[发明专利]压力传感器设备及其组装方法

说明书

相关申请

本申请与发明名称为“玻璃密封的压力传感器”(代理案卷编号SEN12-20(42843))，申请日与其为同一天的美国专利申请相关。该专利申请的整个教导和内容在这里通过引用的方式并入本说明书。

技术领域

本申请涉及一种压力传感器设备，特别是一种用于确定流体压力变化的设备。

背景技术

压力传感器通常测量流体例如气体或液体的绝对压力或相对压力。流体测量能够对不同的设备和系统进行准确的控制和监测。有多种传感器设备采用多种可用的动作机构来测量压力。例如，当前传感器设备可以使用压电，压阻，光学，电磁以及其他技术来测量压力。某些压力传感器可以制成很小的尺寸。例如，微机电系统(MEMS)目前用于压力传感器。MEMS传感器的主要功能是基于绝对压力或者压差输入，将压力信号转换为一个电输出信号，并连同提供一个基础电信号。该相对小的压力传感器在尺寸和重量是必要考虑因素的系统中很有用处。

发明内容

由于MEMS设备相对于传统压力传感技术占用空间较小，在压力传感器技术中使用MEMS技术非常有益处。因此，MEMS设备适用于对尺寸有限制的应用，例如包括双离合变速器(DCT)的汽车传动系。然而MEMS压力传感设备的挑战在于成本效率以及稳固的组装或包装。传统的MEMS压力传感器价格相对昂贵并且在某些操作条件包括高温，热膨胀以及化学劣化下损失精度甚至失效。例如，传统的MEMS压力传感器由于部件的数量和类型，以及使用贵金属例如金来改善粘合性而比较昂贵。MEMS传感元件应当用传感介质(例如流体或者油压)进行化学密封。同样地，采用不同金属制造的传统部件，热膨胀系数(CTE)之间会发生不匹配。这种不匹配的结果是由于热应力的建立和/或对MEMS传感元件施加了过量的膨胀应力造成热条件损坏化学密封。

使用MEMS压力传感元件的一个挑战是确定如何将MEMS模具附接到基底上从而形成足够坚固的连接(物理附接)，同时保证准确的压力读数。坚固的连接和好的精度是互相抵触的。具有坚固的连接，往往存在相应的不希望的应力水平。例如，相对高的温度会引起穿过MEMS模具附接粘合剂的应力。坚固的连接将这些应力转移到模具，影响压力测量的精度。传统压力传感器使用合金底座，采用坚固的硬环氧树脂粘接到MEMS模具上。该合金的使用造价较高并且危害精度，因为合金材料和MEMS模具之间的热膨胀系数值差异很大。传统的MEMS模具还可以用一体的玻璃底座制造，在晶片制造过程中玻璃底座附接到MEMS模具上。该一体的玻璃底座相对造价高，并且通常要粘接到合金基底上。

这里公开的技术提供了MEMS模具和压力传感器之间的坚固连接，但是从MEMS模具解除热膨胀应力。采用这些解除技术，压力传感精度能超过99％。例如，这里的技术使用具有管子或者确定的流体管道的玻璃底座。另外，取代化学粘接金属底座到安装板上，这里采用安装框架的物理结构将玻璃底座机械保持到位。从安装框架的外侧可以接近玻璃底座的一部分，或者，玻璃底座的一部分从安装框架中凸出从而能够附接MEMS模具。然后使用玻璃胶将MEMS模具附接到玻璃底座上。玻璃胶形成坚固的连接，其热膨胀与玻璃底座和MEMS模具匹配。采用这种配置，安装框架的热膨胀就不再是问题，并且安装框架无需从与MRMS模具的热膨胀系数类似的材料中进行选择。采用这些技术，可以从安装框架的下方插入玻璃底座从而形成压缩密封。MEMS模具的附加可以在该插入或者部分穿过安装框架之前或者之后。比较而言，传统的传感器在安装板上方将合金底座粘接到开口上。然而采用这里的技术，安装框架结构自身通过使用凸缘，节气门，或者其它方式将玻璃底座定位，并且玻璃底座基本上处于安装框架下面，而不是附加到安装板上方。将玻璃底座机械保持，如这里公开的，所使用的能够将流体介质保持在压力传感器之外的粘合剂的选择必须具有化学鲁棒性，并且也有相对的柔性，因为该密封剂无需承受流体介质的机械力。