CN101975637A - 紧凑型汽车压力变送器及制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有模块化性质的紧凑型汽车压力变送器及制造工艺。目的是在变送器内部使用充油芯体，提高加工的效率，降低制造成本，外壳一端设置有开口的芯体腔，从内到外依次固定传感器芯体、放大板和引线罩，传感器芯体、放大板和引线罩之间通过导线相连；传感器芯体包括基座、固定在基座内的标准基板，基座内填充有硅油，标准基板上连接固定有对应规格的芯片，在传感器芯体内部采用标准基板来固定芯片，可以统一基座内部的加工工艺，只需改变芯片就能对应不同的测量量程，简化了工艺，提高了制作效率，同时还提高了整体的自动化程度，经过每一主要工序的压力测试，确保了最终产品的合格率。

Description

紧凑型汽车压力变送器及制造工艺

技术领域

本发明涉及一种传感器结构及制作工艺，尤其是一种带有模块化性质的紧凑型汽车压力变送器及制造工艺。

背景技术

目前，公知的压力传感器普遍采用压电式、应变式或者压阻式结构的原理，压电式压力传感器的输出信号为电荷变化量，要转换成压力的直观变化，需要对后续的电信号进行处理，但是该种传感器不适合在高温环境下使用，也不具有高的过载保护能力。压阻式压力传感器中，最常用的传感器结构是充硅油硅压阻压力传感器。应变式压阻压力传感器由于受结构影响，具有较大的线性、迟滞等静态误差。充硅油硅压阻式压力传感器具有线性好，迟滞小等特点，测得数据比较准确，但是每一规格的传感器都需要特定的传感器底座，在加工的时候需要将体积较大的特定传感器底座与芯体一一连接，这种方法即影响了焊接特性又降低了工作效率。

中国专利局于2009年11月18日公告了一份CN100561156C号专利，名称为SOI全硅结构充硅油耐高温压力传感器，公开在真空环境下将压力芯片与PYREX7740玻璃通过静电键合封接在一起，高温硅油在真空的环境下通过销钉孔充填于基座的空腔中，充填完硅油后，将销钉锚入销钉孔，实现硅油的密封，压力芯片上的压焊块与电极之间通过超声热压焊用金丝连接。这种方式就将芯片与基座一一对应来加工的，同时提到了充填硅油的方式，但是高温的硅油进行充填存在一些膨胀的问题，温度降低后，硅油的体积会变小，从而对芯片的精度造成影响。

这些传感器使用的芯片都是先固定在底座上，再用金丝将芯片引出孔与底座引线柱连接，这样的底座选用的原因是目前还没有机械化批量生产，大多都是手工操作，批与批之间难保一致，引线柱可焊性差，操作上比较麻烦，效率比较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑型汽车压力变送器及制造工艺，内部使用充油芯体，可以提高加工的效率，同时还能降低制造成本。

本发明的另一目的是提供一种紧凑型汽车压力变送器及制造工艺，使用充油芯体从而简化加工工艺，提高自动化，同时还能扩大传感器的量程范围。

本发明的再一目的是提供一种紧凑型汽车压力变送器及制造工艺，传感器芯体采用标准基板用来固定芯片同时又能封住硅油腔，只需改变芯片就可以形成多种不同对应的量程，该标准基板与集成电路封装相兼容，提高了传感器生产过程中的一致性、可焊性、批量性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种紧凑型汽车压力变送器，包括外壳、设置在外壳内部的传感器芯体、放大板及引线罩，外壳一端设置有开口的芯体腔，从内到外依次固定传感器芯体、放大板和引线罩，传感器芯体、放大板和引线罩之间通过导线相连；传感器芯体包括基座、固定在基座内的标准基板，基座内填充有硅油，标准基板上连接固定有对应规格的芯片。传感器芯体为压力变送器的重要部件，压力通过外壳传递给硅油，硅油将压力传递给芯片，芯片将测得数据通过导线输出；此处的标准基板指不论压力变送器本身的规格如何，基板的尺寸固定不变，改变的只是固定在标准基板上的芯片，基座内部采用标准基板，可以简化加工工艺，压力变送器的安装尺寸变化时也只是根据安装尺寸的变化另行改变外壳的尺寸，不需要改变内部的尺寸，采用标准基板则可以将基座内部的安装位置尺寸标准化，加工的时候采用一种加工工艺，这可以大大提高加工效率，提高自动化程度，也能降低加工的成本；使用标准基板可以灵活地变动压力变送器的外型，从而扩大应用的范围。

