CN105928641A - 微熔硅应变计（msg）压力传感器封装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微熔硅应变计(MSG)压力传感器封装。本发明公开了用于微熔硅应变计压力传感器的方法和装置。压力传感器封装包含：被配置为暴露于压力环境下的感测元件，该感测元件包含至少一个应变计；布置于载体上且与感测元件电耦接的电子封装，该载体被布置于包含感测元件的端口上，该端口可允许针对密封及寄生的密封力的解耦特征以及端口长度的缩短；布置于感测元件和电子封装周围的外壳；以及与外壳接合且与电子封装电连接的连接器，该连接器包含外部接口。

Description

微熔硅应变计(MSG)压力传感器封装

技术领域

本发明一般地涉及传感器，并且更特别地涉及微熔硅应变计(MSG)压力传感器封装。

背景技术

一般地，现有技术的微熔硅应变计(MSG)压力传感器在整个汽车行业中被用于从制动、传动、汽缸及燃油压力传感器到乘客重力感测的应用中。这样的压力传感器典型地包含通过玻璃粘结于不锈钢膜片的硅应变计元件。传感器的设计是这样的：它基于已处理的所感测条件来提供各种信号。

发明内容

下文给出了本发明的简要概括，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。该概括并不是关于本发明的广泛性综述。它并非是要标识本发明的关键或重要元素，也不是要描绘本发明的范围。其唯一的目的是要以作为后面将要给出的更详细描述的前序的简化形式来给出本发明的某些概念。

本发明提供了用于微熔硅应变计压力传感器的方法和装置。

在一个方面中，本发明的特征在于一种压力传感器封装，包含：被配置为暴露于压力环境下的感测元件，该感测元件包含至少一个应变计；布置于载体上且与感测元件电耦接的电子封装，该载体被布置于包含感测元件的端口(port)上，该端口可允许用于轴向的且寄生的密封力的解耦特征以及端口长度的缩短；布置于感测元件和电子封装周围的外壳；以及与外壳接合且与电子封装电连接的连接器，该连接器包含外部接口。

在另一个方面中，本发明的特征在于包含隔膜、螺纹、咬边/封边和内钻孔的端口，压力环境从咬边/封边延伸通过内钻孔到达隔膜，其中该端口可允许用于轴向的且寄生的密封力的解耦特征以及端口长度的缩短。

实施例可以具有一个或多个下列优点。

本发明的微熔硅应变计压力传感器提供了在较小的模块化传感器封装中的改进的传感器性能。

较小的模块化传感器封装可允许改进的振动性能。

本发明的微熔硅应变计压力传感器可通过使过程步骤及构件的数量最小化以及利用低风险的过程而允许改进的可制造性(DFMA)和质量。

本发明的微熔硅应变计压力传感器可允许深拉杯(deep drawncup)、具有沟槽的端口、夹入式支撑环(clip-in support rings)、弹簧以及通过简单的卷边操作来闭合的封装。

本发明的微熔硅应变计压力传感器可允许振动改进、重量和高度降低、优化的经济生产力，同时确保具有更少构件的生产能力。

这些及其他特征和优点根据对下面的详细描述的阅读以及相关附图的回顾将会变得显而易见。应当理解，前面的总体描述和下面的详细描述只是解释性的，而并非是对所要求权利的各个方面的限制。

附图说明

通过参考结合附图进行的详细描述，本发明将会得到更全面的理解，在附图中：

图1示出了第一示例性压力传感器封装。

图2示出了图1的第一示例性压力传感器封装的端口的横截面。

图3示出了另一个示例性压力传感器封装。

图4示出了另一个示例性压力传感器封装。

图5示出了另一个示例性压力传感器封装。

具体实施方式

现在参考附图来描述本主题创新，在所有附图中使用相同的附图标记来指代相同的元件。在下面的描述中，为了解释起见，众多具体的细节被阐明以便提供关于本发明的全面理解。但是，很明显的是，本发明可以在没有这些特定的细节的情况下实施。在其他情况下，众所周知的结构和装置以框图的形式来示出，以便方便于描述本发明。

