微熔硅應(yīng)變計(jì)（msg）壓力傳感器封裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微熔硅應(yīng)變計(jì)(MSG)壓力傳感器封裝。本發(fā)明公開了用于微熔硅應(yīng)變計(jì)壓力傳感器的方法和裝置。壓力傳感器封裝包含：被配置為暴露于壓力環(huán)境下的感測(cè)元件，該感測(cè)元件包含至少一個(gè)應(yīng)變計(jì)；布置于載體上且與感測(cè)元件電耦接的電子封裝，該載體被布置于包含感測(cè)元件的端口上，該端口可允許針對(duì)密封及寄生的密封力的解耦特征以及端口長(zhǎng)度的縮短；布置于感測(cè)元件和電子封裝周圍的外殼；以及與外殼接合且與電子封裝電連接的連接器，該連接器包含外部接口。
【專利說(shuō)明】
微熔硅應(yīng)變計(jì)(MSG)壓力傳感器封裝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般地涉及傳感器，并且更特別地涉及微熔硅應(yīng)變計(jì)(MSG)壓力傳感器封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]—般地，現(xiàn)有技術(shù)的微熔硅應(yīng)變計(jì)(MSG)壓力傳感器在整個(gè)汽車行業(yè)中被用于從制動(dòng)、傳動(dòng)、汽缸及燃油壓力傳感器到乘客重力感測(cè)的應(yīng)用中。這樣的壓力傳感器典型地包含通過玻璃粘結(jié)于不銹鋼膜片的硅應(yīng)變計(jì)元件。傳感器的設(shè)計(jì)是這樣的:它基于已處理的所感測(cè)條件來(lái)提供各種信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]下文給出了本發(fā)明的簡(jiǎn)要概括，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。該概括并不是關(guān)于本發(fā)明的廣泛性綜述。它并非是要標(biāo)識(shí)本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元素，也不是要描繪本發(fā)明的范圍。其唯一的目的是要以作為后面將要給出的更詳細(xì)描述的前序的簡(jiǎn)化形式來(lái)給出本發(fā)明的某些概念。
[0004]本發(fā)明提供了用于微熔硅應(yīng)變計(jì)壓力傳感器的方法和裝置。
[0005]在一個(gè)方面中，本發(fā)明的特征在于一種壓力傳感器封裝，包含:被配置為暴露于壓力環(huán)境下的感測(cè)元件，該感測(cè)元件包含至少一個(gè)應(yīng)變計(jì);布置于載體上且與感測(cè)元件電耦接的電子封裝，該載體被布置于包含感測(cè)元件的端口(port)上，該端口可允許用于軸向的且寄生的密封力的解耦特征以及端口長(zhǎng)度的縮短；布置于感測(cè)元件和電子封裝周圍的外殼；以及與外殼接合且與電子封裝電連接的連接器，該連接器包含外部接口。
[0006]在另一個(gè)方面中，本發(fā)明的特征在于包含隔膜、螺紋、咬邊/封邊和內(nèi)鉆孔的端口，壓力環(huán)境從咬邊/封邊延伸通過內(nèi)鉆孔到達(dá)隔膜，其中該端口可允許用于軸向的且寄生的密封力的解耦特征以及端口長(zhǎng)度的縮短。
[0007]實(shí)施例可以具有一個(gè)或多個(gè)下列優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的微熔硅應(yīng)變計(jì)壓力傳感器提供了在較小的模塊化傳感器封裝中的改進(jìn)的傳感器性能。
[0009]較小的模塊化傳感器封裝可允許改進(jìn)的振動(dòng)性能。
[0010]本發(fā)明的微熔硅應(yīng)變計(jì)壓力傳感器可通過使過程步驟及構(gòu)件的數(shù)量最小化以及利用低風(fēng)險(xiǎn)的過程而允許改進(jìn)的可制造性(DFMA)和質(zhì)量。
[0011]本發(fā)明的微恪娃應(yīng)變計(jì)壓力傳感器可允許深拉杯(deepdrawn cup)、具有溝槽的端口、夾入式支撐環(huán)(clip-1n support rings)、彈簧以及通過簡(jiǎn)單的卷邊操作來(lái)閉合的封裝。
[0012]本發(fā)明的微熔硅應(yīng)變計(jì)壓力傳感器可允許振動(dòng)改進(jìn)、重量和高度降低、優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力，同時(shí)確保具有更少構(gòu)件的生產(chǎn)能力。
