CN116105801A - 一种模块化装配的压力温度传感器及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本申请适用于复合传感器领域，提供了一种模块化装配的压力温度传感器及装配方法，该复合传感器包括：压力芯片、陶瓷PCB、塑料基座、NTC电阻、探头外壳、传感器壳体和连接器；压力芯片焊接在陶瓷PCB的装配表面；陶瓷PCB置于塑料基座的中央凹槽中，陶瓷PCB通过第一金属弹片和第一金属片与塑料基座电连接；NTC电阻压接在塑料基座的底部，探头外壳包覆在NTC电阻的外侧，与塑料基座装配在一起；连接器位于塑料基座的上方，与塑料基座装配并将陶瓷PCB固定；传感器壳体包覆在探头外壳的外侧，与连接器连接，将压力芯片、陶瓷PCB、NTC电阻、探头外壳封装在一起。本申请的压力温度传感器结构简单、装配方便、电路单元所受应力小，能够提高压力温度传感器的可靠性。

Description

一种模块化装配的压力温度传感器及其装配方法

技术领域

本申请属于压力温度传感器领域，特别是涉及一种模块化装配的压力温度传感器及其装配方法。

背景技术

目前常用的压力温度传感器多采用陶瓷压力芯体或MEMS压力芯体和NTC电阻组合封装后进行压力和温度测量，存在结构复杂、装配工艺难度高等缺点，且部分传感器内部的电路单元与金属外壳直接接触，外壳承受外力时会对电路单元产生较大的应力，导致产品的可靠性降低。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种模块化装配的压力温度传感器及装配方法，结构简单、装配方便，能够解决外壳承受外力时会对电路单元产生较大的应力，导致产品的可靠性降低的问题。

本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种模块化装配的压力温度传感器，包括：

压力芯片、陶瓷PCB、塑料基座、NTC电阻、探头外壳、传感器壳体和连接器；

压力芯片焊接在陶瓷PCB的装配表面；

陶瓷PCB置于塑料基座的中央凹槽中，陶瓷PCB通过第一金属弹片和第一金属片与塑料基座电连接；第一金属弹片位于陶瓷PCB的底面，第一金属片位于塑料基座的中央凹槽的内部；

NTC电阻压接在塑料基座的底部；探头外壳包覆在NTC电阻的外侧，与塑料基座装配在一起；

连接器位于塑料基座的上方，与塑料基座装配在一起，将陶瓷PCB固定；

传感器壳体包覆在探头外壳的外侧，与连接器连接，将压力芯片、陶瓷PCB、NTC电阻、探头外壳封装在一起。

基于第一方面，在一些实施例中，连接器通过第二金属弹片和第二金属片与陶瓷PCB电连接，第二金属弹片位于陶瓷PCB的装配表面；第二金属片位于连接器的底面。

基于第一方面，在一些实施例中，塑料基座的底部设置凸出结构；凸出结构内部贯通并设置有金属支架；凸出结构与探头外壳连接；金属支架从内部贯通与第一金属片连接。

基于第一方面，在一些实施例中，塑料基座的中央凹槽的内部设置有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽的中轴线和第二凹槽的中轴线重合；第一凹槽的尺寸小于第二凹槽的尺寸；陶瓷PCB置于第二凹槽内，第一金属片设有多个，分布于第一凹槽和第二凹槽的底面。

基于第一方面，在一些实施例中，第一凹槽为圆形凹槽，第二凹槽为矩形凹槽；第一凹槽的直径小于第二凹槽的宽度。

基于第一方面，在一些实施例中，塑料基座的上表面设置有凸台，连接器的底部设有第三凹槽；第三凹槽与凸台的形状相同，相互配合进行装配。

基于第一方面，在一些实施例中，凸出结构外侧设有凸起，探头外壳内侧设有与凸起对应的第四凹槽。

基于第一方面，在一些实施例中，传感器外壳内部设有第五凹槽。

基于第一方面，在一些实施例中，压力芯片为硅基的倒装焊的压阻芯片，压力芯片的背面植有锡球。

本申请实施例的第二方面提供了一种模块化装配的压力温度传感器的装配方法，包括：

将压力芯片焊接在陶瓷PCB的装配表面；

将陶瓷PCB置于塑料基座的中央凹槽中，通过第一金属弹片和第一金属片将陶瓷PCB与塑料基座电连接；第一金属弹片位于陶瓷PCB的底面，第一金属片位于塑料基座的中央凹槽的内部；