在下面的描述中，术语“或(or)”意指包容性的“或”，而非排他性的“或”。也就是，除非另有指定或者从上下文可了然，否则“X采用A或B”意指自然包括的排列中的任一种。也就是，如果X采用A，X采用B，或者X采用A和B两者，则“X采用A或B”在任意前述实例下都会得到满足。而且，在本说明书及附图中所使用的冠词“一(a)”和“一个(an)”一般地应当被理解为意指“一个或多个”，除非另有指定或者从上下文清楚知道指的是单数形式。

传感器封装(例如，微应变计(MSG)器件)可以具有电子模块组件(EMA)。EMA可以为了丝线键合而在传感器封装中被机械固定于膜片上方。EMA可以为了电磁兼容(EMC)性能而电连接至与传感器封装关联的外壳。

夹入式支撑环被用来在诸如传感器封装的器件中提供这些功能。例如，夹入式支撑环可以借助于弹簧力和反作用力来提供EMA的固定。而且，将夹入式支撑环固定于器件的外壳(例如，点焊)可以提供例如到外壳的稳健的机械和/或电连接。电连接可以在EMA与外壳之间提供电气连续性。

如图1所示，示例性的传感器封装100可以包含例如连接器110、一个或多个接触弹簧120、环境密封装置130、EMA 140、夹入式支撑环200、外壳160以及感测元件组件170。

连接器110可以将传感器封装100与外部源(例如，电子控制单元(ECU))连接起来。连接器110可以包含可以与可以连接至外部源的电导体(例如，电线)进行例如电接触的端子。例如，端子可以被用来经由电导体将可以由传感器封装100产生的信号传送给外部源。例如，这些信号可以包括可以由传感器封装100给出的传感器读数。

接触弹簧120可以在EMA 140与例如包含于连接器110内的端子之间提供电连续性。接触弹簧120可以包含可以用来提供电连续性并防止腐蚀的导电材料(例如，银镀层)。

环境密封装置130可以提供在例如连接器110与外壳160之间的密封。环境密封装置130可以防止例如可能会对传感器封装100的性能造成潜在影响的污染物(例如，水分、污垢)进入传感器封装100。

EMA 140可以包含例如电路板以及一个或多个电子构件142(例如，集成电路、晶体管、电阻器、电容器、电感器、二极管)。电路板可以是印刷电路板(PCB)。电子构件可以安装于电路板上。电子构件可以例如处理由感测元件组件170感测到的条件(例如，力)和/或基于所感测条件而产生信号。电子构件可以包含可以经由可以包含于连接器110内的端子将所产生的信号传送到外部源的构件。

外壳160可以为夹入式支撑环200提供安装平台。外壳160可以由可以使得夹入式支撑环200能够被固定(例如，焊接)于外壳160的金属制成。在一种实施例中，外壳160被塑造成六角杯形状。

包含具有与端口玻璃粘结的两个量具的端口的感测元件组件170可以包含用于感测条件(例如，施加于传感器封装100的条件)的设施(provisions)。感测元件组件170可以包含例如可以被用来感测可以施加于传感器封装100的各种力的应变计172。

由感测元件组件170感测到的条件可以由包含于EMA 140上的电路检测到。该电路可以处理所感测的条件并且基于已处理的所感测条件而产生各种信号。这些信号可以经由包含于连接器110内的端子从传感器封装100传送到外部源。

夹入式支撑环200可以是可以将EMA 140稳固于传感器封装100内的支撑环。特别地，EMA 140可以被加载到夹入式支撑环200之上。之后，夹入式支撑环200可以被固定于外壳160，由此在传感器封装100中为EMA 140提供稳固的支撑。

对于诸如压力传感器100之类的MSG器件，端口被用来将压力转换成应力场。压力传感器100的功能是将物理的“流体压力”转换成在若干汽车应用中与所施加的压力对应的比例输出电压。在端口的隔膜(顶面)上，量具被玻璃粘结并且将应力场的变化转换成电输出电压。关键的是在端口之上的应力场仅受到所施加压力的影响，即，端口的设计应当使其他力(例如，在端口的螺纹和/或底部上的安装力)从隔膜上解耦。

如图2所示，示例性的端口202包含隔膜205(也称为感测元件膜片)、螺纹210、咬边/封边215、内钻孔220和沟槽端口225。一般地，端口202在其底部对压力环境是敞开的。因此，压力环境从咬边/封边215延伸穿过内钻孔220到达隔膜200。布置于隔膜205的顶部上的有至少一个应变计(未示出)。

