一种高温微熔压力传感器芯体及其制备方法技术

一种高温微熔压力传感器芯体及其制备方法，属于压力测量技术领域，包括弹性体基座、SOI硅应变计，所述弹性体基座上设有若干层介质层，若干层介质层上方设有SOI硅应变计，SOI硅应变计设置于弹性体基座的应变区上方，且每层介质层的热膨胀系数从接近弹性体基座的一侧向接近SOI硅应变计的一侧方向呈逐层阶梯递减。本发明专利技术采用具有梯度分布的若干层介质层将SOI硅应变计粘接到弹性膜片上，缓解硅与不锈钢之间因为热失配产生的热应力和温漂问题；将位于应变区的硅应变计上的焊盘延伸至位于非应变区的弹性膜片周边固支上的焊盘上，解决了高温环境下键合线容易出现热失配、疲劳、断裂等不可预估的可靠性问题。等不可预估的可靠性问题。等不可预估的可靠性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高温微熔压力传感器芯体及其制备方法


[0001]本专利技术属于压力测量
，尤其涉及一种高温微熔压力传感器芯体及其制备方法。

技术介绍

[0002]玻璃微熔压力传感器通常是用一层微熔玻璃作为贴片材料，将半导体应变片粘接到不锈钢弹性体膜片上，并通过高温烧结与弹性膜片熔为一体。由于传统的半导体应变片的P
‑
N结效应，当环境温度超过125℃时，应变片出现严重的漏电流，导致传感器测量误差大甚至失效。不锈钢弹性膜片的热膨胀系数（CTE）为10~20 ppm/℃，半导体应变片中硅的CTE为2.6 ppm/℃，微熔玻璃的CTE介于不锈钢和硅之间，在一定程度上缓解热失配的问题，但在高温环境下二者之间仍然会产生严重的热应力，产生较大的温漂。另外，现有玻璃微熔压力传感器的硅应变片粘接在弹性膜片的应变区，并通过引线键合将信号引出，在高温环境下，当传感器感受高频交变压力或振动、冲击时，引线键合点容易出现热失配、疲劳、断裂等不可预估的可靠性问题。基于以上原因，微熔压力传感器的工作温度一般不超过125℃，严重制约了微熔压力传感器在航空航天、能源化工等高温压力测试场合的应用。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种高温微熔压力传感器芯体及其制备方法，采用具有梯度分布的若干层介质层将耐高温SOI硅应变计粘接到弹性膜片上，缓解硅与不锈钢之间因为热失配产生的热应力和温漂问题；将位于应变区的硅应变计上的焊盘延伸至位于非应变区的弹性膜片周边固支上的焊盘上，解决了高温环境下键合线容易出现热失配、疲劳、断裂等不可预估的可靠性问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种高温微熔压力传感器芯体，包括弹性体基座、耐高温SOI硅应变计，所述弹性体基座上设有若干层介质层，若干层介质层上方设有耐高温SOI硅应变计，SOI硅应变计通过若干层介质层与弹性体基座高温烧结相连，SOI硅应变计设置于弹性体基座的应变区上方，所述若干层介质层的热膨胀系数介于弹性体基座与SOI硅应变计之间，且每层介质层的热膨胀系数从接近弹性体基座的一侧向接近SOI硅应变计的一侧方向呈逐层阶梯递减。
[0005]进一步地，所述SOI硅应变计为耐高温的硅压阻桥式应变片，由第一压敏电阻、第一焊盘、第二压敏电阻组成半桥硅应变片，第一压敏电阻、第二压敏电阻分别位于弹性体基座的弹性膜片的受压应力区和受拉应力区。
[0006]进一步地，压力传感器芯体包括两个SOI硅应变计组成惠斯顿电桥，且每个SOI硅应变计中的第一压敏电阻、第二压敏电阻呈对称分布。
[0007]进一步地，压力传感器芯体还包括导电层，导电层与第一焊盘垂直堆叠相连，形成欧姆接触，导电层将应变区的第一焊盘引至非应变区。
[0008]进一步地，所述导电层括引线和第二焊盘，引线与第一焊盘固定相连，引线的另一
端与第二焊盘固定相连，所述第二焊盘与接近SOI硅应变计的介质层固定相连，所述第二焊盘位于弹性体基座的非应变区对应位置，第二焊盘尺寸大于第一焊盘尺寸。
[0009]进一步地，所述导电层的导体浆料为Pd
‑
Ag、Pd
‑
Au、Pd
‑
Pt中的一种混合浆料；第一焊盘为铝或金。
[0010]进一步地，压力传感器芯体还包括保护层，所述保护层覆盖导电层、SOI硅应变计对应位置，并露出局部第二焊盘。
[0011]进一步地，所述介质层为微熔玻璃。
[0012]进一步地，所述弹性体基座的材料为17
‑
4ph或316L不锈钢，弹性体基座加工有与被测流体介质接触的引压口和弹性膜片以及周边固支和螺纹接头。
