CN113029430A - 一种芯体结构以及压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯体结构以及压力传感器，该芯体结构包括烧结座、具有预压结构的第一金属隔膜和第二金属隔膜以及压力芯片，所述烧结座沿第一方向间隔设有开口朝向第二方向的第一腔室和第二腔室，所述烧结座内形成有连接通道，所述第二腔室在与所述连接通道的连通处形成有连接口，所述第一金属隔膜和所述第二金属隔膜分别安装在所述第一腔室和所述第二腔室的内侧壁，以将所述第一腔室和所述第二腔室分别隔成沿第二方向上的上腔和下腔，所述第一腔室的下腔和所述第二腔室的下腔分别用于接入第一流体压力和第二流体压力，压力芯片设于所述连接口并封接所述连接口。

Description

一种芯体结构以及压力传感器

技术领域

本发明实施例涉及压力传感器技术领域，特别涉及一种芯体结构以及压力传感器。

背景技术

压力传感器(Pressure Transducer)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。压力传感器包括一种用来测量两个压力之间差值的传感器，通常用于测量某一设备或部件前后的压差，该压力传感器通常用于废气再循环系统(Exhaust Gas Re-circulation，缩写EGR)，废气再循环系统主要作用是将引擎排出的部分废气送回进气歧管，并与空气再次进入气缸中燃烧做功，由于存在燃烧不完全的情况，若废气直接进入芯体的压力孔会造成颗粒物在压力孔处堆积，甚至是堵塞压力孔，因此需要采用烧结座，将芯片安装在烧结座中保护芯片防止压力孔堵塞等。

现有技术中应用于废气再循环系统用于测量压差的压力传感器包括具有烧结座的芯体、两个密封接头以及底座，所述烧结座横向延伸，且所述芯体的两个感压元件沿横向背离设置且分别通两个密封接头的一端密封连接，所述两个密封接头的另一端安装在所述底座上，由于感压元件较小时，感压元件的热影响区离感应区较近，降低了感压元件的性能，会导致芯片感测到的经感压元件传递后的压力与实际压力存在偏差，特别小量程(50kPa以下)的芯片较为敏感，芯片测量得到的压力与实际压力差更大，降低了测量精度，而增大感压元件直径可以改善这一问题，但又会造成烧结座芯体的整体增高，导致压力传感器产品整体增高。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种芯体结构以及压力传感器，旨在解决在两个感压元件沿横向背离设置时感压元件较小时，感压元件的热影响区离感应区较近，降低感压元件的性能，会导致芯片感受到的压力比实际压力存在偏差的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种芯体结构，包括：

烧结座，所述烧结座沿第一方向间隔设有开口朝向第二方向的第一腔室和第二腔室，所述烧结座内形成有连接通道，所述第二腔室在与所述连接通道的连通处形成有连接口；

具有预压结构的第一金属隔膜和第二金属隔膜，所述第一金属隔膜和所述第二金属隔膜分别安装在所述第一腔室和所述第二腔室的内侧壁，以将所述第一腔室和所述第二腔室分别隔成沿第二方向上的上腔和下腔，所述第一腔室的下腔和所述第二腔室的下腔分别用于接入第一流体压力和第二流体压力；

压力芯片，设于所述连接口并封接所述连接口；

其中，所述连接通道与所述第一腔室的上腔连通并形成第一通道，所述第一通道、所述第二腔室的上腔分别填充有流体介质，以分别与所述第一金属隔膜、所述第二金属隔膜接合。

本发明通过所述烧结座沿第一方向间隔设有开口朝向第二方向的第一腔室和第二腔室，所述烧结座内形成有连接通道，所述第二腔室在与所述连接通道的连通处形成有连接口，所述第一金属隔膜和所述第二金属隔膜分别安装在所述第一腔室和所述第二腔室的内侧壁，以将所述第一腔室和所述第二腔室分别隔成沿第二方向上的上腔和下腔，所述第一腔室的下腔和所述第二腔室的下腔分别用于接入第一流体压力和第二流体压力，压力芯片设于所述连接口并封接所述连接口，在增大第一金属隔膜和第二金属隔膜的尺寸时不会增加芯体结构高度，解决了感压元件较小时，感压元件的热影响区离感应区较近，降低了感压元件的性能，会导致芯片感测到的经感压元件传递后的压力与实际压力存在偏差的问题。

