CN112050996B - 具有保护性压力特征的压力传感器组件 - Google Patents
具有保护性压力特征的压力传感器组件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112050996B CN112050996B CN202010498513.5A CN202010498513A CN112050996B CN 112050996 B CN112050996 B CN 112050996B CN 202010498513 A CN202010498513 A CN 202010498513A CN 112050996 B CN112050996 B CN 112050996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- fluid
- pressure
- support
- sensor body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 135
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 105
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 claims description 12
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 12
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 8
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 8
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- SWPMTVXRLXPNDP-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohexene-1-carbaldehyde Chemical compound CC1=C(C=O)C(C)(C)CC(O)C1 SWPMTVXRLXPNDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- POIUWJQBRNEFGX-XAMSXPGMSA-N cathelicidin Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CO)C(O)=O)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC=CC=1)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)CNC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@@H](N)CC(C)C)C1=CC=CC=C1 POIUWJQBRNEFGX-XAMSXPGMSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0609—Pressure pulsation damping arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0618—Overload protection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
- G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
- G01L7/08—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
压力传感器组件(70),包括具有感测膜(36)的传感器本体(32),且其中流体放置为与膜连通以确定流体压力。支撑件(40)与本体(32)连接,且基板(72)连接到支撑件(40)。支撑件(40)包括通道(44)且基板包括通道(76),用于从外部源接收流体并将流体引导到膜(36)。压力缓解元件设置在支撑件(40)或基板(72)中的一者或两者中,以缓解来自进入基板中的开口(84)的外部流体的压力尖峰的输送。在示例中,压力缓解元件包括基板内的室(88)和(92)以及通道(90)。基板可以由一材料形成,该材料的热膨胀系数在支撑件(40)的热膨胀系数和从之接收流体的外部装置的热膨胀系数之间。
Description
技术领域
本文所公开的压力传感器组件涉及包括传感器膜或膜片的压力传感器,该传感器膜或膜片与被监测的来自外部源的气体或流体连通,更具体地,涉及压力传感器,其改进的防护等级,以防止由诸如高压尖峰等的瞬时流体压力事件引起的损坏。
背景技术
压力传感器组件或压力传感器的使用在本领域中是已知的,用于测量或监测来自与压力传感器处于流体流动连接的外部源的流体的压力。常规的压力传感器组件包括膜片或膜,其放置为与流体接触,且其配置为具有薄壁构造,用于当流体压力施加在其上时将流体中的压力转换为膜片中的应力或位移。通常,这样的压力传感器具有用于从外部源接收流体的端口或开口,其中流体在压力传感器内传输到膜片或膜,且其中一个或多个检测元件可以与膜片连接,以测量或获取关于膜片运动的数据/接收关于膜片运动的信号,从而确定流体压力。
这种常规压力传感器的问题在于,被测量的流体可能来自能够产生高压力的瞬态事件(例如,压力尖峰)的外部源,当将其输送到压力膜片或膜时,其可能超出设计压力且从而导致损坏压力膜片或膜,即,可能导致膜片或膜弯曲超过其设计屈服点,并永久损坏压力传感器。
