用于增强厚膜压阻压力传感器灵敏度的密封玻璃几何结构的制作方法

[0001]
本发明的实施例涉及一种具有密封玻璃几何结构的厚膜压阻压力传感器，该密封玻璃几何结构限定了可变形的膜片（diaphragm）形状，由此增加了惠斯通电桥（wheatstone bridge）电路的灵敏度，从而提高了准确度。


背景技术：

[0002]
厚膜压阻压力传感器通常是已知的并且被广泛使用。一种类型的压力传感器是绝对压力传感器，该绝对压力传感器包括由陶瓷制成的压力感测元件，该压力感测元件经由玻璃料结合而结合于陶瓷基底，以形成参考真空。压力感测元件包括被连接成所谓的“惠斯通电桥”配置的四个压敏电阻器，这四个压敏电阻器用于检测压力的变化。压力感测元件由基底、膜片（其在暴露的介质向膜片施加压力时偏转）以及有限高度的结合料玻璃（其限定了膜片的最大位移）组成。
[0003]
许多绝对压力传感器用于传感器暴露于恶劣介质的应用中。这些类型的应用中的一个用于空调系统中的压缩机。在空调系统中使用的大多数当前压力传感器具有带有有限灵敏度的压敏电阻器。另外，由于陶瓷膜片上的厚膜电阻器的压敏电阻器单元感测元件的当前设计的低灵敏度，专用集成电路（asic）增益过高。
[0004]
因此，需要一种在不导致大小增加或成本增加的情况下具有提高的灵敏度的压力传感器组件。


技术实现要素：

[0005]
在实施例中，本发明是一种压力传感器组件，该压力传感器组件通过定制密封玻璃几何结构来提高性能，从而允许按照可以显著地增强惠斯通电桥电阻器的应变的方式来控制膜片的变形。因此，可以增加电阻器的电阻的变化，这导致惠斯通电桥电路的更高输出，这增加了灵敏度。
[0006]
压力传感器组件还提供了更高灵敏度的附加益处，这允许压敏电阻器单元的更小大小，从而降低了成本，同时维持了相同性能。密封玻璃层的独特形状还可以适应其它特征，比如ntc热敏电阻接触面积。
[0007]
在实施例中，本发明是一种压力传感器组件，该压力传感器组件包括压力感测元件，该压力感测元件具有：膜片；多个压敏电阻器，该多个压敏电阻器连接到膜片；以及至少一个密封玻璃层，该至少一个密封玻璃层连接到膜片。压力传感器组件还包括基底，密封玻璃层连接到基底并且配置为使多个压敏电阻器的灵敏度最大化。
[0008]
在实施例中，密封玻璃层包括第一凹部部分；以及第二凹部部分，该第二凹部部分在密封玻璃层的与第一凹部部分相对的侧面上形成为密封玻璃层的一部分。多个压敏电阻器中的一个被第一凹部部分部分地包围，并且多个压敏电阻器中的另一个被第二凹部部分部分地包围。
[0009]
在实施例中，密封玻璃层还包括第一侧表面和第二侧表面。第一凹部部分一体形
成为第一侧表面的一部分，并且第二凹部部分一体形成为第二侧表面的一部分。在实施例中，第一侧表面在密封玻璃层的与第二侧表面相对的侧面上形成为密封玻璃层的一部分。
[0010]
在实施例中，第一凹部部分包括至少一个侧表面和至少一个圆角。形成为第一凹部部分的一部分的至少一个侧表面和第一侧表面终止于至少一个圆角。在实施例中，侧表面与第一侧表面之间的角度大于或等于九十度。在另一实施例中，至少一个侧表面与第一侧表面之间的角度小于或等于九十度。
[0011]
在实施例中，第二凹部部分包括至少一个侧表面和至少一个圆角。形成为第二凹部部分的一部分的至少一个侧表面和第二侧表面终止于至少一个圆角。在一个实施例中，至少一个侧表面与第二侧表面之间的角度大于或等于九十度。在另一实施例中，至少一个侧表面与第二侧表面之间的角度小于或等于九十度。
[0012]
在实施例中，密封玻璃层包括第一内表面；以及第二内表面，该第二内表面在密封玻璃层的与第一内表面相对的侧面上形成为密封玻璃层的一部分。
[0013]
在实施例中，密封玻璃层包括第一弧形部分、第二弧形部分、第三弧形部分和第四弧形部分。第一侧表面的端部和第一内表面的端部两者终止于第一弧形部分。第一侧表面的第二端部和第二内表面的第二端部两者终止于第二弧形部分。第二侧表面的第二端部和第一内表面的第二端部两者终止于第三弧形部分。第四弧形部分，第二侧表面的端部和第二内表面的端部两者终止于第四弧形部分。
