專利名稱：具有低成本封裝的壓力傳感器的制作方法
技術領域：
當前公開一般地涉及壓力傳感器，并且更特別的，涉及具有低成本封裝的壓力傳感器。
背景技術：
壓力傳感器在廣泛的各種應用中被使用，例如包括商業、自動化、航天、工業、以及醫療應用。在許多應用中，壓力傳感器可通過通常形成在壓力感測管芯上的感測元件檢測壓力，感測元件將由引入的壓力所引起的機械應力轉換為電輸出信號。在這些應用的某些中，可能希望的是盡可能地降低壓力傳感器的成本。

發明內容
本公開一般地涉及壓力傳感器，并且更特別的，涉及用于感測例如氣體或液體的介質的壓力的壓力傳感器。在一個說明性的實施例中，壓力傳感器組件可包括具有前側和后側的壓力感測管芯。壓力傳感器組件可進一步包括壓力感測隔膜，該壓力感測隔膜具有一個或多個與該壓力感測隔膜相結合的壓阻元件，用于感測在壓力感測隔膜中壓力引起的應力。兩個或更多電焊盤可放置在壓力傳感器管芯的前側上，并且兩個或更多電焊盤中的每一個與一個或多個壓阻元件電耦合。壓力傳感器組件可進一步包括具有安裝側和感測側的外殼。該感測側可限定壓力端口。壓力傳感器管芯可固定到外殼使得壓力傳感器管芯的后側面向外殼的感測側，并且壓力感測隔膜被暴露給壓力端口。當如此固定時，壓力感測管芯的前側可接近外殼的安裝側而放置，并且可從外殼的外側接入壓力感測管芯的兩個或多個電焊盤。在某些實例中，壓力端口可包括延長的壓力端口。提供了前述的概要是為了方便總的理解當前公開的某些創新特征，并且不是為了作為完整的描述。本公開的完整理解可通過將完整的說明書、權利要求、附圖和摘要作為整體來得到。


本公開可通過結合附圖考慮各個說明性實施例的隨后描述而被更完整地理解，其中圖I為說明性的壓力傳感器的分解透視頂視圖2為圖I的說明性的壓力傳感器的分解透視底視圖3為圖I和圖2的說明性的壓力傳感器的透視圖4為另一個說明性的壓力傳感器的分解透視頂視圖5為圖4的說明性的壓力傳感器的分解透視底視圖；以及圖6為圖4和圖5的說明性的壓力傳感器的透視圖。雖然本公開服從于各種修改和可替換形式，但其細節已經以附圖中實例的方式示出并將詳細描述。不過，應該理解的是，不試圖將公開限制于在此描述的特定的說明性實施例。相反，則試圖將覆蓋所有落入本公開精神和范圍內的修改、等同和替換。
具體實施例方式應當參考附圖理解以下描述，其中在不同附圖中的相似元件采用相同的編號。說明書和不必要進行縮放的附圖描繪了說明性實施例并且不是為了限制公開的范圍。描繪的說明性實施例僅是為了作為示范。任何說明性實施例的所選特征可被合并在附加的實施例中，除非明確指定為相反的情況。如在此使用的術語“流質”不是為了限制為液體介質。相反，術語“流質”被認為是包含任何易于流動的物質，例如但不限于，液體和/或氣體。圖I是說明性的壓力傳感器組件10的分解透視頂視圖。該壓力傳感器組件10可包括配置為在壓力感測管芯12和客戶應用之間提供流質連通的端口外殼20。該外殼20可由塑料、聚酰胺、陶瓷、金屬、或任何其它適合材料形成。雖然外殼20圖示為具有大致正方形的外形，所想到的是，外殼20可具有任何期望的形狀。外殼20可包括頂側23和底側25 (在圖2中更好地示出)。在某些實例中，外殼20可包括從頂側23延伸至底側25的壓力端口 26。該壓力端口 26可配置為允許在應用和壓力傳感器組件10的壓力感測管芯之間的流質連通。雖然壓力端口 26圖示為包括圓形孔，所想到的是，該壓力端口 26可如期望地適于包括各種接口選擇和連接。例如，所想到的是，壓力端口 26可如期望地包括任何外形或尺寸，通常取決于手邊的特定應用。