CN116046226B - 一种用于深宽比刻蚀的mems压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于压力监测技术领域，提供了一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，包括封装壳，所述封装壳的一侧外壁开设有固定孔，所述固定孔固定有检测筒，还包括：转换机构，所述转换机构设置在封装壳内，所述转换机构包括转动盘、从动盘以及多个检测柱，所述封装壳外壁开设有槽口，所述转动盘转动安装在槽口内，所述从动盘转动安装在封装壳的内壁上，所述转动盘和从动盘之间设置有多个用于两者的连接件，所述转动盘的圆面开设有多个第一圆孔，所述从动盘的圆面上开设有多个第二圆孔。本发明中能够进行两个或以上的压力范围测量，极大地减小了芯片尺寸面积，提高了传感器的集成度，同时满足了低压测量时的灵敏度与量程。

Description

一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器

技术领域

本发明属于压力监测技术领域，尤其涉及一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器。

背景技术

随着微机电技术的发展，由于第二代半导体材料单晶硅的压阻效应和其良好的机械结构特性，使得利用微机电工艺技术制成的MEMS硅压阻式压力传感器逐渐成为了市场的主流。其具有体积小、精度高、成本低和稳定性强的优点，并广泛应用在航空航天、石油、电力等领域。硅压阻式压力传感器主要由敏感膜片、压敏电阻条组成，其工作原理为当敏感膜片受到外界压力作用下，发生挠曲变形，而膜片上的压敏电阻则在膜片挠曲应力的作用下，通过压阻效应，使得自身电阻率发生变化，由四个压敏电阻条构成的惠斯通电桥电路，将电阻率的变化转换成输出电压的变化。

公告号为CN211205616U，中国专利公开了一种MEMS压力传感器装置，该装置包括传感器壳体，在传感器壳体的顶部连接有一盖板，在传感器壳体内设有一信号处理电路板，在信号处理电路板与盖板之间设有一电气连接器，电气连接器通过信号引出引脚延伸出盖板的外表面，在信号处理电路板的上表面设有一MEMS压力芯片组件，MEMS压力芯片组件与信号处理电路板之间电性连接，MEMS压力芯片用于感知外界被测介质的压力。该实用新型提出的MEMS压力传感器装置，易电路集成、结构小巧，可满足大量程的检测需求，且数据输出精度高。

传统的MEMS压力传感器具有一个深腔刻蚀形成敏感膜片以及在敏感膜片上通过扩散或则离子注入工艺形成的2对压敏电阻，通过金属沉积工艺来构成惠斯通电桥连接。对于这种传统的硅压阻式压力传感器来说，其测量范围与结构灵敏度大小是密切相关的，在结构设计上，为了增大测量范围或则缩小测量范围都需要改变膜厚以及敏感膜片的面积大小，由此造成了传统的压力传感器芯片针对多个压力量程测量，往往采用以大量程的芯片代替小量程的芯片从而对小量程压力范围进行检测，或则通过MEMS工艺重新加工出不同结构的压力芯片来保证。大量程的压力芯片测量微小压力时会使得整个传感器的灵敏度非常低，增加了后端接口电路的负担。

发明内容

本发明提供一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，旨在解决一个传感器只能检测一种量程的问题。

本发明是这样实现的，一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，包括封装壳，所述封装壳的一侧外壁开设有固定孔，所述固定孔固定有检测筒，还包括：

转换机构，所述转换机构设置在封装壳内，所述转换机构包括转动盘、从动盘以及多个检测柱，所述封装壳外壁开设有槽口，所述转动盘转动安装在槽口内，所述从动盘转动安装在封装壳的内壁上，所述转动盘和从动盘之间设置有多个用于两者的连接件，所述转动盘的圆面开设有多个第一圆孔，所述从动盘的圆面上开设有多个第二圆孔，各个所述第一圆孔与各个所述第二圆孔一对一对齐，各个所述检测柱均匀设置各个第一圆孔内，所述检测柱为中空结构，所述检测柱内开设有空腔，所述空腔内安装有量程敏感膜片，所述第一圆孔内开设有多个第一导向槽，所述检测柱外侧壁设有多个与其一体结构的第一导向条，各个所述第一导向条均匀设置在各个第一导向槽内，所述检测柱上设置有复位组件，所述复位组件位于转动盘和从动盘之间；

