CN111397668A - 一种传感器芯体、芯体制造及封装方法和传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传感器芯体，包括刚性外壳、压力芯片及热敏电阻，刚性外壳内开设有第一通孔和第二通孔，第一通孔中穿设有第一端子，第二通孔中穿设有第二端子，压力芯片倒装焊接于第一端子的一端上，热敏电阻倒装焊接于第二端子的一端上，第一通孔和第二通孔中均填充有绝缘介质，第一端子和第二端子通过绝缘介质固定于刚性外壳上，该传感器芯体工作时，被测介质的压力和温度作用在该传感器上时，压力及温度引起的信号变化能够及时的通过传感器输出端子进行输出，将压力和温度传感信号从信号感应一侧引向信号处理单元的一侧，从而实现了能够同时测量出同一位置的温度参数和压力参数的功能。

Description

一种传感器芯体、芯体制造及封装方法和传感器

技术领域

本发明涉及传感器制造领域，特别涉及一种传感器芯体、芯体制造及封装方法和传感器。

背景技术

传感器，作为一种检测装置，能够感受到被测量者的信息，并能将感受到的信息按一定的规律变换成为电信号或者其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。随着社会的不断进步，科学技术的不断发展，传感器在日常生活中的运用领域越来越广泛，且传感器越来越朝着微型化、多功能化和系统化等方向发展。

在现有的传感器领域中，温度传感器和压力传感器是最重要的两种传感器，且温度传感器和压力传感器在汽车、工业等领域都有着非常广泛的应用。在现有技术中，温度传感器和压力传感器经常在一起配合使用，例如燃气管道同时检测温度和压力信号进行流量测量与控制，空气压缩机中测量气体压力及温度以反馈系统进行压力及安全控制等，都体现了传感器的重要性。

但是，现有的温度传感器和压力传感器在使用时都是分别进行独立的安装，且分开独立安装于不同的位置，使得每一传感器只能单独测量该位置的温度参数或者压力参数，从而不能够同时测量出同一位置的温度参数和压力参数。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种传感器芯体、芯体制造及封装方法和传感器，以解决现有技术的传感器不能同时测量出同一位置的温度参数和压力参数的问题。

一种传感器芯体，包括刚性外壳、压力芯片及热敏电阻，所述刚性外壳内开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔中穿设有第一端子，所述第二通孔中穿设有第二端子，所述压力芯片倒装焊接于所述第一端子的一端上，所述热敏电阻倒装焊接于所述第二端子的一端上，所述第一通孔和所述第二通孔中均填充有绝缘介质，所述第一端子和所述第二端子通过所述绝缘介质固定于所述刚性外壳上。

优选的，在所述绝缘介质和所述压力芯片之间、以及在所述绝缘介质和所述热敏电阻之间均填充有用于保护焊料节点的焊点保护层。

优选的，所述绝缘介质的填充高度低于所述第一通孔和所述第二通孔侧壁的高度。

优选的，所述第一端子和所述第二端子均对称分布于穿过所述刚性外壳圆心的直线上。

优选的，所述绝缘介质设置为玻璃。

优选的，所述刚性外壳采用可伐合金或者不锈钢制成。

优选的，一种传感器芯体的制造方法，用于制备上述的传感器芯体，所述方法包括：

将所述第一端子和所述第二端子通过绝缘介质分别对应的固定在所述第一通孔和所述第二通孔内，所述第一端子的一端穿出所述第一通孔，所述第二端子的一端穿出所述第二通孔；

将所述压力芯片通过焊料倒装焊接于所述第一端子的一端表面上，将所述热敏电阻通过焊料倒装焊接于所述第二端子的一端表面上；

在所述第一端子、绝缘介质以及压力芯片三者之间填充焊点保护层，在所述第二端子、绝缘介质以及热敏电阻三者之间填充焊点保护层。

优选的，一种传感器芯体的封装方法，用于对上述的传感器芯体进行封装，所述方法包括：

通过密封圈和接插件将所述传感器芯体密封装入传感器外壳的内部；

或者将所述传感器芯体的所述刚性外壳与所述传感器外壳的内壁通过激光焊接在一起；

将传感器电路板装入所述传感器外壳的内部，并将所述第一端子远离所述压力芯片的一端与所述传感器电路板连接，将所述第二端子远离所述热敏电阻的一端与所述传感器电路板连接；

