传感器的制作方法

1.本技术涉及信号检测装置的技术领域，尤其是一种传感器。


背景技术：

2.相关技术中的一种传感器，包括基板、压力芯片及热敏电阻，压力芯片和热敏电阻相互独立，压力芯片用于与流体接触而感测压力信号，热敏电阻能够感测流体的温度信号，压力芯片倒装焊接于基板上，热敏电阻也倒装焊接于基板上。这样该传感器可以同时具有温度测量功能和压力测量功能。
3.但是这种传感器的基板由于需要同时连接压力芯片和热敏电阻，基板尺寸相对较大，特别是在垂直于传感器高度方向的尺寸相对较大，不利于传感器的整体尺寸，因此，相关技术需要改进。


技术实现要素：

4.本技术所提供的传感器有利于产品尺寸小型化。
5.本技术的一种传感器，所述传感器包括感测芯片、基板以及若干导电端子，所述传感器具有上腔体，所述上腔体位于所述基板沿传感器高度方向上的其中一侧；
6.所述基板开设有贯通孔；所述传感器还包括封装介质，每个所述导电端子的至少部分以及所述封装介质均收容于所述贯通孔；所述封装介质填充于所述基板形成所述贯通孔的孔壁与所述导电端子之间；所述封装介质与所述孔壁密封且固定连接，所述导电端子与所述封装介质固定且密封连接；
7.所述感测芯片为一体结构，至少部分所述感测芯片位于所述封装介质沿传感器高度方向远离所述上腔体的一侧；所述感测芯片与所述导电端子远离所述上腔体的一端相焊接；所述感测芯片设有压力感测区域和温度感测区域；所述导电端子电性连接所述压力感测区域与所述电路板，所述导电端子电性连接所述温度感测区域与所述电路板。
8.相较于相关技术，本技术的感测芯片为一体结构，且感测芯片同时设置有压力感测区域和温度感测区域，如此设置，有利于缩小基板的尺寸，相应的，有利于传感器尺寸的小型化。
附图说明
9.图1是本技术传感器第一实施方式的立体示意图；
10.图2是如图1所示传感器另一角度的立体示意图；
11.图3是如图1所示传感器的分解示意图；
12.图4是如图1所示传感器的另一视角分解示意图；
13.图5是如图1所示传感器的立体剖视示意图；
14.图6是本技术传感器的部分组件立体剖视示意图；
15.图7是如图6所示的部分组件组装方式示意图；
16.图8是本技术传感器的部分组件剖视放大示意图；
17.图9是本技术传感器部分组件一种位置关系示意图；
18.图10是本技术传感器部分组件另一种位置关系示意图；
19.图11是本技术传感器部分组件又一种位置关系示意图；
20.图12是如图1所示传感器的信号传输端盖的立体示意图；
21.图13是如图1所述传感器的部分组件组装结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合附图详细地对本技术示例性具体实施方式进行说明。如果存在若干具体实施方式，在不冲突的情况下，这些实施方式中的特征可以相互组合。当描述涉及附图时，除非另有说明，不同附图中相同的数字表示相同或相似的要素。以下示例性具体实施方式中所描述的内容并不代表与本技术相一致的所有实施方式；相反，它们仅是与本技术的权利要求书中所记载的、与本技术的一些方面相一致的装置、产品和/或方法的例子。
23.在本技术中使用的术语是仅仅出于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本技术的保护范围。在本技术的说明书和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”或“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
24.应当理解，本技术的说明书以及权利要求书中所使用的，例如“第一”、“第二”以及类似的词语，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分特征的命名。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，本技术中出现的“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于某一特定位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语是一种开放式的表述方式，意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面的元件及其等同物，这并不排除出现在“包括”或者“包含”前面的元件还可以包含其他元件。本技术中如果出现“若干”，其含义是指两个以及两个以上。