推动组件，所述推动组件设置在封装壳内，所述推动组件用于将其对齐检测柱推入检测筒内。

更进一步的，所述量程敏感膜片朝向检测筒的一侧设置有硅胶。

更进一步的，所述检测柱的一端为圆锥端，所述检测筒内设有与圆锥端设配的内圆锥面。

更进一步的，所述检测柱的圆锥端上设置有与其一体结构且同轴设置的卡环，所述检测筒内开设与其同轴设置的圆环槽，所述圆环槽与卡环相适配，所述圆环槽内设置有O形圈。

更进一步的，所述封装壳内设置有定位机构，所述定位机构包括定位杆、第二弹簧和两个第一固定板，两个所述第一固定板呈上下分布固定在封装壳的一侧内壁上，两个所述第一固定板开设有滑孔，所述定位杆设置在滑孔内，所述定位杆的固定有与其同轴设置有限位环，所述第二弹簧套设在定位杆上，所述第二弹簧的两端分别与限位环和位于底部的第一固定板相接触，所述从动盘的外侧壁开设有多个半球槽，各个所述半球槽与各个第二圆孔一对一对齐，所述定位杆的顶部为圆顶结构。

更进一步的，所述复位组件包括多个定位筒、多个固定环以及第一弹簧，所述定位筒固定在从动盘上，各个所述定位筒与各个第二圆孔一对一同轴设置，所述定位筒套设在检测柱上，所述第一弹簧套设在检测柱上，所述第一弹簧的两端分别与定位筒和转动盘相接触。

更进一步的，所述封装壳内设置有电路板，所述电路板上设置有芯片、金属引脚和数据接受端，所述金属引脚和数据接受端均设置在封装壳外。

更进一步的，所述推动组件包括第二固定板，所述第二固定板的两端均固定在封装壳内，所述第二固定板的外侧壁开设有通孔，所述通孔滑动设置有推动杆，所述封装壳的两侧外壁卷开设有两个转动孔，所述转动孔内通过轴承转动安装有转动杆，两个所述转动杆固定有一个曲轴，所述曲轴和推动杆之间设置有连杆，所述连杆的两端分别与曲轴和推动杆形成转动配合。

更进一步的，所述推动杆与检测筒同轴设置。

更进一步的，其中一个所述转动杆上套设有转动板，所述转动杆上设有多个与其一体结构的第二导向条，所述转动板开设有第二导向槽，所述第二导向条滑动安装在第二导向槽内，所述转动杆的一端固定有限位板，所述转动杆套设有第三弹簧，所述第三弹簧的两端分别与限位板和转动板相接触，所述转动板上开设有定位孔，所述封装壳上固定有与定位孔适配的锁定杆。

采用以上结构后，本发明相较于现有技术，具备以下优点：

本发明中，进行更换的时候，向外拉动转动板，第三弹簧进行压缩，使转动板与锁定杆脱离，然后转动转动板，转动板通过第二导向条带动转动杆进行转动，转动杆带动曲轴进行转动，曲轴通过连杆带动推动杆向后移动，此时推动杆无法对与其对齐的检测柱分离，套设该检测柱上的第一弹簧复位，将第一弹簧对固定环施加作用力，使检测柱脱离检测筒，然后拨动转动盘，转动盘通过连接件带动从动盘进行转动，从动盘上的半球槽推出定位杆，此时第二弹簧被压缩，每置换一个第二圆孔，第二弹簧复位，将定位杆卡入与置换后第二圆孔对齐的半球槽，这样会有明显卡顿感，借此可以判断是否对齐，向外拉动转动板，第三弹簧进行压缩，使转动板与锁定杆脱离，然后转动转动板，转动板通过第二导向条带动转动杆进行转动，转动杆带动曲轴进行转动，曲轴通过连杆带动推动杆向前移动，将检测柱推入检测筒内，完成置换，这样进行两个或以上的压力范围测量，极大地减小了芯片尺寸面积，提高了传感器的集成度，同时满足了低压测量时的灵敏度与量程。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的第一视角内部立体图。