将传感器输出端子的一端焊接在所述传感器电路板上，另一端引出至所述传感器外壳的外部。

优选的，一种传感器，包括外壳、设置于所述外壳内的电路板和传感器芯体、以及与所述电路板连接并延伸到所述外壳外的输出端子，所述传感器芯体为上述的传感器芯体，所述传感器芯体的第一端子和第二端子与所述电路板相连接。

本发明的有益效果是：通过在刚性外壳的内部开设有第一通孔和第二通孔，在第一通孔和第二通孔的内部填充有用于固定第一端子和第二端子的绝缘介质，其中，第一端子的一端焊接有压力芯片，第二端子的一端焊接有热敏电阻，从而实现了压力芯片及热敏电阻和端子之间的电性能连接，第一端子和第二端子的另一端穿出刚性外壳内的通孔与传感器的电路板相连接，从而实现了信号的采集、标定和处理，工作时，被测介质的压力和温度作用在该传感器上时，压力及温度引起的信号变化能够及时的通过传感器的输出端子进行输出，将压力和温度传感信号从信号感应一侧引向信号处理单元的一侧，信号处理单元能够同时测量出此时的压力参数和温度参数，从而该传感器实现了能够同时测量出同一位置的温度参数和压力参数的功能。

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

图1为本发明第一实施例提供的传感器芯体的截面结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的传感器芯体的立体结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的传感器芯体的底部结构示意图；

图4为本发明第三实施例提供的密封圈和插接件的一种封装结构示意图；

图5为本发明第三实施例提供的密封圈和插接件的另一种封装结构示意图；

图6为本发明第三实施例提供的激光焊接的封装方法结构示意图。

主要元件符号说明：

刚性外壳	10	压力芯片	20
				热敏电阻	30	第一通孔	11
第二通孔	12	第一端子	40
				第二端子	50	绝缘介质	60
焊点保护层	70	密封圈	80
				接插件	90	激光焊接点	100

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3，所示为本发明第一实施例中的传感器芯体，包括：刚性外壳10、压力芯片20以及热敏电阻30。

其中：该传感器芯体，包括刚性外壳10、压力芯片20及热敏电阻30，刚性外壳10内开设有第一通孔11和第二通孔12，第一通孔11中穿设有第一端子40，第二通孔12中穿设有第二端子50，压力芯片20倒装焊接于第一端子40的一端上，热敏电阻30倒装焊接于第二端子50的一端上，第一通孔11和第二通孔12中均填充有绝缘介质60，第一端子40和第二端子50通过绝缘介质60固定于刚性外壳10上。

在本实施例中，如图1至3所示，该传感器芯体主要包括刚性外壳10、压力芯片20和热敏电阻30，其中，刚性外壳10的主体结构设置为圆柱体，在刚性外壳10的中心部位处开设有第一通孔11和第二通孔12，需要说明的是，在本实施例中，第一通孔11设置为圆形通孔，且在第一通孔11内穿插设置有四根第一端子40，第二通孔12设置为椭圆形通孔，且在第二通孔12内穿插设置有两根第二端子。如图1所示，在绝缘介质60和压力芯片20之间、以及在绝缘介质60和热敏电阻30之间均填充有用于保护焊料节点的焊点保护层70。在本实施例中，焊点保护层70可根据该传感器芯体的应用环境的不同来选择不同的材料。

