应变计式压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压力变送器以及用于此类变送器的包装结构和构造方法，该压力变送器实施用于检测流体系统中压力变化的应变计技术以生成电信号。
【背景技术】
[0002]集成了微熔娃(microfused silicon)应变计技术的压力检测变送器已经在很多环境中使用得越来越多并且用于多种应用场合。上述压力测量变送器经常在空间限制是一项要素的环境中使用，并且因此希望这样的变送器尺寸小，例如大约直径可以是小于约I厘米(例如6-8_)且长度是直径的约2至3倍。在对于此类变送器的很多应用场合当中包括在汽车工业中的应用，例如用于检测燃料系统、制动系统、车辆稳定性系统等系统中的压力。此类变送器通常包括将要监测的压力源(“压力环境”)与压力响应式隔膜连通的至少一条流体通道。至少一个测量元件例如应变计通常被安装至隔膜的一个面并且对隔膜的弯曲做出响应。应变计通过细引线连接至安装在变送器壳体中的印刷电路板上的接触垫片。电路板承载电子部件和电路以生成指示被监测系统的流体压力的电输出信号。通过可穿过变送器壳体进入的电连接部在变送器外部获取来自电路板的输出信号。在壳体中的变送器部件的配置影响整体的变送器尺寸，并且希望包装这些部件以使得能够减小包装件的整体尺寸，而无需损害变送器的性能或能力。另外，变送器内部部件的设置可以影响变送器的完整性和可靠性。本发明提供了用于此类变送器的改进的构造和方法。
【发明内容】
[0003]本申请公开了一种变送器组件，设有压力端口，压力端口包括一体的基部和从基部延伸的颈部。基部能够连接到与压力环境相关的配件或其它包含压力环境或以其他方式与压力环境连通的装置。压力端口的基部具有适于与压力环境连通的口和从口延伸到颈部的内部流体通路。流体通路和颈部构造成使得颈部的一部分限定沿着颈部的一侧的薄弹性隔膜，其能够响应流体通路内的流体压力的变化弹性弯曲。隔膜形成为沿着沿变送器的纵向轴线延伸或基本平行于变送器的纵向轴线的平面放置。一个或多个应变计固定到隔膜的外面，并且适于响应随压力环境的流体压力而变的隔膜上的应变。
[0004]本发明公开了一种电子包装件，包括由一构造支承在变送器内的印刷电路板，所述构造包括由导电引线框架和一体非导电支承框架构成的支承组件。包含用于变送器的电路的印刷电路板安装在金属引线框架上。支承组件安装在压力端口的基部部分并且接收压力端口的颈部，颈部包括隔膜。支承组件相对于压力端口布置以便支承印刷电路板，以使得将与应变计连接的PC板上的引线接合垫沿着基本平行于隔膜和安装到隔膜的应变计的平面的平面设置。PC板优选设置成其引线接合垫与应变计邻近。通过将PC板的引线接合垫的平面设置成基本平行于隔膜和应变计的平面，有助于通过传统引线接合机来进行PC板与应变计的引线接合。该构造使得能够使用较短的接合引线，并且提供接合引线与PC板和应变计上相关接触垫的更安全的电连接和机械连接。而且，将隔膜、应变计和PC板的引线接合垫定向在平行的平面简化了用于电连接应变计和PC板的引线接合垫的设计和组装方法。该构造还使得PC板能够沿变送器的纵向延伸，从而避免了对PC板的尺寸限制，而如果将PC板定向为垂直于隔膜和应变计的平面则会导致这种尺寸限制。
【附图说明】
[0005]参照附图根据以下对本发明的介绍将更加完整地领会本发明的目的和优点，在附图中:
[0006]图1是代表性变送器的等距视图；
[0007]图2是图1所示变送器的基部的底部视图；
[0008]图3是图1中变送器的顶部的俯视图；
[0009]图4是一个变送器实施例沿纵向直径面截取的纵向截面图；
[0010]图5是图4中实施例的支承组件的等距视图；
[0011]图6是图4中实施例的引线框架(lead frame)的等距视图；
[0012]图7是类似于图5的、将印刷电路板安装至图5中的支承组件的视图；
[0013]图8是压力端口实施例的等距视图；
[0014]图9是图8中压力端口的纵向截面图；
[0015]图10是结合了本发明原理的另一个变送器实施例的纵向截面图；
[0016]图11是图10的已组装实施例将盖移除后的视图；
[0017]图12是图10中压力端口的等距视图；
[0018]图13是图10中压力端口的纵向截面图；
[0019]图14是本发明第三实施例的侧面视图；
[0020]图15是图14中实施例的纵向截面图；
[0021]图16是图15中的支承组件的等距视图，其中引线框架被安装在支承框架中；
[0022]图17是图14至图16中的引线框架的等距视图；
[0023]图18是图15中压力端口的等距视图；
[0024]图19是图15中压力端口的截面图；
[0025]图20是另一个压力端口实施例的等距视图；