优选地，所述第一金属隔膜和所述第二金属隔膜分别焊接在所述第一腔室和所述第二腔室的内壁。

优选地，所述芯体结构还包括第一压接部和第二压接部，所述第一压接部和所述第二压接部之间压设有所述第一金属隔膜，所述第一压接部、所述第二压接部以及第一金属隔膜固定设置，形成第一隔膜组件，所述第一隔膜组件安装在所述第一腔室的内壁,所述第二压接部位于所述第一金属隔膜靠近所述烧结座的一侧；和/或，

所述芯体结构还包括第三压接部和第四压接部，所述第三压接部和所述第四压接部之间压设有所述第二金属隔膜，所述第三压接部、所述第四压接部以及第二金属隔膜固定设置，形成第二隔膜组件，所述第二隔膜组件安装在所述第二腔室的内壁，所述第四压接部位于所述第二金属隔膜靠近所述烧结座的一侧。

优选地，所述第一隔膜组件焊接在所述第一腔室的内壁；所述第二隔膜组件焊接在所述第二腔室的内壁。

优选地，所述第二压接部为第一压接块，所述第一压接块，所述第一压接块与所述第一金属隔膜沿所述第二方向间隔设置，间隔距离为H1，所述第一压接块沿所述第二方向贯设有第一连通孔，所述第一连通孔的孔径为D1，0.4mm≤H1≤0.8mm，1mm≤D1≤2mm；

所述第四压接部为第二压接块，所述第二压接块与所述第二金属隔膜沿所述第二方向间隔设置，间隔距离为H2，所述第二压接块沿所述第二方向贯设有第二连通孔，所述第二连通孔的孔径为D2,0.4mm≤H2≤0.8mm，1mm≤D2≤2mm。

优选地，所述第一金属隔膜为第一波纹片，所述第二金属隔膜为第二波纹片。

优选地，所述烧结座还贯设有若干个与所述第二腔室连通的安装孔；

所述芯体结构还包括管脚，管脚穿设所述安装孔并与所述安装孔的内壁绝缘密封设置，且所述管脚通过玻璃子与所述安装孔的内壁绝缘密封设置，所述管脚与所述压力芯片电性连接。

优选地，所述管脚通过玻璃子与所述安装孔的内壁绝缘密封设置；

所述管脚与所述安装孔的连接处设有密封结构。

优选地，所述密封结构为硅胶。

为了实现上述目的，本发明还提供一种压力传感器，该压力传感器包括上述的芯体结构。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例提供的压力传感器的剖视图；

图2为图1中部分结构的一剖视图；

图3为图2中部分结构一实施例的立体图；

图4为图3中烧结座的立体图；

图5为图3中第一隔膜组件一实施例的剖视图；

图6为图3中第二隔膜组件一实施例的剖视图。

本发明附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1至图6示出了压力传感器的结构示意图，本发明提供一种芯体结构，请参阅图1至图3，该芯体结构包括烧结座1、具有预压结构的第一金属隔膜21和第二金属隔膜31以及压力芯片4，所述烧结座1沿第一方向(在本实施例中，第一方向为图1中左右方向)间隔设有开口朝向第二方向(在本实施例，第二方向为上下方向)的第一腔室11和第二腔室12，所述烧结座1内形成有连接通道13，所述第二腔室12在与所述连接通道13的连通处形成有连接口14，所述第一金属隔膜21和所述第二金属隔膜31分别安装在所述第一腔室11和所述第二腔室12的内侧壁，以将所述第一腔室11和所述第二腔室12分别隔成沿第二方向上的上腔111、121和下腔112、122，所述第一腔室11的下腔112、122和所述第二腔室12的下腔112、122分别用于接入第一流体压力和第二流体压力，压力芯片4设于所述连接口14并封接所述连接口14，其中，所述连接通道13与所述第一腔室11的上腔111、121连通并形成第一通道，所述第一通道、所述第二腔室12的上腔111、121分别填充有流体介质(在本实施例中，流体介质为硅油)，以分别与所述第一金属隔膜21、所述第二金属隔膜31接合。