鉴于这样的问题,已经开发了在本领域中称为缓冲器(snubber)装置的附件装置,并将其构造为用于放置在外部流体源和压力传感器之间的辅助装置。这种缓冲器装置为以下形式:膜片、小孔或限流器、或自由移动的管,且操作为缓解瞬态流体压力事件的冲击波,以在进入压力传感器之前减小或缓解冲击波。但是,这种辅助缓冲器装置属于外部装置,因此增加了压力传感器的总体封装成本和尺寸,并且可能不适合最终用途应用,在这些应用中,用于装配安装的压力传感器的安装空间非常宝贵,例如,当与车辆的发动机或动力总成构件一起使用时。
因此,期望以提供期望水平的保护以抵抗瞬态流体压力瞬态事件(例如压力尖峰)的损害的方式来构造压力传感器组件。还期望的是,压力传感器组件构造为使得在不增加压力传感器组件的整体尺寸的情况下提供这种保护以进行封装和放置,并且避免对上述外部缓冲器装置或其他外部装置的需要。仍进一步期望的是,这样的压力传感器组件构造为能够缓解存在于传感器和传感器所连接的外部装置(例如,传输外部流体以进行压力感测的装置)之间的热膨胀系数特性的差异。
发明内容
本文所公开的压力传感器组件通常包括传感器本体,其包括设置在本体内的感测膜,用于放置来自与膜连通的外部源的流体并确定流体的压力。传感器组件还包括与本体连接的支撑件和延伸穿过其中的用于接收流体的通道,其中通道与膜流体流动连通。基板与支撑件连接且包括延伸穿过其中的用于从外部源接收流体的流体,其中流体通过基板输送至支撑件。在示例中,支撑件由一材料形成,该材料的热膨胀系数在支撑件的热膨胀系数和与基板连接的外部流体源的热膨胀系数之间。在示例中,传感器本体由硅形成,且基板由陶瓷材料形成。基板或支撑件通道中的一个的包括压力缓解元件或特征,用于缓解从外部源到传感器膜的气体或流体中的压力尖峰的输送。在示例中,基板包括多个陶瓷元件,它们结合在一起以形成压力缓解特征。在示例中,压力缓解特征包括增大体积部分。在示例中,压力缓解特征包括设置在通道内的可移动构件。在示例中,压力缓解特征包括设置在通道内的多孔构件。在示例中,压力缓解特征包括通道的当其移动通过支撑件或基板时的方向的两个或更多个变化。在示例中,压力传感器组件还可以包括与基板连接的印刷电路板。
本文所公开的用于缓解通过压力传感器组件监测的外部流体的压力尖峰的方法包括:将流体从外部源引导到基板中,该基板具有延伸穿过其中的通道。然后,将流体从基板传输到传感器本体,其中流体进入传感器本体并与膜接触。在示例中,支撑件插设在传感器本体和基板之间。通过引导流体通过在压力组件内部且位于传感器本体膜的上游的压力缓解特征,在压力传感器组件内缓解了流体中的高压力尖峰。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述本文所公开的压力传感器组件,其中:
图1是现有技术的压力传感器组件的截面侧视图;
图2是本文所公开的示例压力传感器组件的截面侧视图;
图3是本文所公开的示例压力传感器组件的截面侧视图;
图4是本文所公开的示例压力传感器组件的截面侧视图;
图5是本文所公开的示例压力传感器组件的截面侧视图;
图6是本文所公开的示例压力传感器组件的截面侧视图;
图7是本文所公开的示例压力传感器组件的截面侧视图;
图8是图7的示例压力传感器组件的透视图;以及
图9是本文所公开的示例压力传感器组件的截面侧视图。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述压力传感器组件的实施例,其中,相同的附图标记指代相同的元件。然而,本文所公开的压力传感器组件或压力传感器可以以许多不同的形式体现,并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例;相反,提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整,并将向本领域技术人员充分传达压力传感器组件的概念。
本文所公开的压力传感器组件或压力传感器大概包括与支撑件和基板连接的传感器本体,其中传感器组件支撑件或基板中的一个或多个特别设计成包括通道等形式的整体的压力缓解元件或特征,其配置为缓解由进入压力传感器的瞬态气体或流体的流体压力事件引起的冲击波,以进行压力测量/监测。在示例中,本文所开的压力传感器配置为微机电***(MEMS)压力传感器的形式,用于监测或测量外部装置的流体的压力,并将压力信号发送到远程装置,例如控制器、处理器等。本文所公开的压力传感器的特征在于,它们构造为包括内置/整体的流体减震特征,从而避免了使用外部缓冲器等,且避免了与之相关的上述缺陷。应当理解,本文所公开的压力传感器组件可以用于气体或流体服务中。这样的组件的另一特征在于,它们可以以有助于防止由可能直接接取膜的流体中存在的颗粒引起的损坏的方式构造。
图1示出了现有技术的MEMS压力传感器10,其包括硅传感器本体12,硅传感器本体12通过常规方法沿着底表面14附接或以其他方式结合到玻璃支撑件16。支撑件16配置为通过使用配置为促进这种插设附接的另一组件或壳体(未示出)来便于将压力传感器附接到待监测或测量的外部流体源。该示例包括顶盖18,其由玻璃形成且通过常规方法附接或以其他方式结合到传感器本体12的上表面20。传感器本体包括内室22和沿着内室的一端设置的膜或膜片24,其配置为相对于施加在其上的流体压力而移动。
来自外部源的流体通过恒定直径的开口26进入压力传感器10,该开口26穿过支撑件16且提供与传感器本体内室22的连续无阻碍的流体流动连通。当进入压力传感器的流体的压力变化时,使得膜或膜片24移动。顶盖18包括提供已知参考体积的室28,其中由于流体压力变化引起的膜片或膜的运动导致参考体积的变化,该变化被监测和测量以由其确定流体体积压力。这样的压力传感器包括电压力感测元件,例如压电电阻元件等,其可以与膜或传感器的其他部分连接,以响应于传感器的响应于流体压力的特性变化提供输出信号。
