一种基于三层结构的陶瓷压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三层结构的陶瓷压力传感器及其制备方法。根据本发明专利技术的陶瓷压力传感器，所述三层结构包括：依次设置的第一平板、第二平板、第三平板；第一平板和第二平板之间通过玻璃浆料烧结连接，并且第一平板和第二平板之间形成压力腔；第二平板上设置有厚膜电路，厚膜电路位于所述第一平板和所述第二平板的压力腔内，并且第三平板和第二平板之间也通过玻璃浆料烧结连接；所述陶瓷压力传感器还包括与第一平板连接的PCB板；PCB板的背面设置有与厚膜电路之间电连接的调理电路；第三平板采用中央具有通孔的结构，并且第三平板对第一平板和所述第二平板之间的封接处进行加固；第二平板的厚度根据所述陶瓷压力传感器的量程进行选择。行选择。行选择。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三层结构的陶瓷压力传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于三层结构的陶瓷压力传感器及其制备方法，属于敏感元件与传感器


技术介绍

[0002]陶瓷是一种具有高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的高性能材料，非常适合作为传感器的基体材料。而利用厚膜工艺制备而成的厚膜电路，与陶瓷基体的适配性好，由此制造而成的压力传感器，具有高精度、高稳定性的特点。因此，陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器是压力传感器的发展方向，其能够广泛适用于过程控制、环境控制、液压和气动设备、伺服阀门和传动、化学制品和化学工业及医用仪表等领域。
[0003]陶瓷压力传感器以陶瓷膜片为弹性体，将厚膜电路印刷在陶瓷膜片的一侧，连接成一个惠斯顿电桥，陶瓷膜片的另一侧直接与被测量介质接触。然而，现有的陶瓷压力传感器中，由于结构及工艺的限制，其缺点也较为明显。
[0004]例如，专利CN2755581Y中公开了一种高过载性能陶瓷压力传感器，其圆形陶瓷弹性膜片与起支撑作用的圆环形陶瓷基座相交连结成一整体，形成杯状结构；但由于上部陶瓷弹性膜片过薄，当该传感器受到瞬时高压、液锤等压力冲击时，会出现膜片破碎，从而导致压力源泄漏，且该陶瓷压力传感器由于采用一体式结构，从而上部弹性膜片的变形空间过大，导致该传感器不具备防过压功能；又如，专利CN104359596B中公开了一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，该传感器采用表压结构，其下部的陶瓷基板设置有盲孔，虽然能够一定程度上防止上部的弹性膜片过压碎裂，但当上部膜片过压破碎之后，压力源会从盲孔泄露；并且由于其陶瓷基板结构复杂，开模成本较高。
[0005]此外，专利CN110132453A中公开了一种压力传感器的键合方法，其中采用焊锡法封接平膜压力传感器的薄板和厚板，该方法虽然可以同时实现陶瓷片的机械和电气连接，但这种工艺非常难以控制，产品良率较低。