现有技术中应用于废气再循环系统用于测量压差的压力传感器包括具有烧结座1的芯体、两个密封接头以及底座，所述烧结座1横向延伸，且所述芯体的两个感压元件沿横向背离设置且分别通两个密封接头的一端密封连接，所述两个密封接头的另一端安装在所述底座上，由于感压元件较小时，感压元件的热影响区离感应区较近，降低了感压元件的性能，会导致芯片感测到的经感压元件传递后的压力与实际压力存在偏差，特别小量程(50kPa以下)的芯片较为敏感，芯片测量得到的压力与实际压力差更大，降低了测量精度，而增大感压元件直径可以改善这一问题，但又会造成烧结座1芯体的整体增高，导致压力传感器产品整体增高。

本发明通过所述烧结座1沿第一方向间隔设有开口朝向第二方向的第一腔室11和第二腔室12，所述烧结座1内形成有连接通道13，所述第二腔室12在与所述连接通道13的连通处形成有连接口14，所述第一金属隔膜21和所述第二金属隔膜31分别安装在所述第一腔室11和所述第二腔室12的内侧壁，以将所述第一腔室11和所述第二腔室12分别隔成沿第二方向上的上腔111、121和下腔112、122，所述第一腔室11的下腔112和所述第二腔室12的下腔122分别用于接入第一流体压力和第二流体压力，压力芯片4设于所述连接口14并封接所述连接口14，在增大第一金属隔膜21和第二金属隔膜31(在本实施例中，感压元件为第一金属隔膜21和第二金属隔膜31)的尺寸时不会增加芯体结构高度，解决了感压元件较小时，感压元件的热影响区离感应区较近，降低了感压元件的性能，会导致芯片感测到的经感压元件传递后的压力与实际压力存在偏差的问题。

进一步地，本发明通过设置具有预压结构的第一金属隔膜21和第二金属隔膜31，相较平膜，对压力更敏感度更高，更易感知微小压力，且抗过压能力更强，更能保证产品在使用过程中过高压力的塑性形变。

进一步地，通常平模(即不具有预压结构的)抗过压能力相对较差，对压力敏感度相对低，有过滤微小压力的风险，且产品在使用过程中过低压力导致产品临时失效，产品经过较长时间后才能恢复正常，甚至无法恢复正常，另外，平膜通常是无法焊接在烧结座1或者说对焊接技术要求过高，通常需要通过粘接固定，如此需要平膜的直径特别大，且粘接区域需要非常大以保证固定的稳固性，如此，导致带来的应力大；另外，粘接通常采用硅胶进行粘接，硅胶应用范围窄(量程通常在-40℃～180℃)，在量程大时，容易超出范围，退化严重，且硅胶热膨胀系数大，会对膜片产生一个压力，造成温漂大。

而本发明实施例中，第一金属隔膜21和第二金属隔膜31由于设置预压结构，相较平膜可以使第一金属隔膜21和第二金属隔膜31对压力敏感度更高，易感知微小压力，抗过压能力更强，更能保证产品在使用过程中过高压力的塑性形变，所述第一金属隔膜21和所述第二金属隔膜31分别焊接在所述第一腔室11和所述第二腔室12的内壁，解决了粘接带来的问题。在本实施例中，所述第一金属隔膜21为第一波纹片，所述第二金属隔膜31为第二波纹片。

具体工作时，第一流体压力和第二流体压力其中之一为高压流体，另一为低压流体。第一流体压力接合第一金属隔膜21，第一流体压力经过第一金属隔膜21传递给连接通道13的的流体介质，以将第一流体压力传递给压力芯片4的一面，第二流体压力结合第二金属隔膜31，第二流体压力经过第二金属隔膜31传递给第二腔室12的上腔121内的流体介质，以将第二流体压力传递给压力芯片4的另一面，如此通过压力芯片4感测第一流体压力和第二流体压力的压力差。