将NTC电阻压接在塑料基座的底部，并将探头外壳包覆在NTC电阻的外侧，与塑料基座装配在一起；

将连接器置于塑料基座的上方，与塑料基座装配在一起，将陶瓷PCB固定；

将传感器壳体包覆在探头外壳的外侧，与连接器连接，将压力芯片、陶瓷PCB、NTC电阻、探头外壳封装在一起。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例，通过将陶瓷PCB板和塑料基板弹性连接，将陶瓷PCB固定于塑料基座中不与金属外壳直接接触，有效降低传感器内部元件受到的应力。NTC电阻、陶瓷PCB以及连接器的连接无需复杂的焊接工艺，模块化装配，生产难度低。因此通过减小电路单元所受应力以及降低装配难度，能够提高该压力温度传感器的可靠性。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的模块化装配的压力温度传感器的爆炸图；

图2是本申请一实施例提供的模块化装配的压力温度传感器的结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的塑料基座利用第一卡扣结构与塑料基座装配的结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的陶瓷PCB装配在塑料基座中的结构示意图；

图5是本申请一实施例提供的压力芯片底面焊球的示意图；

图6是本申请一实施例提供的压力芯片装配在陶瓷PCB底面的示意图；

图7是本申请一实施例提供的塑料基座和陶瓷PCB配合面的结构示意图；

图8是本申请一实施例提供的塑料基座的结构示意图；

图9是本申请一实施例提供的塑料基座的截面示意图；

图10是本申请一实施例提供的连接器底面的结构示意图；

图11是本申请一实施例提供的陶瓷PCB的装配表面上第二金属弹片示意图；

图12是本申请一实施例提供的凸出结构的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本申请一实施例提供的模块化装配的压力温度传感器的爆炸图，参照图1和图2，该模块化装配的压力温度传感器包括：压力芯片100、陶瓷PCB200、塑料基座300、NTC电阻400、探头外壳500、传感器壳体600和连接器700。

压力芯片100焊接在陶瓷PCB200的装配表面。陶瓷PCB200置于塑料基座300的中央凹槽中，陶瓷PCB200通过第一金属弹片201和第一金属片与塑料基座300电连接；第一金属弹片201位于陶瓷PCB200的底面，第一金属片位于塑料基座300的中央凹槽的内部。NTC电阻400压接在塑料基座300的底部，探头外壳500包覆在NTC电阻400的外侧，与塑料基座300装配在一起。连接器700位于塑料基座300的上方，与塑料基座300装配在一起，将陶瓷PCB200固定，如图3和图4所示。传感器壳体600包覆在探头外壳500的外侧，与连接器700连接，将压力芯片100、陶瓷PCB200、NTC电阻400、探头外壳500封装在一起。

示例性的，如图5和图6所示，通过锡焊工艺将压力芯片100焊接到陶瓷PCB200上。示例性的，焊球的数量可以设置为4个，从而可以实现芯片支撑和传递电信号作用。

其中，压力芯片100为硅基的倒装焊的压阻芯片，压力芯片100的背面植有焊球，球焊可以为锡球。硅基MEMS压力芯片的体积小，可以实现小体积封装。

示例性的，如图7所示，塑料基座300上内嵌导电的第一金属片301，陶瓷PCB200底面上安装与第一金属片301对应的第一金属弹片201。第一金属片和第一金属弹片201的位置和数量一般是相同的。

通过将陶瓷PCB200和塑料基座300弹性连接，将陶瓷PCB200固定于塑料基座300中不与金属外壳直接接触，有效降低传感器内部元件受到的应力。NTC电阻400、陶瓷PCB200以及连接器700的连接无需复杂的焊接工艺，模块化装配，生产难度低。因此通过减小电路单元所受应力以及降低装配难度，能够提高该压力温度传感器的可靠性。

一实施例中，如图8和图9所示，图9为图8的竖直截面示意图，塑料基座300的中央凹槽的内部设置有第一凹槽302和第二凹槽303，第一凹槽302的中轴线和第二凹槽303的中轴线重合；第一凹槽302的尺寸小于第二凹槽303的尺寸；陶瓷PCB200置于第二凹槽303内，第一金属片301设有多个，分布于第一凹槽302和第二凹槽303的底面；第一凹槽302的侧壁设有第一O型圈。