進一步需所想到的是，在某些實施例中，外殼20可不包括端口 26。當如此提供時，外殼20連同壓力感測管芯的后側可形成用于容納參考壓力的封閉空腔。在一個說明性的實施例中，壓力感測管芯12可以是利用硅片和適合的制造技術所制造的微機械傳感器元件。壓力感測管芯12可包括一個或多個壓力感測元件和/或利用適當的制造或印刷技術形成的其它電路(例如配平電路、信號調節電路等)。在某些情況下， 壓力感測管芯12可包括壓力感測隔膜18，該壓力感測隔膜18包括在其上形成的一個或多個感測元件，例如壓阻感測部件，用于感測撓曲并以此感測壓力感測隔膜18的頂和底側之間的壓力差異。壓敏電阻可以這樣的方式配置使得它們的電阻響應于壓力感測隔膜18的撓曲而變化。在某些實例中，壓力感測隔膜18可包括構建在微機械加工的硅隔膜結構中的壓阻式惠斯通電橋。因此，當布置壓力傳感器組件10以使得壓力端口 26與流質介質處于流質連通時，壓力傳感器組件10的壓力輸出可對應于壓敏電阻的電阻值的變化。在某些實施例中，壓力感測隔膜18可通過后側蝕刻硅管芯來制造，不過，可如期望地使用任何適合的工藝。壓力感測管芯12可包括后側16和相對的前側14 (在圖2中更好地示出)。感測管芯12的后側16可利用粘合劑、密封、墊片、或任何其它適合的接合或密封機制32 (例如焊接、共熔等)接合到外殼20。在某些實例中，壓力感測管芯12可利用應力隔離粘合劑附著到外殼20，應力隔離粘合劑例如但不限于室溫硫化(RTV)硅橡膠粘合劑。密封32可配置為將感測管芯12附著到外殼20，同時允許壓力感測隔膜18暴露給由外殼20所限定的壓力端口 26。圖2示出了圖I的說明性的壓力傳感器10的分解透視底視圖?？梢钥闯?，外殼20 的底側25可包括安裝側表面22和感測側表面24。如所示的，安裝側22通過一個或多個橫側壁28與感測側22連接但向后隔開。在某些實施例中，安裝側22可限定開口使得感測側 24和側壁28—起限定壓力感測管芯空腔34。在某些實施例中，壓力感測管芯12可安裝在
4管芯空腔34內使得壓力感測管芯12的后側16面向和/或附著到外殼20的感測側24的內表面。外殼20的感測側24可限定包括壓力端口 26的壁，以使得當壓力感測管芯12安裝在管芯空腔34內時，壓力端口 26與壓力感測隔膜18處于流質連通。在外殼20的感測側24和壓力感測管芯12的后側16之間可布置密封32、粘合劑層、墊片、或其它密封機制以在管芯空腔34內固定管芯12。當壓力感測管芯12固定在外殼的管芯空腔34之內時，可接近(在之下或之上)外殼20的安裝側22放置壓力感測管芯12的前側14。壓力感測管芯12可包括布置在管芯12的前側14上的一個或多個電焊盤30?？扇绱瞬贾秒姾副P30以使得焊盤30可從外殼20的外側接入。在某些實例中，電焊盤30可與壓力感測隔膜18的一個或多個感測元件電連接。在某些實施例中，壓力感測管芯12可包括四個電焊盤30，每個與包括感測壓敏電阻的惠斯通電橋的四個連接點之一相連接。不過，所想到的是，壓力感測管芯12可如期望地包括任何數量的電焊盤30。在某些實施例中， 電焊盤30可以是O. 7毫米乘O. 3毫米，或任何其它適合的尺寸。這可使用戶容易地使用例如焊膏溶液將壓力感測組件10直接安裝在印刷電路板(PCB)或其它接口或基板上。在另一個說明性實施例中，電焊盤30可以是相對小的，在其上附著有隆起焊盤使得壓力傳感器 10可連接到PCB的特別接口。在某些情況下，電焊盤30可經過外殼20的安裝側22向外延伸，但這不是必需的。圖3為組合的圖2的壓力傳感器10的透視圖。