CN111238716A - 一种压力传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力传感器及其制备方法，包括具有空腔的传感器主体、从传感器主体的空腔内引出的信号输出端子、以及设于传感器主体的空腔内的压力传感组件；压力传感器组件包括承载基板、固定于承载基板上的压力芯片及与信号输出端子电连接的PCBA电路板，PCBA电路板上设有容置通孔，压力芯片设于容置通孔内且与PCBA电路板电连接，承载基板上设有介质进入通孔且被压力芯片覆盖，一介质进入通道与介质进入通孔连通，内部依次填充有传压液体层以及第一凝胶层，传压液体层靠近承载基板。本发明通过在PCBA电路板上设置容置通孔，把压力芯片置于容置通孔内而集成在承载基板上，且通过传压液体层和第一凝胶层来传递压力，缩小体积。

Description

一种压力传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及压力检测设备领域，特别是涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，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的器件或装置，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、航空航天等众多行业，主要用于测量介质(如气体、液体)的压力并转换为电信号输出。

传统的压力传感器大多为充油式传感器，即采用充油芯体的结构形式，主体结构通常采用金属膜片和玻璃烧结底座进行封装，内部封装有传递压力的传压油、压力芯片和可伐引线柱，金属膜片受到外界压力发生变形，进而将压力信号通过传压油传递给压力芯片，可伐引线柱从主体结构中引出，压力芯片与可伐引线柱导通并将压力信号传递给主体结构外的PCBA(Printed Circuit Board Assembly)电路板。

然而上述充油式传感器的缺陷在于：传感器整体体积较大，不适应嵌入到精细的仪表或设备中，并且整个传感器的制造工艺中需要焊接、玻璃烧结、真空充油等多种复杂工艺，整体成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提出一种压力传感器及其制备方法，以解决现有技术中压力传感器体积大的技术问题。

本发明提供一种压力传感器，包括具有空腔的传感器主体、从所述传感器主体的空腔内引出的信号输出端子、以及设于所述传感器主体的空腔内的压力传感组件；

所述压力传感器组件包括承载基板、固定设置于所述承载基板上的压力芯片及与所述信号输出端子电连接的PCBA电路板，所述PCBA电路板上设有容置通孔，所述压力芯片设于所述容置通孔内且与所述PCBA电路板电连接，所述承载基板上设有介质进入通孔且所述介质进入通孔被所述压力芯片覆盖，所述介质进入通孔与一介质进入通道连通，所述介质进入通道内依次填充有传压液体层以及第一凝胶层，所述传压液体层靠近所述承载基板。

根据本发明提出的压力传感器，具有以下有益效果：相比于现有技术需要通过可伐引线柱将压力芯片与位于主体结构外的PCBA电路板导通，本发明将压力芯片和PCBA电路板集成在承载基板上，通过在PCBA电路板上设置容置通孔，把压力芯片置于容置通孔内并通过与PCBA电路板电连接，无需设置可伐引线柱，且通过介质进入通道中的传压液体层和第一凝胶层来传递压力，无需设置金属膜片和注油孔，缩小压力传感器的体积，简化制备工序，降低生产成本。

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PCBA电路板远离所述承载基板的表面设有一盖体，所述盖体沿轴向上设有凝胶进入通道，所述凝胶进入通道与所述容置通孔相对应设置，所述凝胶进入通道内填充有第二凝胶层。

进一步地，所述凝胶进入通道的中心线与所述容置通孔的中心线位于同一直线上，所述凝胶进入通道的宽度大于所述容置通孔的宽度。

进一步地，所述PCBA电路板远离所述承载基板的表面设有灌封胶层，所述灌封胶层用于将所述PCBA电路封装固定在所述传感器主体的空腔内。

进一步地，所述信号输出端子与所述PCBA电路板的端部电连接。

进一步地，所述介质进入通道的外表面设有环形密封圈。

本发明还提供一种压力传感器的制备方法，包括以下步骤：将压力芯片粘接安装在承载基板上，压力芯片穿过PCBA电路板的容置通孔，并将所述PCBA电路板粘接安装在所述承载基板上，通过键合工艺将所述压力芯片与所述PCBA电路板电连接，形成压力传感组件；

