具有压阻式传感器芯片元件的压力传感器制造技术

本发明专利技术涉及压力传感器，包括：压阻式传感器芯片元件（2），其具有用于测量环绕元件（2）流动的压力介质（14）的压力的封闭的芯片腔（27）和元件底面（5）；以及支承件（6），其具有支承件顶面（7），传感器芯片元件（2）的底面（5）被固定到支承件顶面上，其中底面（5）包括粘合区域（8）和外部边缘（10），并且底面（5）粘合在支承件顶面（7）上的粘合区域（8）中。底面（5）包括非粘合区域（9），其中底面（5）在非粘合区域（9）中不与支承件顶面（7）粘附。此外，非粘合区域（9）至少在设置于底面（5）上的中心的圆形表面（15）上延伸，圆形表面具有元件底面（5）的总面积的三分之一，且包括至少一个从圆形表面（15）至底面（5）的边缘（10）的连接区域（16）。由此压力介质（14）中的压力可通过连接区域（16）散布到元件底面（5）上的非粘合区域（9）下方的空间中。根据本发明专利技术，支承件（6）在传感器芯片元件（2）下方的中心具有凹部（20）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有封闭的芯片腔的压力传感器，其包括压阻式传感器芯片元件，用于测量围绕所述芯片流动的压力介质(Druckmedium)的压力，该传感器芯片元件具有元件底面；以及支承件，其具有支承件顶面，传感器芯片元件的底面被固定到支承件顶面上，其中，所述底面包括粘合区域，具有外部边缘，并且粘合在所述支承件顶面上的粘合区域中。
技术介绍
压阻式压力传感器与其它的压力传感器、特别是压电式压力传感器的不同之处在于，压阻式压力传感器可以在很长的时间内可靠地测量压力。压电式压力传感器总是需要“重置”以便为新的测量重新做好准备，因为它们会随着时间的推移而失去电荷和“漂移”。绝对压力传感器的示例是压阻式传感器，特别是充油的压阻式压力传感器。这种传感器包括被安装在支承件上或通孔(Durchfiihrung)上的传感器芯片元件。通常用粘合剂粘接传感器芯片元件。最终使得在膜下方的传感器芯片元件被油环绕。如果膜的外部被施加压力，膜下方的油也被置于压力之下。该传感器芯片在压力作用下产生相应的信号，该信号最终由两个或更多个触点以及连接导线被传输给分析装置。这样的传感器可以被设计成没有膜。于是，传感器芯片便直接暴露于外部的压力介质。已经发现，在这里所描述的传感器随着时间的推移还会发生信号漂移。这意味着所指示出的压力在相同的负载下随着时间的推移稍有变化。这种漂移远小于使用压电式压力传感器时的漂移，因为它具有其它的物理原因。压电元件随着时间的推移会失去电荷，而压阻式则不会。压阻式压力传感器的漂移约在O.1 %。而且，压力被均匀地作用于支承件的表面或通孔上，传感器芯片元件被安装在支承件上的或通孔上的中心。尤其是在超过50巴的高压下通孔会稍微发生弯曲，使得传感器芯片元件下方中心形成轻微的凹陷。已经发现，通孔与传感器芯片元件之间的粘合剂经过一段时间后会向内部蠕行，以填充该凹陷。此外，该粘合剂可由传感器芯片元件和支承件的边缘区域中的压力而压缩(gestaucht，压实)，从而使传感器芯片元件变形。这种压缩在一段时间后通过粘合剂的蠕行得以补偿。这导致信号漂移，因为从下面到传感器芯片元件上的反压力的情况随着时间的推移而改变。为了解决此问题，在某些情况下应省去粘合剂。传感器芯片元件便仅固定至触点。不过有时振动会毁坏这些触点，该传感器因此可能无法再传输测量值。从US6543292已知一种矩形传感器芯片元件，其在四个下方角部的每一个之处通过粘合剂滴与支承件连接。由此应可避免在支承件与芯片之间的热应力。但是，已经证明，通过在传感器芯片元件底面与支承件顶面之间的缝隙中的毛细作用，粘合剂或者在涂布时已经在此缝隙中移动，或者在随后的使用过程中在此缝隙中移动。由此粘合剂可在缝隙的很大的面积上分布，甚至可能填充整个缝隙空间。由粘合剂滴覆盖的表面的大小是不可控的。上述信号漂移的问题因此无法得到解决，在此应用中，传感器芯片元件仍然可能被压缩。此外，在使用几乎不具有毛细管作用的糊状粘合剂时，安装困难。用于将传感器芯片元件2安装到粘合剂上的压力不能完全地进行控制。因此，该粘合剂在元件2下方不受控制地被挤压，而不能确定粘合区域向元件5的中心推进多远。除了本专利技术所涉及的绝对压力传感器之外，差压传感器也是已知的。不同于绝对压力传感器，差压传感器的芯片腔体不是封闭的，而是与第二压力介质呈压力连接。由于该元件计算环境压力与腔体压力之间的压差，支承件本身不承受负载。这样的示例在JP61-226627中示出。其元件用夹子固定，夹子通过弹性力固定该元件。由于不使用粘合齐U，元件也可不发生压缩。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是描述一种新颖的针对上述类型的压阻式压力传感器中的传感器芯片元件的固定，其不会引起信号漂移并且在振动时不会对触点带来额外的负载。该目的由独立权利要求中的特征来实现。从属权利要求涉及本专利技术的特别有利的实施例。为此，本专利技术涉及上述类型的压力传感器，其中，元件底面包括非粘合区域，并且在所述非粘合区域中，所述底面未粘附到支承件顶面上，所述非粘合区域至少在设置于所述底面中心的圆形表面上延伸，所述圆形表面具有元件底面总面积的三分之一。