CN102331322A - 压力传感器芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有设置在壳体（12、14）中的压力测量芯片（18）的压力传感器模块（10）。这个芯片通过孔（38）提供压力。至少一个在壳体（12、14）中在固定部位（48、50）上固定的柔性薄膜（32）通过电触点（22）和压力测量芯片（18）电连接。

Description

压力传感器芯片

技术领域

本发明涉及一种压力传感器模块。

背景技术

DE 101 07 813 A1涉及一种压力传感器模块。该压力传感器模块包括商业上通行的传感器单元，该单元和适配器连接。该适配器用于传递压力的体积很小。传感器单元包括压力传感器芯片，其中，传感器单元安装在压力传感器模块中。压力传感器芯片例如借助阳极接头安装到玻璃支架上。传感器单元例如具有两部件的传感器壳体。玻璃支架例如通过焊接方法固定在传感器壳体上。压力传感器芯片在传感器壳体内部通过接头导线和电的传感器连接元件电连接。这些传感器连接元件穿过传感器壳体。压力传感器芯片例如具有薄膜。在下侧给薄膜加载介质。所述介质在压力接管中例如附加地引入到金属细管或者类似的管中。薄膜用于介质的压力对它的作用会发生弯曲，这样，通过这种弯曲产生测量信号，通过接头导线可继续传递这种信号。在传感器单元上也可以使用另外的压力传感器芯片。优选地在传感器壳体的内部为真空，这样就可将传感器单元用于绝对压力测量。薄膜包括一个上侧面。这个上侧面和压力传感器芯片的上侧面大体位于一个平面上。接头导线就固定在压力传感器芯片的这个上侧面上。此外，薄膜还有一个下侧面。这个下侧面和薄膜下侧面面对面设置。

在DE 101 07 813 A1公开的方案中一方面需要适配器，这个适配器具有用于传递压力的介质的很小的体积。另一方面电的传感器连接元件穿过传感器壳体的底部，并且在这个底部通过例如玻璃结构设计的密封装置进行绝缘。电触点—它们容纳在传感器壳体的一个部件中，并且借助这个壳体进行电接触—在它的加工方面，也就是在玻璃熔液的控制固化方面是一种制造技术的挑战，并且此外它的制造也非常昂贵。

来自DE 101 07 813 A1的玻璃结构的管脚一方面必须通过另一电触点，例如通过传感器内部的螺旋弹簧和内部的传感器电子设备连接，另一方面这些玻璃结构的管脚也必须向外和合适的电连线接触，以便将传感器信号进一步例如传输到控制设备。玻璃结构的管脚只能忍受小的径向的和轴向的力（玻璃裂纹），因此在运输时（在箱中无松散材料，无单个包装），在操作和电接触时要求采取特殊措施。这些特殊措施对成本有不利的影响。此外，这些玻璃结构是传感器的密封方面的潜在薄弱部位。

发明内容

根据本发明建议这样一种压力传感器模块。这种压力传感器模块的优点是它具有特别简单的结构。根据本发明建议的压力传感器模块包括盖形设计的上壳体部件和特别是具有凹槽的下部件。这两个壳体半部彼此材料连接，并且用它们的在用于柔性薄膜的固定部位的区域中彼此对置的侧面形成用于至少一个柔性薄膜的固定部位，所述柔性薄膜固定在盖部件和壳体部件之间的所述的固定部位上的分离缝中。柔性薄膜基本水平地在这样的平面中延伸，即根据本发明建议的压力传感器模块的盖部件和壳体部件之间的分离缝在所述的平面中延伸。

在一个很优选的实施方案中至少一个柔性薄膜包括内置的热源。通过这个热源可产生粘合层或者胶粘合层的熔接，其优选地位于压力传感器模壳体的盖部件和壳体部件的彼此所属的平面之间的固定部位的区域中。在用于基本沿水平方向延伸的柔性薄膜的固定部位的区域中还分布有补偿区域或者平衡表面。在加上盖罩之前为了平衡传感器需要这些补偿区域或者平衡表面。在平衡之后就不再需要这些表面了，因此这些表面可以位于这个区域中，在这个区域中已贴上盖罩。通过这一措施又可以达到传感器较小的设计。

柔性薄膜—它基本上沿水平方向穿过压力传感器模块的壳体在盖部件和壳体部件之间的接合平面中延伸—在安装前可进行预安装，即在它铺到壳体，也就是铺到分离缝中的壳体部件的平面上之前，安装不同的电气的或者电子器，例如半导体或者电容器等。此外也存在这样一种可能性，即不安装即不预安装那个基本沿水平方向延伸的至少一个柔性薄膜，安装到壳体部件的面朝盖部件的平面上。由于完整性的原因应提及的是下壳体部件例如也可以容纳侧边的法兰，这样，这个最后完整安装的和印刷的压力传感器模块例如通过螺栓等可以安装在它的使用位置上。

