CN100533085C - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力传感器(100、200、300、400)，其包括：中空圆柱底座(10)、传感器芯片(20)和线路板(30)。该中空圆柱底座(10)在第一轴向端具有压敏柔性膜(11)，在第二轴向端具有开口(12)，开口用于将压力传递进底座(10)中；传感器芯片(20)设在膜(11)上，用于输出与膜(11)的变形量成比例的电信号；线路板(30)用于将传感器芯片(20)电连接到一个外部电路，线路板(30)围绕着底座(10)第一轴向端上的传感器芯片(20)布置。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，其具有带压力传感膜的中空圆柱底座、用于检测所述膜变形量的传感器芯片、以及用于将传感器芯片与外部电路相连的线路板。

背景技术

在公知的压力传感器中，具有中空圆柱底座和用于输出与检测到的压力成比例的电信号的传感元件。这种压力传感器例如在日本专利公开号2001-272297中进行了公开。

在此公开中所示出的压力传感器中，在底座的一个轴向端处形成有柔性膜，通过设在底座另一轴向端处的开口传递进底座中空部分中的压力使柔性膜变形。

设在膜上的传感器芯片输出与膜变形量成比例的电信号。

传感器芯片电连接到一个线路板上，该线路板布置在底座外周缘的外面，或超出底座的周边。这样，传感器芯片就通过线路板电连接到外部电路上，从而信号就从传感器芯片输出到外部电路上或输出到另一外部装置上。

在此传感器中，线路板包括一个用于处理来自传感器芯片的电信号的电路芯片。来自传感器芯片的信号在输出前例如被放大或转换成一种容易通过此电路芯片中的处理电路进行处理的信号。

这种压力传感器通常用于制动器中。传感器通常安装在一个致动器上以减少致动器的尺寸。现在需要将该压力传感器与同样安装在所述致动器上的电磁阀做成一体，以减小致动器的尺寸，进一步节省空间。

在将这种压力传感器与电磁阀做成一体时，通常，阀与压力传感器的底座轴向相连。电磁阀内部通常包括用于供增压介质在其中流动的压力通道，和磁驱动阀如螺线管(solenoid)，用于控制增压介质在通道中的流速。

于是压力受到电磁阀的控制，且通过位于压力传感器底座的轴向一端处的开口施加到位于另一轴向端处的膜上。压力传感器芯片输出与由于压力产生的膜变形量成比例的电信号，从而实现压力传感。

通常，压力传感器插入到管状螺线管中，且电磁阀通过来自螺线管的磁力驱动用于压力传感。

因此，需要减少压力传感器的直径，即传感器中底座的直径。为了将传感器与电磁阀做成一体，传感器直径(或底座的直径)必须减少到至少约7.5mm。

但是，在上述公开文献中公开的传统压力传感器的径向尺寸相对较大，因为它包括了位于底座周边之外的用于线路板的区域。

此外，在用此传统的传感器时，因为通常安装于线路板上的电路芯片，线路板的尺寸相应地很大，因为它包括电路芯片的安装区。

发明内容

鉴于传统技术中的上述以及其他问题，本发明的一个实施例包括一种小尺寸的压力传感器，其具有带压力传感膜的中空圆柱底座、可检测膜变形量的传感器芯片、和用于将传感器芯片与外部电路电连接的线路板。

根据本发明的一个方面，该压力传感器包括中空圆柱底座、传感器芯片、和线路板。所述中空圆柱底座包括设置在底座第一轴向端上的压敏柔性膜和位于底座第二轴向端上的开口，所述开口允许压力传递进底座中。传感器芯片设在膜上，以输出与膜变形量成比例的电信号。线路板将传感器芯片电连接到外部电路上，并绕着底座第一轴向端上的传感器芯片放置。

因为传感器芯片和线路板都安装在底座的轴向端，与其中线路板位于底座周边之外的传统传感器结构相比，该压力传感器的径向尺寸实质上减小了。

因此，根据本发明的这一方面，该压力传感器的直径实质上减小了，其中该传感器包括带压力传感膜的中空圆柱底座、用于检测膜的变形的传感器芯片、以及用于将传感器芯片电连接到外部电路的线路板。

根据本发明的第二方面，该线路板配合在底座的外径之内，以确保传感器直径变小。

根据本发明的第三方面，该压力传感器还包括用于处理来自传感器芯片的电信号的电路芯片。在这种情况下，电路芯片安装在底座第一轴向端上的传感器芯片上，并通过多个凸块电连接到传感器芯片上和线路板上。

在本发明的一个实施例中，其中，压力传感器包括用于处理来自传感器芯片的电信号的电路芯片，该电路芯片安装在传感器芯片上并通过多个凸块与传感器芯片相连。因为电路芯片也轴向安装在底座上，电路芯片的设置并不会阻碍压力传感器的直径缩小。

