應(yīng)變計(jì)式壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力變送器以及用于此類變送器的包裝結(jié)構(gòu)和構(gòu)造方法，該壓力變送器實(shí)施用于檢測(cè)流體系統(tǒng)中壓力變化的應(yīng)變計(jì)技術(shù)以生成電信號(hào)。
【背景技術(shù)】
[0002]集成了微熔娃(microfused silicon)應(yīng)變計(jì)技術(shù)的壓力檢測(cè)變送器已經(jīng)在很多環(huán)境中使用得越來越多并且用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。上述壓力測(cè)量變送器經(jīng)常在空間限制是一項(xiàng)要素的環(huán)境中使用，并且因此希望這樣的變送器尺寸小，例如大約直徑可以是小于約I厘米(例如6-8_)且長(zhǎng)度是直徑的約2至3倍。在對(duì)于此類變送器的很多應(yīng)用場(chǎng)合當(dāng)中包括在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，例如用于檢測(cè)燃料系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)等系統(tǒng)中的壓力。此類變送器通常包括將要監(jiān)測(cè)的壓力源(“壓力環(huán)境”)與壓力響應(yīng)式隔膜連通的至少一條流體通道。至少一個(gè)測(cè)量元件例如應(yīng)變計(jì)通常被安裝至隔膜的一個(gè)面并且對(duì)隔膜的彎曲做出響應(yīng)。應(yīng)變計(jì)通過細(xì)引線連接至安裝在變送器殼體中的印刷電路板上的接觸墊片。電路板承載電子部件和電路以生成指示被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的流體壓力的電輸出信號(hào)。通過可穿過變送器殼體進(jìn)入的電連接部在變送器外部獲取來自電路板的輸出信號(hào)。在殼體中的變送器部件的配置影響整體的變送器尺寸，并且希望包裝這些部件以使得能夠減小包裝件的整體尺寸，而無需損害變送器的性能或能力。另外，變送器內(nèi)部部件的設(shè)置可以影響變送器的完整性和可靠性。本發(fā)明提供了用于此類變送器的改進(jìn)的構(gòu)造和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請(qǐng)公開了一種變送器組件，設(shè)有壓力端口，壓力端口包括一體的基部和從基部延伸的頸部?；磕軌蜻B接到與壓力環(huán)境相關(guān)的配件或其它包含壓力環(huán)境或以其他方式與壓力環(huán)境連通的裝置。壓力端口的基部具有適于與壓力環(huán)境連通的口和從口延伸到頸部的內(nèi)部流體通路。流體通路和頸部構(gòu)造成使得頸部的一部分限定沿著頸部的一側(cè)的薄彈性隔膜，其能夠響應(yīng)流體通路內(nèi)的流體壓力的變化彈性彎曲。隔膜形成為沿著沿變送器的縱向軸線延伸或基本平行于變送器的縱向軸線的平面放置。一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變計(jì)固定到隔膜的外面，并且適于響應(yīng)隨壓力環(huán)境的流體壓力而變的隔膜上的應(yīng)變。
[0004]本發(fā)明公開了一種電子包裝件，包括由一構(gòu)造支承在變送器內(nèi)的印刷電路板，所述構(gòu)造包括由導(dǎo)電引線框架和一體非導(dǎo)電支承框架構(gòu)成的支承組件。包含用于變送器的電路的印刷電路板安裝在金屬引線框架上。支承組件安裝在壓力端口的基部部分并且接收壓力端口的頸部，頸部包括隔膜。支承組件相對(duì)于壓力端口布置以便支承印刷電路板，以使得將與應(yīng)變計(jì)連接的PC板上的引線接合墊沿著基本平行于隔膜和安裝到隔膜的應(yīng)變計(jì)的平面的平面設(shè)置。PC板優(yōu)選設(shè)置成其引線接合墊與應(yīng)變計(jì)鄰近。