图3为本发明的第二视角内部立体图。

图4为本发明的检测柱立体图。

图5为本发明的内部侧视示意图。

图6为本发明图5第一视角内部立体A-A剖视图。

图7为本发明的检测柱和检测筒侧剖视结构示意图。

图8为本发明的电路板立体示意图。

图9为本发明的推动组件立体示意图。

图10为本发明的转动板立体示意图。

附图标记：

1、封装壳；

2、数据接受端；

3、转换机构；301、转动盘；302、连接件；303、定位机构；304、从动盘；305、定位筒；306、检测柱；307、第一弹簧；308、第一导向条；309、固定环；310、圆锥端；311、卡环；312、半球槽；313、定位杆；314、第一固定板；315、限位环；316、第二弹簧；317、量程敏感膜片；318、硅胶；

4、检测筒；

5、电路板；

6、推动组件；601、推动杆；602、第二固定板；603、连杆；604、曲轴；605、转动杆；606、转动板；607、定位孔；608、第三弹簧；609、第二导向条；610、限位板；

7、金属引脚；

8、芯片；

9、O形圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了对本发明实施例进行有效说明，以下参照附图对本申请实施例进行详细阐述。

请参照图1-图10，一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，包括封装壳1，封装壳1的一侧外壁开设有固定孔，固定孔固定有检测筒4，还包括：

转换机构3，转换机构3设置在封装壳1内，转换机构3包括转动盘301、从动盘304以及多个检测柱306，封装壳1外壁开设有槽口，转动盘301转动安装在槽口内，从动盘304转动安装在封装壳1的内壁上，转动盘301和从动盘304之间设置有多个用于两者的连接件302，转动盘301的圆面开设有多个第一圆孔，从动盘304的圆面上开设有多个第二圆孔，各个第一圆孔与各个第二圆孔一对一对齐，各个检测柱306均匀设置各个第一圆孔内，检测柱306为中空结构，检测柱306内开设有空腔，空腔内安装有量程敏感膜片317，这里进行补充说明，各个量程敏感膜片317的规格不一致；

第一圆孔内开设有多个第一导向槽，检测柱306外侧壁设有多个与其一体结构的第一导向条308，各个第一导向条308均匀设置在各个第一导向槽内，检测柱306上设置有复位组件，复位组件位于转动盘301和从动盘304之间；

推动组件6，推动组件6设置在封装壳1内，推动组件6用于将其对齐检测柱306推入检测筒4内。

优选的，量程敏感膜片317朝向检测筒4的一侧设置有用于保护的量程敏感膜片317的硅胶318。

优选的，检测柱306的一端为圆锥端310，检测筒4内设有与圆锥端310设配的内圆锥面，这样便于检测柱306插入检测筒4内，进行辅助定位。

优选的，检测柱306的圆锥端310上设置有与其一体结构且同轴设置的卡环311，检测筒4内开设与其同轴设置的圆环槽，圆环槽与卡环311相适配，圆环槽内设置有O形圈9，当检测柱306插入检测筒4内的时候，卡环311卡入圆环槽内，O形圈9挤压变形，填充缝隙处，实现密封。

优选的，封装壳1内设置有定位机构303，定位机构303包括定位杆313、第二弹簧316和两个第一固定板314，两个第一固定板314呈上下分布固定在封装壳1的一侧内壁上，两个第一固定板314开设有滑孔，定位杆313设置在滑孔内，定位杆313的固定有与其同轴设置有限位环315，第二弹簧316套设在定位杆313上，第二弹簧316的两端分别与限位环315和位于底部的第一固定板314相接触，从动盘304的外侧壁开设有多个半球槽312，各个半球槽312与各个第二圆孔一对一对齐，定位杆313的顶部为圆顶结构，从动盘304上的半球槽312推出定位杆313，此时第二弹簧316被压缩，每置换一个第二圆孔，第二弹簧316复位，将定位杆313卡入与置换后第二圆孔对齐的半球槽312，这样会有明显卡顿感，借此可以判断是否对齐。