如图1所示的这种现有技术MEMS压力传感器包括感测膜片或膜,其设计为在限定的流体压力条件和膜片或膜的屈服条件内操作。如果压力传感器所经受的流体压力超出限定的条件,例如在瞬态流体高压事件或尖峰期间,这可能使得膜片或膜破损或以其他方式损坏,这将使压力传感器不可用。在这样的现有技术压力传感器10中,进入压力传感器的流体直接通过支撑件开口26,进入压力传感器内室22,并与膜片或膜24接触。尽管从基板开口移动到传感器本体内室的体积略有增加,但这种体积变化不足以缓解或抵消这种瞬态流体高压尖峰对膜片的冲击作用。如以上简述的,为了解决现有技术压力传感器的这种限制,已经使用了外部缓冲器装置,其中这种缓冲器装置***设在外部流体源和MEMS压力传感器之间。
图2示出了本文所公开的示例压力传感器组件30。在示例中,压力传感器是MEMS传感器,其包括具有内腔34的传感器本体32,膜36在腔的一端,其中腔具有圆锥形状,其从膜移动到腔开口而向外渐缩。顶盖或上支撑件38设置在传感器本体32上方且配置为覆盖膜36。支撑件40连接到传感器本体32的底侧表面42,且包括延伸穿过其中的开口或腔44,该开口或腔44具有远离传感器本体移动的圆锥形向外渐缩的配置。支撑件开口与传感器本体腔34对准,以便于流体在它们之间传送。第一基板46附接到支撑件40的底侧表面48且包括放大体积的室50,其从第一支撑件延伸到与支撑件相对的入口端口52。第一基板46包括侧壁54,其沿着支撑件底侧表面48的外周边附接到支撑件并从支撑件延伸,其中放大体积的室限定在基板侧壁内。入口端口52设置为穿过与基板侧壁连接的基板基部54。第二基板56附接到第一基板46的底侧表面58且包括延伸穿过其中的与第一基板入口端口52对准的通路60。在示例中,第一基板入口端口52的尺寸设定为相对于第二基板通路60具有减小的直径。该示例的压力传感器组件的整体构造配置为便于其中的流体通过第二基板到传感器本体。减小半径的第一基板入口端口52和第一基板放大体积的室50的特征共同作用以缓解进入传感器组件并传递至传感器本体膜36的压力流体尖峰的影响。
在示例中,传感器本体可以由硅形成且设置为硅晶片,例如单晶硅或其他合适的硅的形式。支撑件40可以由具有与用于形成传感器本体的材料相似的热膨胀系数的材料形成。在示例中,支撑件可以选自包括硅或其他材料的组,例如玻璃或PYREX,其为化学上惰性的且可以结合至传感器本体。在示例中,支撑件40由玻璃形成。压力传感器顶盖或上支撑件38是可选的且可以由与上述支撑件40相同类型的材料形成,并且被附接或结合至传感器本体。上支撑件38包括配置为提供参考体积的内室62。支撑件40中的开口可以通过常规方法形成,例如机械加工、蚀刻、模制等。
该示例压力传感器组件30的特征在于,流体压力尖峰缓解特征是通过机械加工工艺、蚀刻工艺、沉积工艺等形成的组件的整体部分。第一基板46和第二基板56可以通过常规技术附接到传感器本体和支撑件,例如通过合适的粘合材料、玻璃熔块等。第一基板和第二基板可以由相同或不同的材料形成。在示例中,第一基板和/或第二基板可以由一材料形成,该材料的热膨胀系数介于支撑件的热膨胀系数和第二基板所附接的用于提供外部流体的外部装置的热膨胀系数之间,从而作用为在支撑件和这样的外部装置之间提供热膨胀特性的过渡,以减少或消除可能在操作期间损坏传感器组件的热膨胀失配。在示例中,第一基板和/或第二基板可以由相同或不同的材料形成,其可以包括玻璃或陶瓷材料。在示例中,第二基板由陶瓷材料形成,例如氧化铝(Al2O3)。虽然已经公开了特定类型的陶瓷材料,但是应当理解,可以使用提供上述期望的热膨胀过渡特征的其他类型的陶瓷材料。
图3示出了本文所公开的示例压力传感器组件70,其具有带有内腔34和膜36的传感器本体32、顶盖或支撑件38,以及支撑件40,它们类似于上文所述且在图2中示出的那些。在该示例中,基板72与支撑件40的底侧表面74附接且由多个基板构件形成。在该示例中,第一基板构件75附接到支撑件且包括穿过其中的通路76,其与支撑件中的开口44对准且流体流动连通。基板壁构件78沿着外周边附接到第一基板构件75的底侧表面,从而在这样的基板壁构件78内限定内室80。基板基部构件82附接到基板壁构件78的底侧部分,且包括延伸穿过其中的入口开口84。基板中心构件96在入口开口84的一侧附接到基板基部构件82且设置在入口开口84上方,以将进入基板72的流体转移通过入口开口84进入位于基板中心构件96的一侧的第一室腔88。如图3所示,第一室腔88内的流体可以通过限定在基板中心构件96和第一基板构件75之间的水平通路90并通入第二室腔92中。基板中心构件96设置为部分地阻碍通过第一基板构件75的通路76,从而在高压力尖峰条件的情况下,进入基板的流体可以通过以下方式来缓解:通过第一室腔和第二室腔中的一者或两者提供的增大的体积,以及相对于第一基板通路76的基板基部构件入口开口84的组合定位并结合其之间的基板中心构件96的放置位置所提供的流体路径方向的变化。
在该示例中,形成基板72的不同基板构件可以以上述方式,例如通过粘合剂结合、玻璃熔块等结合在一起。在示例中,在组装之前,基板构件通过对基板的丝网印刷玻璃结合在一起,然后组装基板构件,并使组件经受升高的温度,其对于将基板构件结合在一起有用。在示例中,不同的基板构件可以都由上述相同类型的材料形成,或者可以由具有不同热膨胀特性的材料形成,以在支撑件和附接到基板的外部流体提供装置提供期望的热膨胀缓冲和过渡功能。
