CN100390516C - 压力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种压力传感器(S1)包括传感器芯片(20)、受压膜片(34)、连接器壳体(10)和外壳(30)。压力传感室(40)设置在连接器壳体(10)内并被充满油(15)。传感器芯片(20)被设置在压力传感室(40)内以及膜片(34)被固定到连接器壳体(10)上以使膜片(34)接触到油(15)并且密封压力传感室(40)。O形环(42)和焊环(35)设置在膜片(34)的边缘和膜片(34)和连接器壳体(10)之间的压力传感室(40)的周围。膜片(34)通过O形环(42)和焊环(35)固定到连接体壳体(10)上并且紧固。焊环(35)的内周部被形成为可使其被放置在传感室(40)内的传感器芯片(20)、导线(13)和膜片(34)之间。

Description

压力传感器
技术领域
本发明涉及一种在其压力传感室中带有液体的压力传感器。
背景技术
在JP-A-2002-98607中提出了一种压力传感器，其在一个压力传感室内装有作为压力传递介质的液体。压力传感器具有一个壳体，其中设有一个传感室。一个压力传感元件设置在所述传感室内，并且一个膜片(隔膜)被固定到壳体上以覆盖住压力传感室的开口。
在图8示出的是传感室周围部分的剖视图。一个第一壳体110具有一个凹入部111，它的空间用作一个传感室140。作为压力传递介质的液体115例如油被限定在传感室140内。一个用于接收压力的金属膜片134被固定到第一壳体110上以便密封传感室140，并且与液体115接触。所述膜片134接收在空心箭头指示的方向上作用的压力。
一个压力传感元件120被设置在传感室140内，以使其从液体115接收压力。膜片134接收的压力通过液体115传递到传感元件120。传感元件120通过导线113与端子112电连接。压力传感元件120根据液体115作用的压力等级输出信号，并且信号通过导线113和端子112传递到一个外部装置。
一个O形环142和一个焊环135在膜片134和第一壳体110之间设置在传感室140的周围。O形环142靠近第一壳体110放置。O形环密封住传感室140。焊环135是一个用于支撑膜片134的支撑元件，膜片134较薄且需要一个支撑体。膜片134和焊环135被焊接到具有一个压力引入孔132的第二壳体130上。第二壳体130通过模锻固定结合到第一壳体110上。膜片134借助于在第二壳体130被模锻固定到第一壳体110上时施加的力通过O形环142和焊环135而被推压向第一壳体110。结果，传感室140被密封。
在O形环142被损坏、O形环142由于模锻故障而不能被紧密装配、或者膜片134或焊环135的焊接不是正确焊接的情况下，液体115可能泄漏。在膜片134、O形环142和焊环135的密封表面粗糙或带有疤痕、毛边或凹坑的情况下，液体可能泄漏。在异物出现在密封区域的情况下，液体可能泄漏。在密封第一壳体110和端子112之间的缝隙的密封材料114破裂或者被去除的情况下，液体可能从缝隙滴漏。
在液体已经泄漏的情况下，膜片134变得可自由地移动。结果，在高级别压力通过压力引入孔132作用到膜片134上时，膜片134移向传感元件120和导线113。在最坏的情况下，膜片134、传感元件120和导线113会出现电气短路。膜片134是一个薄板，并因此而不稳定。另外，膜片是一个电导体。由此，在膜片134、传感元件120和导线113之间会出现电气短路。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种压力传感器，其中，在受压膜片、压力传感元件和连接元件之间不容易出现电气短路。
