CN111351530A - 一种传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器及其制备方法，该传感器包括：壳体，其内部设有一安装空间，壳体的一端设有连通安装空间的介质通道；陶瓷电路板，设置于安装空间中，陶瓷电路板包括第一陶瓷板、第二陶瓷板以及多个导电结构；PCB电路板，设置于安装空间中；压力敏感芯片和热敏电阻，均设置于第二陶瓷板上并位于介质通道中，压力敏感芯片和热敏电阻均通过至少一导电结构与PCB电路板电性连接。本发明通过集成压力敏感芯片和热敏电阻，并设计一种能够同时满足对压力敏感芯片和热敏电阻的感测信号进行独立传输的陶瓷电路板，从而实现同时对压力和温度多个参数进行感测，此外压力敏感芯片和热敏电阻及其所需的导电结构都集成在同一陶瓷电路板上，体积小。

Description

一种传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及参数监测技术领域，特别涉及一种传感器及其制备方法。

背景技术

传感器是通过敏感单元感受信号，并能按照一定的规律将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)的参数，如压力、温度等。

温度传感器和压力传感器是传感器行业使用量最大的两种传感器，而且经常需要一同使用。温度传感器主要利用热敏电阻的特性对介质的温度进行感测，而压力传感器主要利用压力敏感芯片的特性对介质的压力进行感测。

现有技术当中，传统的传感器每种只能用于测量一种物理量，随着自动化监控技术日益发展，单一测量功能的传感器已无法满足需要，实际使用中，在一个位置往往需要同时测量多个参数，特别是温度和压力参数时常需要同时获取，如采用分立的温度传感器和压力传感器对参数进行单独测量，难以保证被测点位置的同一性，分别购买两种成本也较高。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种传感器及其制备方法，以解决现有技术当中的传感器无法同时测量多个参数的技术问题。

根据本发明实施例当中的一种传感器，所述传感器包括：

壳体，其内部设有一安装空间，所述壳体的一端设有连通所述安装空间的介质通道；

陶瓷电路板，设置于所述安装空间中，并阻隔所述安装空间和所述介质通道，所述陶瓷电路板包括第一陶瓷板、设置于所述第一陶瓷板朝向所述介质通道的表面上的第二陶瓷板、以及设置于所述第一陶瓷板和所述第二陶瓷板上的多个导电结构，所述导电结构包括设置于所述第一陶瓷板上的第一通孔、设置于所述第一通孔中的第一导电介质、设置于所述第二陶瓷板上的第二通孔、设置于所述第二通孔中的第二导电介质、以及印刷在所述第一陶瓷板的表面上且连接所述第一导电介质和所述第二导电介质的导电线路；

PCB电路板，设置于所述安装空间中，所述第一导电介质与所述PCB电路板电性连接；

压力敏感芯片和热敏电阻，均设置于所述第二陶瓷板上并位于所述介质通道中，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻均通过至少一所述导电结构与所述PCB电路板电性连接，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻分别与对应的所述第二导电介质电性连接。

进一步地，所述第一导电介质的一端穿过所述第一通孔后焊接于所述第一陶瓷板上，所述第一导电介质的另一端穿过所述PCB电路板后焊接于所述PCB电路板上。

进一步地，所述第一导电介质固定穿设在一基板上，所述基板连接在所述PCB电路板和所述第一陶瓷板之间。

进一步地，所述第二陶瓷板与所述壳体的内壁之间填充有第一灌封胶，所述第一灌封胶覆盖所述第一通孔和所述导电线路暴露在所述第一陶瓷板表面上的部分,所述安装空间内填充有第二灌封胶。

进一步地，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻均倒装焊接于所述第二陶瓷板朝向所述介质通道的入口的表面上。

进一步地，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻与所述第二陶瓷板之间均填充有保护胶。

进一步地，所述安装空间与所述介质通道的连接处设有开口通向所述安装空间的第一安装槽、设置于所述第一安装槽底部的第二安装槽，所述介质通道与所述第二安装槽的底部相通，所述基板安装于所述第一安装槽中，所述陶瓷电路板容置于所述第二安装槽中，所述第二陶瓷板的直径小于所述介质通道的直径，所述第一灌封胶填充于所述第二安装槽中。