图4示出了本文所公开的示例压力传感器组件100,其具有带有内腔34和膜36的传感器本体32、顶盖或支撑件38,以及支撑件40,它们类似于上文所述且在图2中示出的那些。在该示例中,基板102与支撑件40的底侧表面104附接。与上文所述且在图3中示出的示例不同,该示例的基板102设置为多个基板层的层压构造的形式。在示例中,基板102可以设置为多层陶瓷材料的形式,例如在烧结工艺期间形成的LTCC或HTCC。可以配置不同的层,以便提供期望的压力尖峰缓解特征。在该示例中,第一层106配置为与支撑件40附接且具有穿过其中的开口108,其与支撑件开口44流体流动连通。第一层向外延伸以提供外壁110,该外壁110允许在支撑件内形成增大体积的腔或室112。第二层114接合到第一层106的底侧表面且相同地配置。多个基板侧壁层116配置为具有与层106和114相同的外部尺寸,并且具有减小的壁厚,以形成从开口108径向向外延伸的室112。基板基层118附接到最后的基板壁层116且向内延伸以限定室并形成基板102的入口开口120。以此方式配置,多层基板构造操作为提供压力尖峰缓解特征,其通过形成在其中的放大体积的室112并且位于基板入口开口120和基板开口108之间。在示例中,基板入口开口120和基板开口108还彼此轴向地偏移,还操作为提供一定程度的流体压力尖峰缓解。
图5示出了本文所公开的示例压力传感器组件150,其具有带有内腔34和膜36的传感器本体32、顶盖或支撑件38,以及支撑件40,它们类似于上文所述且在图2中示出的那些。在该示例中,基板152与支撑件40附接。在该示例中,基板152包括附接到支撑件底侧表面的基板顶部构件154,且包括穿过其中的通路156,该通路156的尺寸设定成类似于支撑件开口44。基板壁构件158沿着外周边附接到基板顶部构件且从其向下延伸,从而在提供限定在与基板通路156和支撑件开口44流体流动连通的壁构件内的增大体积的腔或室160。多孔材料162设置在腔160内,腔160具有设置在其中的各种随机或有序通道并允许流体流动通过基板从基部164到支撑件40,尽管可能不存在单个限定的流动路径。在示例中,多孔材料可以是陶瓷材料,然而可以使用具有类似特征和特性的其他材料。替代地,代替使用单个多孔构件来填充基板腔,腔可以填充有多个件,该多个件在组合在一起时操作为形成多孔复合材料,其以类似的方式作用以提供穿过其中的多个随机或有序流体流动通路。在该示例中,设置在基板腔内的多孔构件操作为当流体通过基板152时缓解流体压力尖峰。尽管已经针对该示例描述为使用多孔构件或材料,但是应当理解,可以将这种多孔构件或材料的使用与本文公开的其他示例压力传感器组件一起使用,以有助于实现在到达传感器膜之前缓解流体压力尖峰的期望效果。
图6示出了本文所公开的示例压力传感器组件200,其具有带有内腔34和膜36的传感器本体32,以及顶盖或支撑件38。在该示例中,在晶片级处理之后,将支撑件202附接到传感器本体,从而使得能够使用大尺寸的支撑件。在该示例中,支撑件配置为包括顶部部分204,其具有穿过其中设置的开口206,该开口206与传感器本体开口208对准且具有与其类似的直径。支撑件顶部部分附接到传感器本体的底侧表面。支撑件包括壁部分212,其从顶部部分向下延伸并在支撑件内限定增大体积的腔或室214。在传感器本体的晶片级形成之后形成支撑件的特征在于,其使得能够使用大规模的支撑件,其可以操作为提供压力尖峰缓解功能。支撑件壁部分沿着基部部分216附接到基板218。在该示例中,基板218具有流体入口开口220,其在尺寸上相对于室214减小且定位为与支撑件开口206对准,尽管如果期望有助于压力尖峰缓解功能的话,基板开口220可以与支撑件开口偏移。通过本领域已知的本文所公开的粘合剂或其他结合材料,支撑件可以附接到传感器本体,且支撑件可以附接到基板。在示例中,基板由玻璃形成,且基板由陶瓷材料形成,以提供上述期望的热膨胀缓冲效果。在另一示例中,玻璃支撑件可以通过使用阳极结合而结合到传感器本体,从而在它们之间提供期望的结合而无需使用诸如此类的粘合剂。在这样的示例中,陶瓷基板将通过使用如上所述的玻璃结合而被附接。
图7示出了本文所公开的示例压力传感器组件300,其具有带有内腔34和膜36的传感器本体32,以及顶盖或支撑件38。在该示例中,基板302附接到传感器本体的底侧表面,且尺寸设定为具有显著大于传感器本体的外径。在示例中,基板具有远离本体向下延伸的厚度,并且在其中包括从入口开口308延伸的多方向通路306,入口开口308从基板的底表面310延伸到基板的相对侧上的出口开口312且与传感器本体开口流体流动连通。在示例中,基板通路306包括在入口开口308和出口开口312之间延伸的五个部分。通路第一部分316从入口开口308在基板内水平地延伸到通路第二部分318,通路第一部分316相对于入口开口308定向为大约90度,通路第二部分318相对于第一部分316定向为大约90度。通路第三部分320从通路第二部分318延伸,且相对于通路第二部分318定向为大约90度。通路第四部分322从通路第三部分320延伸,且相对于通路第三部分318定向为大约90度。通路第五部分324从通路第四部分322延伸,且相对于通路第四部分322定向为大约90度,并且延伸到出口开口312,该出口开口312相对于通路第五部分定向为大约90度。以这种方式配置,入口开口308、出口开口312、通路第二部分318和通路第四部分322在基板中各自彼此平行地定向,而通路第一部分316、通路第三部分320和通路第五部分324在基板中各自彼此平行地定向。虽然可以为缓解压力尖峰的目的而配置基板内的通道的特定示例,但是应理解,操作为提供压力尖峰缓解功能的通道部分的其他配置应理解为在本公开的范围内。