将所述压力传感组件粘接安装在所述传感器主体的空腔中，并将信号输出端子焊接在PCBA电路板上；

将传压液体和凝胶注入介质进入通道内并进行固化，封装所述传感器主体的空腔。

进一步地，将压力芯片粘接安装在承载基板上，压力芯片穿过PCBA电路板的容置通孔，并将所述PCBA电路板粘接安装在所述承载基板上，通过键合工艺将所述压力芯片与所述PCBA电路板电连接，形成压力传感组件；

将所述压力传感组件粘接安装在所述传感器主体的空腔中，并将信号输出端子焊接在PCBA电路板上；

将传压液体和凝胶注入介质进入通道内并进行固化，封装所述传感器主体的空腔。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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是本发明实施例的压力传感器的剖视图；

图2是本发明实施例的压力传感器的压力传感组件和信号输出端子的结构示意图；

图3是本发明实施例的压力传感器的结构示意图；

图4是本发明另一实施例的压力传感器的制备方法的流程图；

10、传感器主体；20、信号输出端子；30、承载基板；31、介质进入通孔；40、压力芯片；50、PCBA电路板；51、容置通孔；60、介质进入通道；61、传压液体层；62、第一凝胶层；70、盖体；71、第二凝胶层；80、灌封胶层；90、环形密封圈。

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。

请参照图1～图3所示，本发明的实施例提供一种压力传感器，包括具有空腔的传感器主体10、从所述传感器主体10的空腔内引出的信号输出端子20、以及设于所述传感器主体10的空腔内的压力传感组件。

所述压力传感器组件包括承载基板30、固定设置于所述承载基板30上的压力芯片40及与所述信号输出端子20电连接的PCBA电路板50，压力芯片40为MEMS压力敏感芯片，所述PCBA电路板50上设有容置通孔51，所述压力芯片40设于所述容置通孔51内且与所述PCBA电路板50电连接，所述承载基板30上设有介质进入通孔31且所述介质进入通孔31被所述压力芯片40覆盖，所述介质进入通孔31与一介质进入通道60连通，所述介质进入通道60内依次填充有传压液体层61以及第一凝胶层62，传压液体为硅油，所述传压液体层61靠近所述承载基板30。

本发明的工作原理为：被测介质将压力首先传递给位于介质进入通道60内的第一凝胶层62，第一凝胶层62再将压力传递给传压液体层61，然后传压液体层61将压力传递给压力芯片40，压力芯片40感知压力并传递压力信号给PCBA电路板50，通过PCBA电路板50将压力信号转化成标准的电流、电压信号，后经过信号输出端子20输出。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：相比于现有技术需要通过可伐引线柱将压力芯片40与位于主体结构外的PCBA电路板50导通，本发明将压力芯片40和PCBA电路板50集成在承载基板30上，通过在PCBA电路板50上设置容置通孔51，把压力芯片40置于容置通孔51内并与PCBA电路板50电连接，无需设置可伐引线柱，且通过介质进入通道60中的传压液体层61和第一凝胶层62来传递压力，无需设置金属膜片和注油孔，缩小压力传感器的体积，简化制备工序，降低生产成本。

在本发明的实施例中，所述PCBA电路板50远离所述承载基板30的表面设有一盖体70，所述盖体70沿轴向上设有凝胶进入通道，所述凝胶进入通道与所述容置通孔51相对应设置，所述凝胶进入通道内填充有用第二凝胶层71。

本发明通过键合工艺将压力芯片40和PCBA电路板50进行连接，压力芯片40和PCBA电路板50之间的引线暴露在外界空气中，为了保护引线，在凝胶进入通道内填充第二凝胶层71盖住引线，且第二凝胶层71的材质较软，不会压断引线。

在本发明的实施例中，所述凝胶进入通道的中心线与所述容置通孔51的中心线位于同一直线上，所述凝胶进入通道的宽度大于所述容置通孔51的宽度。

为了保护和固定压力芯片40，凝胶进入通道的宽度大于容置通孔51的宽度，使凝胶顺着凝胶进入通道填充进容置通孔51内，使压力芯片40的底部和周边都通过充硅油、凝胶来保护，避免与被测气体及液体介质接触，从而提高其使用寿命。

在本发明的实施例中，所述PCBA电路板50远离所述承载基板30的表面设有灌封胶层80，所述灌封胶层80用于将所述PCBA电路封装固定在所述传感器主体10的空腔内。

