CN1825079A - 压力传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种压力传感器，压力壳体(3)(金属壳体(6))与接头壳体(4)之间夹着绝缘构件(5)而被硬焊接合。在金属壳体(6)与绝缘构件(5)之间、以及接头壳体(4)与绝缘构件(5)之间，分别夹着应力缓和构件(20)(20a、20b)，用以缓和由于上述硬焊接合而产生于绝缘构件(5)上的应力。本发明的压力传感器结构简单，可以确保压力壳体与接头壳体之间的良好接合状态。

Description

压力传感器及其制造方法

技术领域

本发明关于压力传感器及其制造方法。

背景技术

以往有一种具备压力壳体和接头壳体的压力传感器，在该压力壳体的内部形成压力室，同时在此压力室配置有压敏元件(传感器芯片)，在接头壳体上形成流路，用于将作为测量对象的流体导入压力壳体的内部。通常，在这种压力传感器中，压敏元件是被配置在用隔膜隔出的压力室内，该压力室内充满压力传递媒体(硅油等)。并且，导入压力壳体内的流体推压隔膜的压力、即该流体的压力经由充满压力室内的压力传递媒体而传递到传感器芯片。

但是，采用上述结构时，当压力壳体与压敏元件之间产生电位差时，会在压力室内的压力传递媒体中产生电介质极化，结果可能造成测量精度降低。为此，以往是通过把绝缘构件夹设在压力壳体与接头壳体之间而使两者之间电气绝缘(专利文献1)。并且，采用此种结构可防止压力传递媒体的电介质极化，能够进行高精度的压力测量。

专利文献1：日本特开2004-37318号公报

然而，压力壳体及接头壳体通常用不锈钢或是黄铜等金属形成，当将两者夹着绝缘构件而接合时，通常是采用银焊料等硬焊接合。然而，由于这种压力壳体及接头壳体(金属)与绝缘构件(陶瓷)间的热膨胀率不同，因此在硬焊接合时的高温加热及冷却过程中，在其接合部会由于热膨胀率的差异而产生应力，可能会由于该应力及其残留应力而产生对绝缘构件的破坏、或是接合强度降低等不良现象。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题，目的是提供一种压力传感器及其制造方法，以简单的结构确保压力壳体与接头壳体之间的良好接合状态。

为了解决上述的问题，技术方案1的压力传感器具备压力壳体和接头壳体，在压力壳体的内部形成压力室并且在该压力室配置有压敏元件，在接头壳体上形成流路，用于将成为测量对象的流体导入该压力壳体的内部，上述压力壳体与上述接头壳体之间夹着绝缘构件而被硬焊接合，其特征在于，在上述压力壳体或是上述接头壳体与上述绝缘构件之间的至少一方夹着应力缓和构件，用来缓和由于上述硬焊接合而作用在上述绝缘构件上的应力。

技术方案2的特征在于，上述应力缓和构件由软质金属或是低热膨胀率的合金形成。

采用上述各结构，在硬焊接合时的高温加热以及其冷却过程中，可以缓和由于压力壳体以及接头壳体与绝缘构件之间的热膨胀率差异而作用于绝缘构件的应力。其结果，可以防止该应力及其残留应力对绝缘构件造成的破坏、或是接合强度的降低等不良情形产生，能够确保压力壳体与接头壳体之间的良好接合状态。

技术方案3的特征在于，上述应力缓和构件具有在两个接合面开口的至少一个贯通孔。

采用上述结构，压力壳体与接头壳体(以及绝缘构件)在硬焊接合时，配置在各个应力缓和构件的各个接合面中位于上侧的那个接合面上的焊料会由于加热处理而熔融，并向下侧的接合面侧流下。因此，无须在下侧的接合面侧配置焊料，就能够将应力缓和构件与压力壳体及绝缘构件之间，以及应力缓和构件与接头壳体以及绝缘构件之间可靠地硬焊接合。结果是可以容易地完成该硬焊接合工序，并且可节约焊料用量，而可降低制造成本。再者，由于设有贯通孔，应力缓和构件容易变形。其结果，可以更有效地缓和作用于绝缘构件的应力。并且可在不影响应力缓和功能的前提下以廉价材料来形成应力缓和构件。

