CN111141442A

CN111141442A - 压力传感器

Info

Publication number: CN111141442A
Application number: CN202010067151.4A
Authority: CN
Inventors: 邹安邦; 费友健; 刘召利
Original assignee: Nanjing Xinligan Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Xinligan Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-05-12

Abstract

本发明公开了一种压力传感器，包括进压头、压力芯体、PCB板和管壳；所述压力芯体包括芯体底座和压力芯片，所述压力芯片倒装焊接在所述芯体底座的底部；所述芯体底座包括芯体底座外壳，所述芯体底座外壳的内部通过填料层进行填充，所述芯体底座的芯体引脚穿过所述填料层；所述进压头的外侧与所述管壳的底部焊接密封，所述压力芯体、所述PCB板均位于所述进压头和所述管壳围成的空腔内；所述进压头的内侧与所述压力芯体焊接密封，所述芯体引脚穿过所述填料层后与所述PCB板电气连接。本发明能够解决现有的MEMS压力传感器结构复杂、体积大、生产成本高、量程窄的问题。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及压力传感设备技术领域，特别是涉及一种压力传感器。

背景技术

在自动化测量及控制领域，经常需要使用压力传感器来测量液体和气体类介质的压力。现有的压力传感器已逐渐从机械量传感器发展到MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)压力传感器阶段。

MEMS压力传感器是一种薄膜元件，在受到压力时会变形，可以利用应变仪(压阻型感测)来测量这种形变，也可以通过电容感测两个面之间距离的变化来加以测量。现有的MEMS压力传感器中，使用的封装技术主要是基于背面粘胶芯片、充油芯体、共晶焊这几种方式，但这几种方式各存在以下缺点。

1)背面胶粘贴芯片：压力敏感芯片通过胶粘接，再通过金线或铝线实现电连接。

缺点：绑线的电路连接形式决定了PCB板面积较大，产品整体体积较大，由于粘接胶粘接力的限制，量程较小，不能很好的承载低压和中压端的压力测量。

2)共晶焊：以共晶焊接将压力芯片封接在金属管壳上，再通过金线或铝线实现电连接。

缺点：芯片成本高，激光焊电阻焊工艺多，封装结构复杂、生产成本高。

3)充油：将压力传感器芯片封装于充满硅油的密闭结构中，外加压力通过硅油从不锈钢膜片传递到压力传感器芯片上。

缺点：零部件多，结构复杂，产品的成本非常高。

因此，现有的MEMS压力传感器还存在结构复杂、体积大、生产成本高、量程窄(不能很好的承载低压和中压端的压力测量)的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种压力传感器，以解决现有的MEMS压力传感器结构复杂、体积大、生产成本高、量程窄(不能很好的承载低压和中压端的压力测量)的问题。

一种压力传感器，包括进压头、压力芯体、PCB板和管壳；

所述压力芯体包括芯体底座和压力芯片，所述压力芯片倒装焊接在所述芯体底座的底部；

所述芯体底座包括芯体底座外壳，所述芯体底座外壳的内部通过填料层进行填充，所述芯体底座的芯体引脚穿过所述填料层；

所述进压头的外侧与所述管壳的底部焊接密封，所述压力芯体、所述PCB板均位于所述进压头和所述管壳围成的空腔内；

所述进压头的内侧与所述压力芯体焊接密封，所述芯体引脚穿过所述填料层后与所述PCB板电气连接。

根据本发明提出的压力传感器，至少具有以下有益效果：

1.该压力传感器的芯体引脚集中在一个压力芯片的尺寸范围内，尺寸更小，结构更加简单，无需通过绑线方式的连接，工艺流程上也无需充油芯体的充油、封钢珠、焊接膜片等工艺，制造工艺更加简单，生产成本更低；

2.压力芯片倒装焊接在芯体底座的底部，实现了倒装焊接的芯片结构，可以实现低成本的大批量生产，同时压力芯片可以通过回流焊的方式贴装到芯体底座上，可以进一步降低生产成本；

3.与背面胶粘贴芯片的方式相比，该压力传感器的压力传递处焊接形成密封结构，能够承载低压和中压端的压力测量，量程更宽。

另外，根据本发明提供的压力传感器，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述压力传感器还包括电缆，所述电缆的芯线焊接在所述PCB板的焊盘上，且所述电缆从所述管壳的顶部穿出，所述电缆与所述管壳的顶部之间通过封线胶层固定在一起。

进一步地，所述压力传感器还包括插接件，所述插接件通过柔性电路板与所述PCB板电气连接，所述柔性电路板位于所述空腔内，所述插接件与所述管壳的顶部铆接或者焊接装配到一起。