在本实施例中，如图2所示，绝缘介质60的填充高度低于第一通孔11和第二通孔12侧壁的高度。且多个第一端子40和第二端子50均对称分布于穿过刚性外壳10圆心的直线上。需要说明的是，绝缘介质60设置为玻璃。该玻璃采用在空调制冷领域已经广泛应用的材料，可以耐受广泛的介质不受侵蚀从而防止泄露。且该玻璃具有极低的热膨胀系数，在严苛交变温度环境下不会产生开裂，可以应用在温度环境苛刻的冷媒压力检测等领域，同时该玻璃可以承受很高的压力从而不会损伤泄露。需要说明的是，刚性外壳10采用可伐合金或者不锈钢制成。可伐合金同样具有极低的热膨胀系数，在严苛的交变温度环境下不会产生裂纹，且同时可以承受很高的压力，从而不会损伤泄露。

本发明第二实施例提供了一种传感器芯体的制造方法，用于制备第一实施例提供的传感器芯体，制造方法包括：

将第一端子40和第二端子50通过绝缘介质60分别对应的固定在第一通孔11和第二通孔12内，第一端子40的一端穿出第一通孔11，第二端子50的一端穿出第二通孔12，第一端子40和第二端子50的另一端均固定在绝缘介质60内，且固定在绝缘介质60中的端子的一端表面凸出于绝缘介质60的下表面，方便在第一端子40和第二端子50的下表面涂刷焊料，再将压力芯片20和热敏电阻30贴装在端子的一端表面上。需要说明的是，压力芯片20和热敏电阻30的贴装可以通过手动的方式夹取放置到端子的表面上，经过回流焊完成焊接，以用于小批量的生产，还可以自动贴装、自动点涂或者印刷焊膏，自动拾取压力芯片20或热敏电阻30后以影像寻找端子的位置，定位后将压力芯片20和热敏电阻30放置到端子表面，经过回流焊完成焊接，以适用于大规模生产。

然后将压力芯片20通过焊料倒装焊接于第一端子40的一端表面上，将热敏电阻30通过焊料倒装焊接于第二端子50的一端表面上，在第一端子40和第二端子50的一端表面上焊锡膏可采用印刷或者点涂的方式，采用印刷锡膏的方式为，采用工装将刚性外壳10夹紧，以影像系统判断端子的位置并旋转刚性外壳10到需要的角度，丝网覆盖端子的表面，通过丝网上的小孔将焊锡膏刷到端子的表面上。采用点涂锡膏的实现方式为，采用视觉点锡膏系统，以影像确定端子的位置，采用喷射阀将焊锡膏喷射到端子的表面上，喷射锡膏的半径最小可以做到0.4mm。

在第一端子40、绝缘介质60以及压力芯片20三者之间填充焊点保护层70，在第二端子50、绝缘介质60以及热敏电阻30三者之间填充焊点保护层70。在本实施例中，焊点保护层70能够根据不同的应用环境选择不同的材料，例如应用于水环境中可以选择耐水硅凝胶材料，应用于机油等介质中可以选择环氧填充，应用于冷媒领域可以选择纳米镀层等，都在本实施例的保护范围之内。

采用耐水硅凝胶对焊点进行保护的工艺为，将该传感器芯体放入真空点胶设备中，抽取设备腔体到一定真空度，点入凝胶，凝胶中的空气同时被抽出，释放真空后凝胶被压如到底部缝隙，对焊点周边形成保护。

采用纳米镀层的实现方式：1.派瑞林真空镀膜，在真空环境下，固体四氯代对二甲苯环二体在150℃左右升华为气态，在650℃左右四氯代对二甲苯环二体裂解成带自由基的活性2,5-二氯对二亚甲基苯，在室温(25℃)条件下，游离态的2,5-二氯对二亚甲基苯在固态基材表面沉积聚合，形成一层无针孔的保形性薄膜。通过镀一层5~10μm的镀层，可以抗酸碱腐蚀，并起到防潮、防水、抗氧化及耐介质作用。2.采用浸涂方式，将芯体下半部分浸入到SiO2纳米涂层液体中，5秒钟后取出，约30分钟表干，表面取得1~3μm镀层厚度，2~5天后完全固化。固化后的漆膜具有优异的疏水疏油性能，并且具有良好的耐候耐水性、耐蚀性，且具有高硬度，耐刮擦，电绝缘性能。