[0014]
在实施例中，密封玻璃层包括约束密封玻璃层的多侧面周界（multi-sided perimeter）。
[0015]
在实施例中，密封玻璃层包括第一弯曲表面，该第一弯曲表面具有终止于第一侧表面的第一端部和终止于第二侧表面的第二端部。密封玻璃层还包括第二弯曲表面，该第二弯曲表面具有终止于第一侧表面的第一端部和终止于第二侧表面的第二端部。第一弯曲表面在密封玻璃层的与第二弯曲表面相对的侧面上形成为密封玻璃层的一部分。
[0016]
在实施例中，密封玻璃层包括第一细长弯曲表面，该第一细长弯曲表面具有终止于第一凹部部分的第一端部和终止于第二凹部部分的第二端部。密封玻璃层还包括第二细长弯曲表面，该第二细长弯曲表面具有终止于第一凹部部分的第一端部和终止于第二凹部部分的第二端部。
[0017]
本发明的适用性的另外领域将通过在下文中提供的详细描述而变得明显。应理解，详细描述和具体示例在指示本发明的优选实施例的同时仅仅旨在说明的目的，且不旨在限制本发明的范围。
附图说明
[0018]
由详细描述和附图，将更加全面地理解本发明，其中：图1是根据本发明的实施例的压力传感器组件的横截面图；图2a是根据本发明的实施例的作为压力传感器组件的第一实施例的一部分的密封玻璃层的仰视图；图2b是根据本发明的实施例的用作压力传感器组件的第一实施例的一部分的组装到膜片的密封玻璃层和电路的仰视图；图3a是根据本发明的实施例的作为压力传感器组件的第二实施例的一部分的密封玻
璃层的仰视图；图3b是根据本发明的实施例的用作压力传感器组件的第二实施例的一部分的组装到膜片的密封玻璃层和电路的仰视图；图4包括在传感器中的每一个暴露于30巴的压力时比较一个现有技术压力传感器和根据本发明的实施例的压力传感器的第一实施例和第二实施例的电压输出之间的差异的多个图释和图表；图5a是根据本发明的实施例的作为压力传感器组件的第三实施例的一部分的密封玻璃层的仰视图；图5b是根据本发明的实施例的用作压力传感器组件的第三实施例的一部分的组装到膜片的密封玻璃层和电路的仰视图；图6a是根据本发明的实施例的作为压力传感器组件的第四实施例的一部分的密封玻璃层的仰视图；图6b是根据本发明的实施例的用作压力传感器组件的第四实施例的一部分的组装到膜片的密封玻璃层和电路的仰视图；图7a是根据本发明的实施例的作为压力传感器组件的第五实施例的一部分的密封玻璃层的仰视图；图7b是根据本发明的实施例的用作压力传感器组件的第五实施例的一部分的组装到膜片的密封玻璃层和电路的仰视图；图8a是根据本发明的实施例的作为压力传感器组件的第六实施例的一部分的密封玻璃层的仰视图；以及图8b是根据本发明的实施例的用作压力传感器组件的第六实施例的一部分的组装到膜片的密封玻璃层和电路的仰视图。
具体实施方式
[0019]
（多个）优选实施例的以下描述本质上仅为示例性的，并且绝不旨在限制本发明、其应用或用途。
[0020]
根据本发明的第一实施例的压力传感器组件的示例在图1到图2b中通常以10示出。传感器10包括通常以12示出的压力感测元件和通常以14示出的基底，该基底在该实施例中是陶瓷基底。压力感测元件12包括膜片，该膜片在该实施例中为陶瓷膜片16，该陶瓷膜片16支撑在密封玻璃层18上。参照图2b，附接到膜片16的第一侧面16a的是多个厚膜压敏电阻器20a至20d，并且压敏电阻器20a至20d中的每一个连接至多个导电迹线22a至22d中的一个或多个并且与其电连通，并且导电迹线22a至22d中的每一个连接到多个结合焊盘24a至24d中的一个并且与其电连通。导电迹线22a至22d和结合焊盘24a至24d也连接到膜片16的第一侧面16a。压敏电阻器20a至20d、导电迹线22a至22d以及结合焊盘24a至24d一起充当通常以26示出的惠斯通电桥电路。
[0021]
同样连接至膜片16的第一侧面16a的是密封玻璃层18。密封玻璃层18连接到膜片16的第一侧面16a，使得导电迹线22a至22d的部分设置在密封玻璃层18与膜片16之间。参照图2a至图2b，密封玻璃层18成形为在适应其它要求（比如ntc压力传感器）的同时使电路26的灵敏度最大化。更具体地，存在通常以28a示出的第一凹部部分和通常以28b示出的第二
