CN111141446A - 一种压力传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力传感器及其制备方法，该压力传感器包括主体结构、设于主体结构一端的信号输出端子、以及设于主体结构内部的压力传感组件，主体结构内部设有空腔，主体结构远离信号输出端子的一端设有连通空腔的介质通道，压力传感组件包括：载板，隔离空腔和介质通道；压力传感芯片，通过导电结构倒装焊接于载板的底部，且正对介质通道；电路板，设置于空腔内，并分别与信号输出端子和导电结构电性连接。本发明通过倒装焊技术将压力传感芯片直接倒装焊接于载板的底部，简化了封装工艺，降低产品成本；此外，通过载板来代替电路板去承受介质压力，避免电路板损坏，同时还将压力传感芯片正对介质通道，芯片不易脱落，能兼容更多介质。

Description

一种压力传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器是通过压力敏感单元感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号，再由信号处理单元处理成对应需要的模拟输出或者数字输出形式，主要用于测量各种介质(如气体、液体)的压力。

常用压力传感器的压力敏感单元包含以下几种技术，陶瓷电容/陶瓷电阻/玻璃微熔/溅射薄膜/微机电系统(MEMS)。针对传感器的使用环境，传感器需要兼容水/油/压缩空气/天然气/制冷剂等复杂的介质环境，并且有严格的密封要求。

现有技术当中，目前使用的压力传感器的封装形式有：(一)陶瓷电容/陶瓷电阻式压力传感器，国内陶瓷电容技术并未十分成熟，至今开发成本较高；(二)玻璃微熔/溅射薄膜式压力传感器，其将压力感应模块固定在基座上，可实现介质隔离和全密封，然而技术难度大，成本高，并不普及；(三)目前广泛应用的MEMS压力传感，其常见生产工艺有背面胶粘贴芯片、共晶焊和充油的方式；背面胶粘贴芯片的方式是压力敏感芯片通过胶粘接，再通过金线或铝线实现电连接，而粘结胶只适用于洁净气体和较低压力量程，不能用于其它介质的压力测量，应用范围小；共晶焊的方式是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，此方式的问题在于芯片成本高，激光焊电阻焊工艺多，生产封装工艺复杂、成本高；充油的方式是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，此方式的问题在于零部件多，工艺复杂，产品的成本非常高。并且上述三种压力传感器普遍存在芯片易脱落的技术困扰，对介质的兼容性有限。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种压力传感器及其制备方法，以解决现有技术当中的压力传感器成本高的技术问题。

根据本发明实施例当中的一种压力传感器，包括主体结构、设于所述主体结构一端的信号输出端子、以及设于所述主体结构内部并与所述信号输出端子连接的压力传感组件，所述主体结构内部设有空腔，所述主体结构远离所述信号输出端子的一端设有连通所述空腔的介质通道，所述压力传感组件包括：

载板，设置于所述空腔与所述介质通道的连通处，以隔离所述空腔和所述介质通道；

压力传感芯片，通过导电结构倒装焊接于所述载板的底部，所述压力传感芯片置于所述介质通道中且正对所述介质通道；

电路板，设置于所述空腔内，并分别与所述信号输出端子和所述导电结构电性连接。

进一步地，所述载板包括隔离板以及设于所述隔离板底部的焊接板，所述隔离板隔离所述空腔和所述介质通道，所述压力传感芯片倒装焊接于所述焊接板的底部。

进一步地，所述焊接板在所述压力传感芯片焊接的位置上设置有通孔，所述导电结构包括设置于所述通孔内的导电材料。

进一步地，所述导电结构还包括导电镀层和焊料，所述导电镀层镀设在所述焊接板表面上并覆盖所述通孔的孔口，所述导电镀层与所述导电材料连接，所述焊料印刷在所述导电镀层上。

进一步地，所述电路板通过导线与所述导电结构电性连接，所述隔离板在被所述焊接板压盖的位置上设有穿线孔，所述穿线孔与所述通孔相对，所述导线穿过所述穿线孔。

进一步地，所述穿线孔当中填充有保护胶，所述保护胶覆盖所述导线与所述导电结构的连接部位。

进一步地，所述信号输出端子通过导电弹簧与所述电路板导电连接。

进一步地，所述压力传感芯片与所述载板之间的焊缝当中填充有防护胶

本发明实施例还提出一种压力传感器的制备方法，所述压力传感器为上述的压力传感器，所述方法包括：

在焊接板上制备导电结构，并通过所述导电结构将压力传感芯片倒装焊接于所述焊接板的底部；

在所述压力传感芯片与所述焊接板之间填充防护胶、并对所述防护胶进行固化；

将所述焊接板粘接于隔离板的底部，并将所述隔离板焊接于主体结构内部的空腔当中，以隔离所述主体结构的空腔和介质通道，并使所述压力传感芯片置于所述介质通道中且正对所述介质通道；

