CN109060226A - 一种压力敏感元件的封装结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力敏感元件的封装结构及封装方法，该封装结构包括壳体、压力敏感元件、弹性金属膜片、压块、盖板、引脚结构，壳体和压力敏感元件之间装有壳体密封圈，弹性金属膜片密封在壳体相对压力敏感元件的一端，压力敏感元件、壳体、弹性金属膜片之间形成保护腔，壳体上设有与保护腔相通的注油孔，压块压在压力敏感元件和壳体上，压块与压力敏感元件之间压有压块密封圈，引脚结构一端连接压力敏感元件，另一端从盖板上设置的盖板绝缘子中伸出，盖板上还设有盖板气孔。本发明针对声表面波压力敏感元件的特点，设计了新的敏感元件安装方式，提高了敏感元件安装的便利性，通过保护腔体结构，保证了封装的可靠性。

Description

一种压力敏感元件的封装结构及封装方法

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种压力敏感元件的封装结构及封装方法。

背景技术

压力传感器是工业生产和过程控制中极其重要的一种常用传感器，在石油石化行业有着广泛的应用。为了有效控制石油生产质量，井口压力是必须的监测量，压力传感器在该方面的应用也经历了从机械式压力计人工读表，电子式压力表直至压力变送器自动采集的发展过程，但目前仍然有大部分采油井由于历史原因，没有预埋传感器和线缆，不具备自动采集改造的条件或改造代价过大。针对这一情况，无线压力传感器成为井口压力自动化采集的一个主要发展趋势。目前主流应用的井口无线压力传感器，主要依靠传统压力变送器和无线模块、电池的组合来实现无线压力传感，优点是技术成熟，检测结果可靠，但是由于使用电池进行供电，其采集频率无法进一步提升(一般为10至20分钟采集一次)，尚无法达到中石油A11标准建议的15秒采集一次。另一方面，出于安全防爆的考虑，也无法一味增加电池容量。对监测的动态性以及进一步通过物联网大数据实现高价值应用造成了一定的瓶颈。

无源无线传感技术是近年发展起来的一种新型传感技术，其最大的优势在于传感器一侧无需任何的电池供电，因此如果传感器本身不发生损坏，就无需考虑电池寿命等附加问题，同时其采集频次也不在受到电池容量的限制，并且在防爆环境中极易实现本质安全。实现无源无线传感的一种重要方法是声表面波(surface acoustic wave，SAW)传感技术。

但SAW压力敏感元件的封装是一个较难解决的问题，如焊盘连接、器件保护、器件固定等都没有成熟的解决方案，而传统的半导体或MEMS封装工艺并不适合声表面波压力敏感元件的封装，造成声表面波压力传感器组装复杂，成品率低，因此需要新型的封装结构以提高安装的便利性和可靠性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种安装便利、可靠性高的压力敏感元件的封装结构。

本发明采用技术方案如下：

一种压力敏感元件的封装结构，包括壳体、压力敏感元件、弹性金属膜片、压块、盖板、引脚结构，其中，所述壳体和压力敏感元件之间装有壳体密封圈，所述弹性金属膜片密封在所述壳体相对所述压力敏感元件的一端，所述压力敏感元件、壳体、弹性金属膜片之间形成保护腔，所述壳体上设有与所述保护腔相通的注油孔，所述压块压在压力敏感元件和壳体上，所述压块与压力敏感元件之间压有压块密封圈，所述引脚结构一端连接所述压力敏感元件，另一端从所述盖板上设置的盖板绝缘子中伸出，所述盖板上还设有盖板气孔。

优选地，所述保护腔中充有保护液体，保护液体通过所述注油孔注入。

优选地，所述盖板绝缘子的内径小于所述引脚的外径。

优选地，所述壳体的外壁含有螺纹。

优选地，所述压块与所述壳体通过螺纹或焊接连接。

优选地，所述引脚结构包括连接馈线和引脚，所述压力敏感元件上设有焊盘，所述连接馈线一端连接所述压力敏感元件的所述焊盘，另一端与所述引脚的一端连接，所述引脚的另一端从所述盖板的所述盖板绝缘子中伸出。