优选地压力测量芯片借助电连接和柔性薄膜电连接。所述压力测量芯片被容纳在闭锁玻璃体的空腔室的支架上。优选地这些电连接设计成粘接连接，例如直径量级在200纳米和400纳米之间的铝粘接Aluminiumbond。根据相应的应用情况也可以使用其它尺寸的电的粘接连接。

当在柔性薄膜上建成了粘接连接之后将盖部件和壳体部件固定在固定部位区域中的附着层上。在接合部位的区域中例如在下侧面或者在上侧面，或者也在上、下侧面给柔性薄膜设置可熔化的胶粘层。

现在，通过在至少一个柔性薄膜中设置的内热源可熔化在上侧面、下侧面或者上、下侧面上设置的附着层或者胶粘层，这样，在具有柔性薄膜的壳体部件的固定部位的区域中产生材料适连接。

通过根据本发明所建议的方案可以成本有利的方式放弃接触管脚、放弃弹簧加载的接触，以及特别是放弃如在现有技术的许多方案中曾实施的玻璃导引部。此外，通过根据本发明所建议的方案也可明显地使安装的单个部件最小化，其中，通过下述措施可以考虑接合的压力传感器模块的不同的安装地点，即例如可给壳体部件设置一些凸缘连接，或者孔等，此外，这一点也适用于盖部件。胶粘连接的形成，也就是在固定层的区域中的胶粘层或者附着层的熔接可以有利的方式放弃压热锅或者炉子，否则这些已安装的压力传感器模块必须送入到压热锅或者炉中，以进行硬化处理或者产生作为材料连接部位的固定部位。通过根据本发明建议的方案也可避开在安装过程的框架内的这样一种安装步骤。因为金属材料的结构部件，特别是盖部件和壳体部件可由金属材料制成，所以可以设想不同的固定方法。

特别是通过根据本发明建议的压力传感器模块的本发明建议的比较平坦的设计可以达到在已安装好的压力传感器模块的盖部件或者壳体部件的上侧面和下侧面上出现一些平坦的段，这样，为了检测压力侧的液压的压力就可以使用比较小的密封部件。通过这一措施又可将最小的力施加到压力测量芯片上或者它的固定部位上。这又简化了安装以及材料连接的相应设计，特别是这种材料连接设计，即采用这种材料连接可将玻璃体固定在壳体部件的凹槽中，或者将用于压力测量芯片的支架固定在玻璃体的上端部上。

附图说明

下面借助附图对本发明进行详细的说明，其中，在唯一的附图中示出了已安装完毕的根据本发明建议的压力传感器模块10的截面图。

具体实施方式

从图1可看出，按照根据本发明所建议的方法制造的已安装完毕的压力传感器包括一个盖部件12和一个壳体部件14。优选地盖部件12和壳体部件14由金属材料制成。然而也可以设想塑料材料。优选地盖部件12和壳体部件14的外平面侧为光滑和平面设计，这样，在必要时可直接安装在压力源上，如例如安装到汽车传动装置等上，并且特别是可使用比较小的密封环，这简化了安装，并且另一方面这导致压力测量芯片和它的固定的比较小的机械载荷。如图1中虚线示出的，其中一个壳体部件，无论是盖部件12，还是壳体部件14都具有凸缘形状的扩展部62。这个扩展部62—在图1中为虚线所示—包括例如一个或者多个孔，这样已安装完毕的压力传感器模块10和它的盖部件和它的壳体部件14借助螺栓或者螺栓级接完好地安装在它的安装位置上。

此外，图1的截面图还示出，壳体部件14还具有一个凹槽16。这个凹槽16优选地位于罐形设计的壳体部件14的中间，然而也可为偏心设计。在盆形的凹槽16中形成一个孔38。通过这个孔介质对压力测量芯片18施加作用，通过根据本发明建议的压力传感器模块10感知该介质的压力。

罩形设计的盖部件12的直径用附图标记4和40表示，而总直径，也就是第二直径用附图标记42表示。这个直径也可随凸缘式的扩展部62的存在而发生变化，特别是扩大。根据本发明建议的压力传感器10结构总高度为少数几毫米的量级，例如6毫米，在图中用附图标记54表示。厚度—例如盖部件12中的厚度就是按此厚度设计的，请参见图1中的位置46—为1或者2毫米的量级。壳体部件14的底部件的厚度也是这个量级。在这个底部件中孔38和盆形的凹槽16对齐地设计。

