气密玻璃密封传感器制造技术

本文所公开的技术包括用于包含有车用流体的流体压力测量的系统及方法。压力传感器包括用于压力测量的微机电系统(MEMS)传感器。MEMS传感器被附连到玻璃管，其被压缩地密封到可附连到包含有流体的箱的压力端口的安装框架上。本文所公开的技术在管子与安装框架之间提供气密密封件，以及在MEMS传感器和压力传感器之间提供刚性密封件，同时使来自于MEMS传感器的热膨胀应力解耦。利用这种解耦技术，可改进压力感测的可靠性和准确性，这是因为热膨胀应力被从MEMS传感器解耦。这种技术提供了一种精确、耐用且成本高效的压力传感器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本文所公开的技术包括用于包含有车用流体的流体压力测量的系统及方法。压力传感器包括用于压力测量的微机电系统(MEMS)传感器。MEMS传感器被附连到玻璃管，其被压缩地密封到可附连到包含有流体的箱的压力端口的安装框架上。本文所公开的技术在管子与安装框架之间提供气密密封件，以及在MEMS传感器和压力传感器之间提供刚性密封件，同时使来自于MEMS传感器的热膨胀应力解耦。利用这种解耦技术，可改进压力感测的可靠性和准确性，这是因为热膨胀应力被从MEMS传感器解耦。这种技术提供了一种精确、耐用且成本高效的压力传感器。【专利说明】气密玻璃密封传感器相关申请本申请与和本申请同日提交的(代理人案号为SEN12-21 (42844))名称为“压力传感器，，的美国专利申请相关。该专利申请的全部教导和内容通过引用整体合并于此。
本公开涉及压力传感器装置，且具体地涉及识别液体压力的变化的装置。
技术介绍
压力传感器典型地测量诸如气体或液体的流体的绝对或相对压力。流体的测量使得能够精确控制和监测各种装置和系统。存在利用多个可获得的测量压力的作用机制中的任意一个的多种压力传感器装置。例如，给定的传感器装置可利用压电、压阻、光学、电磁及其它技术用于测量压力。某些压力传感器被以非常小的尺寸制造。例如，微机电系统(MEMS)现在被用作压力传感器。MEMS传感器的主要功能为，基于绝对或差分压力输入，连同提供电基信号，将压力信号转换成电输出信号。这种相对较小的压力传感器在尺寸和重量被重点考虑的系统中使用。传统的中压压力传感器采用了利用强力且稳定的环氧树脂或共晶粘合来粘结到MEMS芯片上的金属合金底座。这种金属合金的使用是昂贵的，且可能危害精度，这是因为在金属合金材料与MEMS芯片之间的热膨胀值的系数存在显著的差异。传统的MEMS芯片也可利用在晶片制造过程期间附连到MEMS芯片的集成玻璃底座来加工。这种集成的玻璃底座(也称作熔融玻璃底座)比较昂贵，且MEMS芯片通常利用阳极粘合技术来粘结到玻璃底座上，且底座通过粘合或共晶金属粘合粘结到压力端口安装框架上。在传统的装置中，抗化学腐蚀的环氧树脂或共晶粘合必须为传动应用提供机械粘合的强度及足够的密封。当组件和胶粘剂与诸如燃料、传动液和油的粗糙媒质相接触时，很难提供成本高效、化学上稳健的且机械上牢固的解决方案。由于MEMS装置相对于传统压力感测技术的较小的空间占用，在压力感测技术中使用MEMS技术可以是有利的。这样，MEMS装置适用于具有尺寸限制的领域，诸如包括具有对较小传感器的需求增加的双离合传动(DCT)系统的汽车传动装置。然而，MEMS压力感测装置的挑战是产生成本高效的且稳健的细件或封装件。传统的MEMS压力传感器可能较昂贵，并损失精度，或者甚至在包括高温、热膨胀及化学劣变的特定操作条件下失效。例如，由于部件的数量及类型，以及为了改善粘合性能使用诸如黄金的贵金属粘合，传统的MEMS压力传感器是昂贵的。MEMS感测组件应与感测媒介(诸如流体压力或油压)相化学密封。而且，由于传统的组件由不同的材料制成，热膨胀系数(CTE)存在不匹配。这种不匹配的结果会导致，由于热应力的累积和/或将过量的膨胀应力施加到MEMS感测部件，热的条件可能损坏化学密封。采用MEMS压力感测部件的一个挑战为，确定如何将MEMS芯片附连到衬底，以导致足够牢固的连接(物理附着)，同时使得能够进行精确的压力读取。当组件的热膨胀系数不匹配时，牢固的机械连接和良好的精度可能相冲突。采用牢固的连接，总是存在可能是不期望的相应水平的应力。例如，在相对较高或较低温度处的温度变化可能引起MEMS芯片附连粘合上的应力。刚性连接将这些应力转移到芯片，其影响了压力测量的精度。
技术实现思路
