一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器及其制造的方法技术

本发明专利技术提供了一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器，包括压力输入模块、压力感应模块、信号处理模块、信号输出模块；所述压力输入模块负责外界压力的输入，在其竖直方向的中心设有空腔；所述压力感应模块负责感应压力信号，嵌入在所述空腔上部；所述信号处理模块负责对压力信号进行放大、运算、整形、补偿和标定的处理，安装在压力感应模块的上方并与之顶端信号连接；所述信号输出模块负责将压力信号进行输出，位于信号处理模块上方包裹住信号处理模块并与之顶端信号连接，且与所述压力输入模块上端部固定连接。本发明专利技术的有益效果在于：通过模块化的设计及制造工艺有效简化生产工艺的复杂性、降低了生产工艺成本，提高了产品质量的稳定性和生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器及其制造的方法
本专利技术涉及一种采用MEMS扩散硅技术和模块化制造的，包括压力感应模块和一次注塑成型密封制造的信号输出模块的压力传感器，其中压力感应模块包含金属支撑体和小型化的金属玻璃烧结体，小型化的金属玻璃烧结体嵌入在金属支撑体中间的孔里，相关的压力感应装置安装在孔中的金属玻璃烧结体底面上；一次性注塑制造的信号输出模块整合了金属外壳、信号输出铜针和塑料绝缘体,实现IP67级的产品密封防护要求。本专利技术还包括涉及这种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器的制造方法。
技术介绍
压力传感器是能感受压力信号，并按照一定规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。MEMS扩散硅压力传感器是把带隔离的硅压阻式(MEMS)压力敏感元件封装于不锈钢壳体内制作而成，它能将感受到的液体或气体压力转换成标准的电信号对外输出，MEMS扩散硅压力传感器广泛应用于供/排水、热力、石油、化工、冶金等工业过程的现场测量和控制。尽管目前有很多公开专利都涉及到了压力传感器的结构与制造方法，例如：已经申请并公布的专利CN107543646A，但这些专利公开的压力传感器的结构比较复杂，制造上需要使用专有且保密的设备和部件。本专利技术是一种全新的模块化制造的MEMS扩散硅压力传感器，其模块化的设计及制造工艺方法有效降低了生产工艺的复杂性和提高了质量的稳定性。目前市面上主流的MEMS扩散硅压力传感器存在的问题点如下：1.产品使用密封圈，老化速度快且容易漏气，导致产品失效故障；2.产品各个零部件分开制造，制造成本高，制造生产效率低；3.产品工艺复杂，产品一致性差；4.产品生产工艺控制不好，产品质量低稳定性差；5.MEMS扩散硅感应芯体封装技术工艺制程控制不好，产品精度差；6.产品尺寸大，安装占用空间大。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决目前市面上主流的压力传感器存在的以下问题：使用密封圈密封，老化速度快且容易漏气，导致失效故障；各个零部件分开制造，制造成本高，制造生产效率低；生产工艺繁琐复杂，产品一致性差；生产工艺控制困难，产品质量低稳定性差；扩散硅感应芯体封装技术工艺制程控制困难，产品精度差；产品尺寸大，安装占用空间大；而提供一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器及其制造的方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器，包括压力输入模块、压力感应模块、信号处理模块、信号输出模块；所述压力输入模块负责对外界压力进行输入，在压力输入模块竖直方向的中心设有空腔；所述压力感应模块负责感应并传递压力信号，所述压力感应模块嵌入在所述压力输入模块的空腔上部；所述信号处理模块负责对压力信号进行放大、运算、整形、补偿和标定的处理，安装在所述压力感应模块的上方，与所述压力感应模块的顶端信号连接；所述信号输出模块负责对接与其适配的行业标准连接器将压力信号进行输出，所述信号输出模块位于所述信号处理模块上方并包裹住所述信号处理模块，所述信号输出模块与所述信号处理模块的顶端信号连接，且与所述压力输入模块上端部固定连接。进一步地，所述压力输入模块为金属连接器，呈螺栓结构形状，在其竖直方向的上部设有压力感应模块安装腔体，所述压力感应模块安装腔体下方连通有竖直空腔；所述压力感应模块安装腔体为圆形阶梯状，所述压力感应模块安装腔体直径大于所述竖直空腔直径。