从图1中可以看到，一个玻璃体40嵌入到凹槽16中，其中，这个凹槽形成在壳体部件14中。这个玻璃体40具有基本为圆柱体的外观和其形状为圆筒形设计的空腔室56的通孔。这个玻璃体40借助钎焊环28和钎焊连接30材料连接地被容纳在壳体部件14中的盆形的凹槽16的底部。在安装玻璃体40时它的圆筒形设计的空腔室56和孔38对齐。所述孔穿过壳体部件14的底部向外延伸。

在玻璃体40的和盆形的凹槽16对置的端部设置有支架。在这个支架的上侧面容纳有压力测量芯片18。这个在其上容纳有压力测量芯片18的支架闭锁玻璃体40的空腔室56，所述玻璃体用材料连接的钎焊连接30被容纳在壳体部件14的凹槽16的底部上。此外，如从图1中可看出的，压力测量芯片18，或者它的支架和柔性薄膜32的上侧面34电连接。从图1可以看出，电接触22例如可以设计为第一粘接连接24以及第二粘接连接26。第一粘接连接24或者第二接头26例如可以设计为具有200纳米到400纳米之间的直径的铝粘接。这个粘接连接24或者26也可以其它的直径设计。如图1所示，柔性薄膜32例如在侧面从压力传感器模块10中引出，并且例如和在图1中未示出的控制模块，例如汽车的传动机构的控制模块电接触。

第一粘接连接24以及第二粘接连接26从支架的上侧面—在该支架上容纳有压力测量芯片18—向柔性薄膜32的上侧面34延伸。

此外，从图1中还可看出，柔性薄膜32基本沿水平方向沿着盖部件12和壳体部件14之间的分离缝延伸，其中，所述盖部件和壳体部件分别由金属材料制成。此外，这个柔性薄膜32—它的上侧面用附图标记34表示，它的下侧面通过位置标记36表示—还包括内部热源42。如是这个柔性薄膜32可以具有一个或者多个环形的电流回路，例如胶粘部位区域中的印制线路。当给这些电流回路或者印制线路通以电流时则出现热量，这样就可达到用于粘接部位硬化所需的温度，这样在根据本发明建议的方案中就可以有利的方式省掉在单独的炉子中对胶粘连接的硬化处理。

由于设置了内热源42，所以可将柔性薄膜32用于在基本沿水平方向延伸的柔性薄膜的固定部位48、50的区域中产生材料连接。因此或者可在盖部件12或者壳体部件14的彼此配属的平面上在固定部位48、50区域内设置的且具有胶粘剂或附着材料的层。有利地通过根据本发明的方案可以达到在固定部位48或50为至少一个柔性薄膜产生材料连接。通过内热源42的加热—所述热源置入到至少一个柔性薄膜32中—可将在该柔性膜的下侧面36或者上侧面34，或者上、下侧面34、36涂覆的胶粘层或者附着层20熔接，这样，在不需要炉子或者压热锅等的情况下可在至少一个柔性薄膜32的固定部位48、50的区域中设计材料连接，在本案中例如是胶粘连接。

在图1所示的压力传感器模块10的实施方案中为了盖部件12和壳体部件14的接合在平衡表面60上不需要任何工具，因为固定部位40、50的形成—在这些固定部位中，在分离缝中容纳至少一个柔性薄膜32—是无工具完成的。此外，从图1中可以看到，根据本发明所建议的压力传感器模块10没有接触销，以及特别是没有玻璃结构（Einglasungen）—接触销穿过它们—，并且因此在成本上可特别有利地制造。

在图1中截面图示出的压力传感器模块10的制造方法分为下述若干步骤：

首先在由金属材料制成的，且具有凹槽16的壳体部件14的底部设置一个孔38。这个孔38优选地和壳体部件14的盆形的凹槽16对齐。然后将钎焊环28安装到这个盆形的凹槽16中，并且紧接着将玻璃体40和这个盆形的凹槽16材料地连接起来，例如钎焊，硬钎焊，或者胶粘。在必要时这个玻璃体40也可已装有支架，这个支架容纳压力测量芯片18。

由壳体部件14、玻璃体40和具有压力测量芯片18的支架构成的这种类型的预安装的结构组件装有至少一个柔性薄膜32。这个柔性薄膜可以是一个单个的柔性薄膜，然而也可以安装具有多个薄膜32的层组。将至少一个柔性薄膜32安装到固定部位48、50的区域中的壳体部件14的上平面上。在这种情况中例如可以安装至少这样的一个柔性薄膜32，即这个薄膜在这之前安装有半导体结构部件，例如电容器或者类似部件。也可以使用一些“裸的”柔性薄膜，其在安装了至少一个薄膜32后可安装到壳体部件14的平面上。这两种方案均可以。

