CN208399059U - 一种传感器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及由压力传感器芯片构成，具有较强过载能力的传感器装置，特别是适于质量、重量、压力、触力、脉搏、血压、物体抵触力、磁力抵触微位移、磁致伸缩、磁力检测，精密控制等领域的微机械传感器装置,其中，所述力传递部件至少包括：承力端、弹性元件和至少两个串联的球形元件，所述串联的球形元件设有预订的硬度，其中，一个球形元件朝向所述的弹性膜片部分,一个球形元件朝向所述的承力端；所述弹性元件至少包括：橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料或包含硅胶的发泡材料中的一种；所述弹性元件还适于抵触所述的弹性膜片部分，或者，所述弹性元件还适于布置在所述的弹性膜片部分上。

Description

一种传感器装置

所属技术领域

本发明涉及一种传感器装置，特别是适于质量、重量、压力、触力、脉搏、血压、物体抵触力，磁力抵触微位移、磁致伸缩、磁力等检测或控制领域，以及精密控制、按键、开关等控制领域的微机械传感器装置，属传感器技术领域，但是，不仅限于此。

背景技术

中国发明专利申请号2018100612650，名称：“一种传感器装置”的资料中，公开了通过力传递部件抵触压力传感器芯片进行检测的技术方案。其不足之处在于：在实际生产过程中，由于压力传感器芯片的受力面积或体积较小，电连接通常采用成熟的键合引线的方式以此来降低生产成本，因此，本发明之前所涉及的同类传感器装置在布置力传递部件时往往会受到键合引线和压力传感器芯片面积或体积的限制而造成生产困难、成本增加或检测精度受到影响等问题；另外，本发明之前所涉及的同类传感器装置中使用的弹性体亦可能会由于选择不当造成传感器装置的性能下降，如灵敏度、线性度、精度等。

发明内容

本发明的目的在于：改进上述产品的缺陷。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

1、一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；力传递部件，该力传递部件适于承接外部输入力，并向所述弹性膜片部分方向移动，直接或间接地抵触所述弹性膜片部分；其中，所述力传递部件至少包括：承力端、弹性元件和至少两个串联的球形元件，所述串联的球形元件设有预订的硬度，其中，一个球形元件朝向所述的弹性膜片部分,一个球形元件朝向所述的承力端。进一步包括：所述朝向所述弹性膜片部分一端的球形元件的直径是0.5mm至1.8mm中的一种。所述串联的球形元件直径相同。

2、一种传感器装置，包括：压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；力传递部件，该力传递部件适于承接外部输入力，并向所述弹性膜片部分方向移动，直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，其中，所述力传递部件中包括弹性元件；壳体，该壳体至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件；其中，所述弹性元件至少包括：所述弹性元件至少包括：橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料或包含硅胶的发泡材料中的一种。进一步包括：所述弹性元件还适于抵触所述的弹性膜片部分，或者，所述弹性元件还适于布置在所述的弹性膜片部分上。

本发明的有益效果是：制造更容易、成本低，检测灵敏度、精度、线性度更高。

附图说明

图1是本发明中使用的一种压力传感器芯片结构示意图；

图2是图1所示A-A剖面示意图；

图3是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明的另一种传感器装置剖视结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明的另一种传感器装置剖视结构示意图；

图8是图7的俯视图。

具体实施方式

下面根据本发明的技术方案结合附图进行举例说明。

图1、2是涉及本发明一种压力传感器芯片结构示意图；其中，01是本发明所述的弹性膜片部分，02是支撑弹性膜片部分01的基体或框体部分。在弹性膜片部分01的表面设有压敏电阻或应变电阻08、09、10、11，以及电连接压敏电阻或应变电阻的电连接线或电连接端03、04、05、06、07。所述弹性膜片部分01适于受到外部输入力时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号。应该理解到，所述的基体或框体部分、弹性膜片部分通常是一个一体化的元件，即压力传感器芯片，本发明中只是为了叙述清楚将其分开进行说明。

