专利名称：感测元件组件和方法
技术领域：
本发明一般地涉及电容压力传感器，更具体地，本发明涉及感测元件组件和制造 用于电容压力传感器的感测元件组件的方法。
背景技术：
陶瓷电容压力传感器在本领域内众所周知。为了以最小量的弯曲应力保持最大的 形变，电容传感器通常使用位于圆形外壳和两个电极中心的圆形膜片。响应压力变化的第 一电极在全文中将称为“CP”电极。作为参考电极的第二电极将称为“CR”电极。外壳通常 还包含激活膜片电极所需的电气连接。因此，期望制造包含这样的传感器组件的压力传感器所述传感器组件具有关于 最小弯曲应力的最大形变，检测大的压力梯度，并且易于制造。
发明内容
在本发明中，设置了具有基底组件和膜片组件的电容压力传感器元件组件。基底 组件包括其上构造有第一电极和第二电极的基底。第一电极是椭圆形并具有第一导电端 子。第二电极基本上是环形和椭圆形，并围绕着第一电极。第二电极具有第二导电端子。膜 片组件包括其上制有接地电极的膜片，接地电极具有接地导电端子。膜片组件和基底组件 被密封在一起，以形成传感器元件组件。在优选实施例中，构造第一电极和第二电极，使得它们在基底上偏离中心放置。根据本发明的另一方面，本文提供了一种用于制造压力感测元件组件的方法。该 方法包括通过将CP电极和CR电极印刷在基底上、干燥并烧电极、在基底上部印刷熔块、干 燥熔块来装配基底；通过印刷公共/接地电极、干燥并烧(fire)电极、将熔块印刷在膜片 上、干燥熔块来装配膜片。在本发明的方法中，先制造基底组件或膜片组件中的哪个组件是 不重要的。然而，本发明的方法要求在将基底组件与膜片组件对齐并将它们熔合在一起来 产生传感器组件之前烧(fire)其中一个组件的熔块。
通过参考附图可以更加容易地理解本发明，在附图中图1是根据本发明实施例的完整压力传感器元件组件的分解全视图；图2是图1的完整压力传感器元件组件的局部切割立体侧视图；图3是图1的压力传感器元件组件的基底组件的截面俯视图；以及图4是图1的压力传感器元件组件的膜片组件部分的熔块层的全视图。贯穿附图中的若干视图，相同的附图标记指相同的部分。
具体实施例方式在下面本发明的描述中，这里所使用的术语诸如“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“侧面”等仅仅是为了方便描述，指的是各部件如图中所示的方向。一般地，本发明可简单地描述如下。首先参见图1和2，示出了本发明的完整压力 感测元件组件100的优选实施例。该感测元件组件100包括两个组件——基底组件102和膜片组件104。基底组件 包括基底106、CP电极108、CR电极110和密封层112。在优选实施例中，密封层112是熔 块。然而，可以使用任何提供不透气的密封和热膨胀的其它材料。如图3更充分示出的，CP电极108优选为椭圆形，并连接到CP端子114。CR电极 110也优选为椭圆形，并且如图1和图3中所示基本上是绕着CP电极108的环状圈。在优 选实施例中，CR电极110为C形。然而，假设存在能够在不接触CR电极110的情况下直接 与CP电极108连接的电气连接，则CR电极110可以是绕着CP电极108的完整环状物。CR电极110在一个末端116连接到CR端子118。CP电极108通过导体连接到CP 端子114，该导体从CP电极108伸出并穿过CR电极110的两个末端116和122之间的缝 隙。在优选实施例中，设置有绕着CP端子114从CR端子118连接到CR电极108的末端 122的保护电极120。该保护电极120是为了保护或隔离CP电极，以使在传感器操作时，没 有影响电极CP 108和CR 110的相对电容的温度效应。在使用熔块的优选实施例中，熔块层112在烧(fire)后变为绝缘的。从而，熔块 层112将以介电常数的变化响应外界温度的变化。因此，如果被熔块覆盖的面积不同，则当 温度改变时，在电极CP 108和CR 110测量的电容将会彼此偏离，而使传感器不准确。如果 电极CR 110和CP 108被熔块层112覆盖的面积基本上相同，则这两个电极之间的电容偏 差将会很小。