为了减少焊接成本，提高焊接的可靠性，请参阅图5，所述芯体结构还包括第一压接部22和第二压接部23，所述第一压接部22和所述第二压接部23之间压设有所述第一金属隔膜21，所述第一压接部22、所述第二压接部23以及第一金属隔膜21固定设置，形成第一隔膜组件2，所述第一隔膜组件2安装在所述第一腔室11的内壁,所述第二压接部23位于所述第一金属隔膜21靠近所述烧结座1的一侧，通过将第一隔膜组件2整体焊接在第一腔室11的内壁，降低了单独将第一金属隔膜21焊接在第一腔室11的内壁的难度，提高了焊接的可靠性。在本实施例中，第一压接部22为第一压环。由于第二压接部23与第一金属隔膜21之间的空间过大导致油量过大，降低压力的响应速度，油量过小，随着时间会变少损耗，因此，在本实施例中，所述第二压接部23为第一压接块231，所述第一压接块231，所述第一压接块231与所述第一金属隔膜21沿所述第二方向间隔设置，间隔距离为H1，所述第一压接块231沿所述第二方向贯设有第一连通孔2311，所述第一连通孔2311的孔径为D1，0.4mm≤H1≤0.8mm，1mm≤D1≤2mm，如此，可以避免第一压接块231与第一金属隔膜21之间的空间过大或过小。

同样地，为了减少焊接成本，请参阅图6，所述芯体结构还包括第三压接部32和第四压接部33，所述第三压接部32和所述第四压接部33之间压设有所述第二金属隔膜31，所述第三压接部32、所述第四压接部33以及第二金属隔膜31固定设置，形成第二隔膜组件3，所述第二隔膜组件3安装在所述第二腔室12的内壁，所述第四压接部33位于所述第二金属隔膜31靠近所述烧结座1的一侧。通过将第二隔膜组件3整体焊接在第二腔室12的内壁，降低了单独将第二金属隔膜31焊接在第二腔室12的内壁的难度，提高了焊接的可靠性。在本实施例中，第三压接部32为第二压环。由于第四压接部33与第二金属隔膜31之间的空间过大导致油量过大，降低压力的响应速度，油量过小，随着时间会变少损耗，因此，在本实施例中，所述第四压接部33为第二压接块331，所述第二压接块331与所述第二金属隔膜31沿所述第二方向间隔设置，间隔距离为H2，所述第二压接块331沿所述第二方向贯设有第二连通孔3311，所述第二连通孔3311的孔径为D2,0.4mm≤H2≤0.8mm，1mm≤D2≤2mm，如此，可以避免第一压接块231与第一金属隔膜21之间的空间过大或过小。

另外，请参阅图4，所述烧结座1还贯设有若干个与所述第二腔室12连通的安装孔15；所述芯体结构还包括管脚5，管脚5穿设所述安装孔15并与所述安装孔15的内壁绝缘密封设置，且所述管脚5通过玻璃子6与所述安装孔15的内壁绝缘密封设置，所述管脚5与所述压力芯片4电性连接。即，本发明采用整体烧结座1结构，在烧结座1的烧结座1中设置用于安装管脚5的安装孔15，避免传统采用TO座，再将TO座焊接至烧结座1的烧结座1，如此，减少焊接工艺，减少了泄露风险点。在本实施例中，所述管脚5通过玻璃子6与所述安装孔15的内壁绝缘密封设置；所述管脚5与所述安装孔15的连接处设有密封结构。在本实施例中，密封结构为硅胶。通过在管脚5与所述安装孔15的连接处设有密封结构，可以有效防止玻璃子6在高温环境下发生微裂纹时产生漏液或者漏气的现象。具体地，所述密封结构设置在安装孔15的靠近第二腔室12的外沿，如此密封结构受到第二腔室12内流体介质的压力，因此压力的改变不会使玻璃子6脱落，相反使连接的更稳固，避免了在高温条件下玻璃子6容易产生微裂纹，热匹配性不好，影响密封性，容易出现漏液或者漏气等现象的问题。