25.如图1至图8所示，本技术的一种实施方式中提供了一种传感器100，包括壳体10和检测单元。传感器100具有内腔200，壳体10形成在内腔200的外围处。
26.检测单元包括感测芯片30、基板40、电路板50以及若干导电端子60。基板40可以为一块板或者多块组装在一起的板件。
27.基板40为具有一定厚度的板件，基板40的主体结构大体为圆柱体，基板40具有第一表面401和第二表面402，第一表面401和第二表面402在沿传感器高度方向h上分别位于基板40的相反侧，传感器100的高度方向h可参考图1所示的上下方向。基板40的厚度方向与传感器100的高度方向h大致相当。
28.基板40设有贯通孔41，贯通孔41在本技术的实施方式中以圆形通孔进行示意，当然，贯通孔41也可以是椭圆形通孔或者其他形状的通孔。在该贯通孔41内穿设有导电端子60，传感器100还包括封装介质42，封装介质42、基板40以及导电端子60三者固定形成一体结构，导电端子60长度方向的两端可以略微露出封装介质42，从而便于导电端子60与感测芯片30和电路板50连接。
29.每个导电端子60的至少部分以及封装介质42均收容于贯通孔41。封装介质42填充于基板40形成贯通孔41的孔壁与导电端子60之间。封装介质42与基板40形成贯通孔41的孔
壁密封且固定连接，导电端子60与封装介质42固定且密封连接。封装介质42与基板40形成贯通孔41的孔壁之间的密封位置可参考图6中的b位置，收容于贯通孔41内的封装介质42，其可以不必充满贯通孔41，封装介质41沿传感器100的高度方向h的两侧表面可以分别略低于基板40的第一表面401和第二表面402。
30.为了提高封装介质42与导电端子60之间以及封装介质42与基板40形成贯通孔41的孔壁之间的密封性，在本技术的一些实施方式中，封装介质42为玻璃，封装介质、导电端子以及基板烧结固定为一体。玻璃材质的封装介质42可以耐受广泛的流体而不受侵蚀，从而有利于防止流体从贯通孔41中泄露。且玻璃具有极低的热膨胀系数，在冷热交变的温度环境下不容易产生开裂，可以应用在温度环境条件苛刻的冷媒检测等领域，同时该玻璃也可以承受很高的流体压力和流体温度。采用烧结固定的方式，有利于固定和密封上述部件。
31.在制备传感器100时，参考图7所示，可以将基板40、封装介质42和导电端子60预先加工成第一结构件，在制备第一结构件时，基于电路需求，导电端子60的数量可以为两个，将两个导电端子60通过封装介质42固定在基板40的贯通孔41内，然后经过烧结工艺，上述部件形成一个一体的结构件。导电端子60的下端可以有部分凸出于封装介质42的下表面，这样方便与感测芯片30固定，具体的，可以在导电端子60的下端面涂刷焊料，再将感测芯片30贴装在焊料位置，感测芯片30具有用于与导电端子60焊接的部位31，在经过焊接如回流焊的方式完成对感测芯片30的固定，在大规模批量生产过程中，通过自动贴装、自动点涂或者印刷焊膏等配合芯片定位的模具实现焊接固定。
32.传感器100的内腔200包括上腔体201，上腔体201位于基板40的第一表面401所在侧，电路板50至少部分收容于上腔体201。壳体10的至少部分周向围绕检测单元设置，且壳体10位于上腔体201的外围。
33.感测芯片30为一体结构，感测芯片30与基板40固定连接且感测芯片30至少部分位于基板40的第二表面402所在侧。
34.感测芯片30可以通过倒装焊的方式与基板40相固定。如图5，在本技术的一些实施方式中，感测芯片30位于基板40的第二表面402所在侧。导电端子60与感测芯片30在沿传感器100的高度方向h上靠近上腔体201的一侧相连。