将电路板粘接于所述隔离板的顶部，并通过导线连接所述电路板和所述导电结构；

将信号输出端子装入所述主体结构上，并使所述信号输出端子的导电弹簧与所述电路板导电连接。

进一步地，所述在焊接板上制备导电结构的步骤包括：

在所述焊接板上开设通孔，并在所述通孔中填充导电材料、并对所述导电材料进行烧结；

在所述焊接板表面上镀设导电镀层，并在所述导电镀层上印刷焊料。

与现有技术相比：通过倒装焊技术将压力传感芯片直接倒装焊接于载板的底部，相比传统的芯片装配工艺，简化了封装工艺，降低产品成本；此外，通过将压力传感芯片焊接于载板上，并通过导电结构来间接连接电路板和压力传感，而非直接焊接在电路板上，这样载板就可以代替电路板去承受介质压力，避免电路板损坏，同时还将压力传感芯片正对介质通道，使压力传感芯片正面承受介质压力，且在受力时芯片底部能够完全被载板支撑，不需要承受拉应力，解决芯片易脱落的问题，使压力传感器能够兼容更多介质。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的压力传感器的立体分解图；

图2为本发明第一实施例中的压力传感组件的立体装配图；

图3为本发明第一实施例中的压力传感器的装配截面图；

图4为图3当中I处的放大图；

图5为本发明第二实施例中的压力传感器的装配截面图。

主要元件符号说明：

主体结构	10	信号输出端子	20
				压力传感组件	30	空腔	111
介质通道	121	壳体	11
				进压头	12	载板	31
电路板	32	压力传感芯片	33
				隔离板	311	焊接板	312
导电结构	34	凸台	122
				安装槽	123	通孔	3121
导电材料	341	导电镀层	342
				焊料	343	防护胶	315
导线	321	穿线孔	3111
				导电弹簧	21	探针	22
导电电极	322	保护胶	3112

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。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”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。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4，所示为本发明第一实施例中的压力传感器，包括主体结构10、设于主体结构10一端的信号输出端子20、以及设于主体结构10内部并与信号输出端子20连接的压力传感组件30，其中：

主体结构10内部设有空腔111，主体结构10远离信号输出端子20的一端设有连通空腔111的介质通道121。具体地，主体结构10包括壳体11及进压头12，进压头12和信号输出端子20分别设置于壳体11两端，壳体11围成该空腔111，介质通道121设置于进压头12上，且沿进压头12的轴线布置。在具体实施时，进压头12的端部套入到壳体11一端内，并与壳体11采用焊接方式进行固定，信号输出端子20的端部套入壳体11另一端内，并与信号输出端子20可以采用铆接的方式进行固定。

压力传感组件30包括载板31、设置于载板31顶部的电路板32、以及设置于载板31底部的压力传感芯片33。载板31包括隔离板311以及设于隔离板311底部的焊接板312，隔离板311设置于空腔111与介质通道121的连通处，以隔离空腔111和介质通道121，压力传感芯片33通过导电结构34倒装焊接于焊接板312的底部，压力传感芯片33置于介质通道121内且正对介质通道121，即正面朝向介质通道121的入口，这样就可以使压力传感芯片33正面承受介质压力，避免压力传感芯片33受到拉应力，防止压力传感芯片33脱落。具体地，进压头12的端部向空腔111内延伸出一凸台122，凸台122的末端面上设有一安装槽123，安装槽123连通介质通道121，隔离板311嵌设于安装槽123中，并通过焊接方式与进压头12固定连接，通过设置凸台122和安装槽123，相比于直接压盖在进压头12的端面上的方式，可以提高隔离板311与进压头12的接触面积，提高焊接强度以及密封性能。在具体实施时，隔离板311可选用不锈钢板，焊接板312可以选用陶瓷板，焊接板312通过粘接胶粘接固定于隔离板311的底部。

