流量的仪器，例如中国专利CN200810012819.4所示，一般由一次装置和二次装置组成，一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，二次装置称显示仪表，它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)，节流装置是在管道中安装的一个局部收缩元件，最常用的有孔板、喷嘴和文丘里管，二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表。传统的差压式流量(如孔板等)仪表都是属于节流式差压流量仪表，其工作原理都是基于封闭管道中流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律。质量守恒：流体在一个封闭的管道中流动，当遇到节流件时，在节流件前后它的质量是不变的，用连续性方程表示为：V1×A1×ρ1＝V2×A2×ρ2(液体为：V1×A1＝V2×A2)。能量守恒：用伯努利方程来表示为是指封闭管道中流体的压力和流速有如下的关系：P+1/2V2ρ＝常数对于安装有节流件的管道则有：P1+1/2×(V1)2×ρ1＝P2+1/2×(V2)2×ρ2式中：A1、A2分别是节流件前后的截面积；V1、V2分别是A1、A2处的流速；P1、P2分别是A1、A2处的压力；ρ1、ρ2分别是A1、A2处的流体密度。此类流量计由于具有一次装置和二次装置，体积无法做到很小，并且重量重，集成度低，因此流量计的自身结构会导致测量时产生的压损较大，只适合大流量介质流动的测量，同时由于受现场流体环境(温度、压力等)和自身客观条件限制，测量精度不高，对低流速流量介质流动反应不灵敏，偏差大，不适合低流量介质流量的测量，所以，对于生活家电用品领域的应用受到限制。而MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产的特点，其在流量计行业的应用具有较大的前景，但是由于MEMS芯片体积小，因此给流量计的封装和制造造成了困难。并且，当其应用于液体流量测量时，需要对MEMS芯片及相关电路进行可靠的防水密封，这就进一步增加了制造难度。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于MEMS技术的差压流量传感器。本技术的目的通过以下技术方案来实现：基于MEMS技术的差压流量传感器，用于低流速流量监测，包括设置于同一外壳的内腔中的MEMS差压传感器芯片封装体及信号处理电路板，所述MEMS差压传感器芯片封装体设置于所述信号处理电路板上并与其连接通信，且所述MEMS差压传感器芯片封装体的去向压力导压口与信号处理电路板上的通孔共轴，以及与所述外壳上的一个导通孔共轴且四周密封连接，所述MEMS差压传感器芯片封装体的来向压力导压口与外壳上的另一导通孔共轴且四周密封连接；所述MEMS差压传感器芯片封装体及信号处理电路板通过填充所述外壳的内腔的防水密封层密封固定，所述信号处理电路板上连接引出线缆，所述引出线缆延伸到所述外壳和防水密封层外。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述MEMS差压传感器芯片封装体包括量程在0-10kPa的硅压阻式差压芯片，其压力应变膜为微米级并采用恒流源或恒压源供电。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述MEMS差压传感器芯片封装体与信号处理电路板通过键合线连接通信，所述键合线的弧高度小于60μm，且其包覆于防水胶层中。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述外壳至少包括探测段及连接段，所述MEMS差压传感器芯片封装体位于所述探测段所在的内腔区域，所述连接段用于与流体管道密封连接。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述连接段包括一段外螺纹、密封圈及限位凸台，所述密封圈位于所述外螺纹的根部并与所述限位凸台的侧壁贴合。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述连接段包括两个位于两个导通孔所在表面上且对称的坡面，所述坡面的后端设置有防水密封圈，所述防水密封圈抵靠于第一凸台的一侧，所述第一凸台的另一侧与第二凸台配合形成一凹槽。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述外壳的内壁上设置有支撑台阶，所述支撑台阶与一个导通孔的孔壁配合形成用于放置信号处理电路板的支撑面。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：两个所述导通孔为沉孔或台阶状，其内密封设置有导压膜片，所述导压膜片密封的区域内填充有传压介质。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述防水密封层包括第一灌封层和第二灌封层，所述第一灌封层至少填充所述MEMS差压传感器芯片封装体所在的内腔区域；所述第二灌封层至少填充所述引出线缆和信号处理电路板连接点到第一灌封层之间的内腔区域。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述第一灌封层为纳米复合高分子聚合物材料；所述第二灌封层为硅胶类和/或环氧类胶水。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述第二灌封层包括一次灌封层和二次灌封层，所述一次灌封层至少覆盖所述信号处理电路板上的信号放大器件和处理芯片，所述二次封灌层至少覆盖整个信号处理电路板。