当在固定部位48、50的区域中将柔性薄膜安装到壳体部件14的上平面之后紧接着电连接22构成粘接连接。通过这一措施这个压力测量芯片18或者它的支架就和至少一个柔性薄膜32的上侧面34电接触。

紧接着，在盖部件12在固定部位48、50的区域中和壳体部件14接合之前，在补偿表面60的区域中将至少一个柔性薄膜对齐，至少一个柔性薄膜32安装到它的配属于盖部件12的平面上。

通过由至少一个设置在这个柔性薄膜中的热源42对这个柔性薄膜32的加热在上侧面34上，在下侧面36上，或者在上和下侧面上涂覆的附着或者胶粘层20被加热，如是不使用工具地通过给至少一个柔性薄膜32通以电流在这两个部件的固定部位48、50的区域中的盖部件12和壳体部件14之间形成材料连接。

当盖部件12安装到壳体部件14上，并且在固定部位48、50的区域中产生材料连接之后最后对压力传感器模块10的功能能力进行检测。

根据本发明建议的方案—此方案借助图1中所示方案已予说明—不需要弹性接触，特别是不需要在玻璃结构中被导向的接触销，并且此外只具有最少的结构部件。因为这些固定部位48、50是在盖部件12和壳体部件14之间在由金属材料构成的结构部件上产生，所以其比较坚固，并且和有玻璃结构的电接触销相比较这些部件可通过一定数量的简单的加工过程制造。特别是可通过下述措施避免使用压热锅或者熔化过程的炉子，即在至少一个柔性薄膜32和壳体部件14中的盖部件12的固定部位48、50的区域中的附着层或者胶粘层20的熔化可通过至少一个在至少一个柔性薄膜32中设置的内热源42达到。只有少数几毫米，优选地不到10毫米的小的结构高度54是优点，此外，将盖部件12和壳体部件14的外表面设计为结构平滑的表面。

Claims (10)

1.压力传感器模块（10），具有设置在壳体（12、14）中的压力测量芯片（18），可通过孔（38）给这个压力测量芯片提供压力，其特征在于，至少一个在壳体（12、14）中固定在固定部位（48、50）处的柔性薄膜（32）通过电接触（22）和压力测量芯片（18）电连接。

2.按照权利要求1所述的压力传感器模块（10），其特征在于，所述至少一个柔性薄膜（32）在固定部位（48、50）上特别是通过附着层或者胶粘层（20）和盖部件（12）和壳体部件（14）材料连接。

3.按照前述权利要求的任一项所述的压力传感器模块（10），其特征在于，压力测量芯片（18）通过玻璃体（40）支撑在壳体部件（14）中。

4.按照前述权利要求的任一项所述的压力传感器模块（10），其特征在于，玻璃体（40）被容纳在壳体部件（14）的盆形的凹槽（16）中，并且材料连接地接合，特别是钎焊。

5.按照前述权利要求的任一项所述的压力传感器模块（10），其特征在于，玻璃体（40）具有空腔室（56），这空腔室在壳体部件（14）的壳体底部中和孔（38）对齐。

6.按照前述权利要求的任一项所述的压力传感器模块（10），其特征在于，在固定部位（48、50）的区域中设置平衡表面（60）。

7.按照前述权利要求的任一项所述的压力传感器模块（10），其特征在于，所述至少一个柔性薄膜（32）包括至少一个内部的热源（40），所述热源引起胶粘剂层或者附着层（20）的熔接。

8.用于制造按照前述权利要求的任一项所述的压力传感器模块（10）的方法，具有下述方法步骤：

a）将在低温时可熔化的材料部件（28）插入到壳体部件（14）的凹槽（16）中，

b）容纳压力测量芯片（18）的玻璃体（40）和壳体部件（14）材料连接，

c）将至少一个柔性薄膜（32）安装到壳体部件（14）上，

d）在所述至少一个柔性薄膜（32）和压力测量芯片（18）之间产生电连接（22），

e）将盖部件（12）在固定部位（48、50）的区域中安装到所述至少一个柔性薄膜（32）上，及用在所述至少一个柔性薄膜（32）上的至少一个内部热源（42）熔接附着层或者粘接层（20）。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在方法步骤c）之前给柔性薄膜（32）加装部件。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，按照方法步骤e）附着层（20），或者胶粘层（20）的熔接是通过至少一个设置在柔性薄膜（32）中内部热源（42）完成的。

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