在此示例中,基板302附接到外部装置330,外部装置330具有设置在其中的端口332,用于将外部流体递送到压力传感器组件以进行压力测量。在示例中,外部装置可以由一材料形成,该材料不同于基板材料且具有与传感器本体不同的热膨胀系数。因此,期望基板由一材料形成,该材料的热膨胀系数提供外部装置和传感器本体之间的热膨胀特性的过渡。在示例中,基板可以由玻璃形成。如果是这种情况,则如上述示例和图7中所示,可以通过阳极结合将基板结合到传感器本体。如果基板是由陶瓷材料制成的,则基板可以通过上面讨论的结合技术附接到传感器本体。在示例中,基板302可以提供表面,其可以用于与传感器本体的电感测元件进行电连接和/或可以用于通过粘合剂或其他附接方法使用期望的导线连接342来放置设置在其上的压力传感器电接口单元340,该导线连接342用于与传感器本体和/或例如电路板等的其他部件进行电连接。
图8是如上所述且图7中所示的压力传感器组件400的透视图,包括传感器本体32、设置在其上的顶盖或支撑件38,其中传感器本体附接到基板302。在该示例中,基板被示出为由多个不同的层402形成的层压构造。这样的层压构造对于在包含多个部分的基板内形成通道的目的是有用的,其中可以根据需要通过蚀刻每一层以提供期望的通道配置来形成这些部分。一旦已经形成期望的通道部分后,将多个层组合并结合在一起以提供基板。
图9示出了本文所公开的示例压力传感器组件450,其具有带有内腔34和膜36的传感器本体32,以及顶盖或支撑件38。在该示例中,基板452附接到传感器本体的底侧表面,且其尺寸设定为具有有些类似于传感器本体的尺寸。基板包括穿过其中延伸的通路454,其直径显著小于传感器本体开口456的直径。在该示例中,基板设置在印刷电路板458内且与印刷电路板458附接。在该实施例中,基板嵌入印刷电路板内,使得印刷电路板在基板的壁部分460周围径向地延伸。基板附接到外部装置462,外部装置462具有设置在其中的端口464,用于将外部流体递送到压力传感器组件以进行压力测量。在该示例中,外部装置端口的尺寸设定为其直径大于基板通路的直径,且基板和印刷电路板的一部分都附接至外部装置。在示例中,印刷电路板458提供表面,其可以用于与传感器本体的电感测元件进行电连接和/或可以用于通过粘合剂或其他附接方法使用期望的导线连接468来放置设置在其上的压力传感器电接口单元466,该导线连接342用于在传感器本体和印刷电路板之间进行电连接。
Claims (12)
1.一种压力传感器组件,包括:
传感器本体,包括设置在所述传感器本体内的感测膜,用于放置来自与所述感测膜连通的外部源的流体,并确定所述流体的压力;
支撑件,与所述传感器本体连接且包括延伸穿过其中的用于接收所述流体的通道,其中所述通道与所述感测膜流体流动连通;
基板,与所述支撑件连接且包括延伸穿过其中的用于从外部源接收所述流体的通道,其中所述流体通过所述基板输送至所述支撑件;
其中,所述基板包括设置在其中的压力缓解特征,用于缓解从所述外部源到所述感测膜的所述流体中的压力尖峰的输送;
其中,所述基板包括第一基板构件、基板壁构件和基板基部构件,所述第一基板构件附接到支撑件且包括穿过其中的通路,所述基板壁构件沿着外周边附接到第一基板构件的底侧表面,从而在基板壁构件内限定内室,基板基部构件附接到基板壁构件的底侧部分,且包括延伸穿过其中的入口开口;
其中,基板中心构件在入口开口的一侧附接到基板基部构件且设置在入口开口上方,且基板中心构件设置为部分地阻碍通过第一基板构件的通路。
2.如权利要求1所述的压力传感器组件,其中,所述基板由一材料形成,所述材料的热膨胀系数在所述支撑件的热膨胀系数和外部流体源的热膨胀系数之间。
3.如权利要求1所述的压力传感器组件,其中,所述传感器本体由硅形成,且所述基板由陶瓷材料形成。
4.如权利要求1所述的压力传感器组件,其中,所述压力缓解特征包括设置在所述支撑件通道和所述基板通道中的一个内的可移动构件。
5.如权利要求1所述的压力传感器组件,其中,所述压力缓解特征包括所述支撑件通道和所述基板通道中的一个在移动通过相应的支撑件或基板时的方向的两个或更多个变化。
6.一种压力传感器组件,包括:
传感器本体,包括感测膜和在所述传感器本体中邻近所述感测膜的开放腔,用于使来自外部源的流体能够接触所述感测膜以确定所述流体的压力;
基板,与所述传感器本体连接且包括延伸穿过其中的通道,用于从外部源接收流体并输送所述流体通过所述基板到所述传感器本体;以及
流体压力缓解特征,设置在所述压力传感器组件内,用于缓解进入所述压力传感器组件的流体的感测膜的上游的压力尖峰的输送,
其中,所述基板包括第一基板构件、基板壁构件和基板基部构件,所述第一基板构件附接到支撑件且包括穿过其中的通路,所述基板壁构件沿着外周边附接到第一基板构件的底侧表面,从而在基板壁构件内限定内室,基板基部构件附接到基板壁构件的底侧部分,且包括延伸穿过其中的入口开口;
其中,基板中心构件在入口开口的一侧附接到基板基部构件且设置在入口开口上方,且基板中心构件设置为部分地阻碍通过第一基板构件的通路。
7.如权利要求6所述的压力传感器组件,其中,所述流体压力缓解特征设置在所述基板内且选自以下中的一个或多个:所述通道的增大体积部分、所述通道中的方向的两个或更多个变化,以及所述通道内的可移动元件。
8.如权利要求6所述的压力传感器组件,其中,所述传感器本体由硅形成,且所述基板由一材料形成,所述材料的热膨胀系数在所述传感器本体的热膨胀系数和外部流体压力源的热膨胀系数之间。
9.如权利要求6所述的压力传感器组件,还包括插设在所述传感器本体和所述基板之间的支撑件,其中,所述支撑件包括延伸穿过其中且与所述支撑件通道和本体开放腔连通的通道。
10.一种缓解由压力传感器组件监测的外部流体的压力尖峰的方法,包括以下步骤:
将流体引导到基板中,其中,所述基板包括第一基板构件、基板壁构件和基板基部构件,所述第一基板构件附接到支撑件且包括穿过其中的通路,所述基板壁构件沿着外周边附接到第一基板构件的底侧表面,从而在基板壁构件内限定内室,基板基部构件附接到基板壁构件的底侧部分,且包括延伸穿过其中的入口开口,其中,基板中心构件在入口开口的一侧附接到基板基部构件且设置在入口开口上方,且基板中心构件设置为部分地阻碍通过第一基板构件的通路;