本发明的压力传感器包括：一个壳体，其具有一个压力传感室；一种液体，其被限定在压力传感室内；一个金属受压膜片，其与液体接触并且密封压力传感室；一个压力传感元件，其上连接着一个用于电连接的连接元件，所述压力传感元件设置在压力传感室内的可从液体接收压力的位置；一个O形环，其在受压膜片和壳体之间围绕着受压膜片的边缘和压力传感室设置；一个焊环，其在受压膜片与壳体之间围绕着受压膜片的边缘和压力传感室设置，并且比O形环设置得更靠近受压膜片；所述受压膜片通过O形环和焊环固定到壳体上；所述焊环具有一个孔，所述孔的形成使得焊环的内周部在压力传感室内沿纵向安置在压力传感元件和连接元件这二者与受压膜片之间。
使用这种结构，在高压作用到膜片并且膜片移向压力传感元件时，膜片接触到焊环的内周部。结果，可限制膜片的移动，即减少膜片的过量移动。膜片、压力传感元件和连接元件不容易相互接近到可发生电气短路的距离内。由此，即使在发生油泄漏的情况下，也不容易出现电气短路。
附图说明
本发明的上述及其它目的、特征和优点将从下面参照附图所作的详细说明中变得更加明显。在图中：
图1是依据本发明第一个实施例的压力传感器的剖视图；
图2是依据第一个实施例的压力传感器的压力传感室周围部分的剖视图；
图3是依据本发明第二个实施例的压力传感器的压力传感室周围部分的剖视图；
图4是依据本发明第三个实施例的压力传感器的压力传感室周围部分的剖视图；
图5是依据本发明第四个实施例的压力传感器的压力传感室周围部分的剖视图；
图6是依据本发明的一个改型例的压力传感器的压力传感室周围部分的剖视图；
图7是依据本发明的一个改型例的压力传感器的压力传感室周围部分的剖视图；
图8是依据现有技术的压力传感器的压力传感室周围部分的剖视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例将被参照附图进行说明。在图中，相同的附图标记用于表示相同部件和装置。
(第一个实施例)
图1中示出一个压力传感器S1。所述压力传感器S1被安装在车辆中并且用于检测空调致冷剂压力或燃油喷射压力的压力等级。
压力传感器S1具有组合成一个单元的连接器壳体10和外壳30。连接器壳体10是第一壳体，外壳30是第二壳体。连接器壳10由树脂例如聚苯硫醚(PPS)或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)制成。其基本上形成为一个圆柱体。一个凹入部11形成在连接器壳体10的第一端上，所述第一端是图1中的下端。
一个传感器芯片20设置在凹入部11内，所述芯片是一个压力传感元件。所述传感器芯片20是一种膜片型半导体传感器芯片，其具有一个作为受压表面的膜片(未示出)，并且将膜片接收的压力转换成电信号。接着，其输出作为传感器信号的电信号。传感器芯片20通过阳极接合而组合到一个玻璃基部21上。通过将基部21接合到凹入部11的底部，传感器芯片被固定在连接器壳体10上。
连接器壳体10具有金属棒端子或接线插脚12，用于将传感器芯片20电连接到一个外部电路上。端子12是通过向黄铜销上镀镍而制备出的，并且端子12被保持在连接器壳体10内。通过镶嵌模塑，端子12与连接器壳体10整体设置。每个端子12的第一端(在图1中是下端)在邻近传感器芯片安装区域的位置穿透凹入部11的底部。
端子12的第一端的末端和传感器芯片20通过导线13相互连接。导线是由金或铝制成，所以端子12和传感器芯片20是电连接的。导线13构成连接元件，用于传感器芯片20和端子12的电连接。由端子12的穿透引起的连接器壳体10和端子12之间的缝隙由密封材料14来密封。密封材料由硅树脂制成。
用氟油15充填凹入部11，以使传感器芯片20和端子12、导线13及密封材料14浸在油15中。油15起到压力传递介质的作用。
在连接器壳体10的第二端(图1中的上端)上形成一个连接部分16，其用于通过线束(未示出)使端子12的第二端连接到外部电路上。例如，外部电路是车辆的一个电子控制单元。传感器芯片20和外部电路之间的信号传送是通过导线13和端子12来执行的。
外壳30由金属例如不锈钢(SUS)制成。外壳在其第一端(图1中是上端)具有一个开口部31，在其第二端(图1中是下端)具有一个压力引入孔32。压力通过引入孔从外壳30的外部传递到外壳30的内部。所述压力是前述的空调致冷剂的压力或燃油喷射的压力。