进一步地，所述壳体远离所述介质通道的一端设有开口，所述传感器还包括插接件，所述插接件与所述PCB电路板电性连接并从所述开口中引出。

本发明实施例还提出一种传感器的制备方法，所述传感器为上述的传感器，所述方法包括：

制备陶瓷电路板；

将第一导电介质的一端穿过所述陶瓷电路板的第一通孔后焊接于所述陶瓷电路板的第一陶瓷板上；

分别在所述陶瓷电路板的第二通孔的端面上印刷焊锡膏，以使焊锡膏与对应的所述第二通孔中的第二导电介质相接；

将压力敏感芯片和热敏电阻倒装贴在对应位置的焊锡膏上，并通过回流炉进行倒装焊接；

在所述压力敏感芯片和所述热敏电阻与所述第二陶瓷板的之间填充保护胶，得到一封装整体；

将所述封装整体装入壳体的安装空间中，并通过激光焊接工艺将所述封装整体和所述壳体焊接固定；

将PCB电路板9装入所述安装空间中，并使所述第一导电介质的另一端穿过所述PCB电路板后焊接于所述PCB电路板上，并在所述安装空间的第二安装槽中填充第一灌封胶；

将插接件焊接到PCB电路板的对应位置上，并在安装空间中填充第二灌封胶。

进一步地，

与现有技术相比：通过集成压力敏感芯片和热敏电阻，并设计一种能够同时满足对压力敏感芯片和热敏电阻的感测信号进行独立传输的陶瓷电路板，从而实现同时对压力和温度多个参数进行感测，此外压力敏感芯片和热敏电阻及其所需的导电结构都集成在同一陶瓷电路板上，体积小，使产品具有小型化的优势。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的传感器的结构图；

图2为沿图1当中B-B线的剖面图；

图3为图2当中I处的放大图；

图4为本发明第一实施例中的传感器的内部器件的装配分解图；

图5为本发明第一实施例中的传感器的内部器件的装配图；

图6为本发明第一实施例中的壳体的截面图；

图7为本发明第二实施例中的传感器的制备方法的流程图。

主要元件符号说明：

壳体	10	陶瓷电路板	20
				PCB电路板	30	压力敏感芯片	40
热敏电阻	50	插接件	60
				安装空间	11	介质通道	12
开口	13	第一陶瓷板	21
				第二陶瓷板	22	导电结构	23
第一通孔	231	第一导电介质	232
				第二通孔	233	第二导电介质	234
导电线路	235	第一灌封胶	14
				基板	15	第一安装槽	111
第二安装槽	112	第二灌封胶	16
				保护胶	17

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6，所示为本发明第一实施例中的传感器，包括壳体10、设置于壳体10内的陶瓷电路板20、PCB电路板30、压力敏感芯片40和热敏电阻50、以及与PCB电路板30连接并延伸到壳体10外的插接件60。

壳体10内部设有一安装空间11，壳体10的一端设有连通安装空间11的介质通道12，壳体10远离介质通道12的一端设有开口13。陶瓷电路板20设置于安装空间11中，并阻隔安装空间11和介质通道12。在具体实施时，壳体10可以在设有介质通道12的端部的外壁上设置螺纹或卡接结构，以方便将本申请当中的传感器装配到所需要测试压力和温度的装置或设备上。