优选地，所述引脚结构还包括固定在所述压块内壁的引脚连接片，所述引脚的所述一端与所述引脚连接片固定连接，所述连接馈线的所述另一端直接连接在所述引脚的所述一端或者所述引脚连接片上。

优选地，所述引脚连接片通过螺纹或粘结剂固定在所述压块内壁，所述引脚与所述引脚连接片焊接在一起。

优选地，所述弹性金属膜片与所述壳体焊接连接。

一种压力敏感元件的封装结构的封装方法，包括以下步骤：

将弹性金属膜片和壳体焊接在一起；

在壳体内放置壳体密封圈，在壳体密封圈上方放置压力敏感元件，在声表面波元件上放置压块密封圈；

在壳体内部放置压块，将压块与壳体焊接密封；

将焊盘与连接馈线焊接，将连接馈线与引脚连接片焊接；

在压块上放置盖板，将盖板与压块密封连接；

在引脚和盖板绝缘子之间途覆密封胶；

通过盖板气孔灌入惰性气体，充满后将盖板气孔密封；

通过注油孔灌入保护液体，注满后将注油孔密封。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的压力敏感元件的封装结构，针对声表面波压力敏感元件的特点，设计了新的敏感元件安装方式，提高了敏感元件安装的便利性，通过保护腔体结构，保证了封装的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的具体实施方式提供的压力敏感元件的封装结构的结构示意图。

附图标记说明：1-压力敏感元件；2-焊盘；3-连接馈线；4-弹性金属膜片；5-壳体；6-注油孔；7-保护腔；8-壳体密封圈；9-压块密封圈；10-压块；11-盖板；12-盖板气孔；13-盖板绝缘子。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1示出了具体实施方式提供的压力敏感元件的封装结构，作为本发明的优选实施例，本实施例的封装结构声表面波敏感元件1，焊盘2，连接馈线3，弹性金属膜片4、壳体5、注油孔6、保护腔7、壳体密封圈8、压块密封圈9、压块10、盖板11、盖板气孔12、盖板绝缘子13、引脚连接片14、引脚15。

声表面波敏感元件1包括有焊盘2，壳体5和声表面波敏感元件1之间装有壳体密封圈8，壳体5和弹性金属膜片4焊接在一起，声表面波敏感元件1、壳体5、弹性金属膜片4之间形成保护腔7、壳体5上通过钻孔形成注油孔6、压块10压在声表面波敏感元件1和壳体5上，压块10与声表面波敏感元件1之间压有压块密封圈9，压块10与壳体5通过螺纹或焊接连接，压块10内部两侧装有引脚连接片14，引脚连接片14上装有引脚15，焊盘2与连接馈线3焊接，连接馈线3与引脚连接片14焊接，压块10上方装有盖板11，盖板11包括有盖板气孔12和盖板绝缘子13，盖板11和压块10通过焊接密封连接。

作为一种可替换实施方式，所述弹性金属膜片4与壳体还可以通过粘结的方式密封固定。

作为一种可替换实施方式，还可以省去焊盘，所述引脚结构的一端直接连接在声表面波压力敏感元件1上。

作为一种可替换实施方式，压块10内部只装有一个或者多于两个的引脚连接片14，相对应的，焊盘2、连接馈线3和引脚15也只有一个或多于两个。具体数量根据实际所需进行设定。

本文中所述的焊接优选采用钎焊。

本实施例的封装结构，针对声表面压力敏感元件的特点，通过声表面波敏感元件1、壳体5、弹性金属膜片4之间形成保护腔7以及在保护腔7中通过注油孔6灌入保护液体，保证了声表面敏感元件1下侧封装的可靠性，另外，通过将盖板绝缘子的内径小于引脚的外径，以及通过盖板气孔灌入惰性气体，例如氮气，提高了声表面敏感元件1上侧封装的可靠性。此外，本发明还针对声表面波压力敏感元件的特点，设计了新的敏感元件安装方式，提高了敏感元件安装的便利性，本实施例的安装步骤如下：