示例性的，中央凹槽包括第一凹槽301和第二凹槽302，第一凹槽302的底面与中央凹槽的底面为同一底面，第二凹槽303的槽口为中央凹槽的槽口，第一凹槽302的槽口将第二凹槽303的底面贯通，形成双层凹槽结构。

示例性的，第一O型圈可以为橡胶圈，起到密封作用。

一实施例中，第一凹槽302可以为圆形凹槽，第二凹槽303可以为矩形凹槽；第一凹槽302的直径小于第二凹槽303的宽度，如图9所示。陶瓷PCB200固定于塑料基座300的矩形凹槽中，相较于铝合金材料的外壳，塑料材料的弹性更好，当传感器受到外界应力时塑料基座300对陶瓷PCB200起到保护作用，降低陶瓷PCB200及陶瓷PCB200上的电子元件所受到的应力冲击。

其中，第一金属片301和第一金属弹片201的数量可以设置为3个。塑料基座300中的第一凹槽302内嵌2个第一金属片301，用于与NTC电阻400进行信号传输；第二凹槽303内嵌1个第一金属片301，可以用于接地。陶瓷PCB200通过金属弹片和NTC电阻400进行信号传输和接地，这种连接方式相较于焊接的方式更加简单。

示例性的，第一凹槽302内还设置通孔307，该通孔307用于通入被测液体或气体等被测物。

一实施例中，塑料基座300的上表面设置有凸台304，连接器700的底部设有第三凹槽702，如图10所示；第三凹槽702与凸台304的形状相同，相互配合进行装配。

一实施例中，参见图10和图11，连接器700通过第二金属弹片202和第二金属片703与陶瓷PCB200电连接，第二金属弹片202位于陶瓷PCB200的装配表面；第二金属片703位于连接器700的底面。

示例性的，陶瓷PCB200的装配表面和底面均设置金属弹片，分别与上方的连接器700，下方的塑料基座300进行弹性连接。陶瓷PCB200的装配表面上安装与第二金属片703对应的第二金属弹片202。第二金属片703和第二金属弹片202的位置和数量一般是相同的。第二金属片703和第二金属弹片202的数量可以设置为4个。通过第二金属弹片202和连接器700进电气连接，常用的压力温度传感器采用柔性电路和连接器700进行连接，需要焊接工艺，这种连接方式相较于焊接的方式更加简单，也能有效降低成本。

一实施例中，如图3所示，连接器700和塑料基座300的侧面设置有相互配合的第一卡扣结构，这种连接方式更加简单，易于安装或拆卸。

一实施例中，如图12所示，塑料基座300的底部设置凸出结构305；凸出结构305内部贯通并设置有金属支架306；凸出结构305与探头外壳500连接；金属支架306与第一金属片301一体成型铸在塑料基座300中，实现从凸出结构305的内部贯通与第一金属片301连接。

示例性的，如图12中虚线部分所示，凸出结构305外侧设有凸起308，探头外壳500内侧设有与凸起308对应的第四凹槽502，第四凹槽502与凸起308形成第二卡扣结构501，将塑料基座300和探头外壳500连接起来。

其中，NTC电阻400压接在上述金属支架306上，与塑料基座300形成连接，再通过第一金属片301和第一金属弹片201与陶瓷PCB200连接。

一实施例中，将装配好的压力芯片100、陶瓷PCB200、NTC电阻400和探头外壳500整体放入金属材料的传感器外壳中，连接器700与传感器外壳600用压铆工艺实现固定，然后涂密封胶进行密封防护。

具体的，传感器外壳600与探头外壳500之间设置有第二O型圈；传感器外壳内部设有第五凹槽，第二O型圈容纳于第五凹槽内。其中，传感器外壳可以为铝合金。

可见，本发明中陶瓷PCB、NTC电阻和连接器的连接方式采取弹性连接，通过将陶瓷PCB固定于塑料基座中不与金属外壳直接接触，有效降低传感器内部元件受到的应力，NTC电阻、陶瓷PCB以及连接器的连接无需复杂的焊接工艺，模块化装配，生产难度低。本发明所采用的芯体为硅基MEMS压力芯片，可以实现小体积封装。