作为优选，芯体腔的侧壁设置有一圈凹槽，凹槽内放置有卡环，卡环压住传感器芯体。使用卡环来固定传感器芯体，结构比较简单，固定比较方便。

作为优选，基座包括H形的底座，底座的中间壁上设置有圆孔，底座的侧边固定有压环，压环与底座之间固定有波纹膜，波纹膜与底座中间壁形成了硅油腔，硅油填充在硅油腔内，标准基板固定在中间壁的另一侧同时将硅油腔封闭，芯片朝向硅油腔。底座与压环之间采用焊接固定，焊接的时候同时压紧波纹膜，硅油腔内部的硅油与波纹膜直接接触，芯片浸入到硅油中，波纹膜产生的变形通过硅油传递到芯片，芯片变形将变形值传递给放大板，底座呈H形，从而可以使得标准基板沉入到H形中间的凹陷处，标准基板不会凸出底座表面，可以保护标准基板，同时通过注塑填充封住标准基板，标准基板使用统一的规格，只是改变固定在标准基板上的芯片就可以改变不同的量程，标准基板可以形成批量生产，同时也可以简化对底座的加工业，从而提高效率，或者提高自动化程度。

作为优选，压环的内壁呈锥形，内径较大的一端压住波纹膜。锥形内壁可以扩大波纹膜变形的面积，从而提高波纹膜感受的敏感度，从而能降低传感器最小的测量值。

一种紧凑型汽车压力变送器的制造工艺，包括如下步骤：1.先制作底座、波纹膜、标准基板和压环，底座呈H形，底座中间壁的中间加工一个圆孔，中间壁的边上设置一个注油孔，压环的内表面加工成锥形，波纹膜是由铂片压制而成，标准基板上固定连接有引线柱；

2.选用合适的芯片，将芯片胶粘固定到标准基板的背面，同时用金丝将引线柱与芯片的引脚焊接连接；

3.制作硅油腔：将压环、波纹膜和底座依次对齐并将压环与底座焊接固定，波纹膜被压紧在压环与底座之间形成硅油腔；

4.固定标准基板：将标准基板固定到底座中间壁的圆孔上并封住圆孔，标准基板的引线柱朝外，标准基板上的芯片朝向波纹膜；

5.注油：在真空下从注油孔往硅油腔注油，控制注油时间，注油后保持足够时间，接着用钢珠将注油孔封住；

6.安装传感器芯体：将上述制作好的传感器芯体放入到外壳内，同时用卡环卡入到外壳内部的凹槽并压紧传感器芯体；

7.再将放大板固定到外壳内，连线引线罩，引线罩固定环固定引线罩。

将传感器芯体放置到外壳内后用卡环固定，操作比较方便，主要的问题是控制好外壳内部凹槽的位置，卡环的位置是由凹槽的位置来确定的，传感器芯体的外径与外壳的内径相配，放大板的直径与外壳的内径相配，不锈钢片冲制成波纹膜，可以扩大接触面积，提高波纹膜的敏感度，芯片固定到标准基板上比芯片固定到底座上更加方便，标准基板尺寸比底座小，操作方便，注油要保持真空，保持足够时间，都是为了让硅油能完全充满整个硅油腔，不会在硅油腔里边残留空气。

作为优选，在完成传感器芯体的制作后要进行压力测试，合格才能进入下一道工序进行传感器芯体安装。

作为优选，安装固定好放大板后要进行压力测试，合格后才能进入最后的固定引线罩工序。

作为优选，固定引线罩后再一次进行压力测试，产品合格才能最终入库。在将硅油腔密封后的每一次工序都要进行压力测试，从而确保每一工序都不会造成次品，防止在最终压力测试中出现次品但确不知道是在哪个工序造成的问题，这样做到每一个工序都是可控的。

本发明的有益效果是： 在传感器芯体内部采用标准基板来固定芯片，可以统一基座内部的加工工艺，只需改变芯片就能对应不同的测量量程，简化了工艺，提高了制作效率，同时还提高了整体的自动化程度，经过每一主要工序的压力测试，确保了最终产品的合格率。

附图说明

图1是本发明一种结构示意图；

图2是本发明一种传感器芯体的结构示意图；

图3是本发明一种标准基板的结构示意图；

图中：1、外壳，2、传感器芯体，3、凹槽，4、卡环，5、放大板，6、引线罩，7、芯体腔，8、压环，9、波纹膜，10、硅油腔，11、底座，12、中间壁，13、封头，14、凸台，15、引线柱，16、标准基板，17、定位柱。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种紧凑型汽车压力变送器（参见附图1），包括外壳1、设置在外壳内部的传感器芯体2、放大板5及引线罩6，外壳1一端设置有开口的芯体腔7，芯体腔7从内到外依次固定传感器芯体2、放大板5和引线罩6，传感器芯体2、放大板5和引线罩6之间通过导线相连；传感器芯体2包括基座、固定在基座内的标准基板16，基座内填充有硅油，标准基板16上连接固定有对应规格的芯片，芯体腔7的侧壁设置有一圈凹槽3，凹槽3内放置有卡环4，卡环4压住传感器芯体2，凹槽3的高度与传感器芯体2的高度相当。