将所述流体从所述基板传输至与其连接的传感器本体,所述传感器本体包括开放腔和在所述腔的端部处的感测膜,其中所述感测膜配置为监测设置在其上的流体的压力;
通过将进入所述压力传感器组件的所述流体引导通过设置在其中且位于所述感测膜的上游的压力缓解特征,来缓解所述流体中的压力尖峰。
11.如权利要求10所述的方法,其中,缓解步骤包括以下中的一个或多个:引导所述流体通过所述组件的包括两个或更多个方向变化的通道,将所述流体引导到所述组件中的在所述传感器本体的上游的增大体积部分中,以及引导所述流体与设置在所述组件的通道内的可移动元件接触。
12.如权利要求10所述的方法,其中,所述压力传感器组件包括支撑件,其插设在所述基板和所述传感器本体之间且其包括延伸穿过其中的通道,且其中在传输步骤期间,流体从所述基板传输通过所述支撑件通道到所述传感器本体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/434,153 | 2019-06-06 | ||
US16/434,153 US11118992B2 (en) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | Pressure sensor assemblies with protective pressure feature |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112050996A CN112050996A (zh) | 2020-12-08 |
CN112050996B true CN112050996B (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=70968886
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010498513.5A Active CN112050996B (zh) | 2019-06-06 | 2020-06-04 | 具有保护性压力特征的压力传感器组件 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11118992B2 (zh) |
EP (1) | EP3748324B1 (zh) |
JP (1) | JP2020201253A (zh) |
CN (1) | CN112050996B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11193842B2 (en) * | 2019-06-06 | 2021-12-07 | Te Connectivity Solutions Gmbh | Pressure sensor assemblies with protective pressure feature of a pressure mitigation element |
NL2028203B1 (en) | 2021-05-12 | 2022-12-08 | Berkin Bv | Device for controlling or measuring a fluid |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1395854A (fr) * | 1964-03-06 | 1965-04-16 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Capteur de pression subminiature |
US3628526A (en) * | 1969-04-14 | 1971-12-21 | Du Pont | Physiologic fluid pressure sensor head |
US5014557A (en) * | 1990-06-06 | 1991-05-14 | Acustar, Inc. | Composite base for a pressure transducer |
US5454270A (en) * | 1994-06-06 | 1995-10-03 | Motorola, Inc. | Hermetically sealed pressure sensor and method thereof |
US5945605A (en) * | 1997-11-19 | 1999-08-31 | Sensym, Inc. | Sensor assembly with sensor boss mounted on substrate |
JP2007178221A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Yamaha Corp | 半導体装置、その製造方法、及びスペーサの製造方法 |
WO2013006167A1 (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-10 | Foster Ron B | Sensor die |
CN103674395A (zh) * | 2012-09-14 | 2014-03-26 | 森萨塔科技公司 | 压力传感器设备及其组装方法 |
CN104949787A (zh) * | 2014-03-25 | 2015-09-30 | 霍尼韦尔国际公司 | 带有过压保护的压力传感器 |