进一步地，所述压力感应模块包括金属支撑体、金属玻璃烧结体、压力芯片、金属压环、金属膜片；所述金属支撑体为圆柱状结构，嵌入在压力感应模块安装腔体内，在所述金属支撑体内部上段设有金属玻璃烧结体安装空腔，下段设有喇叭状开口；所述金属玻璃烧结体包括固定支撑板、压力信号导针，所述固定支撑板为圆板结构，嵌入在所述金属玻璃烧结体安装空腔内；沿所述固定支撑板轴向固定烧结有若干压力信号导针，所述压力信号导针穿过所述固定支撑板的顶面和底面；所述压力芯片为方块形状的MEMS扩散硅压力传感器芯片，通过焊接和邦定固定在所述压力信号导针的底端；所述金属压环为薄片空心圆环，所述金属膜片为圆形弹性金属薄片，所述金属膜片紧贴焊接在所述金属压环上面；在所述金属支撑体底部表面设有圆形定位内环槽，所述金属压环固定焊接在所述圆形定位内环槽里；在所述金属支撑体内由所述金属玻璃烧结体底面和所述金属膜片围成的腔体中充注有硅油。进一步地，所述信号处理模块包括信号转换器、信号处理主板、信号连接板；所述信号转换器整体形状为棒状结构，所述信号转换器包括镀金铜针、铜套、弹片，所述铜套套合固定在所述镀金铜针的中下部，所述弹片套合固定在所述镀金铜针的上部，在所述铜套上端设有环形卡槽；所述信号处理主板、信号连接板均为圆板结构，所述信号处理主板设有第一信号转换器连接孔、信号输出铜针连接孔，所述信号连接板设有第二信号转换器连接孔、压力信号导针连接孔；所述信号处理主板通过所述第一信号转换器连接孔套合固定在所述弹片上方裸露的镀金铜针上，所述信号连接板通过所述第二信号转换器连接孔套合固定在所述环形卡槽处；所述信号连接板通过所述压力信号导针连接孔套合固定在压力信号导针上端。进一步地，所述信号输出模块包括金属外壳、信号输出铜针、塑料绝缘体，所述金属外壳内设有若干信号输出铜针，所述塑料绝缘体填充在金属外壳内并绝缘隔开所述金属外壳与各个信号输出铜针；所述信号输出铜针为直角转弯形状的铜针，上端伸出所述塑料绝缘体上部，下端伸出所述塑料绝缘体下部；所述信号输出铜针下端穿过信号输出铜针连接孔与信号处理主板固定连接；所述金属外壳为圆筒状结构，上部直径小于下部直径，上部外表面和上部内表面均设有螺纹。本专利技术还提供了一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器的制造方法，包括以下步骤：步骤1：分别独立制造所述压力输入模块、压力感应模块、信号处理模块、信号输出模块；步骤2：将所述压力感应模块的金属支撑体固定焊接在所述压力感应模块安装腔体的内壁上；步骤3：将所述信号处理模块的信号连接板套合固定在所述压力感应模块的压力信号导针上端；步骤4：将所述信号输出模块的信号输出铜针的下端插入固定在所述信号处理主板上；并把所述信号输出模块的金属外壳底面焊接在所述金属连接器的顶端。进一步地，所述压力输入模块的具体制造方法包括：选择与外界压力输入装置匹配的外螺纹型号制造所述金属连接器；再在所述金属连接器的中心位置沿竖直方向加工出所述感应模块安装腔体、竖直空腔。进一步地，所述压力感应模块的具体制造方法包括：制造与所述压力感应模块安装腔体配合的金属支撑体，在所述金属支撑体的中心位置沿竖直方向加工所述金属玻璃烧结体安装空腔、喇叭状开口；制造与所述喇叭状开口大小配合的金属膜片；在所述金属支撑体的底部表面加工所述圆形定位内环槽，制造与所述圆形定位内环槽的形状大小配合的金属压环；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器，其特征在于：包括压力输入模块、压力感应模块、信号处理模块、信号输出模块；所述压力输入模块负责对外界压力进行输入，在压力输入模块竖直方向的中心设有空腔；所述压力感应模块负责感应并传递压力信号，所述压力感应模块嵌入在所述压力输入模块的空腔上部；所述信号处理模块负责对压力信号进行放大、运算、整形、补偿和标定的处理，安装在所述压力感应模块的上方，与所述压力感应模块的顶端信号连接；所述信号输出模块负责对接与其适配的行业标准连接器将压力信号进行输出，所述信号输出模块位于所述信号处理模块上方并包裹住所述信号处理模块，所述信号输出模块与所述信号处理模块的顶端信号连接，且与所述压力输入模块上端部固定连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器，其特征在于：包括压力输入模块、压力感应模块、信号处理模块、信号输出模块；所述压力输入模块负责对外界压力进行输入，在压力输入模块竖直方向的中心设有空腔；所述压力感应模块负责感应并传递压力信号，所述压力感应模块嵌入在所述压力输入模块的空腔上部；所述信号处理模块负责对压力信号进行放大、运算、整形、补偿和标定的处理，安装在所述压力感应模块的上方，与所述压力感应模块的顶端信号连接；所述信号输出模块负责对接与其适配的行业标准连接器将压力信号进行输出，所述信号输出模块位于所述信号处理模块上方并包裹住所述信号处理模块，所述信号输出模块与所述信号处理模块的顶端信号连接，且与所述压力输入模块上端部固定连接。