通過將PC板的引線接合墊的平面設(shè)置成基本平行于隔膜和應(yīng)變計(jì)的平面，有助于通過傳統(tǒng)引線接合機(jī)來進(jìn)行PC板與應(yīng)變計(jì)的引線接合。該構(gòu)造使得能夠使用較短的接合引線，并且提供接合引線與PC板和應(yīng)變計(jì)上相關(guān)接觸墊的更安全的電連接和機(jī)械連接。而且，將隔膜、應(yīng)變計(jì)和PC板的引線接合墊定向在平行的平面簡(jiǎn)化了用于電連接應(yīng)變計(jì)和PC板的引線接合墊的設(shè)計(jì)和組裝方法。該構(gòu)造還使得PC板能夠沿變送器的縱向延伸，從而避免了對(duì)PC板的尺寸限制，而如果將PC板定向?yàn)榇怪庇诟裟ず蛻?yīng)變計(jì)的平面則會(huì)導(dǎo)致這種尺寸限制。
【附圖說明】
[0005]參照附圖根據(jù)以下對(duì)本發(fā)明的介紹將更加完整地領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:
[0006]圖1是代表性變送器的等距視圖；
[0007]圖2是圖1所示變送器的基部的底部視圖；
[0008]圖3是圖1中變送器的頂部的俯視圖；
[0009]圖4是一個(gè)變送器實(shí)施例沿縱向直徑面截取的縱向截面圖；
[0010]圖5是圖4中實(shí)施例的支承組件的等距視圖；
[0011]圖6是圖4中實(shí)施例的引線框架(lead frame)的等距視圖；
[0012]圖7是類似于圖5的、將印刷電路板安裝至圖5中的支承組件的視圖；
[0013]圖8是壓力端口實(shí)施例的等距視圖；
[0014]圖9是圖8中壓力端口的縱向截面圖；
[0015]圖10是結(jié)合了本發(fā)明原理的另一個(gè)變送器實(shí)施例的縱向截面圖；
[0016]圖11是圖10的已組裝實(shí)施例將蓋移除后的視圖；
[0017]圖12是圖10中壓力端口的等距視圖；
[0018]圖13是圖10中壓力端口的縱向截面圖；
[0019]圖14是本發(fā)明第三實(shí)施例的側(cè)面視圖；
[0020]圖15是圖14中實(shí)施例的縱向截面圖；
[0021]圖16是圖15中的支承組件的等距視圖，其中引線框架被安裝在支承框架中；
[0022]圖17是圖14至圖16中的引線框架的等距視圖；
[0023]圖18是圖15中壓力端口的等距視圖；
[0024]圖19是圖15中壓力端口的截面圖；
[0025]圖20是另一個(gè)壓力端口實(shí)施例的等距視圖；
[0026]圖21是圖20中壓力端口的縱向截面圖；
[0027]圖22是具有圖20中壓力端口的變送器的縱向截面圖；
[0028]圖23是代表性變送器的等距視圖，在圖中PC板的引線接合墊和隔膜位于平行的、間隔開的平面內(nèi)并且示出了在應(yīng)變計(jì)和PC板的引線接合墊之間實(shí)現(xiàn)引線接合的方式。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1示出了變送器10，其具有壓力端口 12和向上延伸的殼體14，所述殼體附接于壓力端口的基部16并且在其上端18終止于電觸點(diǎn)或連接器，通過該電觸點(diǎn)或連接器可以傳遞并且利用電輸出信號(hào)。在本實(shí)施例中，電觸點(diǎn)可以呈接觸墊20的形式，所述接觸墊能夠通過形成于設(shè)備的上端中的插口 22接近。
[0030]如圖4、圖8和圖9所示，壓力端口 12可以由各種材料形成為單件，且17-4號(hào)不銹鋼是優(yōu)選的材料。壓力端口包括基部16和向上延伸的頸部24。基部16和頸部24的下部部分被形成為包括流體通路26，該流體通路終止于閉合的上端28。頸部的下部部分被形成為沿著其側(cè)部包括平的外表面30，一個(gè)或更多應(yīng)變計(jì)(在32處以虛線示出)安裝至所述外表面。通路26的至少上部部分形成為具有這樣的橫截面，該橫截面限定平的內(nèi)表面33，該平的內(nèi)表面與平的外表面30配合以沿頸部的區(qū)域限定薄的、柔性隔膜34。在該實(shí)施例中，通路的橫截面可以是長(zhǎng)圓形的(obround)，如圖2所示。通路的長(zhǎng)圓形橫截面可以通過穿過基部以及頸部的下部部分鉆孔并且使鉆孔工具側(cè)向平移而形成。通路的長(zhǎng)圓形橫截面留下縱向延伸的平的內(nèi)表面33，該平的內(nèi)表面與平的外表面30配合以限定用于隔膜34的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)型。
