可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片及修调系统和修调方法

摘要

本发明涉及一种可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片及修调系统和修调方法。现有陶瓷压力传感器不便修调温漂误差，且缺乏工业化修调的设备和技术。为此，本发明所述陶瓷压力传感器芯片包括芯片本体，其内的惠斯登电桥电路接有组合温漂补偿电阻，该组合温漂补偿电阻包括可修调电阻和多个粗调电阻，各个粗调电阻两端分别连接在两条印制金属箔线上，所述可修调电阻串接在其中一条金属箔线上。其温漂修调系统包括温漂分选系统和温漂修调系统。本发明还涉及相应的温漂修调方法。本发明所述陶瓷压力传感器芯片具有结构简单、便于工业化精确修调温漂误差的优点，其修调系统设备及修调方法设计科学、效率高，成本低，适合陶瓷压力传感器生产企业使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片及修调系统和修调方法。

背景技术

陶瓷压力传感器是在陶瓷基体弹性体上印刷电子浆料，经烧结而成为惠斯登电桥(Wheatstone bridge，又称惠斯同电桥、惠斯通电桥)。由于压力使陶瓷基体微量形变造成压力敏感电阻的变化，当桥臂两端施加5V的直流电压，通过测量两个桥臂中段输出端电压的变化从而实现压力测量，其输出电压的幅值正比例于压力值，所以称之为压力传感器。

但是电子浆料在印刷、烧结过程中，难免有细微差别，这些细微差别造成各个陶瓷压力传感器在同一温度下输出电压不同，这些输出电压与陶瓷压力传感器的设计输出电压的差值，即为温度漂移误差，简称温漂误差，如何快速修调温漂误差是制约陶瓷压力传感器制造业的瓶颈。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片及修调系统和修调方法。

为解决上述技术问题，本发明可精确修调温漂的陶瓷压力传感器芯片，包括芯片本体，该芯片本体内设有惠斯登电桥电路，其特征在于：惠斯登电桥电路的桥臂上接有组合温漂补偿电阻，该组合温漂补偿电阻包括可修调电阻和多个粗调电阻，各个粗调电阻两端分别连接在两条印制金属箔线上，所述可修调电阻串接在其中一条金属箔线上。如此设计，使陶瓷压力传感器芯片大规模工业化温漂精确修调成为可能。

作为优化，所述芯片本体上设有定位缺口。如此设计，便于定位固定。

本发明可精确修调温漂的陶瓷压力传感器芯片的温漂修调系统，包括温漂分选系统和温漂修调系统，其中：

温漂分选系统包括恒温箱、数据采集装置、分选程序控制器、分选机械手和多个分选箱，其中，数据采集装置包括多个托盘、测试治具架和组合式数据采集模块，所述测试治具架包括M层托板，其中每层托板上均设有托盘定位装置，每层托板上设有一个治具盘，治具盘或托板配有升降驱动装置，每个治具盘上设有N个探针组，每个探针组包括多个探针，对应其下方托盘的一个固定位，每组探针分别接于组合式数据采集模块的一个接口，组合式数据采集模块与分选程序控制器的信号输入端相连，所述分选机械手与分选程序控制器的信号输出端相连，受其控制。

温漂修调系统包括探针组、托盘、激光修调仪、温补程序控制器、高精度数字电压仪和托盘架，温补程序控制器内存有多个预先设定好的粗修调程序，每个粗修调程序对应一个分选箱，同时对应一个温漂误差范围；陶瓷压力传感器芯片放置在固定位上，探针组和激光修调仪的激光头合称修调工作头，修调工作头或托盘架配有X向驱动机构、Y向驱动机构和Z向驱动机构，在温补程序控制器的控制下，托盘架与修调工作头发生上下、左右、前后相对位移，使托盘上的陶瓷压力传感器芯片逐个移近修调工作头，探针组压在陶瓷压力传感器芯片的相应触点上。

温漂分选系统和温漂修调系统中，所述托盘上设有N个固定位，每个固定位均配有限位柱或限位凸起，陶瓷压力传感器芯片放置在固定位上，由限位柱或限位凸起定位固定，其中M、N均为正整数。如此设计，为陶瓷压力传感器芯片大规模工业化温漂精确修调提供了设备基础。

本发明可精确修调温漂的陶瓷压力传感器芯片的温漂修调方法，包括下述步骤：

(1)温漂分选：分选时将测试治具架放置在恒温箱内，将恒温箱调至陶瓷压力传感器芯片的工作温度，在托盘各个固定位上定位放置陶瓷压力传感器芯片，然后将托盘分别放在不同的托板上，分选程序控制器控制升降驱动装置动作，使治具盘与托板相互靠拢，直至每个陶瓷压力传感器芯片的相应触点都压有探针，然后分选程序控制器通过组合式数据采集模块治具盘连接，收集各个陶瓷压力传感器芯片的温漂误差，并根据温漂误差范围，通过分选机械手将各个陶瓷压力传感器芯片分入不同的分选箱中；

(2)温漂修调

将某一分选箱中的陶瓷压力传感器芯片装入托盘中，将托盘放入托盘架上，启动温漂修调系统，

在温补程序控制器的控制下，托盘架与修调工作头发生上下、左右、前后相对位移，使托盘上的陶瓷压力传感器芯片逐个移近修调工作头，探针组压在陶瓷压力传感器芯片的相应触点上，选择与分选箱对应的粗修调程序，在粗修调程序控制下，对相应分选箱中的各个陶瓷压力传感器芯片进行粗调，即对组合温漂补偿电阻中各个粗调电阻R₁、R₂、R₂……R_N及连接粗调电阻的两条印制金属箔线进行相应切割，使各个粗调电阻的组合、串并联关系发生改变，进行粗调；

然后，温补程序控制器通过高精度数字电压仪测量各个陶瓷压力传感器芯片在大气压下的实际输出电压，与陶瓷压力传感器芯片设计输出电压相比较，进而得出精确温漂误差，激光修调仪对组合温漂补偿电阻中的可修调电阻进行切割，切割时，探针组的探针压在陶瓷压力传感器芯片相应触点上，边切割、边利用高精度数字电压仪对陶瓷压力传感器进行检测，直至陶瓷压力传感器温漂误差达到预定标准。

如此设计，可以快速、精确修调陶瓷压力传感器芯片的温漂误差。

本发明可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片，具有结构简单、便于大规模工业化精确修调温漂误差的优点，其修调系统设备自动化程度高，其修调方法设计科学、修调精准，效率高，成本低，是现有陶瓷压力传感器生产企业技术、设备升级换代的必备武器。

附图说明

下面结合附图对本发明可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片及修调系统及修调方法作进一步说明：

图1是本可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片的外观示意图；

图2是本可精确修调温漂误差的陶瓷压力传感器芯片中的组合温漂补偿电阻的示意图；

图3是图2中组合温漂补偿电阻的修调后的示意图(一)；

图4是图2中组合温漂补偿电阻的修调后的示意图(二)；

图5是图2中组合温漂补偿电阻的修调后的示意图(三)；

图6是本发明中托盘结构示意图；

图7是本发明中温漂分选系统的结构示意图；

图8是本发明中修调工作头的工作状态示意图；

图9是本发明中温漂修调系统的结构示意图。

图中：1为芯片本体、2为触点、3为金属箔线、5为定位缺口、6为恒温箱、7为数据采集装置、8为分选程序控制器、9为分选机械手、10为分选箱、11为托盘、12为组合式数据采集模块、13为托板、14为治具盘、15为探针、16为固定位、17为激光修调仪、18为温补程序控制器、19为高精度数字电压仪、20为托盘架、21为修调工作头、R₀为可修调电阻、R₁、R₂、R₂……R_N为粗调电阻、X、Y、Z分别代表上下、左右、前后方向。

具体实施方式

实施方式一：如图1-5所示，本可精确修调温漂的陶瓷压力传感器芯片包括芯片本体1，该芯片本体1上设有四个触点2，并设有惠斯登电桥电路，其特征在于：惠斯登电桥电路的桥臂上接有组合温漂补偿电阻，该组合温漂补偿电阻包括可修调电阻R₀和多个粗调电阻R₁、R₂、R₂……R_N，各个粗调电阻两端R₁、R₂、R₂……R_N分别连接在两条印制金属箔线3上，所述可修调电阻R₀串接在其中一条金属箔线3上。

如图1所示，所述芯片本体1上设有定位缺口5。

本发明可精确修调温漂的陶瓷压力传感器芯片的温漂修调系统，包括温漂分选系统和温漂修调系统，其中：

如图7所示，温漂分选系统包括恒温箱6、数据采集装置7、分选程序控制器8、分选机械手9和多个分选箱10。其中，数据采集装置包括多个托盘11、测试治具架和组合式数据采集模块12，如图7所示，所述测试治具架包括M层托板13，其中每层托板13上均设有托盘定位装置(图中未示出，可以为定位凹槽)，每层托板13上设有一个治具盘14，治具盘14配有升降驱动装置，托板13固定不动(当然也可以托板13配升降驱动装置，治具盘14固定不动，图略)。

每个治具盘14上设有N个探针组，每个探针组包括四个探针15，对应其下方的托盘11的一个固定位16，每组探针分别接于组合式数据采集模块12的一个接口，组合式数据采集模块12与分选程序控制器8的信号输入端相连，所述分选机械手9与分选程序控制器8的信号输出端相连，受其控制。

组合式数据采集模块8的每个接口均包括直流电压输出端和直流电压输入端，直流电压输出端为陶瓷压力传感器芯片提供5V驱动电压，直流电压输入端接收陶瓷压力传感器芯片的实际输出电压。

所述恒温箱6优选可调恒温箱。

如图8、9所示，温漂修调系统包括探针组、托盘11、激光修调仪17、温补程序控制器18、高精度数字电压仪19和托盘架20，温补程序控制器18内存有多个预先设定好的粗修调程序，每个粗修调程序对应某一分选箱10，同时对应一个温漂误差范围；陶瓷压力传感器芯片放置在固定位16上，探针组和激光修调仪17的激光头合称修调工作头21，修调工作头21或托盘架20配有X向驱动机构、Y向驱动机构和Z向驱动机构，在温补程序控制器18的控制下，托盘架20与修调工作头21发生上下、左右、前后相对位移，使托盘11上的陶瓷压力传感器芯片逐个移近修调工作头21，探针组包括四个探针15，探针15压在陶瓷压力传感器芯片的相应触点上。

X、Y、Z分别代表上下、左右、前后方向。

温漂分选系统和温漂修调系统中，如图6所示，所述托盘11上设有N个固定位16，每个固定位16均配有限位柱或限位凸起，陶瓷压力传感器芯片放置在固定位16上，由限位柱或限位凸起定位固定。

其中M、N均为正整数。

本发明可精确修调温漂的陶瓷压力传感器芯片的温漂修调方法，包括下述步骤：

(1)温漂分选

如图7所示，分选时将测试治具架放置在恒温箱6内，将恒温箱6调至陶瓷压力传感器芯片的工作温度，在托盘11各个固定位16上定位放置陶瓷压力传感器芯片，然后将M个托盘11分别放在不同的托板13上，分选程序控制器控制升降驱动装置动作，使治具盘与托板相互靠拢，直至每个陶瓷压力传感器芯片的相应触点2都压有探针15，然后分选程序控制器8通过组合式数据采集模块12治具盘14连接，收集各个陶瓷压力传感器芯片的温漂误差，并根据温漂误差范围，通过分选机械手9将各个陶瓷压力传感器芯片分入不同的分选箱10中。

(2)温漂修调

如图8、9所示，将某一分选箱10中的陶瓷压力传感器芯片装入托盘11中，将托盘11放入托盘架20上，启动温漂修调系统，

在温补程序控制器18的控制下，托盘架20与修调工作头21发生上下、左右、前后相对位移，使托盘11上的陶瓷压力传感器芯片逐个移近修调工作头21，探针组压在陶瓷压力传感器芯片的相应触点2上，选择与分选箱10对应的粗修调程序，在粗修调程序控制下，对相应分选箱中的各个陶瓷压力传感器芯片进行粗调，即对组合温漂补偿电阻中各个粗调电阻R₁、R₂、R₂……R_N端部及连接粗调电阻的两条印制金属箔线3进行相应切割，使各个粗调电阻的组合、串并联关系发生改变，进行粗调。

图3中各个粗调电阻与可调电阻R₀串联；图4中R₁、R₂并联，然后与可调电阻R₀及其他粗调电阻串联；图5中除R_N外，其余粗调电阻均被切除，粗调电阻R_N、可调电阻R₀串联，如图3-5所示，仅有限的举例，实际串并联方式不局限于此。

同一分选箱10内的所有陶瓷压力传感器芯片的粗调电阻组合、串并联关系相同，但是各个陶瓷压力传感器芯片的可调电阻R₀切割方式可能各不相同。

然后，温补程序控制器18通过高精度数字电压仪19测量各个陶瓷压力传感器芯片在大气压下的实际输出电压，与陶瓷压力传感器芯片设计输出电压相比较，进而得出精确温漂误差，激光修调仪17对组合温漂补偿电阻中的可修调电阻R₀进行切割，切割时，探针组的探针15压在陶瓷压力传感器芯片相应触点2上，边切割、边利用高精度数字电压仪19对陶瓷压力传感器进行检测，直至陶瓷压力传感器芯片温漂误差达到预定标准。