2.根据权利要求1所述的一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器，其特征在于：所述压力输入模块为金属连接器，呈螺栓结构形状，在其竖直方向的上部设有压力感应模块安装腔体，所述压力感应模块安装腔体下方连通有竖直空腔；所述压力感应模块安装腔体为圆形阶梯状，所述压力感应模块安装腔体直径大于所述竖直空腔直径。


3.根据权利要求1所述的一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器，其特征在于：所述压力感应模块包括金属支撑体、金属玻璃烧结体、压力芯片、金属压环、金属膜片；所述金属支撑体为圆柱状结构，嵌入在压力感应模块安装腔体内，在所述金属支撑体内部上段设有金属玻璃烧结体安装空腔，下段设有喇叭状开口；所述金属玻璃烧结体包括固定支撑板、压力信号导针，所述固定支撑板为圆板结构，嵌入在所述金属玻璃烧结体安装空腔内；沿所述固定支撑板轴向固定烧结有若干压力信号导针，所述压力信号导针穿过所述固定支撑板的顶面和底面；所述压力芯片为方块形状的MEMS扩散硅压力传感器芯片，焊接和邦定固定在所述压力信号导针的底端；所述金属压环为薄片空心圆环，所述金属膜片为圆形弹性金属薄片，所述金属膜片紧贴焊接在所述金属压环上面；在所述金属支撑体底部表面设有圆形定位内环槽，所述金属压环固定焊接在所述圆形定位内环槽里；在所述金属支撑体内由所述金属玻璃烧结体底面和所述金属膜片围成的腔体中充注有硅油。


4.根据权利要求1所述的一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感器，其特征在于：所述信号处理模块包括信号转换器、信号处理主板、信号连接板；所述信号转换器整体形状为棒状结构，所述信号转换器包括镀金铜针、铜套、弹片，所述铜套套合固定在所述镀金铜针的中下部，所述弹片套合固定在所述镀金铜针的上部，在所述铜套上端设有环形卡槽；所述信号处理主板、信号连接板均为圆板结构，所述信号处理主板设有第一信号转换器连接孔、信号输出铜针连接孔，所述信号连接板设有第二信号转换器连接孔、压力信号导针连接孔；所述信号处理主板通过所述第一信号转换器连接孔套合固定在所述弹片上方裸露的镀金铜针上，所述信号连接板通过所述第二信号转换器连接孔套合固定在所述环形卡槽处；所述信号连接板通过所述压力信号导针连接孔套合固定在压力信号导针上端。


5.根据权利要求1所述的一种模块化设计MEMS扩散硅压力传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐中山，
申请(专利权)人：唐中山，
类型：发明
国别省市：广东;44