技术方案4的特征在于，上述接头壳体的焊接上述绝缘构件的接合部形成凸缘状，并且将该凸缘部的厚度设成能够缓和上述应力的薄壁。

采用上述结构，接头壳体与绝缘构件之间无须夹着应力缓和构件，可以确保良好的接合状态，其结果，可以容易地完成硬焊接合工序，并且可以抑制制造成本。

技术方案5的特征在于，上述应力缓和构件具有将上述压力壳体的内部与上述流路连通的连通孔，且该连通孔是在上述硬焊接合后形成。

采用上述结构，可以防止在硬焊接合的高温加热处理(约800℃左右)时接头壳体的金属成分挥发而附着到绝缘构件上，其结果是可以排除因这种金属成分附着而破坏绝缘性的可能性。特别是，黄铜中所含的锌(Zn)的融点低于作为焊料使用的银焊料的融点，所以当接头壳体用黄铜形成时，最好采用这种制造方法。

技术方案6的特征在于，上述应力缓和构件的形成上述贯通孔的部分形成薄壁。

采用上述结构，便于在硬焊接合后形成连通孔。

技术方案7是一种压力传感器的制造方法，该压力传感器具备压力壳体和接头壳体，在压力壳体的内部形成压力室并且在该压力室配置有压敏元件，在接头壳体上形成流路，用于将成为测量对象的流体导入该压力壳体的内部，上述压力壳体与上述接头壳体之间夹着绝缘构件而被硬焊接合，其特征在于，具有：在上述压力壳体或是上述接头壳体与上述绝缘构件之间的至少一方夹入用来缓和由于上述硬焊接合而作用在上述绝缘构件上的应力的应力缓和构件、以进行上述硬焊接接合的工序；在完成上述硬焊接接合的工序后、在上述应力缓和构件上形成将上述压力壳体的内部与上述流路连通的连通孔的工序。

采用本发明，可提供结构简单、能确保压力壳体与接头壳体之间良好的接合状态的压力传感器及其制造方法。

附图说明

图1是第1实施例的压力传感器的剖视图。

图2(a)是应力缓和构件的俯视图；(b)是应力缓和构件的A-A剖视图。

图3是形成于应力缓和构件上的贯通孔的作用说明图。

图4是第2实施例的压力传感器的剖视图。

图5(a)(b)是显示其它实施例的压力传感器的制造方法的说明图。

图6是显示其它实施例的应力缓和构件的剖面的模式图。

图7(a)(b)(c)(d)是其它实施例的应力缓和构件的俯视图。

符号说明

1、31：压力传感器  2：传感器芯片  3：压力壳体  4、32：接头壳体

5：绝缘构件  6：金属壳体  7：包覆部  9：压力室

20(20a、20b)、35、36、38a～38d：应力缓和构件

21：连通孔  22(22U、22L)：接合面  23、40a～40c：贯通孔

25：焊料  33：接合部  33a：凸缘部

具体实施方式

(第1实施例)

以下，依据图面说明本发明的第1实施例。

如图1所示，本实施例的压力传感器1具备压力壳体3、接头壳体4、绝缘构件5，在压力壳体3的内部配置有作为压敏元件的传感器芯片2，在接头壳体4上形成流路，用于将作为测量对象的流体导入该压力壳体的内部，绝缘构件5夹设在压力壳体3与接头壳体4间的接合部。

在本实施例中，压力壳体3的形成盘状的金属壳体6及包覆部7的各开口端6a、7a相互接合，其内部被夹设在金属壳体6与包覆部7之间的金属隔膜8分隔。被该金属隔膜8所分隔的包覆部7一侧的空间构成压力室9。又，在本实施例中，金属隔膜8的周缘利用激光熔接而与金属壳体6的开口端6a以及包覆部7的开口端7a接合。并且，包覆部7、金属壳体6以及金属隔膜8的接合是在后述的金属壳体6及接头壳体4(以及绝缘构件5)的接合之后进行。