[0031]頸部24的上部部分可以是平的并且由平的表面30的平面凹進(jìn)，以提供用于安裝在印刷電路板38上的電部件36的空間，如圖4所示。頸部的最上端可以被形成為限定快速連接器元件40，其可以用于幫助將支承組件固定至頸部。
[0032]圖5示出了支承組件42，PC板38通過該支承組件被支承在變送器中。支承組件42包括導(dǎo)電引線框架44和非導(dǎo)電支承框架46，它們一體地固定在一起。引線框架可以由導(dǎo)電并且結(jié)構(gòu)上為足夠剛性的任意合適材料形成。例如，引線框架可以由不銹鋼板沖壓形成。引線框架可以具有期望被電鍍以增強(qiáng)其導(dǎo)電性的部分。支承框架可以由各種聚合物或工程材料中的任一種形成，諸如由液晶聚合物形成。引線框架可以與支承框架一起嵌件模制。當(dāng)設(shè)備被組裝時(shí)，支承組件42繞壓力端口 12的頸部24布置并且下端固定至基部22。在本實(shí)施例中，引線框架44的下端處的弧形段48限定支承組件42的下端?；⌒味?8與基部22的外形一致并且能夠被激光焊接或者以其它方式固定至基部。在本實(shí)施例中，支承框架46附接至引線框架44的上端并且還支承連接至接觸墊18(圖6)的多個(gè)懸垂導(dǎo)電接片50，所述接觸墊18能夠通過形成于支承框架46中的插口 20接近。接片50能夠最初形成為引線框架44的一部分并且隨后在限定接片50的部分已經(jīng)可靠地安裝在支承框架46中之后從框架切斷。切斷的接片50提供從PC板到能從外部接近的接觸墊18的電絕緣的導(dǎo)電路徑。
[0033]PC板44附接至引線框架44，優(yōu)選地通過兩者之間的釬焊連接部附接。為此，PC板的面向引線框架的表面包括金屬制、結(jié)構(gòu)可靠的表面，該表面能夠釬焊至引線框架的面對(duì)表面52。與引線框架的連接部也用作PC板電路的地線(ground)。形成在PC板上的類似接觸墊定向成與由支承框架46支承的導(dǎo)電接片50對(duì)準(zhǔn)，使得這些接觸墊能夠被釬焊到導(dǎo)電接片50。引線框架固定至支承框架和所述基部，使得固定有PC板的引線框架的面對(duì)表面被布置成沿著平行于頸部的平的表面30和隔膜34的平面放置。圖7示出其中PC板安裝就位的支承組件。在本實(shí)施例中，PC板包括多個(gè)引線接合墊54，它們繞板中的開口 56布置。開口 56與應(yīng)變計(jì)32 (圖4)對(duì)準(zhǔn)(registry)。接合墊54布置在平行于隔膜34和應(yīng)變計(jì)的平面的平面中。這種布置使得引線接合機(jī)(參見例如圖23)能夠?qū)⒔雍弦€55的端部放置并且附接于PC板的選定接合墊54，使它們通過開口 56并且將它們的另一端附接在應(yīng)變計(jì)上的兩個(gè)選定點(diǎn)。在引線接合連接部已經(jīng)形成之后，引線、應(yīng)變計(jì)以及引線接合墊可以被封裝在凝膠57或其它合適的材料中以保護(hù)連接部。通過將應(yīng)變計(jì)、隔膜和PC板引線接合墊定向在平行的平面中，變送器的這種設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化，其中，不需要包括特殊設(shè)計(jì)的連接器元件來連接PC板和應(yīng)變計(jì)。
[0034]圖10-13示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其與圖1-9的實(shí)施例的不同之處在于通過壓力端口的流體通路以不同的方式形成并且壓力端口的基部包括適于與對(duì)應(yīng)配件接合的接頭，所述對(duì)應(yīng)配件與壓力環(huán)境連通。應(yīng)當(dāng)理解，變送器能夠被形成為具有被不同構(gòu)造以連接至任意類型的壓力環(huán)境的基部并且可以包括特殊成形的基部，附圖中示出的那些僅僅是示例