具有突起的结合结构的制作方法

文档序号:5890691阅读:213来源:国知局
专利名称:具有突起的结合结构的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于将第一体和其内容置有传感器元件的第二体气密地结合在一起的结合结构。
背景技术
日本专利文献JP-A-8-152374介绍了一种通用的结合结构,也就是在形成在第一体上的环形凹面与形成在第二体上的环形凸面之间使用胶的结合结构被应用于压力传感器。该压力传感器在第一体中容置有传感器元件,该传感器元件通过向诸如ECU的外部设备输送信号的金丝或类似物品与引线框架相连。用于第一体的材料必须具有耐热性,从而第一体可持久地用于引线结合工程中。第一体可以由聚苯撑硫(下文简称为“PPS”)或类似材料制成。第二体可以由聚丁烯对苯二酸盐(下文简称为“PBT”)或类似材料制成。形成在第一体上的凹面与形成在第二体上的凸面利用环氧树脂胶结合。
然而当结合在一起的第一体和第二体被应用在实际温度条件下时,由于第一体、胶和第二体的树脂材料的线性膨胀系数不同,在结合结构上会出现剥离现象。因此在结合结构上形成渗漏通道,围绕传感器元件的压力泄漏并变得不稳定。因此压力传感器的可靠性下降。

发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的是提供一种提高传感器可靠性的结合结构。
在本发明中,环形凹入部分被形成在第一体和第二体之一上的周边上。在第一体和第二体中另一个的周边上形成有环形凸起,用以和凹入部分相结合。凹入部分的宽度比凸起的宽度大。当凸起与凹入部分结合时,在凸起与凹入部分之间出现适当的间隙。也就是在凸起的周向侧边上出现环形间隙。凸起的内周表面和凹入部分的相对表面之间所确定的一个间隙在下文被简称为“内间隙”。凸起的外周表面和凹入部分的相对表面之间所确定的一个间隙在下文被简称为“外间隙”。胶至少充满内间隙或外间隙中的一个间隙。
形成其内部充满胶的间隙的凹入部分的周面或凸起的周面中至少一个周面上具有突起。突起的形成扩宽了粘接区域,除了张力结合强度之外,剪切结合力也作用于该区域。增加了总的结合力,第一体和第二体之间的表面可以被气密地结合。因此增加了传感器的可靠性。
优选地,突起被形成在外间隙或内间隙中,只要能用胶牢固地结合外间隙或内间隙,就不形成泄漏路径。如果外间隙和内间隙上都形成有突起,并且两个间隙都用胶结合,热应力或类似应力就不能被释放。因此突起被形成在形成内间隙或外间隙的周面上。
优选地,内间隙内的两个周面上都有突起,外间隙内的两个周面是平坦的。
优选地,突起是多个作为条痕(streak)从周面上突出的聚集(gather),利用突出条痕侧壁,形成额外结合区域。因此胶和结合表面之间在剪切方向的结合强度被增强。
当所述聚集与第一体和第二体整体模制而成时,优选地所述条痕被形成的与凸起和凹入部分结合方向平行,从而第一体和第二体容易脱模。
优选地,在凸起和凹入部分的整个周面上所形成的突起具有相同形状,彼此间距相同。为了保持气密性,结合强度必须均匀分布。突起的不均匀性使粘结强度不同,导致应力集中,容易导致泄漏。


通过下文结合附图对本发明所做的详尽的介绍,本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加清楚。
图1是一个显示符合本发明实施例的压力传感器的横截面视图;图2A是一个显示沿结合方向形成的突起的横截面视图;图2B是一个显示波形聚集的透视图;图2C是一个显示矩形聚集的透视图;图3A是一个显示没有突起的结合结构的横截面视图;图3B是一个显示具有波形突起聚集的结合结构的横截面视图;图4A是一个显示沿垂直于结合方向形成的突起的横截面视图;图4B是一个显示具有矩形突起聚集的结合结构的视图;
图4C是一个显示鼓起部分的另一种形状的视图。
具体实施例方式