为了保护PCBA电路板50，在PCBA电路板50的外表面填充灌封胶层80，采用灌封胶层80将PCBA电路板50和外界隔离。

在本发明的实施例中，所述信号输出端子20与所述PCBA电路板50的端部电连接。所述介质进入通道60的外表面设有环形密封圈90。

请参照图4所示，在本发明的另一实施例中，还包括上述压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

S10、将压力芯片405通过粘接胶粘接安装在承载基板30上，并放进烘箱高温固化，压力芯片40穿过PCBA电路板50的容置通孔51，并将所述PCBA电路板50通过909粘接胶粘接安装在所述承载基板30上，并放进烘箱高温固化，通过键合工艺将所述压力芯片40与所述PCBA电路板50电连接，形成压力传感组件。

S20、将所述压力传感组件通过粘接胶粘接安装在所述传感器主体10的空腔中，并放进烘箱高温固化，并将信号输出端子20焊接在PCBA电路板50上。

S30、将传压液体和凝胶注入介质进入通道60内并进行固化，封装所述传感器主体10的空腔。

所述步骤S30中封装所述传感器主体10的空腔的具体步骤为：

S31、将盖体70通过粘接胶粘接在PCBA电路板50上，并将凝胶灌装到凝胶进入通道内并进行高温固化，然后在PCBA电路板50的表面注入灌封胶进行封装。

S40、最后将环形密封圈90安装在介质进入通道60的外部。

本发明的压力传感器，介质进入通道60外径∮7.5mm，传感器主体10长度24.6mm，宽36mm，产品总高度14.4mm，产品总重量10g，体积小，重量轻，安装方便。

本发明提供的压力传感器制备方法，通过粘结和填充灌封胶和凝胶实现连接和密封，无需焊接、玻璃烧结、真空充油等多种复杂工艺，工艺简单，生产成本低。

综上所述，本发明提供一种压力传感器及其制备方法，相比于现有技术需要通过可伐引线柱将压力芯片40与位于主体结构外的PCBA电路板50导通，本发明将压力芯片40和PCBA电路板50集成在承载基板30上，通过在PCBA电路板50上设置容置通孔51，把压力芯片40置于容置通孔51内并通过与PCBA电路板50电连接，无需设置可伐引线柱，且通过介质进入通道60中的传压液体层61和第一凝胶层62来传递压力，无需设置金属膜片和注油孔，缩小压力传感器的体积，简化制备工序，降低生产成本。

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 (8)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括具有空腔的传感器主体、从所述传感器主体的空腔内引出的信号输出端子、以及设于所述传感器主体的空腔内的压力传感组件；

所述压力传感器组件包括承载基板、固定设置于所述承载基板上的压力芯片以及与所述信号输出端子电连接的PCBA电路板，所述PCBA电路板上设有容置通孔，所述压力芯片设于所述容置通孔内且与所述PCBA电路板电连接，所述承载基板上设有介质进入通孔且所述介质进入通孔被所述压力芯片覆盖，所述介质进入通孔与一介质进入通道连通，所述介质进入通道内依次填充有传压液体层以及第一凝胶层，所述传压液体层靠近所述承载基板。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述PCBA电路板远离所述承载基板的表面设有一盖体，所述盖体沿轴向上设有凝胶进入通道，所述凝胶进入通道与所述容置通孔相对应设置，所述凝胶进入通道内填充有第二凝胶层。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述凝胶进入通道的中心线与所述容置通孔的中心线位于同一直线上，所述凝胶进入通道的宽度大于所述容置通孔的宽度。

4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述PCBA电路板远离所述承载基板的表面设有灌封胶层，所述灌封胶层用于将所述PCBA电路封装固定在所述传感器主体的空腔内。

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述信号输出端子与所述PCBA电路板的端部电连接。

6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述介质进入通道的外表面设有环形密封圈。

7.一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1～6任一项所述的压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：

将压力芯片粘接安装在承载基板上，压力芯片穿过PCBA电路板的容置通孔，并将所述PCBA电路板粘接安装在所述承载基板上，通过键合工艺将所述压力芯片与所述PCBA电路板电连接，形成压力传感组件；

将所述压力传感组件粘接安装在所述传感器主体的空腔中，并将信号输出端子焊接在PCBA电路板上；

将传压液体和凝胶注入介质进入通道内并进行固化，封装所述传感器主体的空腔。

8.根据权利要求7所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，封装所述传感器主体的空腔包括以下步骤：

将盖体粘接在PCBA电路板上，并将凝胶灌装到凝胶进入通道内，然后在PCBA电路板的表面注入灌封胶进行封装。

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