在外壳30第二端的外周上形成一个螺纹部分33。压力传感器S1可安装到车辆内的适当位置，例如，在空调冷却管或在燃油管上，并通过螺纹部分33固定。连接器壳体10的第一端***到开口部31内，并且连接器壳体10和外壳30安装到一起以使凹入部11被覆盖住。外壳30的端部30a被模锻到连接器壳体10上，并且外壳30被紧固到连接器壳体10上。
一个受压膜片34和一个焊环35设置在开口部31的底部。膜片34由金属例如SUS制成，并且形成一个圆板。焊环35由金属例如SUS制成，并且设置在膜片34的周围。
焊环35被固定，以致将膜片34夹在其和外壳30之间。即，膜片34的边缘固定到外壳30上。膜片阻止油15的泄漏，并且阻塞凹入部11和压力引入孔32之间的通路。焊环35比膜片34厚，例如，为膜片34厚度的15或20倍。焊环构成为一个保持元件，用于支撑薄的膜片34。
膜片34的边缘和焊环35通过激光焊一起焊接到外壳30上。膜片34、焊环35和外壳30被部分熔化并形成一个焊接部分36。连接器壳体10和外壳30以上述的方式被安装，而且油15被限定在由凹入部11和膜片34确定的一个室内。所述室是压力传感室40。
在压力传感器S1中，连接器壳体10具有压力传感室40，油15被限定在其内。膜片34被固定到连接器壳体10上，以便与油15接触并且密封压力传感室40。传感器芯片20在可从油15接收压力的位置上设置在压力传感室40内。
一个圆的O形环槽被设置在压力传感室40的周围。一个由弹性材料如硅橡胶制成的O形环42放置在O形环槽内。O形环42被设置并支撑在连接器壳体10和焊环35之间。利用压力，O形环42被连接器壳体10和焊环35夹着。结果，压力传感室40和膜片34一起被O形环密封，以保护凹入部11内的油15不会泄漏。
一个支持环43也围绕O形环42放置在O形环槽内。支持环43由树脂例如四氟乙烯制成。在O形环膨胀和滑到连接器壳体10和焊环35之间的缝隙中时，支持环可保护O形环42不损坏。
O形环42和焊环35从连接器壳体一侧顺序放置在膜片34的边缘和压力传感室40的周围，并且位于膜片34与连接器壳体10之间。即，焊环35比O形环42放置得更靠近膜片34。膜片34通过O形环42和焊环35被推压在连接器壳体10上并被固定。
参见图2，焊环35的内周部被形成为使其可在压力传感室40内安置在传感器芯片20、导线13和膜片34之间。焊环35中形成一个孔，其直径比压力传感室的直径小，也就是，在图2中焊环的孔的水平尺寸小于压力传感室40的水平尺寸。焊环的孔的直径是这样确定的，即能够使焊环35的内周部在压力传感室40内安置在传感器芯片20、导线13和膜片34之间。焊环35通过冲压或蚀刻制成。
在图8中示出的现有技术中，焊环135的孔被形成为其直径大约等于或大于压力传感室140的直径。具体地讲，所述孔的直径大约为9mm。在本实施例中，所述孔的直径大约为1mm。
一种用于组装压力传感器S1的方法将被论述。制备出连接器壳体10，其内通过镶嵌模塑组装有端子12。传感器芯片20通过基部21用硅树脂制成的胶粘剂固定到凹入部11内。密封材料14被注入到凹入部11内，并且在围绕着每个端子12适宜地施加之后固化。导线13接合到端子12的末端和传感器芯片20上，以使端子12和传感器芯片20相互连接。连接器壳体10被安置就位，以使传感器芯片20一侧向上。预定量的油15通过一个分配器被从连接器壳体10的顶端注入到凹入部11内。
制备出外壳30，其中膜片34和焊环被焊接到其第一端上。在连接器壳体10保持水平的状态下，外壳30被安置在连接器壳体的正上方，然后移向连接器壳体10，以便嵌接在连接器壳体10上。通过将外壳30嵌接到连接器壳体10上而形成的组件被放置在真空室内，以便去除多余量的空气。
连接器壳体10被推压在外壳30上，直到其已经与焊环35充分接触为止，以制备出被膜片34和O形环42密封的压力传感室40。外壳30的端部30a被模锻到连接器壳体10上，以将连接器壳体10和外壳30设置成一个单元。连接器壳体10和外壳30被固定组装，并且压力传感器S1的组装就完成了。
