压力传感器及其制造方法技术

一种无需套筒的玻璃（１６）与金属（１１）的焊接连接结构（２０），其中的玻璃用一种焊料可浸润金属涂敷。本发明专利技术在高压环境中、或者是作为包括有硅基压力传感器的压力传感器组件的一部分时是特别有用的。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及的是一种玻璃与金属的焊接连接，特别是这种焊接连接结构在高压环境下、或当该连接部位作为包含有一个附着在玻璃管上的硅基压模的压力传感器系统中的一部分时的应用。为了增加玻璃与金属间的连接部位的强度，特别是它在高压环境下的强度，可以在其连接部位周围配置一个紧密配合的金属套筒或底座。但是，这将会使其连接结构变得复杂并会增加制造成本。此外，因为套筒常常是与玻璃的金属化表面相焊接的，在高压和极限温度条件下，可以发现其套筒将产生应力并会导致玻璃发生破裂。因此，改进玻璃与金属间的焊接连接，特别是用于高压环境的焊接连接是非常需要的。本专利技术的主要内容如下在一玻璃元件-最好是一玻璃管-的部分表面上用某种焊料可浸润的金属覆盖，一个具有一焊料可浸润的表面的金属元件与所述的附有焊料的玻璃元件相焊接。其玻璃管靠近金属的端部最好也用某种焊料可浸润金属覆盖。其侧壁相对较厚且内径较小的玻璃管更适合于使用在高压环境中。所述的焊料可以是软焊料或是硬焊料。上面所描述的玻璃管与金属的焊接连接特别适用于与硅基压模压力传感器结构相结合而形成的压力传感器组件。附图说明图1是一种包含有本专利技术的焊接连接结构的压力传感器组件的平面图。图2是图1所示组件沿2-2线的剖面图。图1所示的是一种采用了本专利技术的焊接连接的适用的压力传感器组件10。其中，金属元件11的形状大致上呈一园筒形，该金属元件11具有一个上部凸缘12、一个圆柱形凹槽13和一个位于该元件11底部表面15中的孔14。在凹槽13内配置有一个玻璃元件16(它最好是为一玻璃管子)。由图中可见，图示的管子16的侧壁相对较厚，并具有相对的端部17、18。金属元件11和玻璃元件16之间的焊接连接是在金属元件11的内表面19上形成的。表面19可以是一个焊料可浸润的表面，亦可以仅具有一个焊料可浸润的区域(未示出);而且，当其表面19与端部18贴近时，这一区域至少应基本上覆盖住玻璃元件16的端部18的表面。同样的，在端部18的表面以及玻璃元件16上靠近端部18的表面(即玻璃元件16的部分外侧壁)处最好也附着上一层焊料可浸润的金属。对于金属元件11，所适用的焊料可浸润金属可以是金或镍。对于玻璃元件16，一种所适用的焊料可浸润金属是钛、铂和金的混合物。钛可以良好地附着于玻璃上，并可作为其它焊料可浸润金属的基底。焊料20在表面19和端部18之间形成接合物。正如图2所示，焊料20在表面19和端部18之间形成为一薄层(比如说，厚2-3个密耳)，而且其金属化表面处理层的一部分会沿玻璃管16的侧壁上向上“爬伸”一个短距离。上面所述的这种焊接连接是非常强固的，当温度为40°-125℃的范围内且作用在焊接部位上的外界压力高达12000磅/每平方英寸(PSI)时，也不会发生破裂。例如，形成有这种焊接连接的、内径为0.040英寸、外径为0.128英寸的硼硅酸玻璃管，便可以在12000磅/每平方英寸(PSI)的压力下使用。而在先技术中，利用套筒实施的玻璃与金属的焊接连接，现已证明其有效强度在1500磅/每平方英寸时都成问题。在低压(比如说14-500磅/每平方英寸)时，使用内径为0.010英寸、外径为0.171英寸的玻璃管就足够了。在玻璃管16的内部与金属元件11的外部之间还由孔14提供了一个通道。在组件10中，其硅制压模21含有一个压力传感器22，它的一部分暴露在管子16的内侧。一般说来，其压力传感器22的相对的另一表面暴露在待测压力P之下。若将组件10装配在一壳体(未示出)中而使孔14暴露在参考压力之下时，就形成为一种差压压力传感器;若将孔14密封起来，则组件10就成为了一种绝对压力传感器。一种对传感器22来说是适用的硅基压力传感器已在美国专利4665754中公开，这一份专利也是本专利技术所引用的参考文件。在一般情况下，传感器22的压力敏感部分应处于管子16的端部17的环绕之中。在组件10中，玻璃管16还可以用来排除或降低由于金属元件11与玻璃管16的温度系数不同而在压模21上产生的温度应力。