具体地，焊接板312在压力传感芯片33焊接的位置上设置有通孔3121，导电结构34包括设置于通孔3121内的导电材料341，为了防止导电材料341氧化，导电结构34还包括镀设在焊接板312表面上并覆盖通孔3121的孔口的导电镀层342，导电镀层342与导电材料341导电连接，例如可以在焊接板312一侧或两侧表面上镀一层铜或锌，镀设的范围只需覆盖通孔3121所在区域即可，而无需整面镀设，为了方便压力传感芯片33焊接，导电结构34还包括印刷在导电镀层342上的焊料343，焊料343可以为焊锡膏，可通过钢网印刷在导电镀层342上，压力传感芯片33采用倒装焊技术焊接于焊料343上。在具体实施时，焊接板312上至少设有四个通孔3121，四个通孔3121与压力传感芯片33的四个引脚(图未示)一一对应，四个引脚分别为电源正极引脚、电源负极引脚、信号正极引脚及信号负极引脚，每一通孔3121处均设置导电结构34，使压力传感芯片33的每个引脚后续都可以与电路板32连接。为了保护焊接点，压力传感芯片33与焊接板312之间的焊缝当中填充有防护胶315，即压力传感芯片33与焊接板312的焊接点被防护胶315所包围，以防止介质进入焊接点，保证压力传感芯片33与焊接板312的连接的可靠性。压力传感芯片33可以为MEMS压力敏感芯片。

电路板32设置于空腔111内，并通过粘接胶粘接固定于隔离板311的顶部，电路板32通过导线321与导电结构34电性连接，从而连接压力传感芯片33，以接收压力传感芯片33检测的压力信号，同时电路板32还与信号输出端子20电性连接，以将压力信号输出给信号输出端子20，以通过信号输出端子20输出介质的压力信号。隔离板311在被焊接板312压盖的位置上设有一穿线孔3111，穿线孔3111与通孔3121相对，导线321从穿线孔3111当中穿过，以连接导电结构34和电路板32。在具体实施时，导线321的数量至少为四根，四根导线321与四个通孔3121的导电结构34一对一连接，从而使压力传感芯片33的四个引脚分别与电路板32上相应引脚连接。导线321可以为铝线、铜线等硬质导线321，可通过导线绑定工艺来组装。

另外，在本实施例当中，信号输出端子20通过导电弹簧21与电路板32导电连接，导电弹簧21既起到导电连接作用，又能够压紧电路板32，保证电路板32安装的稳定性，同时在弹簧的反推力作用下，还能够使壳体11与信号输出端子20铆接更加牢固。具体地，信号输出端子20包括多个探针22(至少包括信号输出探针22)，每个探针22上设置一个导电弹簧21，电路板32在相应位置上设置有相应的导电电极322，导电弹簧21与导电电极322一对一接触、以形成导电连接。多个探针22当中至少包括信号输出探针、电源输入探针和接地探针。

本发明第一实施例还提出一种压力传感器的制备方法，可用于制备本发明第一实施例当中的压力传感器，所述方法包括步骤S01-步骤S05：

步骤S01，在焊接板上制备导电结构，并通过导电结构将压力传感芯片倒装焊接于焊接板的底部。

步骤S02，在压力传感芯片与焊接板之间填充防护胶、并对防护胶进行固化。

步骤S03，将焊接板粘接于隔离板的底部，并将隔离板焊接于主体结构内部的空腔当中，以隔离主体结构的空腔和介质通道，并使压力传感芯片置于介质通道中且正对介质通道。

步骤S04，将电路板粘接于隔离板的顶部，并通过导线连接电路板和导电结构。

步骤S05，将信号输出端子装入主体结构上，并使信号输出端子的导电弹簧与电路板导电连接。

在具体实施时，所述的在焊接板上制备导电结构的步骤可以按以下细化步骤进行具体实施，细化步骤包括：

在焊接板上开设通孔，并在通孔中填充导电材料、并对导电材料进行烧结；

在焊接板表面上镀设导电镀层，并在导电镀层上印刷焊料。

相对应地，所述的通过导电结构将压力传感芯片倒装焊接于焊接板的底部的步骤可以按以下细化步骤进行具体实施，细化步骤包括：

将压力传感芯片倒装贴在焊接板底部的焊料上，并通过回流炉进行焊接，以将压力传感芯片倒装焊接于焊接板的底部。

另外，需要说明的是，主体结构即可以在芯片装入之前组成好，即先将壳体和进压头通过激光焊接形成主体结构，然后在将芯片装入主体结构内；或者也可以在芯片装入之后再组装主体结构，即先将芯片装入进压头上，然后在套上壳体，并利用激光焊接技术与进压头焊接为一体。为了便于装配操作，优选为先装芯片再组装主体结构。