压力传感器S1的一种基本压力传感操作将被描述。压力传感器S1利用外壳30的螺纹部分33安装到车辆内的一个适当位置。外部压力例如空调致冷剂的压力和燃油喷射的压力通过压力引入孔32被传递到压力传感器S1的内部。
压力作用到膜片34上。膜片34变得承受应力并且变形。应力通过油15传递到传感器芯片20上，并且应力作用到传感器芯片20的受压面上。传感器芯片20输出一个传感信号，其是与作用的压力相对应的一个电信号。传感信号通过导线13和端子12从传感器芯片20传递到外部电路。
压力传感器S1包括具有压力传感室40的连接器壳体10、受压膜片34和传感器芯片20。受压膜片34与油15接触并且密封压力传感室40。传感器芯片20在压力传感室40的内部设置在可从油15接收压力的位置。
O形环42和焊环35从连接器壳体一侧顺序围绕着膜片34的边缘和压力传感室40放置，并且位于膜片34与连接器壳体10之间。膜片34通过O形环42和焊环35固定到连接器壳体10上。焊环35的内周部被形成为可在压力传感室40内安置在传感器芯片20、导线13和膜片34之间。
利用上述结构，在高压从压力引入孔一侧作用到膜片34上并且膜片34向传感器芯片20一侧移动时，膜片34接触到焊环35的内周部。结果，膜片34的移动被限制，即，膜片34的过量移动减小。膜片34、传感器芯片20和导线13不容易靠近到可发生电气短路的距离内。
因为焊环35的厚度大于膜片34的厚度，所以焊环35比膜片34具有较高的刚性。由于膜片34被焊环35保持，所以膜片34不能移动到与传感器芯片20或导线13相接触。由此，即使在发生油15泄漏的情况下，也不容易出现电气短路。
(第二个实施例)
图3中示出了压力传感器S2在压力传感室40周围部分的放大图。压力传感器S2不同于压力传感器S1的构造将被描述。
一个网屏37a连接到焊环37上以覆盖住压力引入孔。这种类型的网屏37也易于通过冲压或蚀刻制造。焊环37上带有网屏37a的区域在压力传感室40内被放置在传感器芯片20、导线13和膜片34之间。即，焊环37的内周部在压力传感室40内被放置在传感器芯片20、导线13和膜片34之间。
使用这种结构，在膜片34移向传感器芯片端时，膜片34接触到网屏37a。结果，膜片34的移动被限制。即，膜片34的过量移动减小了。膜片34、传感器芯片20和导线13不容易靠近到在发生电气短路的距离内。由此，即使在发生油15泄漏的情况下，也不容易在膜片34、传感器芯片20和导线13之间出现电气短路。
(第三个实施例)
图4中示出了压力传感器S3在压力传感室40周围部分的放大图。压力传感器S3不同于压力传感器S1、S2的实施例的结构将被描述。
焊环38不像压力传感器S1、S2的焊环35、37那样具有覆盖住压力传感室40的内部。一个具有电绝缘性的绝缘膜50形成在膜片34的位于压力传感室侧的表面上。绝缘膜50可以是任何类型的薄膜，只要其可以适当形成在膜片34上，并且即使在膜片34变形时也可存留在膜片34上即可。作为示例，绝缘材料例如聚对二甲苯可蒸敷形成在膜片34上。
由于膜片34通过绝缘膜50而与传感器元件20和导线30电绝缘，所以不容易在膜片34、传感器芯片20和导线13之间发生电气短路。由此，即使在发生油15泄漏的情况下，也不容易在膜片34、传感器芯片20和导线13之间出现电气短路。
(第四个实施例)
图5中示出了压力传感器S4在压力传感室40周围部分的放大图。压力传感器S4不同于压力传感器S1、S2和S3的结构将被描述。
焊环38不像压力传感器S1、S2的焊环35、37那样具有覆盖住压力传感室40的内周部。具有电绝缘性的绝缘膜51形成在传感器芯片20和导线13的表面上。绝缘膜51可以是任何类型的薄膜，只要其可以适当形成在传感器芯片20和导线13上，并且当压力传感器S4被使用时可存留在上面即可。作为示例，绝缘材料例如聚对二甲苯可蒸敷形成在传感器芯片20和导线13每个上。