CN108072487A (zh) * | 2016-11-11 | 2018-05-25 | 测量专业股份有限公司 | 校正压力传感器的方法和设备 |
CN109696268A (zh) * | 2017-10-23 | 2019-04-30 | 泰连公司 | 压力传感器组件 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2804093A (en) * | 1954-01-08 | 1957-08-27 | Sterer Engineering & Mfg Compa | Device for absorbing transient pressure fluctuations |
US3540285A (en) * | 1967-05-03 | 1970-11-17 | Inst Cercetari Si Proiectari P | Apparatus for damping pulsating pressures in pressure gauges |
US5062302A (en) * | 1988-04-29 | 1991-11-05 | Schlumberger Industries, Inc. | Laminated semiconductor sensor with overpressure protection |
DE10200780A1 (de) | 2002-01-10 | 2003-07-24 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Relativdrucksensor |
US6886929B2 (en) | 2002-10-25 | 2005-05-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Techniques for improving pressure sensor shock robustness in fluid containment devices |
DE602007013484D1 (de) * | 2006-02-27 | 2011-05-12 | Auxitrol Sa | Spannungsisolierter Drucksensorchip |
GB201017353D0 (en) | 2010-10-14 | 2010-11-24 | Rolls Royce Plc | Pressure indicator |
US20130263671A1 (en) * | 2012-04-10 | 2013-10-10 | General Electric Company | Fluid pressure spike attenuation feature for pressure sensing devices |
US9212054B1 (en) | 2014-10-15 | 2015-12-15 | DunAn Sensing, LLC | Pressure sensors and methods of making the same |
US20170089792A1 (en) | 2015-09-28 | 2017-03-30 | Merit Medical Systems, Inc. | Dampened pressure port |
US11105700B2 (en) * | 2018-05-15 | 2021-08-31 | Tyco Electronics Amp Korea Co., Ltd. | Snubber for pressure sensor and pressure sensor comprising the same |
US11041586B2 (en) * | 2018-12-18 | 2021-06-22 | The Boeing Company | System and method for a helical pressure snubber |
US11193842B2 (en) * | 2019-06-06 | 2021-12-07 | Te Connectivity Solutions Gmbh | Pressure sensor assemblies with protective pressure feature of a pressure mitigation element |
-
2019
- 2019-06-06 US US16/434,153 patent/US11118992B2/en active Active
-
2020
- 2020-06-01 EP EP20177644.0A patent/EP3748324B1/en active Active
- 2020-06-02 JP JP2020095863A patent/JP2020201253A/ja active Pending
- 2020-06-04 CN CN202010498513.5A patent/CN112050996B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1395854A (fr) * | 1964-03-06 | 1965-04-16 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Capteur de pression subminiature |
US3628526A (en) * | 1969-04-14 | 1971-12-21 | Du Pont | Physiologic fluid pressure sensor head |