根据本发明的第四方面，电路芯片的面积比传感器芯片的大。电路芯片的中心与传感器芯片重叠，且其周边与线路板重叠。

根据本发明的第五方面，传感器芯片和安装在其上的电路芯片都为方形且彼此偏置，从而一个芯片的角从另一个芯片的侧边上突伸出来。

这种布局利用了方形芯片的对角线通常比侧边长这一事实。即，通过使一个芯片重叠在另一个芯片上从而一个芯片的角从另一个芯片的边上突伸出来，使电路芯片具有一些不与传感器芯片重叠的周边区，电路芯片可以在这些区域通过多个凸块电连接到线路板上。

这允许电路芯片的尺寸减小到最小可能的水平，且还可以适当地建立芯片间的电连接。

根据本发明的第六方面，传感器芯片和电路芯片都是方形，且电路芯片沿着一个侧边通过凸块连接到传感器芯片上，而沿着相反的侧边通过凸块连接到线路板上。

由于这种结构，在传感器芯片、电路芯片以及线路板之间进行可靠连接所需的平坦度就相对较低，且可以稳定地建立电连接。

根据本发明的第七方面，传感器芯片和安装在其上的电路芯片在它们要通过凸块相连的相对表面上包括垫片。在一个实施例中，一个芯片包括多个垫片，其与另一个芯片上的每一个垫片相对应。一个芯片上的这些多个垫片布置成彼此相邻，以通过多个凸块连接到另一芯片上的每一个垫片上。

这种结构允许传感器芯片和电路芯片之间的不对齐。例如即使在一个电路芯片与另一个安装得有偏离时，它们的垫片还会通过凸块正确地相连。

根据本发明的第八方面，压力传感器包括夹在电路芯片和传感器芯片之间以及电路芯片和线路板之间的柔性印刷电路板。电路芯片和柔性印刷电路板，柔性印刷电路板和传感器芯片，以及柔性印刷电路板和线路板都通过多个凸块进行电连接。

通过这种结构，柔性印刷电路板的柔性吸收了施加在通过凸块相连的电路芯片、传感器芯片、以及线路板上的应力。

根据本发明的第九方面，线路板为塑料基板，线路板的一部分夹在传感器芯片和底座之间，从而传感器芯片和线路板通过塑料基板的热压合作用接合到底座上。

通过这种结构，线路板还用作接合材料，以将其自身与传感器芯片和底座接合。

这样，用于将线路板和传感器芯片与底座接合的单独的接合材料就不必要了，从而减少了部件数量，简化了制造过程。

通过阅读下面的构成本申请一部分的详细说明、所附权利要求、以及附图，本发明的其他特征和优点以及相关部件的操作方法和功能将显而易见。

附图说明

图1A为根据本发明第一实施例的压力传感器的布局的俯视图；

图1B为沿图1A中的线IB-IB截取的本发明第一实施例的压力传感器的剖视图；

图2A为第一实施例压力传感器的布局的第一修改例的平面图；

图2B为沿图2A中的线IIB-IIB截取的第一实施例压力传感器的布局的第一修改例的侧剖视图；

图3A为第一实施例压力传感器的布局的第二修改例的平面图；

图3B为沿图3A中的线IIIB-IIIB截取的第一实施例压力传感器的布局的第二修改例的侧剖视图；

图4A-4C为第一实施例压力传感器的布局的第三修改例的平面图，其中图4A示出了压力传感器的芯片的对齐位置，图4B示出了芯片转动30度角的状态，以及图4C示出了芯片转动60度角的状态；

图5为根据本发明第二实施例的压力传感器的侧剖视图；

图6为根据本发明第三实施例的压力传感器的侧剖视图；

图7为根据本发明原理的焊接有管脚的线路板的侧剖视图；

图8为根据本发明原理的连接有管脚的线路板的侧剖视图；

图9为图8中的线路板和管脚分开的侧剖视图；

图10A为本发明的第五实施例的压力传感器的布局的俯视图；

图10B为沿图10A的线XB-XB截取的本发明第五实施例的压力传感器的侧剖视图；

图11为图10的压力传感器制造过程的一个实例的流程图；以及

图12为图10的压力传感器制造过程的第二个实例的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例。

压力传感器的下述实施例例如用于检测汽车制动系统中的制动器油的压力，或者检测汽车燃料喷射系统的燃料管中的压力。

为便于描述，以下不同实施例中相同或相似的元件在附图中用相同的参考号来表示。

第一实施例

图1A和图1B示出了根据本发明第一实施例的压力传感器100，图1A为俯视图，图1B为沿图1A中的线IB-IB截取的纵剖视图，在图1A中，用实线画出了传感器芯片20和凸块50，但他们实际上看不到，因为有电路芯片40存在。