进一步地，所述进压头上从外向内依次设有第一台阶结构和第二台阶结构，所述第一台阶结构与所述管壳的底部焊接在一起。

进一步地，所述第一台阶结构与所述管壳的底部通过激光焊或氩弧焊或电子束焊的方式焊接在一起。

进一步地，所述压力传感器还包括支架，所述支架位于所述管壳内，且所述支架位于所述PCB板的外侧，所述支架固定在所述第二台阶结构上。

进一步地，所述支架与所述进压头通过胶粘或过盈的方式组装到一起。

进一步地，所述压力芯片通过回流焊的方式倒装焊接在所述芯体底座的底部。

进一步地，所述进压头与所述压力芯体通过激光焊或氩弧焊或电子束焊的方式焊接在一起。

进一步地，所述PCB板在所述空腔内竖向布置。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明第一实施例的压力传感器的立体结构示意图；

图2是本发明第一实施例的压力传感器的剖面结构示意图；

图3是本发明第一实施例的压力传感器中进压头的剖面结构示意图；

图4是本发明第二实施例的压力传感器的立体结构示意图；

图5是本发明第二实施例的压力传感器的剖面结构示意图；

图6是本发明第二实施例的压力传感器中进压头的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，本发明的第一实施例提出的压力传感器，包括进压头10、压力芯体20、PCB板30、管壳40和电缆50。其中，所述电缆50、所述管壳40、所述进压头10、所述压力芯体20均为同轴结构。

所述压力芯体20包括芯体底座21和压力芯片22，所述压力芯片22倒装焊接在所述芯体底座21的底部。其中，所述压力芯片22可以通过回流焊的方式倒装焊接在所述芯体底座21的底部。

所述芯体底座21包括芯体底座外壳211，所述芯体底座外壳211的内部通过填料层212进行填充，所述芯体底座21的芯体引脚213穿过所述填料层212。

所述进压头10的外侧与所述管壳40的底部焊接密封，所述压力芯体20、所述PCB板30均位于所述进压头10和所述管壳40围成的空腔100内。其中，优选的，所述PCB板30在所述空腔100内竖向布置。

所述进压头10的内侧与所述压力芯体20焊接密封，具体是进压头10的内侧与芯体底座外壳211焊接密封，可以通过激光焊或氩弧焊或电子束焊的方式焊接在一起。所述芯体引脚213穿过所述填料层212后与所述PCB板30电气连接。

所述电缆50的芯线51焊接在所述PCB板30的焊盘上，且所述电缆50从所述管壳40的顶部穿出，所述电缆50与所述管壳40的顶部之间通过封线胶层60固定在一起。

具体的，所述进压头10上从外向内依次设有第一台阶结构11和第二台阶结构12，所述第一台阶结构11与所述管壳40的底部焊接在一起。所述第一台阶结构11与所述管壳40的底部可以通过激光焊或氩弧焊或电子束焊的方式焊接在一起。

此外，所述压力传感器还包括支架70，所述支架70位于所述管壳40内，且所述支架70位于所述PCB板30的外侧，所述支架70固定在所述第二台阶结构12上。具体的，所述支架70与所述第二台阶结构12通过胶粘或过盈配合的方式组装到一起。

所述支架70与所述PCB板30之间设有间隙，所述间隙通过固化的灌封胶体层80填充，所述芯体引脚213穿过所述灌封胶体层80。

上述压力传感器在制作时，芯体引脚213用填料层212和芯体底座外壳211烧结在一起形成芯体底座21；芯体底座21与压力芯片22通过回流焊的方式焊接到一起，形成电气连接并构成压力芯体20；然后将压力芯体20与进压头10焊接(激光焊、氩弧焊、电子束焊等方式)到一起，形成进压头模块，该进压头模块用于传递压力介质，并将介质的压力转化为芯片中电桥电阻值的变化，实现将压力信号转换为电信号，并通过芯体引脚213导出信号；进压头模块(具体是芯体引脚213)与PCB板30通过引脚与焊盘的焊接形成电气连接，PCB板30对压力信号进行放大和调理后输出；然后将支架70通过胶粘或过盈等方式和进压头模块(具体是第二台阶结构12)组装到一起，在支架70和PCB板30间填充灌封胶体层80，起到对PCB板30的固定和保护作用；剥出芯线51的电缆50与管壳40同轴配合，通过配合处的封线胶层60固化连接，形成一个整体；芯线51焊接到PCB板30的焊盘上，将电信号通过电缆50输出，然后将管壳40与进压头10的第一台阶结构11同轴配合到一起，再焊接(不限于激光焊、氩弧焊、电子束焊等方法)到一起。