图3、4是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；其中，101是厚度预订的基板，基板中间设有预订直径的孔102，基板上孔102相对的部位布置有压力传感器芯片103，压力传感器芯片103通过凝固胶104固定在基板101上；105是杯状的壳底，壳底侧面设有导气孔106；107、108、109、110、111、112是导电脚；压力传感器芯片上的电路分别通过键合引线113、114等与导电脚107～112电连接；115、116是具有预订硬度、直径相同、串联的球形元件，球形元件115、116通常选择不锈钢圆球，但是亦可以选择塑料圆球等等；115、116与孔102间为动配合；117是中间设有孔118的限位环，119是中间设有孔120、121的具有预订形状和尺寸的杯状壳盖；122是弹性片或弹性元件，弹性片或弹性元件122通常选择厚度较薄的橡胶材料、硅胶材料；或者，弹性片可选择厚度较薄的由橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料、包含硅胶的发泡材料中的一种材料制成的弹性元件；123是由橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料、包含硅胶的发泡材料中的一种材料制成的弹性元件，但是，123亦可以是其它具有的弹性材料制成的弹性元件；124是一传力硬板；125是承接外部输入力的承力端，承力端125可选择不锈钢、耐磨塑料、硅胶材料等材料制造，其形状不局限于圆球形。其中，传力硬板124的外边缘尺寸或外径大于限位环117上的孔118的内径；传力硬板124距离限位环117的上表面一预订的距离B；弹性元件123设有预订的厚度和弹性模量。应该注意到，所述的距离B、弹性元件123的厚度和弹性模量的选择应该满足：在承力端125承接到预订的输入力，传力硬板124距离限位环117的上表面的距离B＝0时，压力传感器芯片103上的弹性膜片部分不破损。其中，弹性片或弹性元件122，圆球115、116，弹性元件117，传力硬板124，承力端125构成了本发明所述的力传递部件；应该想到，传力硬板124、承力端125可以是一个一体化的元件。

图3、4的工作原理是，当通过导电脚给压力传感器芯片输入适于的电流或电压，在承力端125施加输入力时，承力端125推动传力硬板124，弹性元件123被压缩并推动圆球116、115，圆球115推动弹性片或弹性元件122，122推动压力传感器芯片上的膜片部分变形，则压力传感器芯片输出变化的电流或电压，由此实现本发明。当外部输入力达到预订值，传力硬板124距离限位环117的上表面的距离B＝0时，如果继续加大外部输入力，传力硬板124，承力端125被限位环117阻挡，圆球116、115、弹性片或弹性元件122等则不再接受超过预订值的输入力，同时，圆球115不再进一步推动压力传感器芯片上的膜片变形，压力传感器芯片输出的电流或电压亦不再变化。由此，本发明具有通过限位环117来限制传力硬板124、承力端125位移，实现限制过大的外部输入力作用在压力传感器芯片上的膜片部分上，以此达到保护压力传感器芯片的目的。应该知道，增强传感器装置外壳、限位环、传力硬板的抗压强度可以提高整个传感器装置的过载能力，具体实施方式不在本发明讨论之列。

图5、6是本发明的另一种传感器装置的剖视结构示意图；其中，205是杯状的壳底，206是导气孔；压力传感器芯片203通过凝固胶204固定在杯状壳底205上；207、208、209、210、211、212是导电脚；压力传感器芯片上的电路分别通过键合引线213、214等与导电脚207～212电连接；201是厚度预订的基板，基板中间设有预订直径的孔202，孔202与压力传感器芯片203相对；215、216是具有预订硬度、直径相同、串联布置的球形元件，球形元件215、216通常选择不锈钢圆球，但是亦可以选择塑料圆球等等；215、216与孔202间为动配合；217是中间设有孔218的限位环；219是中间设有孔220、221的具有预订形状和尺寸的杯状壳盖；222是弹性片或弹性元件，222通常选择厚度较薄的橡胶材料、硅胶材料；或者，弹性片可选择厚度较薄的由橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料、包含硅胶的发泡材料中的一种材料制成的弹性元件；223是由橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料或包含硅胶的发泡材料中的一种制成的弹性元件，但是，223亦可以是其它具有的弹性材料制成的弹性元件；224是一传力硬板；225是承接外部输入力的承力端，承力端225可选择不锈钢、耐磨塑料、硅胶材料等材料制造，其形状不局限于圆球形。其中，传力硬板224的外边缘尺寸或外径大于限位环217上的孔218的内径；传力硬板224距离限位环217的上表面一预订的距离C；弹性元件223设有预订的厚度和弹性模量。应该注意到：所述的距离C、弹性元件223的厚度和弹性模量的选择应该满足，在承力端225承接到预订的输入力，传力硬板224距离限位环217上表面的距离C＝0时，压力传感器芯片203上的弹性膜片部分不破损。其中，弹性片或弹性元件222，圆球215、216，弹性元件217，传力硬板224，承力端225构成本发明所述的力传递部件。应该想到传力硬板224、承力端225可以是一个一体化的元件。图5、6的工作原理与图3、4相同。

图7、8是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；其中301是厚度预订的基板，基板中间设有预订直径的孔302，孔302相对的部位布置有压力传感器芯片303，压力传感器芯片303通过凝固胶304固定在基板301上；305是杯状的壳底，壳底侧面设有导气孔306、307；308、309、310、311、312、313是导电脚；压力传感器芯片上的导电端分别通过键合引线314、315等与导电脚308～313电连接；316、317是串联具有预订硬度的球形元件，球形元件316、317与孔302间为动配合；318是中间设有预订直径的孔319的具有预订高度的杯状壳盖；320是由橡胶发泡材料或硅胶发泡材料等材料制成的具有预订厚度和弹性模量的弹性元件，321是圆球形承力端，承力端321的材料通常可选择不锈钢，耐磨、耐高温或高硬度塑料，硅胶材料，氧化铝陶瓷材料等；321伸出壳盖318外表面预订的距离D。306、307、321，弹性元件320构成本发明所述的力传递部件。