本文所公开的技术提供了 MEMS芯片与压力传感器的牢固连接，但同时使来自于MEMS芯片的热膨胀应力解耦。利用这种解耦技术，压力感测精度可超过99%。例如，本文中的技术可使用具有流体管路的管子，且不是将金属底座化学粘合到安装板上，而是管子利用压缩的玻璃密封被机械地保持在适当位置。管子的一部分可从安装框架的外侧接近，或者可替换地，管子的一部分从安装框架突出以便能够进行MEMS芯片附连。MEMS芯片可被直接地粘贴到管子上或者粘贴到单独的底座上，该底座粘贴到管子上。利用玻璃浆料或玻璃粉，例如低温熔融玻璃(通常称作焊料玻璃)，随后MEMS芯片可被附连到管子上。该玻璃浆料在被加热时，利用与MEMS芯片及可选玻璃底座匹配的热膨胀，形成刚性密封。利用这种结构，安装框架的热膨胀不成为问题，这是因为玻璃密封件和其它组件在操作温度保持压缩，且由此安装框架不必从具有与MEMS芯片的热膨胀系数相类似的材料中选择。利用这些技术，管子被插入到安装框架，并被压缩地密封到安装框架上以形成气密密封。在特定的实施例中，低温熔融玻璃(例如，焊料玻璃)被用于粘合MEMS芯片和硼硅管。该粘合形成与刚性密封相匹配的热膨胀系数。硼硅与压力传感器的安装框架之间的密封，是在某些实施例中利用压缩的金属来形成玻璃密封件实现的。利用玻璃而不是环氧树脂来保持MEMS部件或硼硅管的一个优点在于，玻璃更加抵抗来自于传递压力的流体的化学冲击，其部分地由例如乙醇或甲醇的溶剂的渗透所引起。一个实施例包括用于测量液体压力的压力传感器装置。该压力传感器装置具有包括压力端口安装框架的几个组件，该安装框架具有面对包含有流体的箱的内侧，该安装框架具有背离包含有流体的箱的外侧，安装框架限定从内侧延伸到外侧的开口，安装框架在内侧具有侧壁，管子限定了完全穿过管子延伸的流体管路，该管子定位成使得流体管路及流体管路所穿出的管子的表面区域，可从安装框架的外侧接近。该装置进一步包括微机电系统(MEMS)传感器，其在管子的表面区域处被密封到管子，以使得当流体管路填充有来自于包含有流体的箱的流体时，流体挤压MEMS传感器和气密密封件，该气密密封件通过将管子压缩地密封到安装框架的内侧的一部分上来形成。归因于压缩及匹配的热系数玻璃密封件，这种传感器是低成本、小尺寸且稳健的传感器。而且，该传感器提供气密的玻璃密封件以保护MEMS传感器。该传感器的应用包括但不限于:液体燃料压力感测(LFS)、油压感测(OPS)和双离合变速器(DCT)液压感测。根据应用领域，某些应用中的被测压力范围大约为0-10巴或0-70巴。用于组装测量流体压力的压力传感器的一种技术包括，提供可附连到包含有流体的箱的压力端口的安装框架，安装框架具有面对包含有流体的箱的内侧，安装框架具有背离包含有流体的箱的外侧，安装框架限定从内侧向外侧延申的开口，在开口处设置管子，管子限定了完全穿过管子延伸的流体管路，管子定位成使得流体管路及流体管路所穿出的管子的表面区域，可从安装框架的外侧接近，将管子压缩粘合(也被称作使管子密封)到安装框架上，在MEMS传感器与包含有流体的箱之间形成气密密封，并将微机电系统(MEMS)传感器在管子的表面区域处密封到管子，以使得当流体管路填充有来自于包含有流体的箱的流体时，流体挤压MEMS传感器。此外，尽管本文中的不同特征、技术、结构等等中的每一个都可在本公开的不同位置中讨论，但概念中的每一个都可独立于彼此实施或者彼此联合实施。因此，本专利技术可以许多不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器装置，所述压力传感器装置能附连到包含有流体的箱的压力端口以用于测量流体压力，所述压力传感器装置包括：压力端口安装框架，所述安装框架具有面对包含有流体的箱的内侧，所述安装框架具有背离包含有流体的箱的外侧，所述安装框架限定从内侧延伸到外侧的开口，所述安装框架在内侧上具有侧壁；管子，所述管子限定完全穿过管子延伸的流体管路，所述管子定位成使得能够从安装框架的外侧接近流体管路和流体管路穿出的管子的表面区域；微机电系统(MEMS)传感器，所述MEMS传感器在管子的表面区域密封到管子，以使得当流体管路填充有来自于包含有流体的箱的流体时，流体挤压MEMS传感器；以及气密密封件，所述气密密封件通过将管子压缩地密封到安装框架的内侧的一部分上而形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E·霍普，G·克拉斯，R·斯莱克霍斯特，W·霍普曼，A·范登博斯，
申请(专利权)人：森萨塔科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US