传感器芯体2（参见附图2）的基座整体为圆柱形，基座包括截面为H形的底座11，底座11的中间壁12上设置有圆孔，中间壁12的边缘处设置有注油孔，圆孔的边缘设置有截面呈三角形的凸台14，底座11上与凸台14相对的侧边固定有压环8，压环8的内表面为锥形，压环8与底座11之间固定有波纹膜9，波纹膜9与底座11中间壁之间的空腔形成了硅油腔10，硅油填充在硅油腔10内，标准基板16为圆形（参见附图3），标准基板16的边缘为台阶状，台阶的内径与凸台14的内径相对应，标准基板16的边缘顶在凸台14的尖部位置，并通过加压热电焊的方式将标准基板16与中间壁12固定在一起，标准基板16的背面粘结有芯片，标准基板16的正面设置有引线柱15，引线柱15在标准基板16的背面形成凸包，芯片的引脚与凸包通过金丝连接，标准基板16的边缘设置有凸起的定位柱17，标准基板17与中间壁12固定并将硅油腔10封闭，芯片朝向硅油腔10，标准基板16外部注塑形成封头13。

一种紧凑型汽车压力变送器的制造工艺，包括如下步骤：1.先制作底座、波纹膜、标准基板和压环，底座呈H形，底座中间壁的中间加工一个圆孔，中间壁的边上设置一个注油孔，压环的内表面加工成锥形，波纹膜是由铂片压制而成，标准基板上固定连接有引线柱；

2.选用合适的芯片，将芯片胶粘固定到标准基板的背面，同时用金丝将引线柱与芯片的引脚焊接连接；

3.制作硅油腔：将压环、波纹膜和底座依次对齐并将压环与底座焊接固定，波纹膜被压紧在压环与底座之间，波纹膜的内侧表面与中间壁之间形成硅油腔；

4.固定标准基板：将标准基板固定到底座中间壁的圆孔上并封住圆孔，标准基板的引线柱朝外，标准基板上的芯片朝向波纹膜；

5.注油：在真空下从注油孔往硅油腔注油，控制注油时间，注油后保持足够时间，接着用钢珠将注油孔封住，接着进行压力测试，测试合格者进入下一道工序；

6.安装传感器芯体：将上述制作好的传感器芯体放入到外壳内，同时用卡环卡入到外壳内部的凹槽并压紧传感器芯体，再次压力测试，测试合格者进入到下一道工序；

7.再将放大板固定到外壳内，注塑成引线罩将放大板固定，同时将导线引出到引线罩外部，注塑后进行压力测试，测试合格者入库。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种紧凑型汽车压力变送器，包括外壳、设置在外壳内部的传感器芯体、放大板及引线罩，其特征在于外壳一端设置有开口的芯体腔，从内到外依次固定传感器芯体、放大板和引线罩，传感器芯体、放大板和引线罩之间通过导线相连；传感器芯体包括基座、固定在基座内的标准基板，基座内填充有硅油，标准基板上连接固定有对应规格的芯片。

2.根据权利要求1所述的紧凑型汽车压力变送器，其特征在于芯体腔的侧壁设置有一圈凹坑，凹坑内放置有卡环，卡环压住传感器芯体。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型汽车压力变送器，其特征在于基座包括H形的底座，底座的中间壁上设置有圆孔，底座的侧边固定有压环，压环与底座之间固定有波纹膜，波纹膜与底座中间壁形成了硅油腔，硅油填充在硅油腔内，标准基板固定在中间壁的另一侧同时将硅油腔封闭，芯片朝向硅油腔。

4.根据权利要求3所述的紧凑型汽车压力变送器，其特征在于压环的内壁呈锥形，内径较大的一端压住波纹膜。

5.一种紧凑型汽车压力变送器的制造工艺，其特征在于包括如下步骤：(1).先制作底座、波纹膜、标准基板和压环，底座呈H形，底座中间壁的中间加工一个圆孔，中间壁的边上设置一个注油孔，压环的内表面加工成锥形，波纹膜是由铂片压制而成，标准基板上固定连接有引线柱；

(2).选用合适的芯片，将芯片胶粘固定到标准基板的背面，同时用金丝将引线柱与芯片的引脚焊接连接；

(3).制作硅油腔：将压环、波纹膜和底座依次对齐并将压环与底座焊接固定，波纹膜被压紧在压环与底座之间形成硅油腔；

(4).固定标准基板：将标准基板固定到底座中间壁的圆孔上并封住圆孔，标准基板的引线柱朝外，标准基板上的芯片朝向波纹膜；

(5).注油：在真空下从注油孔往硅油腔注油，控制注油时间，注油后保持足够时间，接着用钢珠将注油孔封住；

(6).安装传感器芯体：将上述制作好的传感器芯体放入到外壳内，同时用卡环卡入到外壳内部的凹槽并压紧传感器芯体；

(7).再将放大板固定到外壳内，连线引线罩，引线罩固定环固定引线罩。

6.根据权利要求5所述的紧凑型汽车压力变送器的制造工艺，其特征在于在完成传感器芯体的制作后要进行压力测试，合格才能进入下一道工序进行传感器芯体安装。

7.根据权利要求5所述的紧凑型汽车压力变送器的制造工艺，其特征在于安装固定好放大 板后要进行压力测试，合格后才能进入最后的固定引线罩的工序。

8.根据权利要求5或6或7所述的紧凑型汽车压力变送器的制造工艺，其特征在于引线罩固定后再一次进行压力测试，产品合格才能最终入库。 

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