35.在相关技术中，有采用将同时将温度压力感测芯片固定在电路板或者其他板件的上表面侧的相关方案，但是，以电路板为例，由于电路板具有一定的厚度，温度压力感测芯片设置在电路板的上侧表面或者距离电路板的下侧表面相对较远的位置，一方面会增加流体接触到芯片的信号感测区域的距离，这种距离会造成温度的损失，从而一定程度上影响芯片对温度信号检测的准确性。并且进一步的，流体从下侧冲击芯片的过程中，如果芯片设置在电路板的上侧表面，或者芯片上侧没有任何限位或阻挡的结构，流体的冲击力会容易将芯片冲开，难以保证较好的密封性。在本技术的实施方式中所提供的这种倒装焊感测芯片的方式，对优化上述技术难题都有一定的技术优势。
36.结合图8，在感测芯片30的结构示意图中，感测芯片30具有感测腔300，感测芯片30在沿传感器高度方向h上远离上腔体201的一侧设有开口310，开口310与感测腔300相连通。感测芯片30设有能够与流体接触的信号感测区域，信号感测区域包括压力感测区域311和温度感测区域312。导电端子60电性连接感测芯片30的压力感测区域311与电路板50，导电端子60电性连接感测芯片30的温度感测区域312与电路板50。压力感测区域311暴露于感测
腔300，温度感测区域312暴露于感测腔300，感测腔300与上腔体201之间不连通。
37.感测芯片30通过倒装焊的方式固定于导电端子60的下端，如图8中的c位置所示意，感测芯片30与基板40之间可以不接触。感测芯片30为独立的元器件类型的mems(micro electromechanical system，微机电系统)感测芯片，mems技术制备的感测元件尺寸较小，相应的产品尺寸一般都在毫米级，甚至更小。倒装芯片技术相比相关技术中的其他固定感测模块的工艺，装配简单，产品成本较低，感测芯片30的正面会受到流体冲击，但是感测芯片30与流体接触的一侧并没有设置与电路板50相连接的导电部件，导电端子60与感测芯片30不与流体接触的一侧连接，从而避免了导电端子60损坏的几率，感测芯片30可以与流体相接触而实现压力信号和温度信号的检测。本技术的传感器100可以兼容更多压力更高的流体介质。
38.信号感测区域的压力感测区域311通过压阻式的惠斯通电桥实现压力检测，在接入电路时，当没有压力作用时，惠斯通电桥平衡，输出电压为0。当有压力作用在压力感测区域311上，惠斯通电桥平衡被打破，有电压输出。因此，通过检测电路中电信号的变化可以反映压力的变化，从而实现压力信号检测的功能。信号感测区域的温度感测区域312可以通过pn结二极管电路实现温度检测。
39.通过上述设置，在一体结构的感测芯片30中同时制备压力感测区域311和温度感测区域312，相对于分体结构的压力芯片和热敏电阻而言，感测芯片30的体积较小，其所占用的基板40的空间更小，相应的，传感器100的基板40有利于缩小尺寸，特别是缩小垂直于传感器100高度方向h上的尺寸，实现传感器100产品的小型化。
40.参考图5，基板40的部分表面与壳体10的内壁101之间密封连接。基板40可以选择抗流体冲击和抗流体腐蚀能力较强的材料，在一些实施方式中，基板40为可伐合金、不锈钢或者镀金金属件中的一种，由于传感器100的壳体10通常为金属材料，基板40可以与壳体10的内壁101之间通过密封胶或焊接等方式实现密封。
41.基板40可以为金属板，如图5所示，基板40的周侧部403与壳体10的内壁101之间通过激光焊的方式密封连接。基板40与壳体10之间的密封位置可以参考图5中的a位置，基板40的周测部403面向壳体10的内壁101设置，二者之间通过激光焊的方式固定且密封。这样，流体不容易从基板40和壳体10之间通过，相应的，流体不容易从二者之间的位置到达上腔体201，这样，收容在上腔体201内的电路板50等也不容易接触到流体而被腐蚀或破坏。可选的，为了提高激光焊接的质量，基板40材质均包括可伐合金、镀金金属件、铜、不锈钢中的至少一种，特别的，当基板40和壳体10的材质接近时，激光焊接的质量较好，可以提高密封性。另外，基板40的周测部403可以具有凹凸不平的表面，这样在激光焊接工艺中，有助于焊料的流动，从而提高焊接质量。