本发明还提供一种压力传感器，该压力传感器包括上述芯体结构，该压力传感器包括上述芯体结构的所有实施例。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种芯体结构，其特征在于，包括：

烧结座，所述烧结座沿第一方向间隔设有开口朝向第二方向的第一腔室和第二腔室，所述烧结座内形成有连接通道，所述第二腔室在与所述连接通道的连通处形成有连接口；

具有预压结构的第一金属隔膜和第二金属隔膜，所述第一金属隔膜和所述第二金属隔膜分别安装在所述第一腔室和所述第二腔室的内侧壁，以将所述第一腔室和所述第二腔室分别隔成沿第二方向上的上腔和下腔，所述第一腔室的下腔和所述第二腔室的下腔分别用于接入第一流体压力和第二流体压力；

压力芯片，设于所述连接口并封接所述连接口；

其中，所述连接通道与所述第一腔室的上腔连通并形成第一通道，所述第一通道、所述第二腔室的上腔分别填充有流体介质，以分别与所述第一金属隔膜、所述第二金属隔膜接合。

2.如权利要求1所述的芯体结构，其特征在于，所述第一金属隔膜和所述第二金属隔膜分别焊接在所述第一腔室和所述第二腔室的内壁。

3.如权利要求1所述的芯体结构，其特征在于，所述芯体结构还包括第一压接部和第二压接部，所述第一压接部和所述第二压接部之间压设有所述第一金属隔膜，所述第一压接部、所述第二压接部以及第一金属隔膜固定设置，形成第一隔膜组件，所述第一隔膜组件安装在所述第一腔室的内壁,所述第二压接部位于所述第一金属隔膜靠近所述烧结座的一侧；和/或，

所述芯体结构还包括第三压接部和第四压接部，所述第三压接部和所述第四压接部之间压设有所述第二金属隔膜，所述第三压接部、所述第四压接部以及第二金属隔膜固定设置，形成第二隔膜组件，所述第二隔膜组件安装在所述第二腔室的内壁，所述第四压接部位于所述第二金属隔膜靠近所述烧结座的一侧。

4.如权利要求3所述的芯体结构，其特征在于，所述第一隔膜组件焊接在所述第一腔室的内壁；所述第二隔膜组件焊接在所述第二腔室的内壁。

5.如权利要求3所述的芯体结构，其特征在于，所述第二压接部为第一压接块，所述第一压接块与所述第一金属隔膜沿所述第二方向间隔设置，间隔距离为H1，所述第一压接块沿所述第二方向贯设有第一连通孔，所述第一连通孔的孔径为D1，0.4mm≤H1≤0.8mm，1mm≤D1≤2mm；

所述第四压接部为第二压接块，所述第二压接块与所述第二金属隔膜沿所述第二方向间隔设置，间隔距离为H2，所述第二压接块沿所述第二方向贯设有第二连通孔，所述第二连通孔的孔径为D2,0.4mm≤H2≤0.8mm，1mm≤D2≤2mm。

6.如权利要求1所述的芯体结构，其特征在于，所述第一金属隔膜为第一波纹片，所述第二金属隔膜为第二波纹片。

7.如权利要求1所述的芯体结构，其特征在于，所述烧结座还贯设有若干个与所述第二腔室连通的安装孔；

所述芯体结构还包括管脚，管脚穿设所述安装孔并与所述安装孔的内壁绝缘密封设置，且所述管脚通过玻璃子与所述安装孔的内壁绝缘密封设置，所述管脚与所述压力芯片电性连接。

8.如权利要求7所述的芯体结构，其特征在于，所述管脚通过玻璃子与所述安装孔的内壁绝缘密封设置；

所述管脚与所述安装孔的连接处设有密封结构。

9.如权利要求8所述的芯体结构，其特征在于，所述密封结构为硅胶。

10.一种压力传感器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的芯体结构。

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