其中，请参阅图2-图4，陶瓷电路板20包括第一陶瓷板21、设置于第一陶瓷板21朝向介质通道12的表面上的第二陶瓷板22、以及设置于第一陶瓷板21和第二陶瓷板22上的多个导电结构23，第二陶瓷板22的直径小于第一陶瓷板21的直径，且第二陶瓷板22设置在第一陶瓷板21的中心部位上。导电结构23具体包括设置于第一陶瓷板21上的第一通孔231、设置于第一通孔231中的第一导电介质232、设置于第二陶瓷板22上的第二通孔233、设置于第二通孔233中的第二导电介质234、以及印刷在第一陶瓷板21的表面上且连接第一导电介质232和第二导电介质234的导电线路235。具体地，第一导电介质232的一端穿过第一通孔231后通过焊锡焊接于第一陶瓷板21上，导电线路235的一端延伸到第一通孔231中，使得第一导电介质232穿过第一通孔231即与导电线路235的一端相接通，同时导电线路235的另一端延伸到第二通孔233中，使得第二导电介质234填充到第二通孔233内即与导电线路235的另一端相接通，从而使第一导电介质232与第二导电介质234相接通。在具体实施时，第一导电介质232可以为探针，第二导电介质234可以为填充于第二通孔233中的导电材质、或涂布于第二通孔233内壁上的导电层。

此外，第二陶瓷板22与壳体10的内壁之间填充有第一灌封胶14，第一灌封胶14起到阻断介质的作用，避免介质渗透到安装空间11当中，此外第一灌封胶14还覆盖第一通孔231和导电线路235暴露在第一陶瓷板21表面上的部分,从而对导电线路235和第一导电介质232与第一陶瓷板21的焊点进行保护。如图3所示，导电线路235一部分位于第一陶瓷板21和第二陶瓷板22之间，其余部分则暴露在第一陶瓷板21表面上。在具体实施时，第一陶瓷板21和第二陶瓷板22可通过玻璃烧结工艺烧结成一整体。

PCB电路板30设置于安装空间11中，第一导电介质232与PCB电路板30电性连接，则PCB电路板30间接与第二导电介质234相接通，这样在第二导电介质234与压力敏感芯片40或热敏电阻50焊接后，压力敏感芯片40或热敏电阻50就与PCB电路板30相接通，从而能够将压力信号或温度信号传给PCB电路板30。为了使第一导电介质232固定更加稳定，第一导电介质232的另一端也同样穿过PCB电路板30后也通过焊锡焊接于PCB电路板30的相应位置上，PCB电路板30上对应设有供第一导电介质232穿过的通孔，这样可以增大第一导电介质232与电路板的接触面积。

为了更好的固定第一导电介质232，以方便第一导电介质232的装配，第一导电介质232固定穿设在一基板15上，基板15连接在PCB电路板30和第一陶瓷板21之间，这样第一导电介质232的两端突出于基板15的长度是固定的，在装配时无需再进行调节，直接让第一导电介质232的两端分别穿过第一通孔231和PCB电路板30，然后再焊接即可。

此外，请参阅图6，安装空间11与介质通道12的连接处设有开口13通向安装空间11的第一安装槽111、设置于第一安装槽111底部的第二安装槽112，介质通道12与第二安装槽112的底部相通。请参阅图2和图3，基板15安装于第一安装槽111中，陶瓷电路板20容置于第二安装槽112中。在具体实施时，基板15可采用激光焊接工艺焊接于第一安装槽111中上，使得基板15与壳体10密封连接，PCB电路板30可胶贴固定于壳体10内表面上。

为了方便填充所述第一灌封胶14，第二陶瓷板22的直径小于介质通道12的直径，这样就可以在将PCB电路板30、基板15和PCB电路板30的整体装入壳体10内后，从介质通道12中往第二安装槽112中填充所述第一灌封胶14。

插接件60一端与PCB电路板30的对应位置焊接，以使插接件60与PCB电路板30电性连接，插接件60另一端从开口13中引出，插接件60用于输出压力信号和温度信号。在本实施例当中，插接件60为若干探针，在一些可选实施例当中，插接件60还可以为插接头、信号输出端子(如2.54-4P接线端子)、弹簧、弹簧针等等。为了对PCB电路板30、及插接件60与PCB电路板30的焊点进行保护，安装空间11内填充有第二灌封胶16。