根据上述的压力传感器，具有以下有益效果：

1.该压力传感器的芯体引脚213集中在一个压力芯片22的尺寸范围内，尺寸更小，结构更加简单，无需通过绑线方式的连接，工艺流程上也无需充油芯体的充油、封钢珠、焊接膜片等工艺，制造工艺更加简单，生产成本更低；

2.压力芯片22倒装焊接在芯体底座21的底部，实现了倒装焊接的芯片结构，可以实现低成本的大批量生产，同时压力芯片22可以通过回流焊的方式贴装到芯体底座21上，可以进一步降低生产成本；

3.与背面胶粘贴芯片的方式相比，该压力传感器的压力传递处焊接形成密封结构，能够承载低压和中压端的压力测量，量程更宽；

4.管壳40与进压头10采用焊接方式连接，电缆50与管壳40采用胶封方式固定，可以实现较好的防水性能。

5.PCB板30竖向放置的方式可以节约直径方向尺寸，进一步实现总体尺寸的减小。

请参阅图4至图6，本发明的第二实施例提出的压力传感器，包括进压头10、压力芯体20、PCB板30、管壳40和插接件50。其中，所述插接件50、所述管壳40、所述进压头10、所述压力芯体20均为同轴结构。

所述插接件50通过柔性电路板60与所述PCB板30电气连接。所述柔性电路板60位于所述空腔100内。所述插接件50与所述管壳40的顶部铆接或者焊接装配到一起。

上述压力传感器在制作时，芯体引脚213用填料层212和芯体底座外壳211烧结在一起形成芯体底座21；芯体底座21与压力芯片22通过回流焊的方式焊接到一起，形成电气连接并构成压力芯体20；然后将压力芯体20与进压头10焊接(激光焊、氩弧焊、电子束焊等方式)到一起，形成进压头模块，该进压头模块用于传递压力介质，并将介质的压力转化为芯片中电桥电阻值的变化，实现将压力信号转换为电信号，并通过芯体引脚213导出信号；进压头模块(具体是芯体引脚213)与PCB板30通过引脚与焊盘的焊接形成电气连接，PCB板30对压力信号进行放大和调理后输出；然后将支架70通过胶粘或过盈等方式和进压头模块(具体是第二台阶结构12)组装到一起，在支架70和PCB板30间填充灌封胶体层80，起到对PCB板30的固定和保护作用；柔性电路板60上设有与接插件50插针对应的焊盘通过锡焊形成电气连接，同时柔性电路板60上设有与PCB板30上焊盘位置对应的焊盘，通过锡焊形成电气连接，从而可以通过接插件50给PCB板30供电并输出电信号，插接件50与管壳40同轴配合，两者通过铆接装配到一起；然后将管壳40与进压头10的第一台阶结构11同轴配合到一起，再焊接(不限于激光焊、氩弧焊、电子束焊等方法)到一起。

根据上述的压力传感器，具有以下有益效果：

4.管壳40与进压头10采用焊接方式连接，插接件50与管壳40铆接在一起，接插件铆接的产品可以做到接口标准化，装配工艺简便，接头通用性强，产品的整体体积也比较小；

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种压力传感器，其特征在于，包括进压头、压力芯体、PCB板和管壳；

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括电缆，所述电缆的芯线焊接在所述PCB板的焊盘上，且所述电缆从所述管壳的顶部穿出，所述电缆与所述管壳的顶部之间通过封线胶层固定在一起。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括插接件，所述插接件通过柔性电路板与所述PCB板电气连接，所述柔性电路板位于所述空腔内，所述插接件与所述管壳的顶部铆接或者焊接装配到一起。

4.根据权利要求2或3所述的压力传感器，其特征在于，所述进压头上从外向内依次设有第一台阶结构和第二台阶结构，所述第一台阶结构与所述管壳的底部焊接在一起。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述第一台阶结构与所述管壳的底部通过激光焊或氩弧焊或电子束焊的方式焊接在一起。

6.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括支架，所述支架位于所述管壳内，且所述支架位于所述PCB板的外侧，所述支架固定在所述第二台阶结构上。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述支架与所述进压头通过胶粘或过盈的方式组装到一起。

8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力芯片通过回流焊的方式倒装焊接在所述芯体底座的底部。

9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述进压头与所述压力芯体通过激光焊或氩弧焊或电子束焊的方式焊接在一起。

10.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述PCB板在所述空腔内竖向布置。