参考图1,压力传感器1将一模制集成电路2(molded IC)作为压力检测元件容置第一体3内。隐藏式夹具(recessed holder)4被形成在模制集成电路2上。传感器元件5被容置在隐藏式夹具4上,用于检测压力。模制集成电路2用由环氧树脂等制成的模制树脂8封闭其内部元件,以便保护其内部元件。所述内部元件包括用于放大来自信号传感器5的信号的信号调节集成电路6以及传输集成电路6的输出信号的引线框架7。
传感器元件5被设置,从而其压力检测表面面向夹具4的开口。传感器元件5和引线框架7通过使用由金或类似材料制成的导线9的引线结合被电连接。多个扩散电阻被设置在传感器元件5的膜片上,所述膜片由单晶硅制成。连接这些扩散电阻,从而形成一桥电路。利用玻璃连接等方式将传感器元件5结合到玻璃基座10上。使用硅树脂等将该玻璃基座10结合到夹具4的底面上。
第一体3由诸如PPS的承受结合工作的耐热树脂材料制成。引线框架7与连接器销11电相连。用填充树脂12等密封引线框架7与连接器销11之间的连接点。每个连接器销11与外处理电路(未示)相连。第一体3在底端具有凸起18。凸起18沿第一体3的底端周界被环形形成。
由PBT等制成的第二体13在其顶端具有凹入部分17。凹入部分17沿第二体13的顶端周界被环形形成。第二体13的凹入部分17与第一体3的凸起18结合,将凸起18插入凹入部分17内。胶20充满凸起18的周表面和凹入部分17的周表面之间的环形间隙(19A,19B)。第二体13与第一体3气密结合。结合后的环形结合部分形成虚线所示的环形结合部分14。
压力入口15被引导到设置在腔22内的传感器元件5的压力检测表面上。腔22被气密环形结合部分14围绕并与外部周围空气隔绝。O形环16围绕压力入口15被连接。通过O形环16,压力传感器1可以被设置在所需位置上。
当沿图1中箭头所示方向施加压力时,通过第二体13的压力入口15,将压力引导到传感器元件5的压力检测表面上。由于压力作用在其表面上,传感器元件5的膜片变形。膜片表面上的扩散电阻相应于膜片的变形而改变电阻。作为来自桥电路的电压信号拾取所述电阻变化。电压信号被信号调节集成电路6放大并通过引线框架7和连接器销11被传输到外信号处理电路(未示)。
在图2A所示结合部分中,环形凹入部分17被形成在第一体3上。环形凸起18被形成在第二体13上,以便与环形凹入部分17结合。在这种结合结构中,与图1所示的结合部分14相比,凸起18和凹入部分17之间的关系被颠倒。可以在任何角度下使用这种结合结构。环形凸起18与环形凹入部分17结合,将环形凸起18插入环形凹入部分17内形成环形结合部分。当凸起18的顶端与凹入部分17的底面接触时,在环形凸起18的周面与环形凹入部分17的周面之间形成所需的环形间隙19A和19B。环形间隙19A和19B内充满由硬的环氧树脂或其他树脂制成的胶20。胶20和环形凹入部分17以及胶20和环形凸起18在内周面和外周面被结合,形成环形结合部分14。
在环形结合部分14内,多个突起21被形成在环形间隙19A的周表面上,加宽与胶20的周表面结合表面。
如图2A所示,在环形间隙19A内,突起21被形成在凹入部分17的A表面和凸起18的B表面上。突起21与第一体3和第二体13整体形成,如图2B和2C所示,突起21沿与凸起18和凹入部分17彼此结合方向平行的方向形成。突起21的纵向大致对应于第一体3和第二体13的出模方向。因此,如果突起21与上述结合方向平行,很容易进行脱模。
进一步优选地,突起21是作为条痕而突出的多个聚集(gathers)21A,每个聚集具有适当的横截面突起高度(A表面和B表面之间间隙的1/3)以及适当的横截面宽度(大约等于横截面突起的高度),如图2B所示,聚集21A可以是波形的,具有适当高度和间隙,如图2C所示,可以是矩形的,具有适当高度和间隙。
优选地,突起21在环形凸起18的整个周面上和环形凹入部分17的整个周面被形成的具有相同形状,彼此之间具有相同的间距,以使不导致应力集中。
在说明结合部分14的横截面的图3A中,突起并没有被形成在A表面上。当张应力发挥作用将胶20从A表面沿X方向(垂直于A表面)剥离时,胶20和A表面之间的结合力在Y方向(垂直于A表面,与张应力方向相反)发挥作用,该结合力抵抗张应力。