优选的，复位组件包括多个定位筒305、多个固定环309以及第一弹簧307，定位筒305固定在从动盘304上，各个定位筒305与各个第二圆孔一对一同轴设置，定位筒305套设在检测柱306上，第一弹簧307套设在检测柱306上，第一弹簧307的两端分别与定位筒305和转动盘301相接触。

优选的，封装壳1内设置有电路板5，电路板5上设置有芯片8、金属引脚7和数据接受端2，金属引脚7和数据接受端2均设置在封装壳1外。

优选的，推动组件6包括第二固定板602，第二固定板602的两端均固定在封装壳1内，第二固定板602的外侧壁开设有通孔，通孔滑动设置有推动杆601，封装壳1的两侧外壁卷开设有两个转动孔，转动孔内通过轴承转动安装有转动杆605，两个转动杆605固定有一个曲轴604，曲轴604和推动杆601之间设置有连杆603，连杆603的两端分别与曲轴604和推动杆601形成转动配合，推动杆601与检测筒4同轴设置，其中一个转动杆605上套设有转动板606，转动杆605上设有多个与其一体结构的第二导向条609，转动板606开设有第二导向槽，第二导向条609滑动安装在第二导向槽内，转动杆605的一端固定有限位板610，转动杆605套设有第三弹簧608，第三弹簧608的两端分别与限位板610和转动板606相接触，转动板606上开设有定位孔607，封装壳1上固定有与定位孔607适配的锁定杆，向外拉动转动板606，第三弹簧608进行压缩，使转动板606与锁定杆脱离，然后转动转动板606，转动板606通过第二导向条609带动转动杆605进行转动，转动杆605带动曲轴604进行转动，曲轴604通过连杆603带动推动杆601向后移动，此时推动杆601无法对与其对齐的检测柱306分离。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案：进行更换的时候，向外拉动转动板606，第三弹簧608进行压缩，使转动板606与锁定杆脱离，然后转动转动板606，转动板606通过第二导向条609带动转动杆605进行转动，转动杆605带动曲轴604进行转动，曲轴604通过连杆603带动推动杆601向后移动，此时推动杆601无法对与其对齐的检测柱306分离，套设该检测柱306上的第一弹簧307复位，将第一弹簧307对固定环309施加作用力，使检测柱306脱离检测筒4，然后拨动转动盘301，转动盘301通过连接件302带动从动盘304进行转动，从动盘304上的半球槽312推出定位杆313，此时第二弹簧316被压缩，每置换一个第二圆孔，第二弹簧316复位，将定位杆313卡入与置换后第二圆孔对齐的半球槽312，这样会有明显卡顿感，借此可以判断是否对齐，向外拉动转动板606，第三弹簧608进行压缩，使转动板606与锁定杆脱离，然后转动转动板606，转动板606通过第二导向条609带动转动杆605进行转动，转动杆605带动曲轴604进行转动，曲轴604通过连杆603带动推动杆601向前移动，将检测柱306推入检测筒4内，完成置换，当检测柱306插入检测筒4内的时候，卡环311卡入圆环槽内，O形圈9挤压变形，填充缝隙处，实现密封，这样进行两个或以上的压力范围测量，极大地减小了芯片尺寸面积，提高了传感器的集成度，同时满足了低压测量时的灵敏度与量程。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“固定”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，包括封装壳（1），其特征在于，所述封装壳（1）的一侧外壁开设有固定孔，所述固定孔固定有检测筒（4），还包括：

转换机构（3），所述转换机构（3）设置在封装壳（1）内，所述转换机构（3）包括转动盘（301）、从动盘（304）以及多个检测柱（306），所述封装壳（1）外壁开设有槽口，所述转动盘（301）转动安装在槽口内，所述从动盘（304）转动安装在封装壳（1）的内壁上，所述转动盘（301）和从动盘（304）之间设置有多个用于两者的连接件（302），所述转动盘（301）的圆面开设有多个第一圆孔，所述从动盘（304）的圆面上开设有多个第二圆孔，各个所述第一圆孔与各个所述第二圆孔一对一对齐，各个所述检测柱（306）均匀设置各个第一圆孔内，所述检测柱（306）为中空结构，所述检测柱（306）内开设有空腔，所述空腔内安装有量程敏感膜片（317），所述第一圆孔内开设有多个第一导向槽，所述检测柱（306）外侧壁设有多个与其一体结构的第一导向条（308），各个所述第一导向条（308）均匀设置在各个第一导向槽内，所述检测柱（306）上设置有复位组件，所述复位组件位于转动盘（301）和从动盘（304）之间；