US5014557A (en) * | 1990-06-06 | 1991-05-14 | Acustar, Inc. | Composite base for a pressure transducer |
US5454270A (en) * | 1994-06-06 | 1995-10-03 | Motorola, Inc. | Hermetically sealed pressure sensor and method thereof |
US5945605A (en) * | 1997-11-19 | 1999-08-31 | Sensym, Inc. | Sensor assembly with sensor boss mounted on substrate |
JP2007178221A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Yamaha Corp | 半導体装置、その製造方法、及びスペーサの製造方法 |
WO2013006167A1 (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-10 | Foster Ron B | Sensor die |
CN103674395A (zh) * | 2012-09-14 | 2014-03-26 | 森萨塔科技公司 | 压力传感器设备及其组装方法 |
CN104949787A (zh) * | 2014-03-25 | 2015-09-30 | 霍尼韦尔国际公司 | 带有过压保护的压力传感器 |
CN108072487A (zh) * | 2016-11-11 | 2018-05-25 | 测量专业股份有限公司 | 校正压力传感器的方法和设备 |
CN109696268A (zh) * | 2017-10-23 | 2019-04-30 | 泰连公司 | 压力传感器组件 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020201253A (ja) | 2020-12-17 |
US11118992B2 (en) | 2021-09-14 |
CN112050996A (zh) | 2020-12-08 |
US20200386645A1 (en) | 2020-12-10 |
EP3748324B1 (en) | 2024-04-17 |
EP3748324A1 (en) | 2020-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2653443B1 (en) | Stress isolated MEMS structures and methods of manufacture | |
US7563634B2 (en) | Method for mounting semiconductor chips, and corresponding semiconductor chip system | |
EP2423656B1 (en) | Pressure sensor | |
US9054222B2 (en) | Pressure resistently encapsulated, pressure difference sensor | |
CN112050996B (zh) | 具有保护性压力特征的压力传感器组件 | |
US8304844B2 (en) | Pressure measuring device | |
CN107110729B (zh) | 压力测量装置 | |
US10119875B2 (en) | Pressure sensor device with a MEMS piezoresistive element attached to an in-circuit ceramic board | |
US20200064217A1 (en) | Pressure-measuring device with improved reliability and associated calibration method | |
CN112050995B (zh) | 具有保护性压力特征的压力传感器组件 | |
EP3044558A1 (en) | Media isolated pressure sensor | |
US10969287B2 (en) | Filling body for reducing a volume of a pressure measurement chamber | |
CA2975342C (en) | Mems sensor with electronics integration | |
EP3205998B1 (en) | Open diaphragm harsh environment pressure sensor | |
EP3617686B1 (en) | Pressure sensor device and method of sensing pressure | |
JP6507596B2 (ja) | 半導体センサ装置 | |
US11359985B2 (en) | Oil filled transducers with isolated compensating capsule | |
EP3614116B1 (en) | Pressure sensors and methods of making pressure sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |