專利名稱：具有安裝在公共管座上的傳感器芯片和信號(hào)處理電路的壓力傳感器的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)諸如壓力或者加速度的物理量的傳感器，并且特別涉及一種具有傳感器芯片和用于處理傳感器信號(hào)的電路的壓力傳感器，該傳感器芯片和電路安裝在包括一層隔片(diaphragm)的柱狀管座(stem)上。
相關(guān)技術(shù)JP-A-2001-272297中公開了這種壓力傳感器的一個(gè)例子。該壓力傳感器由柱狀管座組成，在所述柱狀管座的一個(gè)軸端具有一層隔片。待測(cè)壓力從形成于所述管座另一個(gè)軸端的一個(gè)開口導(dǎo)入所述柱狀管座，并且所述隔片根據(jù)施加到其上的壓力的量而發(fā)生變形。用于輸出代表所述隔片的形變的電信號(hào)的傳感器芯片連接到所述隔片的外表面。在一個(gè)平行于所述隔片外表面的平面上所述傳感器芯片的周圍布置了一塊用于處理該電信號(hào)的電路板，所述傳感器芯片安裝在所述隔片的外表面。
因?yàn)樵诔Ｒ?guī)壓力傳感器中所述傳感器芯片和電路板布置成相互平行，所以該壓力傳感器在所述管座的徑向上尺寸很大。這種布置也使得所述傳感器的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題而做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于檢測(cè)諸如壓力等物理量的改進(jìn)了的傳感器，在該傳感器中用于處理傳感器信號(hào)的電路板布置成垂直于一個(gè)傳感器芯片，以使所述傳感器作為一個(gè)整體變得緊湊。
依照本發(fā)明所述的壓力傳感器由一個(gè)柱狀管座、一個(gè)傳感器芯片和一塊用于處理來自所述傳感器芯片的輸出信號(hào)的電路板組成。在所述柱狀管座的一個(gè)軸端形成一層薄的隔片，它根據(jù)施加其上的壓力而變形，并且在所述柱狀管座的另一個(gè)軸端形成一個(gè)開口，待測(cè)壓力由該開口導(dǎo)入。所述傳感器芯片安裝在所述隔片上，并用具有低熔點(diǎn)的玻璃使之連接到所述隔片。所述傳感器芯片可以是一種包括形成一個(gè)應(yīng)變測(cè)量器的橋接電路的半導(dǎo)體傳感器芯片。所述電路板安裝在一個(gè)形成在所述柱狀管座的外圍的側(cè)平面上，從而所述電路板被布置成垂直于所述傳感器芯片。
除了安裝所述電路板的那個(gè)側(cè)平面外，在所述柱狀管座的外圍還形成三個(gè)側(cè)平面。在所述柱狀管座周圍布置有一個(gè)布線部件(所述布線部件具有一個(gè)用于輸出所述傳感器信號(hào)的輸出端子管腳)，一個(gè)要連接到電源的電源端子管腳以及一個(gè)接地端子管腳，使每個(gè)端子管腳布置在每個(gè)側(cè)平面上。所述傳感器芯片、電路板和端子管腳通過引線接合法彼此電連接。
用絕緣膠覆蓋所述傳感器芯片和電路板。所述半導(dǎo)體傳感器芯片可以用一個(gè)應(yīng)變測(cè)量器來替換，該應(yīng)變測(cè)量器是通過汽相沉積等方法直接在所述隔片上形成的。所述傳感器芯片可以安裝在一塊絕緣體上形成的凹陷部分上，所述絕緣體通過粘結(jié)劑連接到所述柱狀管座的側(cè)面。
將具有所述開口的所述柱狀管座的軸端與一個(gè)含有待測(cè)壓力的結(jié)構(gòu)密封連接。該結(jié)構(gòu)可以是一條引導(dǎo)剎車油通過其中的管道。所述待測(cè)壓力從所述開口導(dǎo)入所述柱狀管座，并且所述隔片受到施加到其上的所述壓力而變形。所述傳感器芯片輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述隔片形變的電信號(hào)。所述電路板對(duì)所述傳感器輸出進(jìn)行處理。因而，所述壓力傳感器就檢測(cè)了所述壓力。本發(fā)明可以應(yīng)用于除所述壓力傳感器之外的其它傳感器，諸如加速度傳感器或者氣流傳感器。
由于所述傳感器芯片和所述電路板在所述柱狀管座上布置成互相垂直，因此可以把所述壓力傳感器在所述柱狀管座的徑向上的尺寸做小，并且能使所述壓力傳感器作為一個(gè)整體變得緊湊。更好地理解下面參照附圖所介紹的優(yōu)選實(shí)施例，使本發(fā)明的其它目的和特征將更加明顯。