42.导电端子60的材质可以金、铜、铝等。在一些可选的其他实施方式中，导电端子60与基板40的金属材料之间不接触，可以在贯通孔41内填充灌封胶，灌封胶可以为硅凝胶，该灌封胶在对应的贯通孔41内包裹导电端子60，从而可以保护和固定导电端子60，并且避免其与基板40的金属材料之间发生短路，提供传感器100的稳定性，或者也可以对导电端子60的表面进行绝缘化处理，例如增加绝缘涂层或者包塑绝缘材料。导电端子60靠近感测芯片30的一端与感测芯片30靠近上腔体201的一侧相焊接。导电端子60远离感测芯片30的另一端与电路板50焊接，导电端子60与电路板50的焊接位置可参考图13中的d位置。当然，在其
他实施方式中，导电端子60与电路板50也可以通过其他方式电性连接，如采用柔性电路板的方式，即柔性电路板分别与导电端子60与电路板50连接。
43.为了达到较好的检测精度，特别是针对感测芯片30的温度感测区域312而言，其与流体接触的时间较早有利于减小对温度信号检测的温差。从而在本技术中，在沿传感器100的高度方向h上，感测芯片30相对更靠近壳体10远离上腔体201的一端。即在传感器100的壳体10可以不设置流道或者仅设置较短传输路径的流道结构。在本技术的一些实施方式中，基板40的第二表面402与壳体10在沿传感器高度方向上远离所述上腔体201的端面之间的尺寸小于等于2毫米，该2毫米可以保证基板的位置相对低。相对于相关技术中所设置的较长的流道结构，即流体需要先进入传感器100的相对较长的流道内，然后经过流道的传输再进入感测芯片部分，流体在长距离的传输过程中会有一定的温度损失，从而造成传感器100的检测数据，至少是温度检测数据的不准确。
44.在本技术中，在沿传感器的高度方向h上，如图9所示，感测芯片30可以完全露出于壳体10远离上腔体201的端面，其中s1用于表示壳体10的下端面所在高度，从图9中可以看出，感测芯片10可以露出于壳体10之外，这样感测芯片30的位置相对靠下，流体接触到感测芯片相对更快，有利于减小温差。
45.如图10所示，感测芯片30也可以收容于壳体10之内，其中s2用于表示感测芯片30的下端面，从图10中可以看出，感测芯片30的下端面高于壳体10的下端面，这样，有利于壳体10对感测芯片30起到一定的保护作用，因此在实际应用中，流体的主流动方向与传感器的高度方向通常相垂直设置，感测芯片30不容易受到流体冲击而脱落。
46.如图11所示，感测芯片30可以部分露出而不必全部露出于壳体10远离上腔体201的一端。例如，如图11所示，感测芯片30可以一部分露出于壳体10远离上腔体201的一端，其中，s3用于标识壳体10的下端面，感测芯片30一部分位于壳体10的内腔，另一部分露出于壳体10，相应的，传感器100不需要构造较长的流道结构，在传感器100安装到流体环境中后，流体可以较早的接触到感测芯片30，有利于提高传感器100对温度、压力等信号检测的准确性。但是在一些高压或流速较高的流体环境中，感测芯片30的感测芯片30远离上腔体201的下端面可以与主体部11远离上腔体201的一端端面平齐，即，感测芯片30完全不露出主体部远离上腔体的一端，这样主体部可以一定程度保护感测芯片30，有利于避免高压或高流速的流体冲掉感测芯片30。
47.综上，在实际应用时，可以结合传感器的应用环境综合考虑感测芯片30与外壳10远离上腔体的一端的位置关系，从而平衡检测精度和抗流体冲击能力。
48.如图5所示，壳体10包括第一径段部111、第二径段部112和连接段部113，第一径段部111的内径小于第二径段部112的内径。连接段部113连接于第一径段部111和第二径段部112之间。通过不同内径的壳体10结构，传感器100在壳体10处形成有台阶结构，第一径段部111周向围绕基板40，第二径段部112周向围绕电路板50。上述台阶结构可以支撑电路板50，电路板50抵压于连接段部113。并且壳体10的下端即第一径段部111所在的一端相对较细，可以更容易伸入阀体或者管道内。