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。

请参阅图4至图6，所示为本发明第三实施例提供的一种传感器芯体的封装方法，用于对第一实施例提供的传感器芯体进行封装，封装方法包括：

如图4至5所示，通过密封圈80和接插件90将传感器芯体密封装入传感器外壳的内部，需要说明的是，在传感器外壳的内壁上设置有多个密封圈，再通过插接件90将该传感器芯体固定在传感器外壳的内部。具体实现方式为，制作一个传感器外壳，传感器外壳具有螺纹连接等特定特征，根据不同的客户改变传感器外壳的外形，传感器外壳的内部根据传感器芯体的尺寸加工成标准尺寸。在传感器外壳中放入多个密封圈，密封圈被圆形槽定位，将传感器芯体放置到密封圈上方，铆接传感器外壳边缘压接到传感器芯体周边压缩密封圈到30%的压缩量，密封圈形成对绝缘介质的密封。传感器芯体和传感器外壳的中间也可以铆接入客户指定的接插件90等零部件形成外部电气及机械连接

如图6所示，或者将传感器芯体的刚性外壳10与传感器外壳的内壁通过激光焊接在一起，如图所示，激光焊接点100设置于刚性外壳10的侧壁表面与传感器外壳内壁表面的连接处，在其它情况下，激光焊接点100还可以设置在其它位置处，都在本实施例的保护范围之内。具体实现方式为，传感器外壳的外形根据客户的不同要求定制，传感器外壳的内部根据传感器芯体统一尺寸。在传感器外壳的内部加工出一个比传感器芯体外径略大的凹槽，将传感器芯体放入凹槽中。采用激光焊接在传感器芯体和传感器外壳的接缝处焊接一周，焊缝可以形成密封并形成>40Mpa的耐爆破强度。

将传感器电路板装入传感器外壳的内部，并将第一端子40远离压力芯片20的一端与传感器电路板连接，将第二端子50远离热敏电阻30的一端与传感器电路板连接；

将传感器输出端子的一端焊接在传感器电路板上，另一端引出至传感器外壳的外部。

需要指出的是，本发明第三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。

本发明第四实施例提供了一种传感器，包括外壳、设置于外壳内的电路板和传感器芯体、以及与电路板连接并延伸到外壳外的输出端子，传感器芯体设置为第一实施例提供的传感器芯体，传感器芯体的第一端子40和第二端子50与电路板相连接。

需要指出的是，本发明第四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。

本发明的具体实施方式为，通过在刚性外壳10的内部开设有第一通孔11和第二通孔12，在第一通孔11和第二通孔12的内部填充有用于固定第一端子40和第二端子50的绝缘介质60，其中，第一端子40的一端焊接有压力芯片20，第二端子50的一端焊接有热敏电阻30，从而实现了压力芯片20及热敏电阻30和端子之间的电性能连接，第一端子40和第二端子50的另一端穿出刚性外壳10内的通孔与传感器的电路板相连接，从而实现了信号的采集、标定和处理，工作时，被测介质的压力和温度作用在该传感器上时，压力及温度引起的信号变化能够及时的通过传感器的输出端子进行输出，将压力和温度传感信号从信号感应一侧引向信号处理单元的一侧，信号处理单元能够同时测量出此时的压力参数和温度参数，从而该传感器实现了能够同时测量出同一位置的温度参数和压力参数的功能。

需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的传感器只有上述几种实施流程，相反的，只要能够将本申请的传感器实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。