[0026]图21是图20中压力端口的纵向截面图；
[0027]图22是具有图20中压力端口的变送器的纵向截面图；
[0028]图23是代表性变送器的等距视图，在图中PC板的引线接合垫和隔膜位于平行的、间隔开的平面内并且示出了在应变计和PC板的引线接合垫之间实现引线接合的方式。
【具体实施方式】
[0029]图1示出了变送器10，其具有压力端口 12和向上延伸的壳体14，所述壳体附接于压力端口的基部16并且在其上端18终止于电触点或连接器，通过该电触点或连接器可以传递并且利用电输出信号。在本实施例中，电触点可以呈接触垫20的形式，所述接触垫能够通过形成于设备的上端中的插口 22接近。
[0030]如图4、图8和图9所示，压力端口 12可以由各种材料形成为单件，且17-4号不锈钢是优选的材料。压力端口包括基部16和向上延伸的颈部24。基部16和颈部24的下部部分被形成为包括流体通路26，该流体通路终止于闭合的上端28。颈部的下部部分被形成为沿着其侧部包括平的外表面30，一个或更多应变计(在32处以虚线示出)安装至所述外表面。通路26的至少上部部分形成为具有这样的横截面，该横截面限定平的内表面33，该平的内表面与平的外表面30配合以沿颈部的区域限定薄的、柔性隔膜34。在该实施例中，通路的横截面可以是长圆形的(obround)，如图2所示。通路的长圆形横截面可以通过穿过基部以及颈部的下部部分钻孔并且使钻孔工具侧向平移而形成。通路的长圆形横截面留下纵向延伸的平的内表面33，该平的内表面与平的外表面30配合以限定用于隔膜34的细长构型。
[0031]颈部24的上部部分可以是平的并且由平的表面30的平面凹进，以提供用于安装在印刷电路板38上的电部件36的空间，如图4所示。颈部的最上端可以被形成为限定快速连接器元件40，其可以用于帮助将支承组件固定至颈部。
[0032]图5示出了支承组件42，PC板38通过该支承组件被支承在变送器中。支承组件42包括导电引线框架44和非导电支承框架46，它们一体地固定在一起。引线框架可以由导电并且结构上为足够刚性的任意合适材料形成。例如，引线框架可以由不锈钢板冲压形成。引线框架可以具有期望被电镀以增强其导电性的部分。支承框架可以由各种聚合物或工程材料中的任一种形成，诸如由液晶聚合物形成。引线框架可以与支承框架一起嵌件模制。当设备被组装时，支承组件42绕压力端口 12的颈部24布置并且下端固定至基部22。在本实施例中，引线框架44的下端处的弧形段48限定支承组件42的下端。弧形段48与基部22的外形一致并且能够被激光焊接或者以其它方式固定至基部。在本实施例中，支承框架46附接至引线框架44的上端并且还支承连接至接触垫18(图6)的多个悬垂导电接片50，所述接触垫18能够通过形成于支承框架46中的插口 20接近。接片50能够最初形成为引线框架44的一部分并且随后在限定接片50的部分已经可靠地安装在支承框架46中之后从框架切断。切断的接片50提供从PC板到能从外部接近的接触垫18的电绝缘的导电路径。
[0033]PC板44附接至引线框架44，优选地通过两者之间的钎焊连接部附接。为此，PC板的面向引线框架的表面包括金属制、结构可靠的表面，该表面能够钎焊至引线框架的面对表面52。与引线框架的连接部也用作PC板电路的地线(ground)。形成在PC板上的类似接触垫定向成与由支承框架46支承的导电接片50对准，使得这些接触垫能够被钎焊到导电接片50。引线框架固定至支承框架和所述基部，使得固定有PC板的引线框架的面对表面被布置成沿着平行于颈部的平的表面30和隔膜34的平面放置。图7示出其中PC板安装就位的支承组件。在本实施例中，PC板包括多个引线接合垫54，它们绕板中的开口 56布置。开口 56与应变计32 (图4)对准(registry)。接合垫54布置在平行于隔膜34和应变计的平面的平面中。这种布置使得引线接合机(参见例如图23)能够将接合引线55的端部放置并且附接于PC板的选定接合垫54，使它们通过开口 56并且将它们的另一端附接在应变计上的两个选定点。在引线接合连接部已经形成之后，引线、应变计以及引线接合垫可以被封装在凝胶57或其它合适的材料中以保护连接部。通过将应变计、隔膜和PC板引线接合垫定向在平行的平面中，变送器的这种设计得到简化，其中，不需要包括特殊设计的连接器元件来连接PC板和应变计。
[0034]图10-13示出了本发明的另一实施例，其与图1-9的实施例的不同之处在于通过压力端口的流体通路以不同的方式形成并且压力端口的基部包括适于与对应配件接合的接头，所述对应配件与压力环境连通。应当理解，变送器能够被形成为具有被不同构造以连接至任意类型的压力环境的基部并且可以包括特殊成形的基部，附图中示出的那些仅仅是示例