[0013]這些及其他特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)對(duì)下面的詳細(xì)描述的閱讀以及相關(guān)附圖的回顧將會(huì)變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解，前面的總體描述和下面的詳細(xì)描述只是解釋性的，而并非是對(duì)所要求權(quán)利的各個(gè)方面的限制。
【附圖說(shuō)明】
[0014]通過參考結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明將會(huì)得到更全面的理解，在附圖中:
[0015]圖1示出了第一示例性壓力傳感器封裝。
[0016]圖2示出了圖1的第一示例性壓力傳感器封裝的端口的橫截面。
[0017]圖3示出了另一個(gè)示例性壓力傳感器封裝。
[0018]圖4示出了另一個(gè)示例性壓力傳感器封裝。
[0019]圖5示出了另一個(gè)示例性壓力傳感器封裝。
【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)在參考附圖來(lái)描述本主題創(chuàng)新，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指代相同的元件。在下面的描述中，為了解釋起見，眾多具體的細(xì)節(jié)被闡明以便提供關(guān)于本發(fā)明的全面理解。但是，很明顯的是，本發(fā)明可以在沒有這些特定的細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他情況下，眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置以框圖的形式來(lái)示出，以便方便于描述本發(fā)明。
[0021]在下面的描述中，術(shù)語(yǔ)“或(or)”意指包容性的“或”，而非排他性的“或”。也就是，除非另有指定或者從上下文可了然，否則“X采用A或B”意指自然包括的排列中的任一種。也就是，如果X采用A，X采用B，或者X采用A和B兩者，則“X采用A或B”在任意前述實(shí)例下都會(huì)得到滿足。而且，在本說(shuō)明書及附圖中所使用的冠詞“一 (a)”和“一個(gè)(an)” 一般地應(yīng)當(dāng)被理解為意指“一個(gè)或多個(gè)”，除非另有指定或者從上下文清楚知道指的是單數(shù)形式。
[0022 ] 傳感器封裝(例如，微應(yīng)變計(jì)(MSG)器件)可以具有電子模塊組件(EMA)。EMA可以為了絲線鍵合而在傳感器封裝中被機(jī)械固定于膜片上方。EMA可以為了電磁兼容(EMC)性能而電連接至與傳感器封裝關(guān)聯(lián)的外殼。
[0023]夾入式支撐環(huán)被用來(lái)在諸如傳感器封裝的器件中提供這些功能。例如，夾入式支撐環(huán)可以借助于彈簧力和反作用力來(lái)提供EMA的固定。而且，將夾入式支撐環(huán)固定于器件的外殼(例如，點(diǎn)焊)可以提供例如到外殼的穩(wěn)健的機(jī)械和/或電連接。電連接可以在EMA與外殼之間提供電氣連續(xù)性。
[0024]如圖1所示，示例性的傳感器封裝100可以包含例如連接器110、一個(gè)或多個(gè)接觸彈簧120、環(huán)境密封裝置130、EMA 140、夾入式支撐環(huán)200、外殼160以及感測(cè)元件組件170。
[0025]連接器110可以將傳感器封裝100與外部源(例如，電子控制單元(E⑶))連接起來(lái)。連接器110可以包含可以與可以連接至外部源的電導(dǎo)體(例如，電線)進(jìn)行例如電接觸的端子。例如，端子可以被用來(lái)經(jīng)由電導(dǎo)體將可以由傳感器封裝100產(chǎn)生的信號(hào)傳送給外部源。例如，這些信號(hào)可以包括可以由傳感器封裝100給出的傳感器讀數(shù)。
[0026]接觸彈簧120可以在EMA 140與例如包含于連接器110內(nèi)的端子之間提供電連續(xù)性。接觸彈簧120可以包含可以用來(lái)提供電連續(xù)性并防止腐蝕的導(dǎo)電材料(例如，銀鍍層)。
[0027]環(huán)境密封裝置130可以提供在例如連接器110與外殼160之間的密封。環(huán)境密封裝置130可以防止例如可能會(huì)對(duì)傳感器封裝100的性能造成潛在影響的污染物(例如，水分、污垢)進(jìn)入傳感器封裝100。
[0028]EMA 140可以包含例如電路板以及一個(gè)或多個(gè)電子構(gòu)件142(例如，集成電路、晶體管、電阻器、電容器、電感器、二極管)。電路板可以是印刷電路板(PCB)。電子構(gòu)件可以安裝于電路板上。電子構(gòu)件可以例如處理由感測(cè)元件組件170感測(cè)到的條件(例如，力)和/或基于所感測(cè)條件而產(chǎn)生信號(hào)。電子構(gòu)件可以包含可以經(jīng)由可以包含于連接器110內(nèi)的端子將所產(chǎn)生的信號(hào)傳送到外部源的構(gòu)件。