从而，在优选实施例中，在CP电极108的端子114周围设置保护电极120作 为屏蔽，使得CP电极108会受到的唯一电容为由CR电极110产生的电容。另外，如果传感器曝露于高频信号，则在没有保护电极120的情况下，端子118将 好像是天线，降低传感器灵敏度。然而，需理解保护电极120是可省略的。如图3所示，在本发明的优选实施例中，通过将电极CP和CR印刷在基底106上使 得它们偏离基底106的中心来制造电极CP 108和CR 110。因为它们是椭圆形的，所以通过 将它们偏离中心地放置在基底106上，可以在外部CR电极110的周边与要熔合在一起的基 底的圆周之间仍旧保持足够空间的同时，在更大的区域上制造电极108和110。从而，当膜 片组件层104和基底组件层102熔合在一起时，密封层112仍有足够空间，从而仍可能有效 地密封。在优选实施例中，椭圆形电极被成形为使得外部电极110提供与内部电极108的 外部曝露面积基本上相同的外部曝露面积。此外，在优选实施例中，外部电极110的大直径 大于小直径不超过大约百分之二十(20% )，从而由非圆形引起的应力增加将保持可忽略， 但对压力的敏感度几乎与外部电极大直径的增加尺寸成比例地增加。因此，这种结构允许 将更加敏感的传感器组件封装在直径更小的外壳内。优选地通过下述步骤制造基底组件将CP电极108、CR电极110和保护电极120 以及CR端子118、CP端子114印刷在基底106上，干燥并对它们进行烧处理，印刷密封层 112，干燥该密封以驱走任何挥发性的有机粘合剂以留下接近白垩的密度和硬度的材料。再次参见图1到图3，膜片组件104示出为包括膜片120、具有连接到其的端子 126的接地电极122和密封层124。没有示出在膜片组件底部的屏蔽电极。
在优选实施例中，通过将接地电极122和屏蔽电极(未示出)以及它们的端子印 刷在膜片120上来进行制造，使得这些电极在膜片120上居中并对应于CR电极110的外周。 然后，干燥继而烧这些电极。当这些电极冷却后，印刷并干燥密封层124以驱走任何挥发性 的有机粘合剂，以留下接近白垩的密度和硬度的材料。当通过沿着校准凹口 130和136将基底组件102和膜片组件104对齐然后对它们 进行烧处理，使得密封层112和IM熔化并将组件102和104熔合在一起，从而在将基底组 件102和膜片组件104熔合在一起时，感测元件100完成。在本发明的优选方法中，先于将 组件连接在一起而烧基底组件102上的密封层112或膜片组件104上的密封层124。将烧 处理进行到部分完成，使得密封层将仍具有粗糙的纹理。在密封层冷却后，通过烧处理将这 两个组件102和104连接在一起。这减少了连接过程期间的除气量，并产生更加强壮且孔 更少的粘合，减小了最终产品的泄漏的可能性。在优选实施例中，由于电极108和110的椭圆形状，密封层112是非对称的。由于 在烧过程期间密封层112和124为膜片120和基底106 二者提供支撑，并控制电极之间的 最终间隙，所以密封层112和IM应该尽可能地保持不变和统一。为克服缺少对称性，这样 制造密封层112和124，使得它们具有间隙140和142以平衡每个密封区域，以便在传感组 件100的各层被熔合在一起时提高滑动(slumping)。这样，保持密封层112和124的各自 的质心(centroid)尽可能地接近膜片120的几何中心。所提供的另一个特征是在接地电极上放置附加端子144。这样，在制造期间接地电 极122放置在膜片120的哪侧就不重要了，只要屏蔽电极(未示出)放置在对侧，并将它们 经由通孔146a或146b连接。加工基底106，使其具有3个孔150a、150b和150c,孔150a、150b和150c分别对 应于CP电极108、CR电极110以及接地电极122的端子114、118和126。另外，密封层112 和IM各自也具有对应于CP电极、CR电极以及接地电极的端子114、118和124的孔。在 将这些组件对齐并熔合在一起时，基底106以及密封层112和IM中的孔也被对齐，并被填 充导电环氧树脂来给电气连接提供所需的管道。将会理解在本发明中，在不增加外壳的总尺寸的情况下即可提高感测元件100 的灵敏度。本领域技术人员将会理解在其它应用中，这种类型的传感器可用于汽车、飞机、 加热、通风和空调系统(HVAC)工业。