在本实施例中，在金属壳体6的底部6b形成贯通孔10，用于把流体导入到压力壳体3内。传感器芯片2配置在包覆部7的底部7b，该包覆部7构成压力室9的上壁。该压力室9中充满作为压力传递媒体的硅油11。即，在本实施例中，导入压力壳体3内的流体的压力经由金属隔膜8以及硅油11而被传递到传感器芯片2。

又，设有贯穿包覆部7的底部7b的终端销12，该终端销12的一端经过焊丝13而连接到传感器芯片2。并且，终端销12的另一端连接于导线束14。在本实施例中，包覆部7与终端销12之间用玻璃系的密封材料密封。并且，终端销12的突出于包覆部7外部的部分以及该终端销12与导线束14间的连接部被成形树脂包覆。

另一方面，接头壳体4是用金属材料(黄铜或是不锈钢)形成有底的筒状，在其开口部4a附近的内周面上设有用来把该接头壳体4安装在压力测量对象装置上的螺纹部15。在接头壳体4的底部4b形成沿轴方向(图中的上下方向)贯通该底部4b的贯通孔16。在本实施例中，利用该贯通孔16及接头壳体4的内部空间来构成流路，用来把作为测量对象的流体导入于压力壳体3内。

在本实施例中，绝缘构件5由氧化铝系的陶瓷形成。压力壳体3与接头壳体4之间隔着(夹着)该绝缘构件5而被硬焊接合。具体来说，在压力壳体3与接头壳体4之间，金属壳体6的底部6b以及形成有构成上述流路的贯通孔16的底部4b分别与绝缘构件5硬焊接合。并且，在绝缘构件5上形成贯通孔17，用以将金属壳体6的贯通孔10与接头壳体4的贯通孔16连通，即，将压力壳体3的内部与形成于接头壳体4的流路连通。在本实施例的压力传感器1中，整个压力壳体3以及包含与该压力壳体3间的接合部在内的接头壳体4的一部分用绝缘性的树脂成形体18包覆。

本实施例中，在压力壳体3(金属壳体6)与绝缘构件5之间、以及接头壳体4与绝缘构件5之间分别夹着应力缓和构件20(20a、20b)，用来缓和由于上述硬焊接合而在绝缘构件5上产生的应力。金属壳体6与绝缘构件5之间、以及接头壳体4与绝缘构件5之间分别夹着各应力缓和构件20a、20b而被硬焊接合。

具体地说，本实施例中，应力缓和构件20用软质金属或是热膨胀率较低的金属(低热膨胀率金属)形成。软质金属可以使用铜或铝合金等，低热膨胀率金属可以使用铁-镍系的42合金(Fe-42％Ni)或铁-镍-钴系的科伐铁镍钴合金等。又，如图2(a)、(b)所示，在本实施例中，在应力缓和构件20上，除了将形成于绝缘构件5上的贯通孔17与金属壳体6的贯通孔10或接头壳体4的贯通孔16连通的连通孔21之外，还形成了在该应力缓和构件20的两个接合面22(22a、22b)上开口的多个贯通孔23。在本实施例中，各贯通孔23形成沿着应力缓和构件20的径向延伸的长孔状，而且沿着圆周方向以大致90°的间隔设置4处。

如图3所示，本实施例的压力传感器1是在在金属壳体6与绝缘构件5之间、以及接头壳体4与绝缘构件5之间分别配置各应力缓和构件20a、20b的状态下进行压力壳体3(金属壳体6)与接头壳体4(以及绝缘构件5)的硬焊接合，并且，用于该硬焊接合的焊料(银焊料)25只配置在各应力缓和构件20a、20b的各接合面22中位于上侧的接合面22U一侧。

即，在本实施例的应力缓和构件20上，由于形成贯通孔23，所以经加热处理而熔融的焊料25经由该各个贯通孔23而从上侧的接合面22U一侧朝下侧的接合面22L一侧流出。因此，无须在下侧的接合面22L一侧配置焊料25，就能够确实地将应力缓和构件20a与金属壳体6及绝缘构件5之间、以及应力缓和构件20b与接头壳体4及绝缘构件5之间硬焊接合。为了便于说明，图3中对各构件间的间隙作了较为夸张的处理，实际上各构件间的间隙是极为微小的。