优选的，所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其中：所述基于MEMS技术的差压流量传感器的量程在0.1-30L/min。本技术技术方案的优点主要体现在：本技术设计精巧，结构简单，采用微型化的MEMS差压传感器芯片封装体并且将其集成在信号处理线路板上，省去了二次装置的结构，在较小的外壳空间内提高了整体的集成度且与传统压差流量计相比，整个流量传感器的体积可以做到很小，从而降低流量传感器自身对流场的干扰，减小压损，相应提高了测量精度，适用于低流量、流速的检测；采用多结构的密封防水层将信号处理电路板及MEMS芯片密封固定在外壳中，固定牢固可靠，密封性和防水性大大提高，并且降低了封装过程中密封稳定性受外壳加工精度的影响，从而便于加工，适用于生活家电设备领域的应用，大大拓宽了应用领域和范围。本技术采用量程为0-10kPa的硅基压阻式差压芯片，并且优选其芯片压力应变薄膜为微米级，因此对外界压力非常敏感，对压力的响应也非常快，能够很好的适用于低流速或低流量的测量并且保证测量精度，同时优选供电模式，能够利用芯片自身特性进行性温度补偿，从而降低了流体特性对测量结果的干扰，进一步提高了测量精度。本技术的MEMS差压传感器芯片封装体是基于半导体或微电子工艺制作，所以芯片在传感器批次的一致性、重本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于MEMS技术的差压流量传感器，用于低流速流量监测，其特征在于：包括设置于同一外壳（3）的内腔中的MEMS差压传感器芯片封装体（1）及信号处理电路板（2），所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）设置于所述信号处理电路板（2）上并与其连接通信，且所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）的去向压力导压口（11）与信号处理电路板（2）上的通孔（21）共轴以及与所述外壳（3）上的一个导通孔（31）共轴且四周密封连接，所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）的来向压力导压口（12）与外壳（3）上的另一导通孔（31）共轴并四周密封连接；所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）及信号处理电路板（2）通过填充所述外壳（3）的内腔的防水密封层（4）密封固定，所述信号处理电路板（2）上连接引出线缆（5），所述引出线缆（5）延伸到所述外壳（3）和防水密封层（4）外。

【技术特征摘要】
1.基于MEMS技术的差压流量传感器，用于低流速流量监测，其特征在于：包括设置于同一外壳（3）的内腔中的MEMS差压传感器芯片封装体（1）及信号处理电路板（2），所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）设置于所述信号处理电路板（2）上并与其连接通信，且所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）的去向压力导压口（11）与信号处理电路板（2）上的通孔（21）共轴以及与所述外壳（3）上的一个导通孔（31）共轴且四周密封连接，所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）的来向压力导压口（12）与外壳（3）上的另一导通孔（31）共轴并四周密封连接；所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）及信号处理电路板（2）通过填充所述外壳（3）的内腔的防水密封层（4）密封固定，所述信号处理电路板（2）上连接引出线缆（5），所述引出线缆（5）延伸到所述外壳（3）和防水密封层（4）外。2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其特征在于：所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）包括量程在0-10kPa的硅压阻式差压芯片，其压力应变膜为微米级并采用恒流源或恒压源供电。3.根据权利要求2所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其特征在于：所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）与信号处理电路板（2）通过键合线连接通信，所述键合线的弧高度小于60um，且其包覆于防水胶层（6）中。4.根据权利要求3所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其特征在于：所述外壳（3）至少包括探测段（33）及连接段（34），所述MEMS差压传感器芯片封装体（1）位于所述探测段（33）所在的内腔区域，所述连接段（34）用于与流体管道（7）密封连接。5.根据权利要求4所述的基于MEMS技术的差压流量传感器，其特征在于：所述连接段（34）包括一段外螺纹、密封圈（341）及限位凸台（342），所述密封圈（341）位于所述外螺纹的根部并与所述限位凸台（342）的侧壁贴合。6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建国，申亚琪，
申请(专利权)人：苏州捷研芯纳米科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32