上面描述的实施例是本发明的示例性实施例。在不离开本发明在此公开的原理的 情况下，本领域技术人员可以多样地使用和改变上述的实施例。因此，在此公开的实施例的 结构不限制本发明。相应地，本发明仅由所附的权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种用于电容传感器的传感器元件，包括 基底组件，包括具有中心的基底，所述基底上具有第一导电端子的椭圆形的第一电极；围绕但不接触所述第一电极的基本椭圆环形的第二电极，并且所述第二电极具有第二 导电端子；膜片组件，包括 膜片，所述膜片上具有接地导电端子的接地电极； 其中所述基底组件被密封到所述膜片组件。
2.根据权利要求1所述的传感器元件组件，其中，所述第一电极和所述第二电极偏离 所述基底的中心。
3.根据权利要求2所述的传感器元件组件，其中，所述第一电极和所述第二电极的大 直径在仍保持所述第二电极的周界和所述基底的周界之间的充足的空间的同时尽可能大， 其中产生在所述基底组件和所述膜片组件之间、在所述基底组件和所述膜片组件的周边周 围的良好的密封。
4.根据权利要求1所述的传感器元件组件，还包括在所述第一端子周围从所述第二端 子伸出的屏蔽。
5.根据权利要求1所述的传感器元件组件，其中，所述椭圆形的第一和第二电极被成 形为使得所述第二电极的大直径提供与所述第二电极的小直径的外部密封宽度基本相同 的外部密封宽度。
6.根据权利要求1所述的传感器元件组件，还包括至少一个或更多个熔块，所述熔块 在所述基底组件和膜片组件被密封在一起时引起基本对称的密封。
7.—种制造用于电容压力传感器的压力感测元件组件的方法，所述方法包括步骤 将基本椭圆形的第一电极和基本椭圆环形的第二电极印刷在基底上，烧所述电极，将第一熔块印刷在所述电极和基底上， 干燥所述第一熔块； 通过印刷公共/接地电极来装配膜片， 烧所述公共/接地电极，将第二熔块印刷在所述公共/接地电极和所述膜片上， 干燥所述第二熔块；以及 烧所述第一熔块和第二熔块；以及将制有所述接地电极的所述膜片熔合到制有椭圆形的所述第一电极和第二电极的所 述基底，以产生所述传感器组件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述电极印刷在所述基底上的步骤包括使所 述第一电极和第二电极在所述基底上偏移。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述熔块区域中产生间隙，其中所述熔块区 域产生基本对称的密封。
10.一种用于电容传感器的传感器元件，包括具有中心的基底，在所述基底上偏离中心的具有第一导电端子区域的第一电极；围绕但不接触所述第一电极的基本环形的第二电极，且所述第二电极具有第二导电端 子区域；膜片，所述膜片上具有接地导电端子的接地电极；以及用于将所述基底密封到所述膜片的一个或更多个密封。
11.根据权利要求10所述的传感器元件组件，其中，所述第一电极和第二电极的大直 径在仍保持所述第二电极的周界和所述基底的周界之间的充足的空间的同时尽可能大，以 在所述基底和所述膜片密封在一起时产生良好的密封。
12.根据权利要求10所述的传感器元件组件，其中，所述第一电极和第二电极是椭圆 形的。
13.根据权利要求10所述的传感器元件组件，其中，所述第一电极和第二电极被成形 为使得所述第二电极的大直径提供与所述第二电极的小直径的外部密封宽度基本相同的 外部密封宽度。
全文摘要
本文所描述的是电容压力传感器的感测元件组件以及用于制造该感测元件组件的方法，该感测元件组件在无附加尺寸的情况下具有提高的灵敏度。该感测元件组件和方法包括构造偏离中心的椭圆形中心电极、中心电极周围的至少一个椭圆形环状电极、接地电极以及用于将这些层熔合在一起以优化其灵敏度的方法。
文档编号G01L9/12GK102084233SQ200980120748
公开日2011年6月1日 申请日期2009年3月10日 优先权日2008年4月24日
发明者加里·L·卡塞伊, 汉·阮, 马科斯·纳萨尔 申请人:定制传感器及技术股份有限公司