综上，本发明上述实施例当中的传感器，通过在刚性外壳10的内部开设有第一通孔11和第二通孔12，在第一通孔11和第二通孔12的内部填充有用于固定第一端子40和第二端子50的绝缘介质60，其中，第一端子40的一端焊接有压力芯片20，第二端子50的一端焊接有热敏电阻30，从而实现了压力芯片20及热敏电阻30和端子之间的电性能连接，第一端子40和第二端子50的另一端穿出刚性外壳10内的通孔与传感器的电路板相连接，从而实现了信号的采集、标定和处理，工作时，被测介质的压力和温度作用在该传感器上时，压力及温度引起的信号变化能够及时的通过传感器的输出端子进行输出，将压力和温度传感信号从信号感应一侧引向信号处理单元的一侧，信号处理单元能够同时测量出此时的压力参数和温度参数，从而该传感器实现了能够同时测量出同一位置的温度参数和压力参数的功能。

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 (9)

1.一种传感器芯体，其特征在于：包括刚性外壳、压力芯片及热敏电阻，所述刚性外壳内开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔中穿设有第一端子，所述第二通孔中穿设有第二端子，所述压力芯片倒装焊接于所述第一端子的一端上，所述热敏电阻倒装焊接于所述第二端子的一端上，所述第一通孔和所述第二通孔中均填充有绝缘介质，所述第一端子和所述第二端子通过所述绝缘介质固定于所述刚性外壳上。

2.根据权利要求1所述的传感器芯体，其特征在于：在所述绝缘介质和所述压力芯片之间、以及在所述绝缘介质和所述热敏电阻之间均填充有用于保护焊料节点的焊点保护层。

3.根据权利要求1所述的传感器芯体，其特征在于：所述绝缘介质的填充高度低于所述第一通孔和所述第二通孔侧壁的高度。

4.根据权利要求1所述的传感器芯体，其特征在于：所述第一端子和所述第二端子均对称分布于穿过所述刚性外壳圆心的直线上。

5.根据权利要求1所述的传感器芯体，其特征在于：所述绝缘介质设置为玻璃。

6.根据权利要求1所述的传感器芯体，其特征在于：所述刚性外壳采用可伐合金或者不锈钢制成。

7.一种传感器芯体的制造方法，其特征在于，用于制备权利要求1-6任一项所述的传感器芯体，所述方法包括：

将所述第一端子和所述第二端子通过绝缘介质分别对应的固定在所述第一通孔和所述第二通孔内，所述第一端子的一端穿出所述第一通孔，所述第二端子的一端穿出所述第二通孔；

将所述压力芯片通过焊料倒装焊接于所述第一端子的一端表面上，将所述热敏电阻通过焊料倒装焊接于所述第二端子的一端表面上；

在所述第一端子、绝缘介质以及压力芯片三者之间填充焊点保护层，在所述第二端子、绝缘介质以及热敏电阻三者之间填充焊点保护层。

8.一种传感器芯体的封装方法，其特征在于，用于对权利要求1-6任一项所述的传感器芯体进行封装，所述方法包括：

通过密封圈和接插件将所述传感器芯体密封装入传感器外壳的内部；

或者将所述传感器芯体的所述刚性外壳与所述传感器外壳的内壁通过激光焊接在一起；

将传感器电路板装入所述传感器外壳的内部，并将所述第一端子远离所述压力芯片的一端与所述传感器电路板连接，将所述第二端子远离所述热敏电阻的一端与所述传感器电路板连接；

将传感器输出端子的一端焊接在所述传感器电路板上，另一端引出至所述传感器外壳的外部。

9.一种传感器，包括外壳、设置于所述外壳内的电路板和传感器芯体、以及与所述电路板连接并延伸到所述外壳外的输出端子，其特征在于，所述传感器芯体为权利要求1-6任一项所述的传感器芯体，所述传感器芯体的第一端子和第二端子与所述电路板相连接。

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