综上，本发明上述实施例当中的压力传感器，通过倒装焊技术将压力传感芯片直接倒装焊接于载板的底部，相比传统的芯片装配工艺，简化了封装工艺，降低产品成本；此外，通过将压力传感芯片焊接于载板上，并通过导电结构来间接连接电路板和压力传感，而非直接焊接在电路板上，这样载板就可以代替电路板去承受介质压力，避免电路板损坏，同时还将压力传感芯片正对介质通道，使压力传感芯片正面承受介质压力，且在受力时芯片底部能够完全被载板支撑，不需要承受拉应力，解决芯片易脱落的问题，使压力传感器能够兼容更多介质。

请参阅图5，所示为本发明第二实施例当中的压力传感器，本实施例当中的压力传感器与第一实施例当中的压力传感器的不同之处在于：

穿线孔3111当中填充有保护胶3112，保护胶3112覆盖导线321与导电结构34的连接部位，以通过保护胶3112在对导线321绑定处进行防护。保护胶3112具体可以为硅凝胶。

本发明第二实施例还提出一种压力传感器的制备方法，可用于制备本发明第二实施例当中的压力传感器，所述方法包括步骤S11-步骤S16：

步骤S11，在焊接板上制备导电结构，并通过导电结构将压力传感芯片倒装焊接于焊接板的底部。

步骤S12，在压力传感芯片与焊接板之间填充防护胶、并对防护胶进行固化。

步骤S13，将焊接板粘接于隔离板的底部，并将隔离板焊接于主体结构内部的空腔当中，以隔离主体结构的空腔和介质通道，并使压力传感芯片置于介质通道中且正对介质通道。

步骤S14，将电路板粘接于隔离板的顶部，并通过导线连接电路板和导电结构，导线穿过隔离板上开设的穿线孔。

步骤S15，往穿线孔当中填充硅凝胶，以对导线连接处进行保护。

步骤S16，将信号输出端子装入主体结构上，并使信号输出端子的导电弹簧与电路板导电连接。

需要指出的是，本发明第二实施例所提供的装置，其实现原理及产生的一些技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

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 (10)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括主体结构、设于所述主体结构一端的信号输出端子、以及设于所述主体结构内部并与所述信号输出端子连接的压力传感组件，所述主体结构内部设有空腔，所述主体结构远离所述信号输出端子的一端设有连通所述空腔的介质通道，所述压力传感组件包括：

载板，设置于所述空腔与所述介质通道的连通处，以隔离所述空腔和所述介质通道；

压力传感芯片，通过导电结构倒装焊接于所述载板的底部，所述压力传感芯片置于所述介质通道中且正对所述介质通道；

电路板，设置于所述空腔内，并分别与所述信号输出端子和所述导电结构电性连接。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述载板包括隔离板以及设于所述隔离板底部的焊接板，所述隔离板隔离所述空腔和所述介质通道，所述压力传感芯片倒装焊接于所述焊接板的底部。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述焊接板在所述压力传感芯片焊接的位置上设置有通孔，所述导电结构包括设置于所述通孔内的导电材料。

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述导电结构还包括导电镀层和焊料，所述导电镀层镀设在所述焊接板表面上并覆盖所述通孔的孔口，所述导电镀层与所述导电材料连接，所述焊料印刷在所述导电镀层上。

5.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述电路板通过导线与所述导电结构电性连接，所述隔离板在被所述焊接板压盖的位置上设有穿线孔，所述穿线孔与所述通孔相对，所述导线穿过所述穿线孔。

6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述穿线孔当中填充有保护胶，所述保护胶覆盖所述导线与所述导电结构的连接部位。

7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述信号输出端子通过导电弹簧与所述电路板导电连接。

8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感芯片与所述载板之间的焊缝当中填充有防护胶。

9.一种压力传感器的制备方法，其特征在于，所述压力传感器为权利要求1-8任一项所述的压力传感器，所述方法包括：

在焊接板上制备导电结构，并通过所述导电结构将压力传感芯片倒装焊接于所述焊接板的底部；

在所述压力传感芯片与所述焊接板之间填充防护胶、并对所述防护胶进行固化；

将所述焊接板粘接于隔离板的底部，并将所述隔离板焊接于主体结构内部的空腔当中，以隔离所述主体结构的空腔和介质通道，并使所述压力传感芯片置于所述介质通道中且正对所述介质通道；

将电路板粘接于所述隔离板的顶部，并通过导线连接所述电路板和所述导电结构；

将信号输出端子装入所述主体结构上，并使所述信号输出端子的导电弹簧与所述电路板导电连接。

10.根据权利要求9所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，所述在焊接板上制备导电结构的步骤包括：

在所述焊接板上开设通孔，并在所述通孔中填充导电材料、并对所述导电材料进行烧结；

在所述焊接板表面上镀设导电镀层，并在所述导电镀层上印刷焊料。

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