然而如图3B所示,当A表面具有突出的聚集21A时,由于突出的聚集21A额外表面,胶20和A表面之间的结合区域被扩大,增加了结合强度。当张应力沿X方向发挥作用将胶20从A表面上剥落时,采用与图3A中相同的方式,结合力在聚集21A上发挥作用,以抵抗张应力。此外,在与张应力(垂直于A表面,在该表面上,张结合应力发挥作用)垂直的剪切方向上,强剪切结合强度(shearingbonding strength)发挥作用。因此,增加突起21还显著地增加了结合强度。在有图2C所示的矩形聚集情况下,剪切方向上的结合强度比图2B所示的波形聚集的结合强度大,因而更加可取。
聚集21并不局限于图2A~2C所示形状。如图4A和4B所示,突起可以被形成的近似垂直于凸起18与凹入部分17的结合方向。此外,突起21可以是多个如图4C所示的鼓起部分21B,通过鼓起部分21B额外结合区域和增加剪切方向上的结合强度,可以增强与胶20的结合强度。
在这个实施例中,图2A所示的第一体3由PPS等制成。PPS是一种耐热材料,从而第一体3可以抵御在进行引线接合时引起的热量升高。胶20由硬环氧树脂制成。第二体13由PBT制成。在耐热性方面,PBT不如PPS。然而PBT的成本比PPS低。它们的线性膨胀系数分别是PPS大约28ppm;硬环氧树脂大约39ppm;PBT大约52ppm。
研究其内充满胶的内间隙和外间隙的结合,在实际应用温度(-40℃~120℃)环境下进行循环热冲击试验。
在试验时,所有周向结合表面被形成为平的,采用和图3A不相同的方式形成突起21。
如图2A所示,第一体3上凹入部分17的内周面被称作“A表面”,凹入部分17的外周表面被称作“D表面”,第二体13上的凸起18的内周面被称作“B表面”,凸起18的外周表面被简称为“C表面”。A表面和B表面之间的环形间隙被称作“内间隙”19A,C表面和D表面之间的环形间隙被称作“外间隙”19B。
作为热冲击试验的结果,在最外周表面也就是D表面和胶20之间发生脱落,接着在B表面上引起脱落,然后在A表面上引起脱落,形成泄漏路径。
根据试验,很容易在外间隙19B内产生脱落,从而外间隙19B最好被设计的释放剥离应力。在外间隙19B的C表面和首先出现脱落的D表面上不形成突起21。此外在内间隙19A内彼此相对的A表面和B表面上形成突起21,内间隙19A的突起21与胶20之间的表面牢固地结合。因此,第一体3和第二体13被气密地结合。相反外间隙19B的C表面和D表面上都没有形成突起21,是平坦的,从而由于没有形成突起21,外间隙19B的结合强度被设定的不如内间隙19A的结合强度。当由于刚性结合,在内间隙19A的粘接部分14出现应力时,该应力可以在外间隙19B被释放。如果突起21在A表面、B表面、C表面和D表面上都被形成时,且和胶20相结合,结合强度自身得到了加强,结合部分14被刚性连接。然而,当热应力等作用在整个结合部分14上,应力不能在任何地方被减轻。因此,很容易在内间隙19A或外间隙19B的任一表面上引起脱落,形成泄漏路径。
在内间隙19A或外间隙19B中一个间隙上形成突起21,而在另一个间隙上不形成突起21,能够有效地增加第一体3和第二体13之间的结合强度。在外间隙19B内的两个周面具有突起21,内间隙19A内的两个周面是平坦的,也能有效地增加结合强度。此外,也可以仅在外间隙19B的C表面或D表面上形成突起21。只要在A表面、B表面、C表面和D表面中至少一个表面上形成突起21,整个结合部分14上的结合强度可以被增强。
突起21可以被形成的仅在所述周表面的部分表面上,突起21可以在周表面的高度方向(垂直于周向)上被部分形成,只要保持结合结构气密特性就行。
当内间隙19A或外间隙19B上没有被形成突起21时,没有形成突起21的间隙内无需填充胶20,从而可以释放应力。在另一个间隙的周面上形成有突起21,该间隙内填充胶20并被气密地结合。
结合结构并不局限于上述实施例,可以被改变,并被用于除了具有凹入部分17和凸起18例如结合结构14的压力传感器之外的其它目的。