绝缘膜51也形成在密封材料14和端子12的表面上。在完成传感器芯片20和导线13之间的连接以及施加了密封材料14之后，绝缘材料蒸敷形成在它们的表面上。
由于膜片34通过绝缘膜51而与传感器元件20和导线13电绝缘，所以不容易在膜片34、传感器芯片20和导线13之间发生电气短路。由此，即使在发生油15泄漏的情况下，也不容易在膜片34、传感器芯片20和导线13之间出现电气短路。
本发明不限于前面描述及附图示出的实施例，在不脱离本发明精神的情况下可以多种方式实施。例如，凹入部11的侧壁可以被形成为高于压力传感器S1、S2、S3和S4中的侧壁，如图6中示出的压力传感器S5的凹入部17那样。使用这种结构，膜片34不被支撑的区域的直径减小，并且由此减少膜片34的移动。结果，不容易发生电气短路。
凹入部11可被设置成具有更大深度，如图7中示出的压力传感器S6的凹入部18那样，以增加导线13和膜片34之间的距离。例如，所述距离可以为图8中示出的压力传感器中的距离的2到3倍。使用这种结构，传感器芯片20和导线13可被设置在这样的位置上-即使在膜片34向传感器芯片20移到其极限的情况下膜片34也不接触传感器芯片20和导线13。
限定在压力传感室40内的液体不限于油15。只要具有电绝缘性并且可起到压力传递介质的作用，可使用任何类型的液体。传感器芯片20不限于隔膜类型的半导体传感器芯片。任何可根据从液体接收的压力等级而输出电信号的装置可以被使用。
焊剂或引线元件可用于在传感器芯片20和端子12之间电连接。压力传感器S3、S4可以与压力传感器S1、S2组合以使膜片34的移动被限制，并且在传感器芯片20、导线13和膜片34之间提供电绝缘。

Claims (6)

1.一种压力传感器(S1、S2、S3、S4)，包括：
一个壳体(10)，其具有一个压力传感室(40)；
一种液体(15)，其被限定在压力传感室(40)内；
一个金属受压膜片(34)，其与液体(15)接触并且密封压力传感室(40)；
一个压力传感元件(20)，其上连接着一个用于电连接的连接元件(13)，所述压力传感元件(20)设置在压力传感室(40)内的可从液体(15)接收压力的位置；
一个O形环(42)，其在受压膜片(34)和壳体(10)之间围绕着受压膜片(34)的边缘和压力传感室(40)设置；
一个焊环(35、37、38)，其在受压膜片(34)与壳体(10)之间围绕着受压膜片(34)的边缘和压力传感室(40)设置，并且比O形环(42)设置得更靠近受压膜片(34)；
所述受压膜片(34)通过O形环(42)和焊环(35、37、3 8)固定到壳体(10)上；
所述焊环(35、37、38)具有一个孔，所述孔的形成使得焊环的内周部在压力传感室(40)内沿纵向安置在压力传感元件(20)和连接元件(13)这二者与受压膜片(34)之间。
2.如权利要求1所述的压力传感器(S1、S2)，其特征在于，焊环(35、37、38)的孔被形成为其直径比压力传感室(40)的直径小，以使焊环(35)的内周部在压力传感室(40)内安置在压力传感元件(20)和连接元件(13)这二者与受压膜片(34)之间。
3.如权利要求1或2所述的压力传感器(S2)，其特征在于，焊环(37)具有一个网屏(37a)，其覆盖住所述孔。
4.如权利要求1所述的压力传感器(S3)，还包括一个绝缘膜(50)，其具有电绝缘性，并且形成在受压膜片(34)的位于压力传感室侧的表面上。
5.如权利要求1所述的压力传感器(S4)，还包括绝缘膜(51)，其具有电绝缘性，并且形成在压力传感元件(20)和连接元件(13)的靠近受压膜片的表面上。
6.如权利要求1所述的压力传感器(S1、S2、S3、S4)，还包括位于壳体(10)内的端子(12)；
所述端子(12)将压力传感元件(20)连接到一个外部装置上；
压力传感元件(20)和端子(12)在压力传感室(40)内通过导线(13)相互电连接；
导线(13)构成所述连接元件(13)。
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