此外，所述非粘合区域包括至少一个从该居中的表面至所述底面的边缘的连接区域。由此，所述压力介质中的压力可通过所述连接区域传递到所述元件底面上的所述非粘合区域下方的空间。根据本专利技术，压力传感器的支承件在传感器芯片元件下方的中心具有凹部。这样的凹部可以很容易地通过孔来提供。由此确保了粘合区域最多占据支承件顶面的未相对于该凹部设置的区域。非粘合区域相应地至少占据与元件底面相对的凹部区域。从而，至少形成凹部与元件底面的共同表面。粘合剂通过毛细作用不能散布到传感器芯片元件的底面的中央区域上，这是因为凹部区域在那里与支承件顶面形成很大的距离。该凹部应至少在设置于底面上的中心的圆形表面上延伸，该圆形表面具有元件底面总面积的三分之一。另外，所述凹部包括至少一个从圆形表面至超出底面的边缘的连接区域，使得压力介质中的压力可通过所述连接区域传递到元件底面上的非粘合区域下方的空间中。通过使凹部在至少一个位置突伸超出底面的边缘上来形成一种隧道，压力介质通过该隧道总是具有到达元件底面的中央区域的通路。通过这种设置，压力可以从各方面也包括从下面对传感器芯片元件进行作用。然而，最重要的是，该粘合区域并不在传感器芯片元件的中央区域。已经表明，如果支承件自身在所施加的压力的高负荷下出现弯曲，则支承件与传感器芯片元件之间的中央连接可以引起传感器芯片元件的变形。这种变形本身并不是问题，因为该变形在校准压力传感器时同样会发生。但是，在持续高压下经过较长的时间，中央连接因为粘附通常会缓慢地消退而失去张力。由此传感器芯片元件缓慢地变形到其初始形状，这体现在测量元件的被错误地作为压力变化的数据输出中。根据本专利技术将传感器芯片元件安装在支承件上，使得传感器芯片元件始终保持其原有的形状，且传感器芯片元件自身不随着支承件顶面的变形而变形。共计不到传感器芯片元件的整个底面的三分之二、优选少于三分之一的粘合区域位于该元件的边缘处。该粘合区域受支承件弯曲的影响最小，因此不会导致传感器芯片元件的弯曲。传感器芯片元件的非粘合区域与支承件之间的空间通过连接区域与压力室进行压力交换，并且致使传感器芯片元件的底面上的力始终保持恒定。通过在边缘上进行固定，传感器芯片元件被安置为使得其对振动具有很高的抵抗力。已经发现，通过根据本专利技术的粘合使得信号漂移从传统实施方式的约O. 1%减少约10倍。附图说明下面参照附图更详细地解释本专利技术。图中示意性示出图1示出了根据现有技术的充油型压阻式压力传感器的横截面；图2示出了在支承件上具有根据现有技术的粘合的传感器芯片元件；图3a示出了压力负载下的根据图3的传感器芯片元件；图3b示出了压力负载下一定时间之后的根据图3的传感器芯片元件；图4a示出了在传感器芯片元件的底面上的根据本专利技术的传感器芯片粘合；图4b示出了一种可选的在传感器芯片元件的底面上的根据本专利技术的传感器芯片粘合；图4c示出了另一种可选的在传感器芯片元件的底面上的根据本专利技术的传感器芯片粘合；图5示出了压力负载下在支承件上具有根据本专利技术的传感器芯片粘合的传感器芯片兀件；图6示出了支承件的透视图，其中带有根据本专利技术的传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.13 CH 1462/10;2010.09.01 US 61/379,0721.一种压力传感器，包括压阻式传感器芯片元件(2)和支承件(6)，该压阻式传感器芯片元件具有:封闭的芯片腔(27)，用以测量围绕所述元件(2)流动的压力介质(14)的压力；和元件底面(5)，其中该支承件具有支承件顶面(7)，所述传感器芯片元件(2)的底面(5)被固定到所述支承件顶面上，其中，所述底面(5)包括粘合区域(8)和外部边缘(10)，并且所述底面(5)粘合到所述支承件顶面(7)上的所述粘合区域(8)中，其中所述底面(5)包括非粘合区域(9)，在所述非粘合区域中，所述底面(5)不与所述支承件顶面(7)粘附，并且所述非粘合区域(9)至少在设置于所述底面(5)上的中心的圆形表面(15)上延伸，所述圆形表面具有所述元件底面(5)的总面积的三分之一，所述非粘合区域(9)具有至少一个从所述圆形表面(15)至所述底面(5)的所述边缘(10)的连接区域(16)，使得所述压力介质(14)中的压力能通过所述连接区域(16)传递到所述元件底面(5)上的所述非粘合区域(9)下方的空间中，其特征在于，所述支承件(6)在所述传感器芯片元件(2)下面的中心具有凹部(20)。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述凹部(20)是孔。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述元件底面(5)呈矩形，并且所述凹部(20 )的直径大于所述元件底面(5 )的边缘长度(22 )，且小于所述元件底面的对角线(23)...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希·阿尔比克尔，克里斯托夫·松德雷格，彼得·迈斯特，约亨·冯·贝格，勒内·坦纳，杰弗里·M·施内林格，
申请(专利权)人：基斯特勒控股公司，
类型：
国别省市：