当第一体3和第二体13的材料具有相同线性膨胀系数时,也可以使用这种结合结构。
该结合结构也适用于多个凸起18和多个凹入部分17的结合。
凸起18和凹入部分17也可以不仅是环形的,也可以是近似矩形,近似半圆形和其它形状,只要凸起18和凹入部分17在结合部分周向地被形成就行。
凸起18和凹入部分17的横截面形状可以是不同的形状,例如椭圆形、梯形、三角形等,只要凹入部分17与凸起18结合就行。
在凹入部分17和凸起18的周表面上形成凹槽也能有效地增加与胶20的粘接区域。
当突起21没有被形成在周面上时,在凸起18和凹入部分17之间的内间隙19A或外间隙19B并不是必需的。此时,即使凸起18被装配到凹入部分17内,并且和其上没有形成突起21的周表面中的每一个接触,该周表面也能有效地释放应力,其周表面上形成有突起21的另一个间隙内填充胶20,可以被气密地结合。
权利要求
1.一种气密地结合第一体(3)和第二体(13)的结合结构,包括被周向形成在第一体(3)和第二体(13)之一上的凸起(18);被形成在第一体(3)和第二体(13)中另一个上的凹入部分(17),它与所述凸起(18)结合,在凸起(18)的周表面和凹入部分(17)的周表面之间形成的间隙(19A,19B);被填充到所述间隙(19A,19B)内的粘接材料(20),该粘接材料使凸起(18)和凹入部分(17)结合,其特征在于所述间隙(19A,19B)的周表面具有在径向上突出的突起(21)。
2.如权利要求1所述的结合结构,其特征在于凸起(18)将凹入部分(17)分成内间隙(19A)和外间隙(19B),内间隙(19A)由凸起(18)的内周表面和凹入部分(17)的相对周面确定,外间隙(19B)由凸起(18)的外周表面和凹入部分(17)的相对周面确定,在凸起(18)和凹入部分(17)的至少一个周面上,内间隙(19A)和外间隙(19B)之一具有突起(21)。
3.如权利要求2所述的结合结构,其特征在于仅仅凸起(18)的内周面和凹入部分(17)的相对周面分别具有突起(21)。
4.如权利要求2所述的结合结构,其特征在于仅仅凸起(18)的外周面和凹入部分(17)的相对周面分别具有突起(21)。
5.如权利要求1~4中任一权利要求所述的结合结构,其特征在于突起(21)被形成为沿第一体(3)和第二体(13)结合的方向延伸。
6.如权利要求1~4中任一权利要求所述的结合结构,其特征在于突起(21)被形成为在垂直于第一体(3)和第二体(13)结合的方向延伸。
7.如权利要求1~4中任一权利要求所述的结合结构,其特征在于在凸起(18)的整个周表面上形成有突起(21)。
8.如权利要求1~4中任一权利要求所述的结合结构,其特征在于在凹入部分(17)的整个周表面上形成有突起(21)。
9.如权利要求1~4中任一权利要求所述的结合结构,其特征在于第一体(3)具有压力传感器元件(5),第二体(13)具有压力入口(15),用于将压力引导到传感器元件(5)。
10.如权利要求1~4中任一权利要求所述的结合结构,其特征在于第一体(3)和第二体(13)的线性膨胀系数彼此不同。
全文摘要
一种气密地结合第一体(3)和第二体(13)的结合结构,用于在其中容置传感器元件(5)。环形凸起(18)被形成在第一体(3)或第二体(13)的周端边界上。在第一体(3)和第二体(13)中另一个上形成凹入部分(17),用于与凸起(18)结合。凹入部分(17)和凸起(18)结合,以形成内间隙(19A)和外间隙(19B)。胶(20)被填充到内间隙(19A)和外间隙(19B)内。利用胶(20)而结合的凹入部分(17)的周面和凸起(18)的周面上具有多个突起(21)。
文档编号G01L9/00GK1480719SQ0315258
公开日2004年3月10日 申请日期2003年8月5日 优先权日2002年8月7日
发明者上野正人, 渡边善文, 文 申请人:株式会社电装
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