[0029]外殼160可以為夾入式支撐環(huán)200提供安裝平臺(tái)。外殼160可以由可以使得夾入式支撐環(huán)200能夠被固定(例如，焊接)于外殼160的金屬制成。在一種實(shí)施例中，外殼160被塑造成六角杯形狀。
[0030]包含具有與端口玻璃粘結(jié)的兩個(gè)量具的端口的感測(cè)元件組件170可以包含用于感測(cè)條件(例如，施加于傳感器封裝100的條件)的設(shè)施(provis1ns)。感測(cè)元件組件170可以包含例如可以被用來(lái)感測(cè)可以施加于傳感器封裝100的各種力的應(yīng)變計(jì)172。
[0031]由感測(cè)元件組件170感測(cè)到的條件可以由包含于EMA140上的電路檢測(cè)到。該電路可以處理所感測(cè)的條件并且基于已處理的所感測(cè)條件而產(chǎn)生各種信號(hào)。這些信號(hào)可以經(jīng)由包含于連接器110內(nèi)的端子從傳感器封裝100傳送到外部源。
[0032]夾入式支撐環(huán)200可以是可以將EMA140穩(wěn)固于傳感器封裝100內(nèi)的支撐環(huán)。特別地，EMA 140可以被加載到夾入式支撐環(huán)200之上。之后，夾入式支撐環(huán)200可以被固定于外殼160，由此在傳感器封裝100中為EMA 140提供穩(wěn)固的支撐。
[0033]對(duì)于諸如壓力傳感器100之類的MSG器件，端口被用來(lái)將壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)力場(chǎng)。壓力傳感器100的功能是將物理的“流體壓力”轉(zhuǎn)換成在若干汽車應(yīng)用中與所施加的壓力對(duì)應(yīng)的比例輸出電壓。在端口的隔膜(頂面)上，量具被玻璃粘結(jié)并且將應(yīng)力場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換成電輸出電壓。關(guān)鍵的是在端口之上的應(yīng)力場(chǎng)僅受到所施加壓力的影響，即，端口的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使其他力(例如，在端口的螺紋和/或底部上的安裝力)從隔膜上解耦。
[0034]如圖2所示，示例性的端口 202包含隔膜205(也稱為感測(cè)元件膜片)、螺紋210、咬邊/封邊215、內(nèi)鉆孔220和溝槽端口 225。一般地，端口 202在其底部對(duì)壓力環(huán)境是敞開的。因此，壓力環(huán)境從咬邊/封邊215延伸穿過內(nèi)鉆孔220到達(dá)隔膜200。布置于隔膜205的頂部上的有至少一個(gè)應(yīng)變計(jì)(未示出)。
[0035]由于壓力傳感器100的主要功能是測(cè)量壓力，因而端口202應(yīng)當(dāng)僅對(duì)壓力作出響應(yīng)并且不受到其他相互作用力的影響。例如，端口202可以被安裝于軌道內(nèi)，安裝扭矩達(dá)10Nm或更高。作用于封邊215上的力必須從隔膜205上解耦。隔膜205的應(yīng)變通過量具來(lái)測(cè)量并且必須僅由壓力改變。
[0036]在現(xiàn)有的壓力傳感器封裝中，解耦力(例如，安裝力)通過相對(duì)較長(zhǎng)的端口設(shè)計(jì)來(lái)獲得。端口 202的設(shè)計(jì)通過溝槽225的實(shí)施來(lái)縮短端口長(zhǎng)度。溝槽端口 225是被添加到端口202的肩部之內(nèi)的溝槽。溝槽端口 225可允許針對(duì)軸向密封力(例如，在端口 202的螺紋和/或底部上的安裝力)的解耦特征，以及高達(dá)例如2.45毫米(mm)的端口長(zhǎng)度的縮短。更特別地，溝槽端口 225的引入可在允許與舊技術(shù)相比更低的端口設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)安裝力解耦。與此同時(shí)，具有溝槽端口 225的端口 202連同杯子和連接器設(shè)計(jì)一起，通過在加上了端口長(zhǎng)度縮短、端口重量減輕以及改進(jìn)的傳感器封裝振動(dòng)魯棒性的情況下施加密封力來(lái)實(shí)現(xiàn)精度無(wú)損失，以及制造成本的整體降低，即，具有更短的端口設(shè)計(jì)，更多的端口能夠由原始材料的一條棒材制成。因而，已縮短的長(zhǎng)度在端口 202的制造中有助于成本降低。而且，端口 202的端口長(zhǎng)度的縮短減小了傳感器的總體長(zhǎng)度。還應(yīng)當(dāng)注意，端口 202的總體長(zhǎng)度以及從而傳感器的總體長(zhǎng)度可以通過縮短連接器110的長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)一步減小。