如图1B所示，底座10包括中空圆柱，底座10具有设置于底座第一轴向端处的膜11和位于第二轴向端处的开口12。压力通过开口12传递进中空部分中。膜11在压力的作用下变形。

膜11通过在底座10第一轴向端处的端面中设置一个薄的部分而形成。底座10以密封方式在开口12侧的一个部分上安装到电磁阀(未示出)上。

该电磁阀内部包括一个用于增压介质的流道，和一个用于控制介质穿流道的流速的阀。压力由电磁阀调节，且通过开口12传递进底座10中，在此处被测量。

传递进底座10的中空部分中的压力作用到膜11上，使膜与所施加压力的大小成比例地变形。

如图1A和1B所示，传感器芯片20设置在底座10的膜11上。传感器芯片20输出与膜11变形量成比例的电信号。

传感器20为半导体芯片，其由例如单晶硅制成，且图中所示的例子为方形。传感器芯片20用低熔点玻璃(未示出)等固定地接合到底座10的膜11上。

更具体地，传感器芯片20具有一个桥接电路，且作为应变计，其输出一个代表与膜11变形量成比例的电阻变化的电信号，该变形由通过开口12传递进的压力而产生。压力传感器100的基本性能很大程度上取决于膜11和传感器芯片20。

用于制造底座10的金属具有较高的强度，以经受高压，且具有较低热膨胀系统，因为如上所述需要用玻璃来接合硅传感器芯片20。

具体而言，底座10通过主要由Fe、Ni和Co构成或者由Fe和Ni构成并且具有Ti、Nb、Al或者Ti和Nb添加剂的材料制成，以增强沉淀，且底座可通过压制、切削、冷锻等中的任何一种方法成形。

在此实施例中，线路板30绕着底座10端面上的传感器芯片20布置。线路板30将传感器芯片20电连接到外部电路(未示出)。与传感器芯片20的接合相似，线路板30使用玻璃等固定地接合到底座10上。

如图1A和图1B所示，线路板30为中心具有通孔31的环形基板，在此例中，线路板30的尺寸做成可以配合在底座10径向外径之内。传感器芯片20设置在通孔31内。这样，线路板30支靠在底座10轴向端面上，从而围绕着传感器芯片20。

线路板30的通孔31不必要是圆形的，其可以是方形、多边形或其他允许传感器芯片20配合到其中的其他任何形状。线路板30不必为连续的环形，其可以是能围绕传感器芯片20的任何其他形状。

线路板30包括接点(land)32，用于将压力传感器100与外部线路元件(未示出)进行电连接，如电路板或母线。接点32由例如导电金属糊膏制成，且根据需要，涂覆有如金、银、铜这样的金属。

在此例中，四条接点32绕着通孔31设置，且用于各种目的，例如，用于电源端子、接地端子、输出端子、以及压力传感器100的调节端子。

通过电连接到这些接点32上的外部线路元件(未示出)，压力传感器100电连接到例如汽车的ECU上。

线路板30可以是陶瓷基板或塑料基板，在此例中，使用的是陶瓷多层线路板。

多层陶瓷层层叠在板上，且使用导电糊膏如钨(W)或钼(Mo)形成通孔、层间连接、以及接点32，以完成线路。

图1A和图1B所示的线路板30具有圆周侧壁，其高于传感器芯片20和电路芯片40而立，从而芯片20、40可以容纳在线路板30的侧壁内。

这种结构能够通过与壁顶部相连的盖子或者通过保护性材料如凝胶或塑料填充进壁所围绕的空间中，来保护芯片20和40。此外，应当意识到，这种侧壁对于线路板30而言并不是绝对需要的。

压力传感器100包括用于处理来自传感器芯片20的电信号的电路芯片40。电路芯片40是一个IC芯片例如硅半导体芯片，其上通过一系列工艺形成有电路。

如图1A所示，电路芯片40放置在底座10轴向端面上的传感芯片20上。电路芯片40通过凸块50电连接到传感器芯片20和线路板30。

电路芯片40的面积大于传感器芯片20，在此实施例中，电路芯片40为方形，但这并不是必需的，芯片可以是圆形的。

电路芯片40的中心与传感器芯片20重叠，而它的周边与线路板30重叠。芯片20和40，以及芯片40和线路板30在这些重叠部分通过凸块50彼此电连接。

这样，芯片20、40和线路板30就通过凸块50电连接起来，且来自传感器芯片20的信号在从线路板30被输出到外部电路(未示出)之前例如被放大或转换成容易通过电路芯片40中的处理电路进行处理的信号。