[0013]所述的一种高温微熔压力传感器芯体的制备方法，包括如下步骤：步骤（1）、制备弹性体基座，对弹性体基座预处理；步骤（2）、在弹性体基座的弹性膜片上采用丝网印刷丝印第一介质层；步骤（3）、高温烧结第一介质层，在弹性膜片上形成第一介质层；步骤（4）、在第一介质层上采用丝网印刷丝印第二介质层；步骤（5）、高温烧结第二介质层，在第一介质层上形成第二介质层；步骤（6）、重复步骤（4）、（5）形成若干介质层；步骤（7）、将SOI硅应变计放置到远离弹性体基座的介质层上，然后通过高温烧结将SOI硅应变计粘接到该介质层上；步骤（8）、采用丝网印刷和高温烧结在SOI硅应变计上丝印并烧结导电层，将应变区的第一焊盘引至非应变区；步骤（9）、采用丝网印刷和高温烧结在导电层上丝印并烧结保护层，并露出局部第二焊盘。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术的高温微熔压力传感器芯体，通过采用耐高温的SOI硅应变计，从根本上解决了传统半导体应变片高温下力敏器件漏电和失效的问题；通过引入具有梯度分布的若干层介质层的微熔玻璃，缓解硅与不锈钢之间因为热失配产生的热应力和温漂问题；用连接更加可靠的锡焊替代了传统引线键合，解决了高温环境下键合线容易出现热失配、疲劳、断裂等不可预估的可靠性问题。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1中高温微熔压力传感器芯体的结构示意图。
[0016]图2为本专利技术实施例1中机加一体成型弹性体基座的结构示意图。
[0017]图3为本专利技术实施例1中高温微熔压力传感器芯体制作工艺流程图。
[0018]图中标记：1为弹性体基座、1.1为引压口、1.2为弹性膜片、1.3为周边固支、1.4为螺纹接头、2为第一介质层、3为第二介质层、4为SOI硅应变计、4.1为第一压敏电阻、4.2为第一焊盘、4.3为第二压敏电阻、5为导电层、5.1为引线、5.2为第二焊盘、6为保护层。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步阐述。以下仅为本专利技术的较佳实
施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
[0020]本专利技术提供了一种高温微熔压力传感器芯体，包括弹性体基座1、SOI硅应变计4，所述弹性体基座1上设有若干层介质层，若干层介质层上方设有SOI硅应变计4，SOI硅应变计4通过若干层介质层与弹性体基座1高温烧结相连，为了满足高温环境下的测压需要，SOI硅应变计4上的力敏电阻采用绝缘体上硅SOI进行隔离，而非传统的P
‑
N结，可以保证传感器在超过200℃的高温环境稳定可靠的工作。SOI硅应变计4设置于弹性体基座1的应变区上方，所述若干层介质层的热膨胀系数介于弹性体基座1与SOI硅应变计4之间，且每层介质层的热膨胀系数从接近弹性体基座1的一侧向接近SOI硅应变计4的一侧方向呈逐层阶梯递减。介质层作为弹性体基座与SOI硅应变计4的粘接材料，同时作为热应力缓冲层，通过设置具有阶梯变化热膨胀系数的各层介质层，可以极大缓解传感器在高温环境下因为热失配产生的热应力问题，从而改善传感器的温漂特性。
[0021]具体地，所述弹性体基座1的材料为17
‑
4ph或316本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温微熔压力传感器芯体，其特征在于：包括弹性体基座（1）、SOI硅应变计（4），所述弹性体基座（1）上设有若干层介质层，若干层介质层上方设有SOI硅应变计（4），SOI硅应变计（4）通过若干层介质层与弹性体基座（1）高温烧结相连， SOI硅应变计（4）设置于弹性体基座（1）的应变区上方，所述若干层介质层的热膨胀系数介于弹性体基座（1）与SOI硅应变计（4）之间，且每层介质层的热膨胀系数从接近弹性体基座（1）的一侧向接近SOI硅应变计（4）的一侧方向呈逐层阶梯递减。2.根据权利要求1所述的一种高温微熔压力传感器芯体，其特征在于：所述SOI硅应变计（4）为耐高温的硅压阻桥式应变片，由第一压敏电阻（4.1）、第一焊盘（4.2）、第二压敏电阻（4.3）组成半桥硅应变片，第一压敏电阻（4.1）、第二压敏电阻（4.3）分别位于弹性体基座（1）的弹性膜片的受压应力区和受拉应力区。3.根据权利要求2所述的一种高温微熔压力传感器芯体，其特征在于：压力传感器芯体包括两个SOI硅应变计（4）组成惠斯顿电桥，且每个SOI硅应变计（4）中的第一压敏电阻（4.1）、第二压敏电阻（4.3）呈对称分布。4.根据权利要求2所述的一种高温微熔压力传感器芯体，其特征在于：压力传感器芯体还包括导电层（5），导电层（5）与第一焊盘（4.2）垂直堆叠相连，形成欧姆接触，导电层（5）将应变区的第一焊盘（4.2）引至非应变区。5.根据权利要求4所述的一种高温微熔压力传感器芯体，其特征在于：所述导电层（5）括引线（5.1）和第二焊盘（5.2），引线（5.1）与第一焊盘（4.2）固定相连，引线（5.1）的另一端与第二焊盘（5.2）固定相连，所述第二焊盘（5.2）与接近SOI硅应变计（4）的介质层固定相连，所述第二焊盘（5.2）位于弹性体基座（1）的非应变区对应位置，第二焊盘（5.2）尺寸大于第一焊盘（4.2）尺寸。6.根据权利要求4所述的一种高温微熔压力传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭佳欢，钟海，
申请(专利权)人：中航光电华亿沈阳电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：