可以看出，壓力感測管芯12可被定尺寸和定形狀以大致對應于外殼20的壓力感測管芯空腔34的尺寸和形狀。當組裝時， 在某些實例中，壓力感測管芯12的前側14可接近外殼20的安裝側22或大致在其附近被放置。不過，所想到的是，在某些實施例中，壓力感測管芯12的前側14可凹入管芯空腔34 內或可超出外殼20的安裝側22向外延伸。可如此放置壓力感測管芯12以使得電焊盤30 被暴露，并在某些情況下，適合于直接焊接在PCB或其它基板上的對應焊盤上。雖然未在圖 3中描繪性示出，但壓力感測管芯12可放置在管芯空腔34內使得壓力感測隔膜18與壓力接口 26處于流質連通。當如此放置時，壓力感測隔膜18可自由彎曲使得一個或多個壓力感測元件可感測撓曲并因此感測壓力感測隔膜18的頂和底側之間的壓力差異。圖4為另一個說明性的壓力傳感器組件110的分解透視頂視圖。該壓力傳感器組件110可包括配置為在壓力感測管芯112和客戶應用之間提供流質連通的端口外殼120。 該外殼120可由塑料、聚酰胺、陶瓷、金屬、或任何其它適合材料形成。雖然外殼120圖示為具有大致正方形的外形，所想到的是，外殼120可具有任何期望的外形。外殼120可包括頂側123和底側125 (在圖5中更好地示出)。在某些實例中，外殼120可包括從頂側123延伸至底側125的壓力端口 126。該壓力端口 126可配置允許在應用和壓力傳感器組件110 的壓力感測管芯之間的流質連通。在某些實例中，壓力接口 126可是延長結構136。例如，延長結構136可以是從外殼120的頂側123遠離延伸的大致管狀的構件。所想到的是，壓力端口 126可包括各種接口選擇和連接。例如，延長結構136可包括肘狀物，或可呈現任何其它期望的構造或外形。 進一步所想到的是，壓力端口 126可包括帶螺紋或帶刺的區域以方便連接到設備。進一步所想到的是，在某些實施例中，外殼120可以根本不包括如以上描述的端口 126。在一個說明性實施例中，壓力感測管芯112可以是利用硅片和適合的制造技術所制造的微機械傳感器元件。壓力感測管芯112可包括一個或多個壓力感測元件和/或利用適當的制造或印刷技術形成的其它電路(例如配平電路、信號調節電路等)。在某些情況下， 壓力感測管芯112可包括壓力感測隔膜118，該壓力感測隔膜118包括在其上形成的一個或多個感測元件，例如壓阻感測部件，用于感測撓曲并以此感測壓力感測隔膜118的頂和底側之間的壓力差異。壓敏電阻可以這樣的方式配置使得它們的電阻響應于壓力感測隔膜 118的撓曲而變化。在某些實例中，壓力感測隔膜118可包括構建在微機械加工的硅隔膜結構中的壓阻式惠斯通電橋。因此，當如此布置壓力傳感器組件110以使得壓力端口 126與流質介質處于流質連通時，壓力傳感器組件110的壓力輸出可對應于壓敏電阻的電阻值的變化。在某些實施例中，壓力感測隔膜118可通過后側蝕刻硅管芯來制造，不過，所想到的是，可如期望地使用任何適合的工序。壓力感測管芯112可包括后側116和相對的前側 114。感測管芯112的后側116可利用粘合劑、墊片、密封、或任何其它適合的接合或密封機制132 (例如焊接、共熔等)接合到外殼120。在某些實例中，壓力感測管芯112可利用應力隔離粘合劑附著到外殼120上，應力隔離粘合劑例如但不限于室溫硫化(RTV)硅橡膠粘合劑。密封132可配置為將感測管芯112附著到外殼120，同時允許壓力感測隔膜118暴露給由外殼120所限定的壓力端口 126。圖5示出了圖4的說明性的壓力傳感器110的分解透視底視圖。