[发明专利]一种高精度超低压传感器

说明书

本发明提供了一种高精度超低压传感器，包括压力传感器核心芯片，专用集成电路，电路板和封装结构。压力传感器核心芯片和专用集成电路集成于同一块电路板；封装结构包含外壳、挡板和密封圈。外壳上端设有两个气嘴。电路板和挡板与外壳形成腔体A和腔体B，两个气嘴分别与两个腔体连通，压力传感器核心芯片置于腔体A内，专用集成电路置于腔体B内。密封圈确保腔体的密封性；导压孔分布在挡板上，将两个密封腔体连通，既不影响流体的流速，同时能产生压力差，为压力传感器提供压力敏感信号，提高传感器的分辨力；电路板内部开设长通孔，确保流体流量的稳定运行。与现有超低压传感器相比，功耗低、成本低、精度高和易集成。

技术领域

本发明属于微电子传感器技术领域，涉及一种高精度超低压传感器。

背景技术

压力传感器，是能够感受压力信号并将其转换成电信号的器件，一般由压力敏感元件、信号处理单元构成。压力传感器是传感器市场中份额占比最大的产品之一，在工业领域应用广泛，涉及电力、医疗、电子、家电、汽车、铁路、船舶、机械设备、油气、化工、管道、航空航天、军工等众多行业。压力传感器按量程可分为低压、中压和高压压力传感器。MEMS压力传感器则属于低压传感器，主要检测原理有硅电容式和硅压阻式，其中将最低满量程为0.07psi（500Pa）被列为超低压力测量范围。

随着新型半导体材料不断出现，MEMS的加工工艺、传感器的结构设计以及敏感元件的集成设计也在不断地突破，成本低、准确度高、可批量生产及体积小等特点使MEMS压力传感器的应用范围也越来越广泛。目前许多应用需要能够提供极高准确度的超低压传感器，包括医疗呼吸机和用于建筑节能的可变风量(VAV)控制系统等多种多样的设计。现有的超低压传感器主要基于两种工作原理，一种是采用热式原理，通过流通原理的热式传感器元件来测量差压；另一种是MEMS压阻式原理，通过专用集成电路（ASIC）对传感器执行全面的校准和温度补偿，确保传感器的测试精度。但这两种不同工作原理的超低压传感器技术国外已完全成熟且被广泛应用在呼吸机领域，而国内压力传感器产品主要集中在500Pa~1Mpa量程范围内，低于500Pa的超低压传感器由于制备或封装工艺等原因，导致测试精度无法满足用户需求，因此对于该量程范围内的传感器鲜有报道。

综上所述，随着物联网的发展，智能化产品逐渐向小型化方向靠近，不仅提高了对中、低压力测量精确度的要求，同时，市场对产品的便捷性、性价比和适用范围都提出了更高的需求。而超低压传感器因具备小量程、高精度等优势受到越来越多的关注，目前市面上呼吸机内搭载的超低压传感器完全依赖国外进口，受核心技术的限制，国内不具有制备超低压传感器的自主研发技术。而中国巨大的人口基数，客观决定了呼吸机有巨大的市场发展空间，因此，超低压传感器的自主研发也将进一步弥补国内相关领域所需设备的应用需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度超低压传感器，采用MEMS压力传感器感应前后流道内的压力实现小量程压力差的精确测量，具有压损小、成本低、精度高的特点。

本发明的技术解决方案：一种高精度超低压传感器，包括压力传感器核心芯片，专用集成电路（ASIC），电路板和封装结构四部分。压力传感器核心芯片和专用集成电路(ASIC)集成于同一块电路板上；封装结构由外壳、挡板和密封圈组成。外壳上端设置有两个气嘴，用于连接外部管路，挡板与外壳为一体式结构。电路板和挡板与外壳装配后形成两个腔体（腔体A和腔体B），两个气嘴分别与两个腔体连通，压力传感器核心芯片置于腔体A内，专用集成电路（ASIC）置于腔体B内。密封圈确保腔体的密封性；导压孔分布在挡板上，将两个密封腔体连通，既不影响流体的流速，同时能产生压力差，为压力传感器提供压力敏感信号；电路板内部开设长通孔，长通孔一侧连通腔体B，另一侧与压力传感器核心芯片敏感薄膜底部相通，压力传感器核心芯片敏感薄膜同时感应腔体A和腔体B内压力差变化。电路板上焊接四路插针，用于传输传感器信号。