采用本实施例，可以得到如以下的特征。

(1)压力壳体3(金属壳体6)与接头壳体4之间夹着绝缘构件5而硬焊接合。并且，在金属壳体6与绝缘构件5之间，以及接头壳体4与绝缘构件5之间，分别夹着用来缓和因上述硬焊接合而对绝缘构件5产生的应力的应力缓和构件20(20a、20b)。采用如此的结构，在硬焊接合时的高温加热以及其冷却过程中，可以缓和因压力壳体3以及接头壳体4与绝缘构件5之间的热膨胀率的差异而作用于绝缘构件5的应力。其结果，可以防止由于该应力以及其残留应力而导致对绝缘构件5的破坏、或接合强度降低，能够确保压力壳体与接头壳体之间的良好接合状态。

(2)在应力缓和构件20上，形成在该应力缓和构件20的两个接合面22(22a、22b)上开口的多个贯通孔23。采用如此结构，在将金属壳体6与接头壳体4(以及绝缘构件5)硬焊接合时，配置在各应力缓和构件20a、20b的各接合面22中位于上侧的接合面22U上的焊料25因加热处理而熔融，并朝下侧的接合面22L一侧流出。因此，无须在下侧的接合面22L一侧配置焊料25，就可以确实地将应力缓和构件20a与金属壳体6及绝缘构件5之间、以及应力缓和构件20b与接头壳体4及绝缘构件5之间硬焊接合。其结果，可以简化硬焊接合工序，同时抑制焊料的使用量，降低制造成本。再者，通过设置贯通孔23，使应力缓和构件20容易沿径向变形。其结果，能够更有效地缓和作用于绝缘构件5上的应力。而且可在不影响应力缓和功能的前提下用廉价的材料来形成应力缓和构件20。

(第2实施例)

以下，依据附图说明本发明的第2实施例。

为便于说明，凡与第1实施例相同的部分均用相同的符号表示并省略其说明。

如图4所示，在本实施例的压力传感器31中，在接头壳体32的外周面32a上，在贯通孔16开口的接合部33的附近，环绕其整个外周设有凹缺部34。绝缘构件5不经过应力缓和构件20而与该接合部33接合。

也就是说，在本实施例中，接头壳体32的与绝缘构件5接合的部分、即与绝缘构件5硬焊接合的接合部33由于上述凹缺部34而形成凸缘状。具体来说，此接合部33的凸缘部33a的厚度D设定成容易热变形的厚度。硬焊接合时，利用该凸缘部33a的热变形，能够缓和作用在绝缘构件5上的应力。因此，采用这种结构时，在接头壳体32与绝缘构件5之间不需要夹着应力缓和构件20而能够确保良好的接合状态，其结果，既容易实现硬焊接合工序，又可以抑制该制造成本。

上述各实施例也可以作以下变更。

在上述的第1实施例中，在压力壳体3(金属壳体6)与绝缘构件5之间、以及接头壳体4与绝缘构件5之间，分别夹着应力缓和构件20(20a、20b)。但是也可只在金属壳体6与绝缘构件5之间、或只在接头壳体4与绝缘构件5之间设置应力缓和构件20。也就是说，只要在其中至少一方设置应力缓和构件20即可。

又，在上述第2实施例中，绝缘构件5是不经过应力缓和构件20而与接头壳体32的接合部33接合，但也可以是夹着应力缓和构件20而接合。

虽然在上述各实施例中没有特别提到，但用来把绝缘构件5的贯通孔17与金属壳体6的贯通孔10或接头壳体4(32)的贯通孔16相连通的应力缓和构件20的连通孔21也可以是在各构件的硬焊接合之后形成。即，如图5(a)所示，首先使用未形成连通孔21的应力缓和构件35来进行各构件的硬焊接合。然后，如图5(b)所示，在硬焊接合之后再形成连通孔21。