技术实现思路

[0006]为了解决目前存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于三层结构的陶瓷压力传感器，所述技术方案如下：
[0007]本专利技术提出一种基于三层结构的陶瓷压力传感器及其制备方法，根据本专利技术的陶瓷压力传感器，其三层结构能够均采用平板式结构，并采用96％氧化铝陶瓷；上述三层结构包括依次设置的第一平板、第二平板、第三平板；本专利技术基于所述三层结构的陶瓷压力传感器具有较强的防过压功能，能够防止压力源泄露；并且结构简单、易于调控。
[0008]本专利技术的具体技术方案如下：
[0009]根据本专利技术的技术方案，一种基于三层结构的陶瓷压力传感器，所述三层结构包括：第一平板、第二平板、第三平板；其中，所述第二平板设置在所述第一平板上方，所述第一平板和所述第二平板之间通过玻璃浆料烧结连接，并且所述第一平板和所述第二平板之
间形成压力腔；所述第二平板上设置有厚膜电路，所述厚膜电路设置在所述第二平板上靠近所述第一平板的一侧，即所述厚膜电路位于所述第一平板和所述第二平板的压力腔内，所述第三平板设置在所述第二平板的上部，并且所述第三平板和所述第二平板之间通过玻璃浆料烧结连接。
[0010]根据本专利技术的技术方案，所述陶瓷压力传感器还包括PCB板，所述第一平板作为基板，设置在所述PCB板的正面；所述PCB板的背面设置有调理电路，所述调理电路与所述厚膜电路之间电连接。
[0011]根据本专利技术的技术方案，所述第三平板设置为中央具有通孔的结构，所述通孔用于使所述第二平板与被测量介质接触，从而接收压力信号。
[0012]根据本专利技术的技术方案，所述PCB板的调理电路包括调理芯片、电容、电阻等元器件，用于对所述压力传感器的输出信号进行调整和补偿；例如，通常基于厚膜电路的陶瓷压力传感器的满量程输出跨度约为7mV
‑
12mV，数值相对比较小；然而在实际应用场景，如汽车行业，需要将陶瓷压力传感器的输出调整为0.5V
‑
4.5V或者4mA
‑
20mA，这一需求通过PCB板上的上述调理电路来实现。
[0013]根据本专利技术的技术方案，设置于所述第二平板上的厚膜电路通过厚膜印刷工艺进行制备。
[0014]根据本专利技术的技术方案，所述第一平板和所述第二平板之间的玻璃浆料中含有刚性陶瓷珠或玻璃珠，所述刚性陶瓷珠或玻璃珠用于进行限位，使所述第一平板和所述第二平板之间形成压力腔。
[0015]根据本专利技术的技术方案，所述第一平板选用的陶瓷片的厚度大于所述第二平板的陶瓷片的厚度，并且所述第二平板的厚度根据所述陶瓷压力传感器的量程进行选择。
[0016]根据本专利技术的技术方案，所述第三平板的厚度大于所述第二平板的厚度并小于所述第一平板的厚度。
[0017]根据本专利技术的技术方案，所述第三平板用于对述第一平板和所述第二平板之间的玻璃浆料封接处进行加固。
[0018]根据本专利技术的技术方案，所述第一平板上设置有多个通孔，并且所述PCB板上设置有与所述第一平板的多个通孔相对应的多个通孔，所述PCB板的多个通孔与所述第一平板上对应的多个通孔相连通；所述厚膜电路与所述调理电路通过所述PCB板的多个通孔及所述第一平板上对应的多个通孔采用回流锡焊形成电气连接。
[0019]在一种实施方式中，所述第一平板和所述第二平板之间的玻璃浆料中添加的刚性陶瓷珠或玻璃珠的直径为30
±
5μm。
[0020]在一种实施方式中，所述第一平板形状为正方形，正方形的边长为10mm
‑
12mm，厚度为2
±
0.1mm或3
±
0.1mm。
[0021]在一种实施方式中，所述第三平板形状为正方形，正方形的边长为10mm
‑
12mm，厚度为1
±
0.1mm。
[0022]在一种实施方式中，所述第二平板形状可以为圆形、正方形，以及其他常规几何图案，优选为正方形。
[0023]在一种实施方式中，所述第二平板正方形的边长为10mm
‑
12mm；厚度为0.2mm
‑
0.4mm，可以依据压力量程进行选择。
[0024]本专利技术进一步提供一种基于三层结构的陶瓷压力传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0025]步骤一：在所述第二平板的陶瓷片上采用厚膜印刷工艺进行厚膜电路制作；
[0026]步骤二：采用玻璃浆料烧结连接第一平板和第二平板、以及第二平板和第三平板，得到三层结构；
[0027]步骤三：将设置有调理电路的PCB板贴装到所述第一平板上，并将所述调理电路与所述第二平板上的厚膜电路进行电气连接，得到高精度陶瓷压力传感器。
[0028]在一种实施方式中，所述步骤一中，在所述第二平板的陶瓷片上采用厚膜印刷工艺进行厚膜电路制作的工艺如下：
[0029]1.厚膜电路的设计；即惠斯通电桥电路的设计，包括四个电阻和两个激光修阻电阻，以及各个电阻之间的导线连接；其中，在设计时需要通过理论计算、有限元分析等手段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三层结构的陶瓷压力传感器，其特征在于，所述陶瓷压力传感器的三层结构包括：第一平板、第二平板、第三平板；所述第二平板设置在所述第一平板上方，所述第一平板和所述第二平板之间通过玻璃浆料烧结进行连接，并且所述第一平板和所述第二平板之间形成压力腔；所述第二平板上设置有厚膜电路，所述厚膜电路位于所述第一平板和所述第二平板之间形成的压力腔内；所述第三平板设置在所述第二平板的上部，并且所述第三平板和所述第二平板之间通过玻璃浆料烧结进行连接；所述陶瓷压力传感器还包括PCB板，所述第一平板作为基板，设置在所述PCB板的正面；所述PCB板的背面设置有调理电路，所述调理电路与所述厚膜电路之间电连接。2.根据权利要求1所述的陶瓷压力传感器，其特征在于，连接所述第一平板和所述第二平板的玻璃浆料中包含刚性陶瓷珠或玻璃珠，用于进行限位，使所述第一平板和所述第二平板之间形成压力腔。3.根据权利要求1所述的陶瓷压力传感器，其特征在于，所述第三平板设置为中央具有通孔的结构，所述通孔用于使所述第二平板与被测量介质接触，从而接收压力信号。4.根据权利要求1所述的陶瓷压力传感器，其特征在于，所述第一平板上设置有多个通孔，并且所述PCB板上设置有与所述第一平板的多个通孔相对应的多个通孔，所述PCB板的多个通孔与所述第一平板上对应的多个通孔相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕勤，刘晓宇，
申请(专利权)人：无锡胜脉电子有限公司，
类型：发明
国别省市：