外殼120的底側 125可包括安裝側表面122和感測側表面124。安裝側122通過一個或多個橫側壁28與感測側22連接并隔開一段距離。在某些實施例中，安裝側122可限定開口使得感測側124和側壁128限定壓力感測管芯空腔134。在某些實施例中，壓力感測管芯112可安裝在管芯空腔134內使得管芯112的后側116面向和/或附著到外殼120的感測側124的內表面。外殼120的感測側124可限定包括壓力端口 126的壁以使得當壓力感測管芯112安裝在管芯空腔134內時，壓力端口 126與壓力感測隔膜118處于流質連通?？稍谕鈿?20的感測側 124和壓力感測管芯112的后側116之間布置密封132、墊片和/或粘合劑層以在管芯空腔 134內固定管芯112。當壓力感測管芯112固定在外殼的管芯空腔134之內時，可接近(在之下或之上)外殼120的安裝側122放置壓力感測管芯112的前側114。壓力感測管芯112可包括布置在管芯112的前側114上的一個或多個電焊盤130。 可放置電焊盤130使得焊盤130可從外殼120的外側接入。電焊盤130可與壓力感測隔膜 118的一個或多個感測元件電耦合。在某些實施例中，壓力感測管芯112可包括四個電焊盤130，每個與包括感測壓敏電阻的惠斯通電橋的四個連接點之一相連接。不過，所想到的是，壓力感測管芯112可如期望地包括任何數量的電焊盤130。在某些實施例中，電焊盤130 可以是O. 7毫米乘O. 3毫米，或任何其它適合的尺寸。這可允許用戶使用例如焊膏溶液將壓力感測組件110直接安裝在印刷電路板(PCB)或其它接口或基板上。在另一個說明性實施例中，電焊盤130可以是相對小的，在其上附著有隆起焊盤使得壓力傳感器110可連接到 PCB的特別接口。在某些情況下，電焊盤130可經過外殼120的安裝側122向外延伸，但這不是必需的。圖6為組合的圖5的壓力傳感器110的透視圖?？梢钥闯?，壓力感測管芯112可被定尺寸和定形狀以大致對應于壓力感測管芯空腔134的尺寸和形狀。當組裝時，在某些實例中，壓力感測管芯112的前側114可接近外殼120的安裝側122或大致在其附近放置。 不過，所想到的是，在某些實施例中，壓力感測管芯112的前側114可凹入管芯空腔134內或可超出外殼120的安裝側122向外延伸。可如此放置壓力感測管芯112使得電焊盤130 被暴露并適合于直接焊接到PCB或其它基板上的對應焊盤。雖然未在圖6中明確示出，但壓力感測管芯112可放置在管芯空腔134內使得壓力感測隔膜118與壓力接口 126處于流質連通。當如此放置時，壓力感測隔膜118可自由彎曲使得一個或多個壓力感測元件可感測撓曲并因此感測壓力感測隔膜118的頂和底側之間的壓力差異。本領域技術人員將認識到本公開可以通過除了在此所描述和想到的特定實施例之外的各種形式來表明。因此，可在不偏離當前公開的范圍和精神的情況下，在形式和細節上產生偏離。
權利要求
1.一種壓力傳感器組件(10，110)，包括壓力端口外殼(20，120)，包括感測側(24，124)和安裝側(22，122)，其中所述感測側 (24，124)包括穿過所述外殼(20，120)的所述感測側(24，124)延伸的壓力端口(26，126)；所述壓力端口外殼(20，120)進一步包括壓力感測管芯空腔(34，134)；壓力感測管芯(12，112)，具有第一側(16，116)和相對的第二側(14，114)，所述壓力感測管芯(12，112)位于所述壓力感測管芯空腔(34，134)中并且其的所述第一側(16，116)固定到所述壓力端口外殼(20，120)的所述感測側(24，124)，所述壓力感測管芯(12，112)具有暴露給所述壓力端口(26，126)的壓力感測隔膜(18，118);以及所述壓力感測管芯(12，112)的所述第二側(14，114)背對所述壓力端口外殼(20，120) 