CN210089909U - 介质隔离式压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种介质隔离式压力传感器，其包括封装模块，所述封装模块包括基板；柔性壳体固定在所述基板上，所述柔性壳体与所述基板形成容纳腔；至少一压力传感器模块位于所述容纳腔内，所述压力传感器封装模块固定在所述基板上且与所述基板电连接；介质液体充满所述容纳腔；外界压力能够通过所述柔性壳体、所述介质液体传导至所述压力传感器封装模块。本实用新型优点是，柔性壳体可以有效防止腐蚀性的压力介质进入其内，且能够避免现有的使用金属膜片当敏感感受元件的压力传感器的缺点，在同样具有防腐蚀能力的前提下，节省了成本，缩小了产品尺寸，又能保证产品的输出精度，且生产工艺简单，工艺步骤少，可大规模量产。

Description

介质隔离式压力传感器

技术领域

本实用新型涉及微电子机械系统领域，尤其涉及一种介质隔离式压力传感器。

背景技术

按照工作原理的不同，压力传感器主要可分为压阻式、电容式、谐振式、压电式、光纤式等压力传感器；其中基于微电子机械系统的MEMS压阻式压力传感器由于其体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、制造工艺简单和便于集成化等众多优点成为压力传感器芯片的主流技术。

通常的MEMS压阻式压力传感器的封装形式是将压力敏感芯片通过直接粘接或者玻璃过渡粘接的方式封接在金属管壳或塑料管壳上，再通过金线或铝线实现电连接，其压力敏感单元直接接触测量介质，适用于对没有腐蚀性、干净清洁的气体介质的压力测量。

但对于汽车机油、空调冷媒、刹车等应用环境较为恶劣、污染物较多的环境下，待测介质不能与压力传感器芯片直接接触。需要一种特殊的封装技术既能将待测介质与压力传感器芯片隔离开，又能实现压力传递的功能。目前主流的介质隔离封装技术包括充灌介质液体的金属式介质隔离压力传感器，使用金属膜片当敏感感受元件，将感受的压力进一步传递到MEMS芯片上。用此种设计的压力传感器存在以下不足之处：1.金属膜片制造工艺难度复杂，成本较高，且易损坏，膜片变形会影响压力传感器的输出精度，也会增加终端产品的成本；2.金属膜片与外端的金属环壁需要通过焊接形成一个壳体，焊接难度大，膜片易损坏，存在漏气的风险，当焊接处理不当时，金属表面会氧化，使得壳体与基板粘接不牢固，介质液体会有渗漏的风险。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种介质隔离式压力传感器封装结构，其能够避免现有的使用金属膜片当敏感感受元件的压力传感器金属壳体的缺点，在同样具有防腐蚀能力的前提下，节省了成本，缩小了产品尺寸，又能保证产品的输出精度，且生产工艺简单，工艺步骤少，可大规模量产。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种介质隔离式压力传感器，其包括封装模块，所述封装模块包括：基板；柔性壳体，固定在所述基板上，所述柔性壳体与所述基板形成容纳腔；至少一压力传感器模块，位于所述容纳腔内，所述压力传感器封装模块固定在所述基板上，且与所述基板电连接；介质液体，充满所述容纳腔；外界压力能够通过所述柔性壳体、所述介质液体传导至所述压力传感器封装模块。

进一步，所述柔性壳体通过胶层固定在所述基板上。

进一步，所述压力传感器模块包括衬底、保护壳、多个功能芯片，所述衬底固定在所述基板上，所述保护壳固定在所述衬底上，所述保护壳与所述衬底形成腔体，多个功能芯片位于所述腔体内，且固定在所述衬底上，所述功能芯片通过所述衬底与所述基板电连接，所述保护壳具有一开孔，所述介质液体通过所述开孔进入所述腔体内，并充满所述腔体。

进一步，所述基板上具有至少一注入孔及至少一堵塞所述注入孔的栓塞，所述介质液体通过所述注入孔注入所述容纳腔。

进一步，所述介质隔离式压力传感器还包括金属外壳，所述金属外壳具有放置腔及与所述放置腔连通的测量孔，所述封装模块被密封于所述放置腔内，所述柔性壳体顶端朝向所述测量孔。

进一步，所述金属外壳的侧壁抵压所述基板未被所述柔性壳体覆盖的表面，以密封所述封装模块。

进一步，在所述金属外壳的侧壁与所述基板之间具有一密封圈，所述金属外壳的侧壁及所述基板挤压所述密封圈，以密封所述封装模块。

进一步，所述柔性壳体与所述基板接触的一端具有沿所述基板延伸的密封部，所述金属外壳的侧壁抵压所述密封部，以密封所述封装模块。

进一步，所述介质隔离式压力传感器还包括压紧垫块，所述压紧垫块位于所述放置腔内，且所述压紧垫块抵压所述基板背离所述柔性外壳的表面。

进一步，所述金属外壳还包括一放置口，所述放置口与所述测量孔相对设置，密封胶自所述放置孔灌装，以密封所述封装模块，所述封装模块的电连接线自所述密封胶中延伸至所述介质隔离式压力传感器的外部。

本实用新型的优点在于，柔性壳体可以有效防止腐蚀性的压力介质进入所述柔性壳体内，防止其影响压力传感器模块的性能，提高了产品的可靠性，且能够避免现有的使用金属膜片当敏感感受元件的压力传感器的缺点，在同样具有防腐蚀能力的前提下，节省了成本，缩小了产品尺寸，又能保证产品的输出精度，且生产工艺简单，工艺步骤少，可大规模量产。

附图说明

图1是介质隔离式压力传感器的第一具体实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型介质隔离式压力传感器的第一具体实施方式中封装模块的结构示意图；

图3是本实用新型介质隔离式压力传感器的第一具体实施方式中压力传感器模块的结构示意图；

图4是本实用新型介质隔离式压力传感器的第二具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的介质隔离式压力传感器封装结构的具体实施方式做详细说明。

图1是介质隔离式压力传感器的第一具体实施方式的结构示意图。请参阅图1，本实用新型介质隔离式压力传感器包括封装模块1及金属外壳2。

图2是本实用新型介质隔离式压力传感器的第一具体实施方式中封装模块的结构示意图。请参阅图2，所述封装模块1包括基板11、柔性壳体12及至少一压力传感器模块13。在本具体实施方式中，所述封装模块1包括一个压力传感器模块13。

所述基板11包括但不限于陶瓷电路板或印刷电路板。所述柔性壳体12为可在压力作用下发生变形的非金属结构，其材质包括但不限于橡胶及塑料。其中，橡胶或塑料材质的柔性壳体12的优点在于，现有的金属膜片在低温液体介质下会受到永久性的损伤，而橡胶或塑料材质的柔性壳体12可耐低温，在低温液体介质下不会受到损伤。所述柔性壳体12可通过胶层121固定粘贴在所述基板11上。所述柔性壳体12与所述基板11形成容纳腔122。

所述压力传感器模块13位于所述容纳腔122内。所述压力传感器封装模块13固定在所述基板11上，且与所述基板11电连接。在所述压力传感器封装模块13的底部设置有金属连接点(附图中未绘示)，所述金属连接点通过导电焊料14与所述基板11电连接。

图3是本实用新型介质隔离式压力传感器的第一具体实施方式中压力传感器模块的结构示意图。请参阅图2及图3，所述压力传感器模块13包括衬底131、保护壳132及多个功能芯片。在本具体实施方式中，所述压力传感器模块13包括一个MEMS芯片134及一个ASIC芯片135。在本实用新型其他具体实施方式中，所述功能芯片还可以包括其他用于压力传感器的芯片。

所述衬底131固定在所述基板11上。所述衬底131包括但不限于陶瓷电路板或印刷电路板。所述保护壳132固定在所述衬底131上，所述保护壳132与所述衬底131形成腔体133。所述保护壳132具有一开孔132A。所述腔体133通过所述开孔132A与所述容纳腔122相通。所述MEMS芯片134及ASIC芯片135位于所述腔体133内。所述MEMS芯片134及ASIC芯片135可通过粘结剂固定在所述衬底131上。

所述MEMS芯片134及ASIC芯片135可通过所述衬底131与所述基板11电连接。在本具体实施方式中，所述MEMS芯片134及ASIC芯片135通过金属导线136与所述衬底131电连接，所述衬底131再与所述基板11电连接，从而将所述MEMS芯片134及ASIC芯片135与所述基板11电连接。

请继续参阅图2，介质液体15充满所述容纳腔122。所述介质液体15包括但不限于硅油、水等液体。在本具体实施方式中，所述介质液体15通过所述开孔132A进入所述腔体133内，并充满所述腔体133。所述介质液体15起到保护所述压力传感器模块13的作用，同时也可传导压力。

进一步，所述基板11上具有至少一注入孔(附图中未绘示)及至少一堵塞所述注入孔的栓塞11A。打开所述栓塞11A，所述介质液体15通过所述注入孔注入所述容纳腔122内，至充满所述容纳腔122及所述腔体133，注入完毕，将所述栓塞11A插入所述注入孔中，以密封所述容纳腔122。

当使用所述介质隔离式压力传感器时，外界压力作用在所述柔性壳体12上，所述柔性壳体12变形使得所述容纳腔122内的介质液体15被挤压，所述介质液体15将该压力传导至所述压力传感器封装模块13，以进行压力测量。

所述柔性壳体12可以有效防止腐蚀性的压力介质进入所述柔性壳体12内，防止其影响压力传感器模块13的性能，提高了产品的可靠性。

本实用新型所述介质隔离式压力传感器采用柔性壳体，其能够避免金属壳体的缺点，在同样具有防腐蚀能力的前提下，节省了成本，缩小了产品尺寸，又能保证了产品的输出精度，且生产工艺简单，工艺步骤少，可大规模量产。

请继续参阅图1，所述金属外壳2具有放置腔21及与所述放置腔21连通的测量孔22。所述封装模块1被密封于所述放置腔21内，所述柔性壳体12顶端朝向所述测量孔22。

所述金属外壳2的侧壁抵压所述基板11未被所述柔性壳体12覆盖的表面，以密封所述封装模块1。在本具体实施方式中，为了进一步密封所述封装模块1，在所述金属外壳2的侧壁与所述基板11之间具有一密封圈23，所述金属外壳2的侧壁及所述基板11挤压所述密封圈23，以密封所述封装模块1。所述密封圈23环绕所述柔性壳体12的外侧设置。

进一步，在本具体实施方式中，所述介质隔离式压力传感器还包括压紧垫块3，所述压紧垫块3位于所述放置腔21内。所述压紧垫块3抵压所述基板11背离所述柔性外壳12的表面的边缘，以使得所述封装模块1被固定。

进一步，在本具体实施方式中，所述金属外壳2还包括一放置口24。所述放置口24与所述测量孔22相对设置。所述封装模块1可自所述放置口24放入所述金属外壳2中。密封胶4自所述放置孔24灌装，以将所述封装模块1密封在所述金属外壳2内。所述封装模块1的电连接线16自所述密封胶4中延伸至所述介质隔离式压力传感器的外部，以将所述封装模块1与外部装置电连接。

本实用新型介质隔离式压力传感器的工作过程描述如下：

将介质隔离式压力传感器置于被测压力介质中。所述被测压力介质可以为液体，也可以为气体。被测压力介质穿过所述测量孔22作用于所述柔性壳体12。所述柔性壳体12变形使得所述容纳腔122内的介质液体15被挤压，所述介质液体15将该压力传导至所述压力传感器封装模块13，所述MEMS芯片134接收该压力并测量出压力信号后通过金属线输入至ASIC芯片134，ASIC芯片134计算出外部的压力值，从而实现介质隔离式压力传感器对压力的测量。

图4是本实用新型介质隔离式压力传感器的第二具体实施方式的结构示意图。本实用新型介质隔离式压力传感器的第二具体实施方式与第一具体实施方式的区别在于，所述封装模块1的密封方式不同。请参阅图4，在本具体实施方式中，所述柔性壳体12与所述基板11接触的一端具有沿所述基板11延伸的密封部123，所述金属外壳2的侧壁抵压所述密封部123，以密封所述封装模块1。优选地，所述柔性壳体12的所述密封部123与所述柔性壳体12为一体结构，以提高所述介质隔离式压力传感器的密封性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种介质隔离式压力传感器，其特征在于，包括封装模块，所述封装模块包括：

基板；

柔性壳体，固定在所述基板上，所述柔性壳体与所述基板形成容纳腔；

至少一压力传感器模块，位于所述容纳腔内，所述压力传感器模块固定在所述基板上，且与所述基板电连接；

介质液体，充满所述容纳腔；

外界压力能够通过所述柔性壳体、所述介质液体传导至所述压力传感器封装模块。

2.根据权利要求1所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述柔性壳体通过胶层固定在所述基板上。

3.根据权利要求1所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述压力传感器模块包括衬底、保护壳、多个功能芯片，所述衬底固定在所述基板上，所述保护壳固定在所述衬底上，所述保护壳与所述衬底形成腔体，多个功能芯片位于所述腔体内，且固定在所述衬底上，所述功能芯片通过所述衬底与所述基板电连接，所述保护壳具有一开孔，所述介质液体通过所述开孔进入所述腔体内，并充满所述腔体。

4.根据权利要求1所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述基板上具有至少一注入孔及至少一堵塞所述注入孔的栓塞，所述介质液体通过所述注入孔注入所述容纳腔。

5.根据权利要求1所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述介质隔离式压力传感器还包括金属外壳，所述金属外壳具有放置腔及与所述放置腔连通的测量孔，所述封装模块被密封于所述放置腔内，所述柔性壳体顶端朝向所述测量孔。

6.根据权利要求5所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述金属外壳的侧壁抵压所述基板未被所述柔性壳体覆盖的表面，以密封所述封装模块。

7.根据权利要求6所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，在所述金属外壳的侧壁与所述基板之间具有一密封圈，所述金属外壳的侧壁及所述基板挤压所述密封圈，以密封所述封装模块。

8.根据权利要求5所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述柔性壳体与所述基板接触的一端具有沿所述基板延伸的密封部，所述金属外壳的侧壁抵压所述密封部，以密封所述封装模块。

9.根据权利要求5所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述介质隔离式压力传感器还包括压紧垫块，所述压紧垫块位于所述放置腔内，且所述压紧垫块抵压所述基板背离所述柔性壳体的表面。

10.根据权利要求5所述的介质隔离式压力传感器，其特征在于，所述金属外壳还包括一放置口，所述放置口与所述测量孔相对设置，密封胶自所述放置口灌装，以密封所述封装模块，所述封装模块的电连接线自所述密封胶中延伸至所述介质隔离式压力传感器的外部。

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