S1、将弹性金属膜片4和壳体5焊接在一起。

S2、在壳体5内放置壳体密封圈8，在壳体密封圈8上方放置声表面波敏感元件1，在声表面波元件1上放置压块密封圈9。

S3、在壳体5内部放置压块10，将压块10与壳体5焊接密封。

S4、将焊盘2与连接馈线3焊接，将连接馈线3与引脚连接片14焊接。

S5、在压块10上放置盖板11，将盖板11与压块10密封连接。

S6、在引脚15和盖板绝缘子13之间涂覆密封胶。

S7、通过盖板气孔13灌入惰性气体，充满后将盖板气孔13密封。惰性气体优选氮气。

S8、通过注油孔6灌入保护液体，注满后将注油孔6密封。

需要说明的是，上述步骤之间的顺序并非为实现本发明封装结构装配的唯一安装顺序，本领域技术人员应当理解的是，上述各步骤之间顺序的变换也应属于本发明的保护范围之内。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种压力敏感元件的封装结构，其特征在于，包括壳体(5)、压力敏感元件(1)、弹性金属膜片(4)、压块(10)、盖板(11)、引脚结构，其中，所述壳体(5)和压力敏感元件(1)之间装有壳体密封圈(8)，所述弹性金属膜片(4)密封在所述壳体(5)相对所述压力敏感元件(1)的一端，所述压力敏感元件(1)、壳体(5)、弹性金属膜片(4)之间形成保护腔(7)，所述壳体(5)上设有与所述保护腔(7)相通的注油孔(6)，所述压块(10)压在压力敏感元件(1)和壳体(5)上，所述压块(10)与压力敏感元件(1)之间压有压块密封圈(9)，所述引脚结构一端连接所述压力敏感元件(1)，另一端从所述盖板(11)上设置的盖板绝缘子(13)中伸出，所述盖板(11)上还设有盖板气孔(12)。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述保护腔(7)中充有保护液体，保护液体通过所述注油孔(6)注入。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述盖板绝缘子(13)的内径小于所述引脚(15)的外径。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述壳体(5)的外壁含有螺纹。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述压块(10)与所述壳体(5)通过螺纹或焊接连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的封装结构，其特征在于，所述引脚结构包括连接馈线(3)和引脚(15)，所述压力敏感元件(1)上设有焊盘(2)，所述连接馈线(3)一端连接所述压力敏感元件(1)的所述焊盘(2)，另一端与所述引脚(15)的一端连接，所述引脚(15)的另一端从所述盖板(11)的所述盖板绝缘子(13)中伸出。

7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述引脚结构还包括固定在所述压块(10)内壁的引脚连接片(14)，所述引脚(15)的所述一端与所述引脚连接片(14)固定连接，所述连接馈线(3)的所述另一端直接连接在所述引脚的所述一端或者所述引脚连接片(14)上。

8.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述引脚连接片(14)通过螺纹或粘结剂固定在所述压块(10)内壁，所述引脚(15)与所述引脚连接片(14)焊接在一起。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的封装结构，其特征在于，所述弹性金属膜片(4)与所述壳体(5)焊接连接。

10.一种权利要求1-9中任一项所述的压力敏感元件的封装结构的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

将弹性金属膜片(4)和壳体(5)焊接在一起；

在壳体(5)内放置壳体密封圈(8)，在壳体密封圈(8)上方放置压力敏感元件(1)，在声表面波元件(1)上放置压块密封圈(9)；

在壳体(5)内部放置压块(10)，将压块(10)与壳体(5)焊接密封；

将焊盘(2)与连接馈线(3)焊接，将连接馈线(3)与引脚连接片(14)焊接；

在压块(10)上放置盖板(11)，将盖板(11)与压块(10)密封连接；

在引脚(15)和盖板绝缘子(13)之间途覆密封胶；

通过盖板气孔(12)灌入惰性气体，充满后将盖板气孔(12)密封；

通过注油孔(6)灌入保护液体，注满后将注油孔(6)密封。