凹部部分，第一凹部部分和第二凹部部分两者一体形成为密封玻璃层18的一部分。第一压敏电阻器20a部分地被第一凹部部分28a包围，并且第二压敏电阻器20b部分地被第二凹部部分28b包围。凹部部分28a、28b中的每一个是通常以28c示出的孔的一部分，该孔也形成为密封玻璃层18的一部分。
[0022]
密封玻璃层18成形为在向膜片16施加来自介质的力时最小化对由电路26产生的信号的干扰。更具体地，在操作中，当向膜片16施加力时，膜片16偏转，并且膜片16的这种偏转导致在电路26中产生电压，并且该电压对应于向膜片16施加的力的量。同样形成为孔28c的一部分的是第一内表面30a和第二内表面30b，该第一内表面和第二内表面基本上彼此平行。孔28c还包括第一侧表面32a和第二侧表面32b。第一凹部部分28a一体形成为第一侧表面32a的一部分，并且第二凹部部分28b一体形成为第二侧表面32b的一部分。在实施例中，侧表面32a、32b基本上垂直于对应的凹部部分28a、28b，但在本发明的范围内，侧表面32a、32b可以相对于凹部部分28a、28b以各种角度定位。另外，每个凹部部分28a、28b具有图2a至图2b中所示的对应的侧表面56a、56b、56c、56d。还存在多个圆角58a、58b、58c、58d，其中，第一侧表面32a和侧表面56a两者的一部分终止于第一圆角58a。第一侧表面32a和侧表面56b两者的一部分终止于第二圆角58b。第二侧表面32b和侧表面56c两者的一部分终止于第三圆角58c。第二侧表面32b和侧表面56d两者的一部分终止于第四圆角58d。尽管示出了圆角58a、58b、58c、58d，但在本发明的范围内，可以使用有限半径代替圆角58a、58b、58c、58d。
[0023]
第一侧表面32a的端部和第一内表面30a的端部两者终止于第一弧形部分34a。第一侧表面32a的第二端部和第二内表面30b的第二端部两者终止于第二弧形部分34b。第二侧表面32b的第二端部和第一内表面30a的第二端部两者终止于第三弧形部分34c。第二侧表面32b的端部和第二内表面30b的端部两者终止于第四弧形部分34d。
[0024]
凹部部分28a、28b中的每一个延伸一深度36a和一宽度36b，使得第一凹部部分28a的边缘定位成远离第一压敏电阻器20a预定距离，且第二凹部部分28b的边缘定位成远离第二压敏电阻器20b预定距离，使得实现期望的灵敏度水平。
[0025]
本发明的另一实施例在图3a至图3b中示出，其中，相似附图标记指的是相似要素。该实施例不具有内表面30a、30b。相反，该实施例包括第一内部弯曲表面38a和第二内部弯曲表面38b。第一弯曲表面38a具有终止于第一侧表面32a的第一端部，并且第一弯曲表面38a具有终止于第二侧表面32b的第二端部。另外，第二弯曲表面38b具有终止于第一侧表面32a的第一端部，并且第二弯曲表面38b具有终止于第二侧表面32b的第二端部。弯曲表面38a、38b中的每一个的周向长度绕以40指示的角度延伸，并且弯曲表面38a、38b中的每一个的周向长度基本上相同。弯曲表面38a、38b中的每一个的内部边缘定位成远离压敏电阻器20a至20d中的每一个一定距离，使得实现期望的灵敏度水平。
[0026]
现在参照图4，存在当传感器中的每一个暴露于30巴的压力时比较一个现有技术压力传感器和上文所描述的压力传感器的两个实施例的电压输出之间的差异的多个图释和图表。如图4中所示，存在现有技术压力传感器的示例的第一图释42a和现有技术压力传感器的有限元分析（fem）模型的示例的第二图释42b。图4中还示出了根据第一实施例的压力传感器的第一图释44a和根据第一实施例的压力传感器的fem模型的示例的第二图释44b。图4还示出了根据第二实施例的压力传感器的第一图释46a和根据第二实施例的压力传感器的fem模型的示例的第二图释46b。
[0027]