图7、8的工作原理是，当给压力传感器芯片输入适于的电流或电压时，在承力端321接受到从小变大输入力时，321伸出壳盖318外表面的距离D逐渐减小，弹性元件320被逐渐压缩，球形元件306、307对压力传感器芯片上的膜片上的压力逐渐增大，压力传感器芯片输出的电流或电压逐渐增大或变化，由此实现本发明。应该想到，图7、8所示的传感器装置是通过杯状壳盖318的外表面来限制外部物体对承力端321的抵触力或抵触位移的。

图7、8中，弹性元件320的厚度和弹性模量、承力端321伸出壳盖318外表面预订的距离D是经过选择的；其选择依据是：当承力端321承接到预订的外部输入力时，所述弹性元件320被压缩，承力端321被外部输入力推动至承力端321与壳体318外表面平齐时，即D＝0时，所述压力传感器芯片303上的弹性膜片部分不破损；或者，当承力端321承接到预订的外部输入力时，所述弹性元件320被压缩，承力端321被外部输入力推动至壳体318外表面之内，并且，承力端距壳体外表面一预订距离-D时，所述压力传感器芯片303上的弹性膜片部分不破损。

应该想到，图7中的球形元件306亦可以变换为由橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料或包含硅胶的发泡材料等弹性材料制成的球形元件。

应该注意地，本发明串联的球形元件指115、116或215、216或306、307。串联的球形元件通常选择不锈钢圆球，但是，亦可以是氧化铝陶瓷圆球、玻璃圆球、塑料圆球等具有适于硬度、不易变形的圆球，其目的是避免球形元件的横向变形撑坏压力传感器芯片中的基体或框体部分或破坏键合引线，同时有避免球形元件的横向变形增加球形元件与所配合的孔间的摩擦力而影响传感器装置的测量灵敏度、线性度或精度。串联的球形元件通常选择直径相同的圆球，但是，亦可以将串联的球形元件选择成不同直径的圆球，将与之配合的孔选择成不同内径的孔，此时，应该注意孔的设计结构应该不影响力传递部件进行力的传递。

本发明中，串联的球形元件如115、116或215、216或306、307等可根据需要在一个传感器装置中变更为3个、4个等多个串联的球形元件。本发明中，串联的球形元件的直径优先地在0.5mm至1.8mm中进行选择；但是，不排除串联的球形元件的直径在0.5mm至1.8mm之外。

应该注意到，本发明所述的弹性元件可以是橡胶发泡材料、硅胶发泡材料和橡胶材料、硅胶材料等不同弹性模量材料叠加组合的弹性体或弹性元件；另外，弹性元件亦可以由橡胶材料或硅胶材料构成。

本发明所述承力端的形状不局限于圆形，承力端的形状亦可以是凸形等。承力端的材料不局限于不锈钢、塑料；承力端亦可以是弹性材料，如橡胶材料、硅胶材料，橡胶发泡材料、硅胶发泡材料,以及其它材料。

应该想到，本发明是中国发明专利申请号2018100612650，名称：“一种传感器装置”的部分延续，凡是中国发明专利申请号2018100612650中提出的技术方案适于引用到本发明中，同时，本发明提出的技术方案亦适于在之前的同类传感器装置中进行应用。

以上所述只是本发明特定的举例，在不偏离本发明广义方面时，显然可能对本发明进行可以想象到的修改、变异或组合，因此，本发明的权利范围不应当受到特定举例和具体实施例的限制；本发明的旨在涵盖所有类似的修改、变异或组合，落在本发明所述的权利要求书的精神和范围之列的变异均属于本发明。

Claims (5)

1.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于承接外部输入力，并向所述弹性膜片部分方向移动，直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，

壳体，该壳体至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于：

所述力传递部件至少包括：承力端、弹性元件和至少两个串联的球形元件，

所述串联的球形元件设有预订的硬度，其中，一个球形元件朝向所述的弹性膜片部分,一个球形元件朝向所述的承力端。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：

所述朝向所述弹性膜片部分一端的球形元件的直径是0.5mm至1.8mm中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于：

所述串联的球形元件直径相同。

4.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于承接外部输入力，并向所述弹性膜片部分方向移动，直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，其中，所述力传递部件中包括弹性元件，

壳体，该壳体至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于：

所述弹性元件至少包括：橡胶发泡材料、硅胶发泡材料、包含橡胶的发泡材料或包含硅胶的发泡材料中的一种。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于：

所述弹性元件还适于抵触所述的弹性膜片部分，或者，

所述弹性元件还适于布置在所述的弹性膜片部分上。