的所述感測側(24，124)并朝向所述安裝側(22，122)，并且所述壓力傳感器管芯(12，112) 的兩個或更多電焊盤(130)可從所述外殼(20，120)的外側接入，使得所述兩個或更多電焊盤(30，130)能電學地和物理地連接到另一個基板上的兩個或更多對應的焊盤。
2.權利要求I的所述壓力傳感器組件(10，110)，進一步包括在所述壓力傳感器管芯 (12，112)的所述第一側(16，116)和所述外殼(120)之間的密封(32，132)，其中所述密封 (32，132)被配置為將所述壓力傳感器管芯(12，112)的壓力感測隔膜(18，118)暴露給由所述外殼(120)的所述感測側(24，124)限定的所述壓力端口(26，126)。
3.權利要求I的所述傳感器組件(10，110)，其中所述壓力感測管芯(12，112)通過粘合劑(32，132)固定到所述外殼(20，120)。
4.權利要求3的所述傳感器組件(10，110)，其中所述粘合劑(32，132)為應力隔離粘合劑。
5.權利要求4的所述傳感器組件(10，110)，其中所述粘合劑(32，132)為室溫硫化 (RTV)硅橡膠粘合劑。
6.權利要求I的所述傳感器組件(10，110)，其中所述壓力端口(26，126)是從接近所述壓力感測管芯(12，112)的所述第一側(16，116)延伸并遠離所述壓力感測管芯(112)的延長壓力端口(26，126)。
7.權利要求6的所述傳感器組件(10，110)，其中至少一部分所述延長壓力端口 (26，126)的形狀為管狀。
8.權利要求I的所述傳感器組件(10，110)，其中所述外殼(20，120)的所述安裝側 (22，122)打開以允許所述壓力感測管芯(12，112)被插入并固定到所述外殼(20，120)的內表面。
9.權利要求8的所述傳感器組件(10，110)，其中所述壓力感測管芯(12，112)被固定到所述外殼(20，120)的所述感測側的內表面。
10.權利要求8的所述傳感器組件(10，110)，其中所述外殼(20，120)包括從所述外殼(20，120)的所述感測側延伸到所述安裝側的側壁 (128)。
全文摘要
公開了一種壓力傳感器(10,110)，可包括最小量的流質耦合封裝。在一個說明性的實施例中，壓力傳感器組件(10,110)可包括具有前側(14,114)和后側(16,116)的壓力感測管芯(12,112)，以及壓力感測隔膜(18,118)。所述壓力傳感器組件(10,110)可進一步包括具有安裝側(22,122)和感測側(24,124)的外殼(20,120)。所述感測側可限定壓力端口(26,126)。所述壓力感測管芯(12,112)可固定到所述外殼(20,120)使得所述壓力感測隔膜(18,118)暴露給所述壓力端口(26,126)，并使得所述壓力感測管芯(12,112)的前側(14,114)可從所述外殼(20,120)的外側接入。
文檔編號G01L9/06GK102589791SQ201210002830
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月6日 優先權日2011年1月7日
發明者I.本特利, R.瓦德 申請人:霍尼韋爾國際公司