图4中还示出了表48a，该表包括当压力传感器中的每一个暴露于30巴的压力时图释42a至46b中所示出的压力传感器中的每一个的位移。示出这些测量值的图表通常以48b示出。如表48a和图表48b中所示出的，根据第一实施例的压力传感器示出了大约25％的现有技术的提高，并且根据第二实施例的压力传感器示出了大约46％的现有技术的提高。电路26相对于密封玻璃层18的形状进行配置，以在膜片16的位移与电路26的电压输出之间实现期望的线性关系。如果向膜片16施加的压力不超过最大值，那么电压输出是感测元件12的施加压力的线性函数。如果膜片16的位移过大，那么输出电压根据施加的压力而变成非线性的。
[0028]
根据本发明的压力传感器10的第三实施例在图5a至图5b中示出，其中，相似附图标记指的是相似要素。在该实施例中，密封玻璃层18与第一实施例相似，但在该实施例中，密封玻璃层18不具有弧形部分34a至34d。而是，第一内表面30a的第一端部终止于第一侧表面32a，并且第一内表面30a的第二端部终止于第二侧表面32b。此外，第二内表面30b的第一端部终止于第二侧表面32b，并且第二内表面30b的第二端部终止于第一侧表面32a。
[0029]
根据本发明的压力传感器10的第四实施例在图6a至图6b中示出，其中，相似附图标记指的是相似要素。在该实施例中，密封玻璃层18包括内表面30a、30b和侧表面32a、32b，但不包括弧形部分34a至34d。此外，在先前的实施例中，密封玻璃层18的外周界表面18a基本上是圆形的，然而，在该实施例中，密封玻璃层18具有多侧面周界50。在该实施例中，多侧面周界50具有二十四个平坦表面。然而，在本发明的范围内，多侧面周界可以包括更多或更少的平坦表面。同样在本发明的范围内，外周界表面18a还可以包括其它形状（其可以是弯曲或平坦的），以便于传感器10满足各种封装要求和信号路由要求。
[0030]
应注意，在图2a、图2b、图5a、图5b、图6a、图6b中所示出的实施例中，侧表面32a、32b相对于内表面30a、30b以90度的角度形成，但在本发明的范围内，取决于各种设计要求，侧表面32a、32b与内表面30a、30b之间的角度可以大于或小于90度。
[0031]
根据本发明的压力传感器10的第四实施例在图7a至图7b中示出，其中，相似附图标记指的是相似要素。在该实施例中，密封玻璃层18不包括内表面30a、30b或侧表面32a、32b。在该实施例中，密封玻璃层18包括第一细长弯曲表面52a和第二细长弯曲表面52b。第一细长弯曲表面52a具有终止于第一凹部部分28a的第一端部，并且第一细长弯曲表面52a具有终止于第二凹部部分28b的第二端部。第二细长弯曲表面52b具有终止于第一凹部部分28a的第一端部，并且第二细长弯曲表面52b具有终止于第二凹部部分28b的第二端部。具有在图7a至图7b中所示出的细长弯曲表面52a、52b的密封玻璃层18的优点中的一个是提高的稳健性，同时维持了期望的灵敏度水平。
[0032]
根据本发明的压力传感器10的第五实施例在图8a至图8b中示出，其中，相似附图标记指的是相似要素。在该实施例中，密封玻璃层18与第二实施例中所示出的密封玻璃层18相似，但在该实施例中，侧表面32a、32b更长。第一弯曲表面38a的第一端部同样终止于第一侧表面32a，并且第一弯曲表面38a的第二端部终止于第二侧表面32b。此外，如同第二实施例，第二弯曲表面38b的第一端部终止于第一侧表面32a，第二弯曲表面38b的第二端部终止于第二侧表面32b。因为侧表面32a、32b更长，所以第一弯曲表面38a与外周界表面18a之间的距离54与图3a至图3b中所示出的第二实施例中的该距离54相比更小。在该实施例中，距离54可以改变，使得传感器10可以适合于需要不同的所需灵敏度水平的各种应用。
[0033]
本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且因此，不脱离本发明的主旨的变型旨在落入本发明的范围内。这种变型不被视为脱离本发明的精神和范围。