凸块50例如为锡铅凸块或金凸块，凸块连接可通过锡铅凸块的焊接接合或金凸块的压力接合来获得。

凸块50的形成过程为，在传感器芯片20和固定到底座10上的线路板30上印刷或镀膜，然后电路芯片40安装到其上用于凸块连接。

可替换地，凸块50可以通过类似方法形成在电路芯片40上，之后电路芯片40安装到传感器芯片20和固定到底座10上的线路板30上，用于凸块连接。

制造过程和操作过程

现在描述该压力传感器100的制造过程的一个示例。

首先，准备底座10，将前述的低融点玻璃印刷到膜11上和底座10轴端面处的膜周边上。然后将传感器芯片20和线路板30安装到底座上。

使低融点玻璃融化和固化从而使传感器芯片20和线路板30固定到底座10上。更具体而言，低融点的铅玻璃被印刷在底座10上且被火烤以用于玻璃接合，在传感器芯片20和线路板30安装到烤过的玻璃上之后，再火烤，使芯片20和板30通过玻璃接合到底座10上。

然后通过前述的方法在传感器芯片20和线路板30上或者在电路芯片40上设置凸块50，用于通过凸块50将电路芯片40和传感器芯片20以及线路板30连接起来。这样就完成了图1所示的压力传感器100。

将该压力传感器100插入到管状螺线管中用于驱动电磁阀，从而传感器被一体连接到或附着到电磁阀上用于压力检测。

电磁阀调节压力介质的流率，且压力通过底座10的开口12传递进底座的中空部分中，从而使膜11变形。

如下进行压力检测：传感器芯片20将变形量转换成电信号，其通过凸块50被传送到电路芯片40，在此处，在通过凸块50和线路板30被输出到外部电路之前该信号被放大或调节。

表示检测到的压力的信号用于通过汽车上的ECU等控制燃油喷射系统或制动系统。

优点

上述压力传感器100的实施例包括：中空圆柱底座10，其在一个轴向端具有压敏柔性膜11，在另一轴向端具有开口12，用于将压力传递进底座的中空部分；设在膜11上的传感器芯片20，用于输出与膜11的变形量成比例的电信号；以及线路板30，其用于将传感器芯片20电连接到外部电路，线路板30围绕着底座10一个轴向端上的传感器芯片20放置。

因为传感器芯片20和线路板30安装在底座10的一个轴向端，与其中线路板30安装在底座10周边之外的传统结构相比，减少了传感器的直径。

因此，可以实质上减少压力传感器100的直径，该传感器包括具有压力传感膜11的中空圆柱底座10，用于检测膜11变形量的传感器芯片20，以及用于将传感器芯片20电连接到外部电路的线路板30。

压力传感器100插入到管状螺线管中以驱动电磁阀，从而它可以一体连接到阀上，用于压力检测。相应地，压力传感器100直径的减小可使电磁阀和传感器的尺寸减小。

图1A和图1B中所示的压力传感器特别具有能配合到底座10外径之内的线路板30，因此，包括线路板30的压力传感器100的径向尺寸可以减小到与底座10的直径一样小。

这当然并不是本发明的要求，线路板30可以稍延伸超过底座10的外径之外，只要压力传感器100细到足以插入螺线管中就行。

用于处理来自传感器芯片20的电信号的电路芯片40安装到底座10轴向端处的传感器芯片20上。且电路芯片40通过凸块50电连接到传感器芯片20上和线路板30上。

因为用于处理来自传感器芯片20的电信号的电路芯片40安装在传感器芯片20上且通过凸块50与之相连，电路芯片40还支靠在底座10的轴向端上且并不径向延伸，这种径向延伸将阻碍传感器尺寸的减小。

在图1A所示的示例中，如上所述，电路芯片40的面积比传感器芯片20大，且电路芯片40的中心与传感器芯片20重叠，而其周边与线路板30重叠。电路芯片40在这些重叠部分中通过凸块50电连接到传感器芯片20和线路板30上。

应当意识到，如上所述，电路芯片40和凸块50的这种布局和结构的各种变化，都应该被包括在本发明的范围之内，如下所述。

第一实施例的变化例

图2A-4C示出了对上述实施例所做的各种变化，在这些图的俯视图中，传感器芯片20、凸块50、通孔31以及垫片a，b，c和d(见图4)由实线示出，但它们实际上由于电路芯片40的存在而并不能被看到。

图2A为俯视图，图2B为沿图2A的线IIB-IIB截取的侧剖视图，示出了上述实施例的一个变化例，其中电路芯片40和凸块50的布局有变化。

在此示例中，传感器芯片20和电路芯片40都为方形，且电路芯片40在一个偏置位置处重叠在传感器芯片20上，从而一个芯片的角从另一个芯片的侧边上突伸出来。

在所示例子中，与图1A所示的布局相比，这两个芯片绕着它们重叠的方向上的轴线彼此旋转了45度。

另外，虽然芯片20和40在图2中旋转45度，应当意识到，它们也可以旋转不到45度，只要一个芯片的角从另一个芯片的侧边突伸出来就行。

在此第一变化例中，该布局利用了方形芯片的对角线比侧边长这一事实。

即，即使尺寸相同的传感器芯片20和电路芯片40的尺寸更大或更小，电路芯片40都具有一些不与传感器芯片20相重叠的周边区域，如图2A所示，在这些区域，它可以通过凸块50电连接到线路板50上。

因此，通过此第一变化例，方形的电路芯片40可以减小到与方形传感器芯片20具有相同尺寸，但仍可以正确地在芯片20和40间建立电连接。

因此此示例促进了电路芯片40的尺寸减小。图2A和图2B中的虚线表示与图1A和图1B中的尺寸相同的芯片，以示出此例中的电路芯片40的尺寸有多小。

可替换地，也可以使用较大的传感器芯片20，即，可使用图1A所示的较大电路芯片40和与此电路芯片一样大的传感器芯片20。

采用图1A中所示的电路芯片40和凸块50的布局，在进行凸块接合前两个芯片都需要较高的平面度。此外，凸块50可以经受取决于芯片所用材料组合的大扭转(应力)。

图3A为俯视图，图3B为沿图3A的线IIIB-IIIB截取的侧剖视图，示出了第一实施例的第二变化例，其中电路芯片40和凸块50的布局有变化。

在此例中，传感器芯片20和电路芯片40都为方形，且电路芯片40通过凸块50沿一边与传感器芯片20相连，而通过凸块50沿另一相反边与线路板30相连。

采用第二变化例的这种结构，芯片和线路板所需的平坦度相对较低，且凸块50的扭转可以减轻，从而可以稳定地在传感器芯片20、电路芯片40以及线路板30之间建立电连接。

传感器芯片20以及重叠在其上的电路芯片40通过凸块50在它们的相对表面上相连，垫片设在与凸块50相应的这些相对的部分中。

重叠在传感器芯片20上的电路芯片40的垫片必须相对于传感器芯片20的垫片精确定位以进行成功的凸块连接。

如果芯片20和40的相对面上的垫片成对而设以通过凸块相连，即使芯片之间稍微的不对齐也会导致连接失败。

图4A-4C为平面图，示出了电路芯片40和凸块50的布局的第三个变化例，以确保芯片20和40对齐。

在此变化例中，凸块50形成于传感器芯片20和固定到底座10上的线路板30上，电路芯片40安装到其上，用于凸块连接。

在所示例子中，在安装于传感器芯片20上的电路芯片40上，设有a、b、c、d四类垫片，其要与传感器芯片20上的四个凸块50相连。

更具体而言，对于要与传感器芯片20上的每一个凸块50相连的四类垫片a、b、c、d的每一类而言，在电路芯片40上多个垫片彼此相邻而设。在所示例子中，四类垫片a、b、c、d中每三个在电路芯片40上相邻而设。

十二个垫片，即四类垫片a、b、c、d中每三个以大体圆形布局彼此等间距隔开，如附图中所示。因此，当一个芯片相对于另一个绕着中心旋转时，这种结构允许方形传感器芯片20和电路芯片40间的不对齐。

图4A示出了两个芯片20和40对齐的状态。即使电路芯片40如图4B所示旋转30度，或如图4C所示旋转60度，电路芯片40上的垫片a、b、c、d也可以连接到传感器芯片20上的凸块50上。

在所示例子中，多个垫片a、b、c、d设在电路芯片40上，因为芯片40安装在传感器芯片20和固定在底座10上且形成有凸块50的线路板30上。

可替换地，凸块50可以预形成在电路芯片40上。在这种情况下，虽然没有示出，但多个垫片被设在传感器芯片20上，且带有凸块50的电路芯片40安装到传感器芯片20和线路板30上。

即，图4A-4C所示的垫片a、b、c、d也可以形成在传感器芯片20上，在这种情况下，凸块50形成于电路芯片40上。

换句话说，垫片a、b、c、d和与之相连的凸块50设在传感器芯片20和安装于其上的电路芯片40的两个相对面中，且每一类多个垫片在一个芯片40上彼此相邻而设，其对应于另一芯片20上的每一个垫片，用于凸块连接。

采用这种布局，即使当电路芯片40在安装于传感器芯片20上时相对于传感器芯片20不对齐，它们的垫片a、b、c、d也通过凸块50彼此相连，而不会出现连接失败。即，这种布局容纳了芯片间的不对齐。

图4A-4C仅示出了第三变化例的一个示例，且布局并不限于此例。例如，与另一芯片上的每个垫片相应的一个芯片上的垫片可以是任何数量的，即，可以是一个芯片上有两个、四个、或者更多个，用于另一芯片上的每一个。这些垫片不必如图所示沿圆形布置，而是可以适当地布置成与期望的不对齐角度成比例。

第二实施例

图5为本发明压力传感器200的第二实施例的侧剖视图，仅描述与前述实施例不同的区别特征。

如图所示，压力传感器200包括夹在电路芯片40和传感器芯片20之间以及电路芯片40和线路板30之间的柔性印刷电路板60。即，柔性印刷电路板60被加到前述的实施例中。

电路芯片40和柔性印刷电路板60之间、电路板60和传感器芯片20之间、以及电路板60和线路板30之间通过凸块50电连接。

采用这种压力传感器200，印刷电路板60的柔性吸收了施加在通过凸块50相连的电路芯片40、传感器芯片20、以及线路板30之间的应力。

与前述实施例相似，这种压力传感器200的直径也可以实质上得到减小，其中，该压力传感器200包括具有压力检测膜11的中空圆柱底座10、用于检测膜11变形量的传感器芯片20、以及用于将传感器芯片20与外部电路进行电连接的线路板30。

同样，压力传感器200的尺寸的减小会使带有一体传感器的电磁阀的尺寸减小。

上述第一实施例的各种变化例也可以应用于此种带有柔性印刷电路板60的压力传感器200。

第三实施例

虽然上述实施例的压力传感器包括用于处理来自传感器芯片20的电信号的电路芯片40，但这种电路芯片也可以根据情况略去。例如，可能使用其中一体化有传感器芯片和处理电路的集成电路来代替单独的传感器芯片和电路芯片。

图6为本发明第三实施例的压力传感器300的侧剖视图，其中使用IC芯片来代替单独的传感器芯片和电路芯片。

在这种压力传感器300中，线路板30和IC传感器芯片20布置在底座10的轴向端面上，且使用金或铝接合线70彼此电连接。

该压力传感器300这样制造，即，将传感器芯片20和线路板30接合到底座10上，且随后进行导线接合过程，以形成接合线70。

压力通过开口12被传递进底座10的中空部分中。IC传感器芯片20将膜11的由压力产生的变形转换成电信号，且放大和调节该信号。

电信号通过接合线70被传送到线路板30且从线路板30输出到外部电路，用于压力检测。

这样，此实施例的压力传感器300还包括带有膜11和开口12的底座10、安装在膜11上的传感器芯片20、以及线路板30，且线路板30围绕底座10一个轴向端面上的传感器芯片20而设。

因为线路板30轴向安装到底座10上，可以减小压力传感器300的直径，这又会减小其中安装有传感器300的电磁阀的尺寸。

第四实施例

在前述实施例中，如图1A所示，线路板30包括用于在压力传感器300和外部线路元件如电路基板或母线(未示出)进行电连接的接点32。

外部线路元件上的管脚通过焊接或接触连接到接点32上以建立电连接。

可替换地可以为线路板30设置管脚，或通过硬焊软焊或接触将这些管脚连接到外部线路元件上。

第四实施例的压力传感器采用了这种结构，即，改变了线路板30，其他元件与前述实施例中的大体相同。

一般来讲，可以使焊料90将管脚80连接到陶瓷线路板30上，如图7所示。但是，用于分散的各个线路板的焊接工艺会很复杂，且成本高。

图8为本发明第四实施例中的线路板30和管脚80彼此接合在一起的示意性剖视图。线路板30由陶瓷材料如氧化铝制成。

管脚80由导电金属如铜或含磷的青铜制成。它为柱形，在与线路板30相连的一端带有槽81，相应地，线路板30形成有用于容纳管脚80的凹槽33。凹槽33中设有可配合进槽81中的凸台34。

管脚80的一端插入凹槽33中从而凹槽33中的凸台34配合到槽81中，以将管脚80牢固地保持在线路板30上。

图9示出了接合前的管脚80和线路板30。管脚80的槽81的宽度W3稍小于线路板30上的凸台34的宽度W4。在此实施例中，管脚80由铜或含磷的青铜制成，如上所述，且其线性膨胀系数为约17-20ppm/℃。

另一方面，陶瓷线路板30的线膨胀系数为约5-7ppm/℃。因此，在高温时，槽81的宽度W3大于凸台34的宽度W4。

即，在用于接合线路板30和底座10的高于400℃的高温下进行的玻璃火烤过程中宽度W3大于宽度W4。

通过在工作温度范围的上限处将宽度W3和W4设为W3≤W4，在通过玻璃火烤将线路板30接合到底座10上的同时，管脚80也固定地连接到线路板30上。

这样，本实施例提供了一种低成本且简单的结构，其中，在通过玻璃将陶瓷线路板30接合到底座10上的同时，管脚80也连接到线路板30上。

第五实施例

虽然在前述实施例中，用玻璃将传感器芯片20和线路板30接合到底座10上，但这并不是要求的，可以使用其他的接合方法。

在前述实施例中，使用低熔点的铅玻璃将传感器芯片20和线路板30接合到金属底座10上。

火烤过程必须进行两次，以将玻璃接合到底座10上，以及将玻璃接合到传感器芯片20和线路板30上，如上所述。另一个问题是为使熔点变低而用的铅玻璃的再循环能力很差。

图10A和图10B示出了本发明第五实施例的压力传感器400的结构，图10A为平面图，图10B为沿图10A的线XB-XB截取的侧剖视图。在图10A中，传感器芯片20和凸块50由实线画出，但它们实际上由于电路芯片40的存在而并不能被看见。

压力传感器400具有中空圆柱底座10，其在一个轴向端带有压敏柔性膜11，在另一轴向端带有开口12，用于将压力传递进底座的中空部分中。

设在底座10的膜11上的传感器芯片20输出与膜11变形量成比例的电信号。

线路板30围绕底座10轴向端面上的传感器芯片20而设，用于将传感器芯片20电连接到外部电路。

在此实施例中，线路板30为塑料基板，其由热塑性树脂膜如聚酰胺、聚酰亚胺和环氧树脂制成。

部分线路板30夹在传感器芯片20和底座10之间，如图10B所示，从而通过经热压过程进行的塑料基板的热接合使传感器芯片20和线路板30接合到底座10上。

线路板30的中心处具有凹槽35，且配合在底座10的外径之内。传感器芯片20容纳在此凹槽35中。

这样，线路板30围绕着传感器芯片20且支靠在底座10的一个轴向端面上，且部分线路板30，即凹槽35位于传感器芯片20和底座10之间。

虽然图10A所示的凹槽35为圆形，但也可以是方形、多边形或其他允许传感器芯片20配合到其中的任何形状。同样，环形线路板30不必要是连续的，只要它大体围绕着传感器芯片20就行。

线路板30包括用于在压力传感器400和外部线路元件如电路基板或母线(未示出)之间进行电连接的接点32。如图8中所示类型的管脚80接合到这些接点32上，以将压力传感器400例如连接到汽车的ECU上。

此外，线路板30具有外周侧壁，其立着，且比传感器芯片20和电路芯片40高，从而这两个芯片可以容纳在该侧壁中。

如图10A和图10B所示，用于处理来自传感器芯片20的电信号的电路芯片40安装到位于底座10轴向端的传感器芯片20上，且它通过凸块50电连接到传感器芯片20和线路板30上。

接下来参考图11和图12描述此压力传感器400的制造过程。

图11示出了根据本发明第五实施例的压力传感器400的制造过程的一个示例，图12示出了另一示例。

参考图11，首先在步骤S100中准备底座10，在步骤S110中将塑料线路板30在底座10一个轴向端处安装到膜11及其周边上。然后在步骤S120中将传感器芯片20安装到线路板30的凹槽35中。

接下来在步骤S130中进行热压过程，从而使线路板30的接触区域融化并接合到传感器芯片20和底座10上。

这样，就通过塑料线路板30的热接合过程将线路板30和传感器芯片20接合到底座10上。

在步骤S140中所进行的凸块接合过程中，凸块50可以设在传感器芯片20和线路板30上，或者也可以设在电路芯片40上，且电路芯片40通过凸块50被安装到传感器芯片20和要与其相连的线路板30上。

然后，在步骤S150中，通过与上述第四实施例相同的方法，将管脚80连接到线路板30上，以得到如图10A所示的压力传感器400。

可替换地，也可通过图12所示的过程来制造压力传感器400。

首先，在步骤S200中，将传感器芯片20安装到线路板30的凹槽35中，在步骤S210中进行热压工艺，以通过热接合将芯片20连接到板30上。

然后，在步骤S220中，将电路芯片40安装到传感器芯片20和线路板30上以用于凸块接合。在步骤S230中将管脚80连接到线路板30中。

这样，就首先组装了线路板30上的元件即芯片20和40以及管脚80，然后在步骤S240中将板30安装到底座10上，在步骤S250中进行热压过程。

这样，就通过热接合将线路板30接合到了底座10上，以完成图10A所示的压力传感器400。

将压力传感器400插入到用于驱动电磁阀的管状螺线管中，从而传感器被一体附着或连接到电磁阀上，用于检测压力。

此实施例的压力传感器400使用了塑料线路板30，其一部分夹在芯片20和底座10之间，从而可以通过塑料线路板30的热接合作用得到板30和传感器芯片20与底座10之间的接合。

即，线路板30也可以用作接合材料，以将其自身和传感器芯片20与底座10相接合。

这样，就不必使用单独的接合材料来将线路板30和传感器芯片20与底座10相接合，从而减少了元件的数量，简化了制造过程。

另外，此实施例中，也不必如前述实施例那样使用低熔点铅玻璃，用玻璃时，必须进行两次火烤过程，以将底座与玻璃接合以及将玻璃与传感器芯片20和线路板30接合。通过此实施例，因为一次就可实现接合，简化了制造过程，另外，省略了铅玻璃，所以提高了再循环能力。

其他实施例

传感器芯片20并不限于包括桥接电路且用作应变计的那种，也可使用其他的传感器芯片，只要它能输出与膜11的变形量成比例的电信号就行。

这样，本发明传感器的一个方面在于减小了直径，且本发明并不限于一体安装于电磁阀中的压力传感器。

此外，本发明也不应限于用于检测汽车制动系统中的制动油压，以及检测汽车燃油喷射系统中的燃油压力的压力传感器。

本发明通常涉及一种压力传感器，其包括中空圆柱底座、传感器芯片、以及线路板。其中，中空圆柱底座的一个轴向端带有压敏柔性膜11，另一轴向端具有开口，用于将压力传递进底座的中空部分中，传感器芯片设在膜上，用于输出与膜的变形量成比例的电信号，线路板用于将传感器芯片电连接到外部电路。本发明的一方面在于线路板围绕着底座一个轴向端上的传感器芯片安装，且可对其他特征进行各种变化和修改。

Claims (11)

1.一种压力传感器(100、200、300、400)，包括：

中空圆柱底座(10)，其在第一轴向端具有压敏柔性膜(11)，在第二轴向端具有开口(12)，开口用于将压力传递进底座(10)中；

设在膜(11)上的传感器芯片(20)，用于输出与膜(11)的变形量成比例的电信号；以及

线路板(30)，用于将传感器芯片(20)电连接到一个外部电路，其中

线路板(30)以围绕传感器芯片(20)外周的方式围绕着底座(10)第一轴向端上的传感器芯片(20)布置。

2.根据权利要求1所述的压力传感器(100、200、300、400)，其中，所述线路板(30)的尺寸做成可配合到底座(10)的外径之内。

3.根据权利要求1或2所述的压力传感器(100、200、400)，还包括用于处理来自传感器芯片(20)的电信号的电路芯片(40)，该电路芯片(40)被安装到传感器芯片(20)上，且其中，电路芯片(40)通过凸块(50)电连接到传感器芯片(20)和线路板(30)上。

4.根据权利要求3所述的压力传感器(100、200、400)，其中

所述电路芯片(40)的面积比传感器芯片(20)大；并且

电路芯片(40)的中心与传感器芯片(20)重叠，电路芯片(40)的周边与线路板(30)重叠。

5.根据权利要求3所述的压力传感器(100、200、400)，其中，传感器芯片(20)和安装于其上的电路芯片(40)都为方形，且彼此偏置，从而芯片(20、40)中的一个的角从芯片(20、40)中的另一个的侧边处突伸出来。

6.根据权利要求3所述的压力传感器(100、200、400)，其中

传感器芯片(20)和电路芯片(40)都是方形；且

电路芯片(40)沿其一边通过凸块(50)连接到传感器芯片(20)，电路芯片(40)沿其相反的一边通过凸块(50)连接到线路板(30)。

7.根据权利要求3所述的压力传感器(100、200、400)，其中：

传感器芯片(20)和安装于该传感器芯片上的电路芯片(40)在它们的通过凸块(50)相连的相对面上具有垫片；

芯片(20、40)中的一个包括与芯片(20、40)中的另一个上的每一个垫片(a，b，c，d)相对应的多个垫片(a，b，c，d)；且

一个芯片(20、40)上的多个垫片(a，b，c，d)布置成彼此相邻，以通过凸块(50)被连接到另一芯片(20、40)上的每一个垫片(a，b，c，d)上。

8.根据权利要求3所述的压力传感器(200)，还包括夹在电路芯片(40)和传感器芯片(20)之间以及电路芯片(40)和线路板(30)之间的柔性印刷电路板(60)，其中，

电路芯片(40)和柔性印刷电路板(60)之间、柔性印刷电路板(60)和传感器芯片(20)之间、以及柔性印刷电路板(60)和线路板(30)之间，通过凸块(50)电连接。

9.根据权利要求3所述的压力传感器(400)，其中

线路板(30)为塑料基板；且

一部分线路板(30)被夹在传感器芯片(20)和底座(10)之间，从而通过塑料基板的热压合将传感器芯片(20)和线路板(30)接合到底座(10)上。

10.根据权利要求3所述的压力传感器(100、400)，其特征在于，所述线路板(30)具有圆柱形壁，所述壁的直径小于底座(10)并在其中容纳着传感器芯片(20)和电路芯片(40)。

11.根据权利要求3所述的压力传感器(100、200)，其特征在于，所述线路板(30)具有通孔(31)，所述传感器芯片(20)位于所述通孔(31)中。

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