[0037]圖3示出了另一個(gè)示例性壓力傳感器封裝400，圖4示出了另一個(gè)示例性壓力傳感器封裝500，以及圖5示出了另一個(gè)示例性壓力傳感器封裝600。如同上文所全面描述的，傳感器封裝400、500和600各自的端口的長(zhǎng)度。由于端口的長(zhǎng)度縮短，傳感器封裝400、500、600的總體長(zhǎng)度也得以縮短。
[0038]某些實(shí)施例可以使用表示“一種實(shí)施例”或“實(shí)施例”及其衍生表示來(lái)描述。這些術(shù)語(yǔ)意指結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于至少一種實(shí)施例中。短語(yǔ)“在一種實(shí)施例中”于本說(shuō)明書中的不同地方的出現(xiàn)并不一定全都指的是同一實(shí)施例。
[0039]雖然本發(fā)明已經(jīng)參考其優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了特別圖示和描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求所界定的本申請(qǐng)的精神和范圍的情況下能夠于其中對(duì)形式及細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。此類變化意指涵蓋于本申請(qǐng)的范圍之內(nèi)。正因如此，前面關(guān)于本申請(qǐng)的實(shí)施例的描述并非意指為限制性的。相反，對(duì)本發(fā)明的任何限制都在隨附的權(quán)利要求中給出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓力傳感器封裝，包含: 被配置為暴露于壓力環(huán)境下的感測(cè)元件，所述感測(cè)元件包含至少一個(gè)應(yīng)變計(jì)； 布置于載體上且與所述感測(cè)元件電耦接的電子封裝，所述載體被布置于包含所述感測(cè)元件的端口上，所述端口允許針對(duì)密封及寄生的力的解耦特征以及端口長(zhǎng)度的縮短； 布置于所述感測(cè)元件和電子封裝周圍的外殼；以及 與所述外殼接合且與所述電子封裝電連接的連接器，所述連接器包含外部接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器封裝，其中所述端口包含溝槽端口。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器封裝，其中所述溝槽端口被定位于所述端口的肩部?jī)?nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器封裝，其中所述端口長(zhǎng)度的縮短達(dá)2.45毫米(mm)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器封裝，其中所述端口由金屬、金屬合金或金屬材料制造。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器封裝，其中所述連接器包含適合于形成與所述電子封裝電接觸的多個(gè)觸頭。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器封裝，其中所述連接器包含適合于外部連通的外部接口。8.—種端口，包含: 隔膜； 螺紋； 咬邊/封邊；以及 內(nèi)鉆孔，壓力環(huán)境從所述咬邊/封邊延伸通過所述內(nèi)鉆孔到達(dá)所述隔膜； 其中所述端口允許針對(duì)密封及寄生的密封力的解耦特征以及端口長(zhǎng)度的縮短。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的端口，其中還包含布置于所述隔膜的頂部上的至少一個(gè)應(yīng)變i+o10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的端口，還包含溝槽端口。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的端口，其中所述溝槽端口被定位于所述端口的肩部?jī)?nèi)。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的端口，其中所述端口長(zhǎng)度的縮短達(dá)2.45毫米(mm)。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的端口，其中所述端口由金屬、金屬合金或金屬材料制造。
【文檔編號(hào)】G01L1/20GK105928641SQ201610103933
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年2月25日
【發(fā)明人】E·J·A·肖特烏特坎普, D·H·威爾斯馬, F·H·雅各布斯
【申請(qǐng)人】森薩塔科技公司