49.电路板50可以为硬质电路板，当然，电路板50也可以为柔性材质的电路板。传感器100的电路可以布设在电路板50的厚度方向两侧的表面，这样有利于避免电路板50在垂直于传感器100高度方向h的尺寸过大，相应的，电路板50的数量可以不止一块，多块电路板的
结构设计可以更加合理的利用传感器100的空间，有效降低传感器100的径向尺寸。
50.如图5，在本技术的各个实施方式中，为了实现传感器100的检测信号的输出，传感器100还包括信号输出端盖20，信号输出端盖20与壳体10组装固定，上腔体201位于信号输出端盖20与基板40之间。
51.传感器100的壳体10包括上连接壁12，上连接壁12自第二径段部112向传感器100的轴心线方向延伸。上连接壁12抵压信号输出端盖，信号输出端盖抵压电路板50，电路板50抵压在壳体10的连接段部113。
52.信号传输端盖20设置有若干用于传输信号的信号传输端子21，信号传输端子21与电路板50电性连接。信号传输端子21与电路板50之间可以通过柔性电路板80相连接。信号传输端盖20可以以金属材料的信号传输端子21为注塑嵌件注塑而成，信号传输端盖20包括第一筒状壁22、第二筒状壁24和配合壁23，配合壁23可以大致沿垂直于传感器100的高度方向h上呈横向设置，信号传输端子21的一部分嵌设于配合壁23内，信号传输端子21的两端分别露出于配合壁23厚度方向的两侧。第一筒状壁22围绕其中一侧露出的信号传输端子21设置，第二筒状壁24围绕另一侧的露出的信号传输端子21设置。第二筒状壁延伸方向的末端抵压电路板50。上连接壁12抵压在配合壁23设置。
53.壳体10的整体都可以为金属材质制造，采用金属材料便于加工翻边形成上连接壁12，降低成型难度，同时采用金属材质也便于与其他金属材质的构件进行焊接固定，同时，壳体10为金属件也可以降低外界对传感器100内部电子元件33的电磁干扰(emi)。金属材质的壳体10的至少部分结构可以通过金属压铸成型(die casting)或者挤压成型或者金属粉末射出成形(metal injection molding，mim)等工艺制造而成。信号传输端盖20除信号传输端子21外的主要材料可以是塑料材质。这样有利于降低成本且减轻传感器100的重量。信号传输端盖20除信号传输端子21外的材料均为绝缘材料，从而对信号传输影响较小。
54.对于组装传感器100的过程，可以将电路板50、基板40、导电端子60、封装介质42以及感测芯片30进行组装，之后将上述组件组装入传感器100的壳体10内，将基板40的周测部403与壳体10的内壁101之间通过激光焊固定和密封。
55.壳体10的上连接壁12先是与第二径段部112保持同样的竖直状态在纵向上延伸，在电路等组件组装到位后，将信号传输端盖20压装在电路板50的上方，通过工装把竖直的上连接壁12向内压成翻边。从而上连接壁12可以抵压信号传输端盖20，信号传输端盖20又抵压电路板50。因此，信号传输端盖20能够相对于壳体10安装稳定不掉落。
56.在一些实施方式中，如图8所示，传感器100还具有保护介质70，保护介质70为绝缘材料，保护介质70包覆感测芯片30与导电端子60的连接位置。保护介质70可以为一些涂层材料，如纳米涂层，在制备时，可以选择真空镀膜、浸涂、喷涂等工艺实现。
57.在一些实施方式中，传感器100也可以通过密封圈等方式实现基板40与壳体10之间的密封，密封圈弹性压紧于基板40的周测部403与壳体10的内壁101之间，从而密封圈能够实现对介质的密封作用。
58.以上实施方式仅用于说明本技术而并非限制本技术所描述的技术方案，对本技术的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施方式对本技术已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本技术进行修改或者等同替换，而一切不脱离本技术的精神和范围的技术方案
及其改进，均应涵盖在本技术的权利要求范围内。