压力敏感芯片40和热敏电阻50均设置于第二陶瓷板22上并位于介质通道12中，压力敏感芯片40和热敏电阻50均通过至少一导电结构23与PCB电路板30电性连接，压力敏感芯片40和热敏电阻50分别与对应的第二导电介质234电性连接。具体地，压力敏感芯片40和热敏电阻50均采用倒装焊技术倒装焊接于第二陶瓷板22朝向介质通道12的入口的表面上，且焊接时使压力敏感芯片40和热敏电阻50与各种的第二导电介质234相接，这种设置的好处在于：一方面倒装焊技术具有短互联、小面积、立体通道、安装密度高等许多优异的封装特性，可以实现小型化封装，另一方面通过将压力敏感芯片40和热敏电阻50均正对介质通道12的入口设置，能够使压力敏感芯片40和热敏电阻50正面承受介质压力，不会受到侧向挤压力，焊接后不易脱落，提高传感器的使用寿命。其中，倒装焊技术源于IBM的C4技术(Controlled Collapse Chip Connection)，是一种将晶片直接与基板相互连接的先进封装技术。在封装过程中，芯片以正面朝下的方式，让芯片上的结合点透过金属导体与基板的结合点相互连接的封装技术。

另外，为了保护压力敏感芯片40和热敏电阻50与陶瓷电路板20的焊点，压力敏感芯片40和热敏电阻50与第二陶瓷板22之间均填充有保护胶17，即在压力敏感芯片40和热敏电阻50的周边底部填充保护胶。

综上，本实施例当中的传感器，通过集成压力敏感芯片40和热敏电阻50，并设计一种能够同时满足对压力敏感芯片40和热敏电阻50的感测信号进行独立传输的陶瓷电路板20，从而实现同时对压力和温度多个参数进行感测，此外压力敏感芯片40和热敏电阻50及其所需的导电结构23都集成在同一陶瓷电路板20上，体积小，使产品具有小型化的优势。

本发明另一方面还提出一种传感器的制备方法，请参阅图7，所示为本发明第二实施例当中的传感器的制备方法，可用于制备上述第一实施例当中的传感器，所述方法具体包括步骤S01-步骤S08：

步骤S01，制备陶瓷电路板；

步骤S02，将第一导电介质的一端穿过所述陶瓷电路板的第一通孔后焊接于所述陶瓷电路板的第一陶瓷板上；

步骤S03，分别在所述陶瓷电路板的第二通孔的端面上印刷焊锡膏，以使焊锡膏与对应的所述第二通孔中的第二导电介质相接；

步骤S04，将压力敏感芯片和热敏电阻倒装贴在对应位置的焊锡膏上，并通过回流炉进行倒装焊接；

步骤S05，在所述压力敏感芯片和所述热敏电阻与所述第二陶瓷板的之间填充保护胶，得到一封装整体；

步骤S06，将所述封装整体装入壳体的安装空间中，并通过激光焊接工艺将所述封装整体和所述壳体焊接固定；

步骤S07，将PCB电路板装入所述安装空间中，并使所述第一导电介质的另一端穿过所述PCB电路板后焊接于所述PCB电路板上，并在所述安装空间的第二安装槽中填充第一灌封胶；

步骤S08，将插接件焊接到PCB电路板的对应位置上，并在安装空间中填充第二灌封胶。

在一些可选实施例当中，所述制备陶瓷电路板的步骤(即步骤S01)可按以下细化步骤进行具体实施，细化步骤具体包括步骤S011-步骤S013：

步骤S011，在所述第一陶瓷板上开设所述第一通孔并在所述第一陶瓷板上印刷导电线路，印刷时使所述导电线路的一端延伸到所述第一通孔中；

步骤S012，在所述第二陶瓷板上开设所述第二通孔并在所述第二通孔中填充所述第二导电介质；

步骤S013，将所述第一陶瓷板和所述第二陶瓷板烧结成一块整体的陶瓷电路板，烧结时使所述第二导电介质与所述导电线路的另一端相接。

综上，本实施例当中的传感器的制备方法，通过集成压力敏感芯片和热敏电阻，并制备出一种能够同时满足对压力敏感芯片和热敏电阻的感测信号进行独立传输的陶瓷电路板，从而使制备出的传感器能够实现同时对压力和温度多个参数进行感测，此外压力敏感芯片和热敏电阻及其所需的导电结构都集成在同一陶瓷电路板上，体积小，使产品具有小型化的优势。

