[发明专利]一种嵌入粘结封装的厚膜电容微位移传感器及其封装方法

说明书

技术领域

本发明属于微位移传感器技术领域，特别涉及一种嵌入粘结封装的厚膜电容微位移传感器及其封装方法。

背景技术

荷兰埃斯维尔公司出版的《传感器和驱动器手册》丛书《厚膜传感器》(Handbook ofSensors and Actuators：Thick Film Sensors，Elsevier B.V，1994)中提到电容传感器是一种以电容器为敏感元件，通过检测极板间电容变化，将压力、位移和加速度等力学量变化转换为电容量变化并通过电子电路处理转化为电压信号输出的设备。这种电容传感器具有灵敏度高、分辨率高、动态响应速度快、噪音低、功耗小、漂移小、结构简单、稳定性高的特点，不仅适用于静态测量，同样适用于动态测量。近年来，随着多种高性能电容传感器芯片的研制成功，电容传感器在纳米级检测加工领域，特别在微传感器和微机电系统方面具有广泛的应用前景。为了适应实际应用的需求，进一步提高电容传感器的整体性能，现有的电容传感器封装方法和结构也需要相应的改进和创新。

中国专利申请号98111124.6的发明专利中提到一种电容传感器的金属压紧环压封封装方法，传感器芯片由采用螺纹旋进的金属压紧环压封在筒状外壳底座上；在传感器芯片与金属压紧环之间垫有胶木垫片，外壳底座和传感器芯片之间垫有O形圈，传感器芯片通过O形圈与外壳之间形成密封。传感器芯片上的信号处理电路的引出线通过金属外壳顶部的孔引出。这种金属压紧环压封的封装方法，由于采用金属压紧环压封固定传感器芯片，封装应力大，容易使传感器芯片的弹性膜片产生较大内应力，从而导致传感器零点误差大、线性严重恶化、非线性误差增大。而且在温度较高的工作环境中，由于O形圈的可塑以及其性状的变化，也会引起内应力变化，导致传感器温度特性变差，零点漂移增大。因此这种金属压紧环压封的封装方法难以用于高测量精度的微观量级力学量检测，尤其是纳米级微位移检测加工领域。微位移传感器要求传感器具备稳定的检测零点和线性，零点误差、零点漂移以及非线性误差控制在很小的范围，通常要求选用厚度很小的弹性膜片，采用上述的金属压紧环压封传感器芯片的封装方法不能满足陶瓷厚膜电容微位移传感器的要求，否则将会对弹性膜片产生无法通过数据处理进行消除的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种低封装应力、结构简单的嵌入粘结封装的厚膜电容微位移传感器及其封装方法，以克服现有封装结构和封装方法的上述不足。

本发明的嵌入粘结封装的厚膜电容微位移传感器，包括固定在金属屏蔽外壳内的柱状传感器芯片，该柱状传感器芯片的上面为陶瓷弹性膜片，下面为陶瓷基板及其信号处理电路和引出线，所述引出线通过金属屏蔽外壳上预留的引线孔引出，其特征在于：所述柱状传感器芯片按其陶瓷弹性膜片朝外的方式嵌在金属屏蔽外壳内的与其柱状边缘形状相匹配的凹槽内，并由封装胶将柱状边缘与金属屏蔽外壳之间粘结固化封装，传感器芯片与金属屏蔽外壳构成完整的整体。

本发明的上述厚膜电容微位移传感器的封装方法，包括先将传感器芯片上的引出线通过金属屏蔽外壳上预留的引线孔引出，其特征在于：将封装胶涂覆在传感器芯片的柱状边缘上，然后直接将传感器芯片的陶瓷弹性膜片朝外嵌入金属屏蔽外壳内的按照其柱状边缘形状尺寸事先加工好的相匹配的凹槽中，再经热处理使封装胶将柱状边缘与金属屏蔽外壳之间粘结固化封装，使传感器芯片与金属屏蔽外壳构成完整的整体。

所述传感器芯片主要由陶瓷弹性膜片陶瓷基板和附着其上的信号处理电路及引出线构成，陶瓷弹性膜片和陶瓷基板通过粘结玻璃烧结在一起，并在二者之间形成15-35mm的间隙。

所述封装胶可根据厚膜电容微位移传感器的不同工作环境要求，选用环氧树脂型封装材料、硅酮树脂封装材料或电子元件用粘合剂；特别优选工作温度范围宽、性能稳定、耐腐蚀、粘结强度高、低热膨胀系数的环氧树脂型封装材料。

所述金属屏蔽外壳可选用4J32可伐合金、硬铝或不锈钢材料，其中综合考虑材料的机械加工性能和价格费用因素优选不锈钢材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：