在一般情况下，管子16的长为1/2英寸;但是对于某些特定的对其长度有限制的应用来说，也可以使用其长度短得多的玻璃管。管子16最好是采用某种具有很高弹性的粘接剂与压模21相粘接，但也可以采用某种能消除粘接压力的粘接剂，比如说某种橡胶材料粘接剂。焊接接合物最好是由预先涂敷在金属元件11的焊料可浸润区域上的焊料来形成。将玻璃管16同预先涂敷的焊料相接触，并加热金属元件11直到达到其回流温度。电信号可以沿着例如导线接线23和引线24传导到压模21及传感器22，或从压模21及传感器22传导出。权利要求1.一种压力传感器(10)，包括-包含有一个压力传感装置(22)的半导体压模(21)，其中所说的压力传感装置暴露在所说的压模的表面上；-具有彼此相对的第一和第二端部的玻璃元件(16)，其中所说的第一端部与所说的半导体压模适当粘接以使所说的第一端部环绕着处于半导体压模表面中的压力传感装置，并且所说的玻璃元件第二端部的整个表面基本上用某种含有钛的焊料可浸润的材料涂敷；--具有焊料可浸润区域(19)的金属元件(11)，当所说的焊料可浸润区域靠近所说的第二端部时，该区域将至少基本上覆盖住所说的玻璃的第二端部的表面；--处在所说的第二端部和焊料可浸润区域之间的焊接连接物(20)，其中所说的焊接连接物是提供给所说的焊接连接的仅有的承托物。2.一种高压玻璃与金属间的焊接连接，包括-具有一个端部的玻璃元件(16)，其中所说的玻璃元件端部的整个表面基本上用一种含有钛的焊接可浸润材料涂敷;-具有焊料可浸润区域(19)的金属元件(11)，其中当所说的焊料可浸润区域靠近所说的第二端部时，该区域将至少基本上覆盖住所说的玻璃端部的表面;-在所说的端部与焊料可浸润区域之间的焊接连接物(20)，其中所说的焊接连接物可形成具有足够强度的连接，使得它可以在远远超过14磅/每平方英寸的外界压力下应用，并且其中所说的焊接连接物是提供给所说的焊接连接的仅有的承托物。3.如权利要求1所说的传感器，其特征在于其中所说的在第二端部和焊接可浸润区域之间的焊接连接物的厚度大约在2-3个密耳的范围内。4.如权利要求2所述的焊接连接，其特征在于其中所说的在端部和焊料可浸润区域之间的焊接连接物的厚度大约在2-3个密耳的范围内。5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于其中所说的焊料可浸润材料还包括有铂和金，所说的焊料可浸润区域还包含有金或镍。6.如权利要求2所述的焊接连接，其特征在于其中所说的焊料可浸润材料还包括有铂和金，所说的焊料可浸润区域还包含有金或镍。7.一种压力传感器，包括-包含有一个压力传感装置的半导体压模，其中所说的压力传感装置暴露在所说的压模的表面上;-具有相对的第一和第二端部的玻璃元件，其中所说的第一端部与所说的半导体压模适当粘接以使其第一端部环绕着处在半导体压模表面内的压力传感装置，而且其中所说的玻璃元件第二端部的整个表面基本上用一种焊料可浸润材料涂敷;-具有焊料可浸润区域的金属支承组件，其中当所说的焊料可浸润区域靠近所说的第二端部时，该区域将至少基本上覆盖住玻璃第二端部的表面，而且所说的金属支承组件中不含有附着在玻璃元件上的镍-铁部件;-处在所说的第二端部和焊料可浸润区域之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器（１０），包括：－－包含有一个压力传感装置（２２）的半导体压模（２１），其中所说的压力传感装置暴露在所说的压模的表面上；－－具有彼此相对的第一和第二端部的玻璃元件（１６），其中所说的第一端部与所说的半导体压模适当粘接以 使所说的第一端部环绕着处于半导体压模表面中的压力传感装置，并且所说的玻璃元件第二端部的整个表面基本上用某种含有钛的焊料可浸润的材料涂敷；－－具有焊料可浸润区域（１９）的金属元件（１１），当所说的焊料可浸润区域靠近所说的第二端部时，该区域 将至少基本上覆盖住所说的玻璃的第二端部的表面；－－处在所说的第二端部和焊料可浸润区域之间的焊接连接物（２０），其中所说的焊接连接物是提供给所说的焊接连接的仅有的承托物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：米尔顿W马瑟斯，
申请(专利权)人：胡纳威尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]