本申请实施例还提供了一种模块化装配的压力温度传感器的装配方法，基于上述模块化装配的压力温度传感器实现，该装配方法包括：将压力芯片焊接在陶瓷PCB的装配表面。将陶瓷PCB置于塑料基座的中央凹槽中，通过第一金属弹片和第一金属片将陶瓷PCB与塑料基座电连接；第一金属弹片位于陶瓷PCB的底面，第一金属片位于塑料基座的中央凹槽的内部。将NTC电阻压接在塑料基座的底部，并将探头外壳包覆在NTC电阻的外侧，与塑料基座装配在一起。将连接器置于塑料基座的上方，与塑料基座装配在一起，将陶瓷PCB固定。将传感器壳体包覆在探头外壳的外侧，与连接器利用第一卡扣结构连接，将压力芯片、陶瓷PCB、NTC电阻、探头外壳封装在一起。

可以理解的是，上述一种模块化装配的压力温度传感器的装配方法的有益效果可以参见上述一种模块化装配的压力温度传感器中的相关描述，在此不再赘述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，包括：压力芯片、陶瓷PCB、塑料基座、NTC电阻、探头外壳、传感器壳体和连接器；

所述压力芯片焊接在所述陶瓷PCB的装配表面；

所述陶瓷PCB置于所述塑料基座的中央凹槽中，所述陶瓷PCB通过第一金属弹片和第一金属片与所述塑料基座电连接；所述第一金属弹片位于所述陶瓷PCB的底面，所述第一金属片位于所述塑料基座的中央凹槽的内部；

所述NTC电阻压接在所述塑料基座的底部；所述探头外壳包覆在所述NTC电阻的外侧，与所述塑料基座装配在一起；

所述连接器位于所述塑料基座的上方，与所述塑料基座装配在一起，将所述陶瓷PCB固定；

所述传感器壳体包覆在所述探头外壳的外侧，与所述连接器连接，将所述压力芯片、所述陶瓷PCB、所述NTC电阻、所述探头外壳封装在一起。

2.如权利要求1所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述连接器通过第二金属弹片和第二金属片与所述陶瓷PCB电连接，所述第二金属弹片位于所述陶瓷PCB的装配表面；所述第二金属片位于所述连接器的底面。

3.如权利要求1所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述塑料基座的底部设置凸出结构；所述凸出结构内部贯通并设置有金属支架；所述凸出结构与所述探头外壳连接；所述金属支架从内部贯通与第一金属片连接。

4.如权利要求1所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述塑料基座的中央凹槽的内部设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的中轴线和所述第二凹槽的中轴线重合；所述第一凹槽的尺寸小于所述第二凹槽的尺寸；所述陶瓷PCB置于第二凹槽内，所述第一金属片设有多个，分布于所述第一凹槽和所述第二凹槽的底面。

5.如权利要求4所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述第一凹槽为圆形凹槽，所述第二凹槽为矩形凹槽；所述第一凹槽的直径小于所述第二凹槽的宽度。

6.如权利要求1所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述塑料基座的上表面设置有凸台，所述连接器的底部设有第三凹槽；所述第三凹槽与所述凸台的形状相同，相互配合进行装配。

7.如权利要求3所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述凸出结构外侧设有凸起，所述探头外壳内侧设有与所述凸起对应的第四凹槽。

8.如权利要求1所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述传感器外壳内部设有第五凹槽。

9.如权利要求1所述的模块化装配的压力温度传感器，其特征在于，所述压力芯片为硅基的倒装焊的压阻芯片，所述压力芯片的背面植有锡球。

10.一种模块化装配的压力温度传感器的装配方法，其特征在于，包括：

将压力芯片焊接在陶瓷PCB的装配表面；

将所述陶瓷PCB置于塑料基座的中央凹槽中，通过第一金属弹片和第一金属片将所述陶瓷PCB与所述塑料基座电连接；所述第一金属弹片位于所述陶瓷PCB的底面，所述第一金属片位于所述塑料基座的中央凹槽的内部；

将NTC电阻压接在所述塑料基座的底部，并将探头外壳包覆在所述NTC电阻的外侧，与所述塑料基座装配在一起；

将连接器置于所述塑料基座的上方，与所述塑料基座装配在一起，将所述陶瓷PCB固定；

将传感器壳体包覆在所述探头外壳的外侧，与所述连接器连接，将所述压力芯片、所述陶瓷PCB、所述NTC电阻、所述探头外壳封装在一起。

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