由于压力传感器100的主要功能是测量压力，因而端口202应当仅对压力作出响应并且不受到其他相互作用力的影响。例如，端口202可以被安装于轨道内，安装扭矩达100Nm或更高。作用于封边215上的力必须从隔膜205上解耦。隔膜205的应变通过量具来测量并且必须仅由压力改变。

在现有的压力传感器封装中，解耦力(例如，安装力)通过相对较长的端口设计来获得。端口202的设计通过沟槽225的实施来缩短端口长度。沟槽端口225是被添加到端口202的肩部之内的沟槽。沟槽端口225可允许针对轴向密封力(例如，在端口202的螺纹和/或底部上的安装力)的解耦特征，以及高达例如2.45毫米(mm)的端口长度的缩短。更特别地，沟槽端口225的引入可在允许与旧技术相比更低的端口设计的同时对安装力解耦。与此同时，具有沟槽端口225的端口202连同杯子和连接器设计一起，通过在加上了端口长度缩短、端口重量减轻以及改进的传感器封装振动鲁棒性的情况下施加密封力来实现精度无损失，以及制造成本的整体降低，即，具有更短的端口设计，更多的端口能够由原始材料的一条棒材制成。因而，已缩短的长度在端口202的制造中有助于成本降低。而且，端口202的端口长度的缩短减小了传感器的总体长度。还应当注意，端口202的总体长度以及从而传感器的总体长度可以通过缩短连接器110的长度来进一步减小。

图3示出了另一个示例性压力传感器封装400，图4示出了另一个示例性压力传感器封装500，以及图5示出了另一个示例性压力传感器封装600。如同上文所全面描述的，传感器封装400、500和600各自的端口的长度。由于端口的长度缩短，传感器封装400、500、600的总体长度也得以缩短。

某些实施例可以使用表示“一种实施例”或“实施例”及其衍生表示来描述。这些术语意指结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于至少一种实施例中。短语“在一种实施例中”于本说明书中的不同地方的出现并不一定全都指的是同一实施例。

虽然本发明已经参考其优选的实施例进行了特别图示和描述，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所界定的本申请的精神和范围的情况下能够于其中对形式及细节进行各种改变。此类变化意指涵盖于本申请的范围之内。正因如此，前面关于本申请的实施例的描述并非意指为限制性的。相反，对本发明的任何限制都在随附的权利要求中给出。

Claims (13)

1.一种压力传感器封装，包含：

被配置为暴露于压力环境下的感测元件，所述感测元件包含至少一个应变计；

布置于载体上且与所述感测元件电耦接的电子封装，所述载体被布置于包含所述感测元件的端口上，所述端口允许针对密封及寄生的力的解耦特征以及端口长度的缩短；

布置于所述感测元件和电子封装周围的外壳；以及

与所述外壳接合且与所述电子封装电连接的连接器，所述连接器包含外部接口。

2.根据权利要求1所述的压力传感器封装，其中所述端口包含沟槽端口。

3.根据权利要求2所述的压力传感器封装，其中所述沟槽端口被定位于所述端口的肩部内。

4.根据权利要求1所述的压力传感器封装，其中所述端口长度的缩短达2.45毫米(mm)。

5.根据权利要求1所述的压力传感器封装，其中所述端口由金属、金属合金或金属材料制造。

6.根据权利要求1所述的压力传感器封装，其中所述连接器包含适合于形成与所述电子封装电接触的多个触头。

7.根据权利要求1所述的压力传感器封装，其中所述连接器包含适合于外部连通的外部接口。

8.一种端口，包含：

隔膜；

螺纹；

咬边/封边；以及

内钻孔，压力环境从所述咬边/封边延伸通过所述内钻孔到达所述隔膜；

其中所述端口允许针对密封及寄生的密封力的解耦特征以及端口长度的缩短。

9.根据权利要求8所述的端口，其中还包含布置于所述隔膜的顶部上的至少一个应变计。

10.根据权利要求8所述的端口，还包含沟槽端口。

11.根据权利要求10所述的端口，其中所述沟槽端口被定位于所述端口的肩部内。

12.根据权利要求8所述的端口，其中所述端口长度的缩短达2.45毫米(mm)。

13.根据权利要求8所述的端口，其中所述端口由金属、金属合金或金属材料制造。