推动组件（6），所述推动组件（6）设置在封装壳（1）内，所述推动组件（6）包括第二固定板（602），所述第二固定板（602）的两端均固定在封装壳（1）内，所述第二固定板（602）的外侧壁开设有通孔，所述通孔滑动设置有推动杆（601），所述封装壳（1）的两侧外壁卷开设有两个转动孔，所述转动孔内通过轴承转动安装有转动杆（605），两个所述转动杆（605）固定有一个曲轴（604），所述曲轴（604）和推动杆（601）之间设置有连杆（603），所述连杆（603）的两端分别与曲轴（604）和推动杆（601）形成转动配合；

所述推动杆（601）与检测筒（4）同轴设置；

其中一个所述转动杆（605）上套设有转动板（606），所述转动杆（605）上设有多个与其一体结构的第二导向条（609），所述转动板（606）开设有第二导向槽，所述第二导向条（609）滑动安装在第二导向槽内，所述转动杆（605）的一端固定有限位板（610），所述转动杆（605）套设有第三弹簧（608），所述第三弹簧（608）的两端分别与限位板（610）和转动板（606）相接触，所述转动板（606）上开设有定位孔（607），所述封装壳（1）上固定有与定位孔（607）适配的锁定杆；

所述推动组件（6）用于将对齐后的检测柱（306）推入检测筒（4）内；

各个量程敏感膜片（317） 的规格不一致。

2.如权利要求1所述的一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，其特征在于，所述量程敏感膜片（317）朝向检测筒（4）的一侧设置有硅胶（318）。

3.如权利要求1所述的一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，其特征在于，所述检测柱（306）的一端为圆锥端（310），所述检测筒（4）内设有与圆锥端（310）设配的内圆锥面。

4.如权利要求3所述的一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，其特征在于，所述检测柱（306）的圆锥端（310）上设置有与其一体结构且同轴设置的卡环（311），所述检测筒（4）内开设与其同轴设置的圆环槽，所述圆环槽与卡环（311）相适配，所述圆环槽内设置有O形圈（9）。

5.如权利要求1所述的一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，其特征在于，所述封装壳（1）内设置有定位机构（303），所述定位机构（303）包括定位杆（313）、第二弹簧（316）和两个第一固定板（314），两个所述第一固定板（314）呈上下分布固定在封装壳（1）的一侧内壁上，两个所述第一固定板（314）开设有滑孔，所述定位杆（313）设置在滑孔内，所述定位杆（313）的固定有与其同轴设置有限位环（315），所述第二弹簧（316）套设在定位杆（313）上，所述第二弹簧（316）的两端分别与限位环（315）和位于底部的第一固定板（314）相接触，所述从动盘（304）的外侧壁开设有多个半球槽（312），各个所述半球槽（312）与各个第二圆孔一对一对齐，所述定位杆（313）的顶部为圆顶结构。

6.如权利要求1所述的一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，其特征在于，所述复位组件包括多个定位筒（305）、多个固定环（309）以及第一弹簧（307），所述定位筒（305）固定在从动盘（304）上，各个所述定位筒（305）与各个第二圆孔一对一同轴设置，所述定位筒（305）套设在检测柱（306）上，所述第一弹簧（307）套设在检测柱（306）上，所述第一弹簧（307）的两端分别与定位筒（305）和转动盘（301）相接触。

7.如权利要求1所述的一种用于深宽比刻蚀的MEMS压力传感器，其特征在于，所述封装壳（1）内设置有电路板（5），所述电路板（5）上设置有芯片（8）、金属引脚（7）和数据接受端（2），所述金属引脚（7）和数据接受端（2）均设置在封装壳（1）外。