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)

1.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括：

壳体，其内部设有一安装空间，所述壳体的一端设有连通所述安装空间的介质通道；

陶瓷电路板，设置于所述安装空间中，并阻隔所述安装空间和所述介质通道，所述陶瓷电路板包括第一陶瓷板、设置于所述第一陶瓷板朝向所述介质通道的表面上的第二陶瓷板、以及设置于所述第一陶瓷板和所述第二陶瓷板上的多个导电结构，所述导电结构包括设置于所述第一陶瓷板上的第一通孔、设置于所述第一通孔中的第一导电介质、设置于所述第二陶瓷板上的第二通孔、设置于所述第二通孔中的第二导电介质、以及印刷在所述第一陶瓷板的表面上且连接所述第一导电介质和所述第二导电介质的导电线路；

PCB电路板，设置于所述安装空间中，所述第一导电介质与所述PCB电路板电性连接；

压力敏感芯片和热敏电阻，均设置于所述第二陶瓷板上并位于所述介质通道中，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻均通过至少一所述导电结构与所述PCB电路板电性连接，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻分别与对应的所述第二导电介质电性连接。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一导电介质的一端穿过所述第一通孔后焊接于所述第一陶瓷板上，所述第一导电介质的另一端穿过所述PCB电路板后焊接于所述PCB电路板上。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述第一导电介质固定穿设在一基板上，所述基板连接在所述PCB电路板和所述第一陶瓷板之间。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述第二陶瓷板与所述壳体的内壁之间填充有第一灌封胶，所述第一灌封胶覆盖所述第一通孔和所述导电线路暴露在所述第一陶瓷板表面上的部分，所述安装空间内填充有第二灌封胶。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻均倒装焊接于所述第二陶瓷板朝向所述介质通道的入口的表面上。

6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述压力敏感芯片和所述热敏电阻与所述第二陶瓷板之间均填充有保护胶。

7.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述安装空间与所述介质通道的连接处设有开口通向所述安装空间的第一安装槽、设置于所述第一安装槽底部的第二安装槽，所述介质通道与所述第二安装槽的底部相通，所述基板安装于所述第一安装槽中，所述陶瓷电路板容置于所述第二安装槽中，所述第二陶瓷板的直径小于所述介质通道的直径，所述第一灌封胶填充于所述第二安装槽中。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述壳体远离所述介质通道的一端设有开口，所述传感器还包括插接件，所述插接件与所述PCB电路板电性连接并从所述开口中引出。

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

制备陶瓷电路板；

将第一导电介质的一端穿过所述陶瓷电路板的第一通孔后焊接于所述陶瓷电路板的第一陶瓷板上；

分别在所述陶瓷电路板的第二通孔的端面上印刷焊锡膏，以使焊锡膏与对应的所述第二通孔中的第二导电介质相接；

将压力敏感芯片和热敏电阻倒装贴在对应位置的焊锡膏上，并通过回流炉进行倒装焊接；

在所述压力敏感芯片和所述热敏电阻与所述第二陶瓷板的之间填充保护胶，得到一封装整体；

将所述封装整体装入壳体的安装空间中，并通过激光焊接工艺将所述封装整体和所述壳体焊接固定；

将PCB电路板装入所述安装空间中，并使所述第一导电介质的另一端穿过所述PCB电路板后焊接于所述PCB电路板上，并在所述安装空间的第二安装槽中填充第一灌封胶；

将插接件焊接到PCB电路板的对应位置上，并在所述安装空间中填充第二灌封胶。

10.根据权利要求9所述的传感器的制备方法，其特征在于，所述制备陶瓷电路板的步骤包括：

在所述第一陶瓷板上开设所述第一通孔并在所述第一陶瓷板上印刷导电线路，印刷时使所述导电线路的一端延伸到所述第一通孔中；

在所述第二陶瓷板上开设所述第二通孔并在所述第二通孔中填充所述第二导电介质；

将所述第一陶瓷板和所述第二陶瓷板烧结成一块整体的陶瓷电路板，烧结时使所述第二导电介质与所述导电线路的另一端相接。

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