采用上述结构，可以排除由于硬焊接合时的高温加热处理(约800℃左右)造成接头壳体4的金属成分挥发而附着到绝缘构件5的贯通孔17内、因而破坏其绝缘性的可能性。特别是，黄铜中所含的锌(Zn)的融点比银焊料的融点低，所以当接头壳体4是用黄铜所形成时，最好采用如此的制造方法。

而当如上述那样在硬焊接合后再形成连通孔21时，也可采用图6所示的应力缓和构件36，该应力缓和构件36是把要形成上述连通孔21的部分、即连通孔形成部37预先做成薄壁状，这样容易形成连通孔。

在上述各实施例中，是在应力缓和构件20上形成在该应力缓和构件20的两个接合面22(22a、22b)上开口的多个贯通孔23，但是也可只设一个贯通孔。也可不设这样的贯通孔。

在上述各实施例中，各贯通孔23形成沿着应力缓和构件20的径向而延伸的长孔状，并且沿着其圆周方向大致间隔90°而设置在4处，但是在应力缓和构件20上形成的贯通孔的形状、数量、以及其配置方式并不受其限。

例如，也可如图7(a)所示的应力缓和构件38a那样，沿着圆周方向设置多个沿圆周方向延伸的圆弧状贯通孔40a，并且沿着径向设置多层该圆弧状贯通孔40a，或是如图7(b)所示的应力缓和构件38b那样，把贯通孔40b配置成格子状。而在图7(a)所示的应力缓和构件38a上，最好各层之间的贯通孔40a相差一个相对角度。也可如图7(c)所示的应力缓和构件38c那样，沿着圆周方向大致等间隔地配置朝径向外侧扩开的扇状贯通孔40c。采用如此结构，图7(a)所示的应力缓和构件38a可以适当地缓和作用于径向的应力，图7(b)所示的应力缓和构件38b可以均等地缓和作用于接合部的应力。图7(c)所示的应力缓和构件38c可以适当地缓和作用于圆周方向的应力。

也可通过增加贯通孔而如图7(d)所示的应力缓和构件38d那样形成网状。也就是说，只要是可使熔融的焊料从上侧的接合面22U一侧向下侧的接合面22L一侧通过的贯通孔(孔洞)，既可以用其它不规则方式形成，也可以将应力缓和构件本身制成多孔状。

Claims (7)

1.一种压力传感器，具备压力壳体和接头壳体，在所述压力壳体的内部形成压力室并且在该压力室配置有压敏元件，在所述接头壳体中形成流路，用于将成为测量对象的流体导入所述压力壳体的内部，所述压力壳体与所述接头壳体之间夹着绝缘构件而被硬焊接合，其特征在于，

在所述压力壳体或是所述接头壳体与所述绝缘构件之间的至少一方夹着应力缓和构件，用来缓和由于所述硬焊接合而作用在所述绝缘构件上的应力。

2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述应力缓和构件由软质金属或是低热膨胀率合金形成。

3.如权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述应力缓和构件具有在两个接合面上开口的至少一个贯通孔。

4.如权利要求1～3中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述接头壳体的焊接所述绝缘构件的接合部形成凸缘状，并且将该凸缘部的厚度设成能够缓和所述应力的薄壁。

5.如权利要求1～4中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述应力缓和构件具有将所述压力壳体的内部与所述流路连通的连通孔，且该连通孔是在所述硬焊接合后形成。

6.如权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述应力缓和构件的形成所述贯通孔的部分形成薄壁。

7.一种压力传感器的制造方法，该压力传感器具备压力壳体和接头壳体，在所述压力壳体的内部形成压力室并且在该压力室配置有压敏元件，在所述接头壳体中形成流路，用于将成为测量对象的流体导入所述压力壳体的内部，所述压力壳体与所述接头壳体之间夹着绝缘构件而被硬焊接合，其特征在于，

具有：在所述压力壳体或是所述接头壳体与所述绝缘构件之间的至少一方夹入用来缓和由于所述硬焊接合而作用在所述绝缘构件上的应力的应力缓和构件、以进行所述硬焊接接合的工序；

在完成所述硬焊接接合的工序后、在所述应力缓和构件上形成将所述压力壳体的内部与所述流路连通的连通孔的工序。

Images