附圖簡述

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明所述的壓力傳感器沿圖2所示的I-I線的截面圖，所述壓力傳感器連接到一個(gè)含有待測(cè)壓力的結(jié)構(gòu)；圖2是沿圖1所示的方向II看出的所述壓力傳感器的平面圖；圖3是示出所述壓力傳感器局部橫截以及沿圖2所示的方向III看出的所述壓力傳感器的側(cè)視圖；圖4是示出所述壓力傳感器局部橫截以及沿圖2所示的方向IV看出的所述壓力傳感器的側(cè)視圖；圖5A是示出其上安裝有傳感器芯片的隔片的外表面的平面圖；圖5B是示出其上安裝有傳感器芯片的柱狀管座沿圖5A所示VB-VB線的截面圖；圖6是示出制造所述壓力傳感器的一系列工藝的圖表；圖7A-7C示出在一個(gè)柱狀管座上安裝傳感器芯片的一道工藝；圖8A-8D示出在一個(gè)絕緣體的凹陷部分上安裝電路板的一道工藝；圖9A-9D示出在一個(gè)柱狀管座上安裝布線部件以及將一個(gè)外部的管道連接到所述管座外圍上的一道工藝；圖10是示出一種改進(jìn)形式的壓力傳感器的截面圖，所述壓力傳感器具有用于處理傳感器信號(hào)的一對(duì)電路板；
圖11是示出另一種改進(jìn)形式的壓力傳感器的截面圖，在所述壓力傳感器中傳感器芯片和電路板通過接合引線直接相連；以及圖12A和12B示出一種改進(jìn)形式的壓力傳感器，在所述壓力傳感器中在柱狀管座的側(cè)壁上形成一層隔片。
優(yōu)選實(shí)施例詳述參照?qǐng)D1-5來描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明可以應(yīng)用到用于檢測(cè)諸如壓力、加速度或者氣體密度的物理量的傳感器。圖1-5示出作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)壓力傳感器。該壓力傳感器可以用在汽車中用于檢測(cè)剎車油壓力、燃料管道內(nèi)燃料壓力或類似壓力。圖1中，壓力傳感器S1密封連接到含有待測(cè)壓力的結(jié)構(gòu)K1。
如圖1-5所示，所述壓力傳感器S1由以下組成在一個(gè)軸端具有隔片11并且在另一個(gè)軸端具有開口12的柱狀管座10；安裝在所述隔片11外表面10a的諸如半導(dǎo)體傳感器芯片20的一個(gè)傳感部件；一塊用于處理傳感器信號(hào)的電路板30；以及其它相關(guān)組件。所述隔片11制造得很薄，以使當(dāng)從所述開口12處導(dǎo)入的壓力施加到所述隔片上時(shí)，它能夠變形。如圖5A和5B所示，在所述柱狀管座10的外圍形成四個(gè)側(cè)平面10b。如圖5A所示，當(dāng)從所述管座10的頂部來看時(shí)，這四個(gè)側(cè)平面10b形成一個(gè)正方形。和所述結(jié)構(gòu)K1相連的一部分管座10呈圓形，并且所述管座10是通過焊接、螺絲等與所述結(jié)構(gòu)K1相連并且所述管座10密封。所述結(jié)構(gòu)K1可以是液體在其中流動(dòng)的剎車油管道、燃料管道或類似的管道。
所述傳感器芯片20通過低熔點(diǎn)玻璃25與所述隔片11的外表面10a相連。如圖5A所示，所述傳感器芯片是正方形的。所述傳感器芯片是由例如單晶硅制成的半導(dǎo)體傳感器芯片。所述傳感器芯片20可以包括一個(gè)起應(yīng)變測(cè)量器作用的橋接電路，該應(yīng)變測(cè)量器根據(jù)所述隔片11中的形變量而輸出電信號(hào)。所述管座10由具有高強(qiáng)度的金屬材料制成，因?yàn)樵谄渖弦┘右粋€(gè)高的壓力。制造管座10的所述材料的熱膨脹系數(shù)必須要低，因?yàn)樗霭雽?dǎo)體傳感器芯片20是通過所述玻璃25與之相連。更特別地，所述管座10可以由包括Fe、Ni和Co，或者Fe和Ni作為主要成分，而Ti、Nb和Al，或者Ti和Nb作為析出硬化材料的一種材料制成。所述管座10可以通過壓力加工、機(jī)械加工或者冷鍛法制得。
用于處理從所述傳感器芯片20輸出的電信號(hào)的所述電路板30通過一個(gè)絕緣體40連接到所述管座10的側(cè)面10b。所述電路板30可以是安裝在一塊陶瓷襯底或者印刷電路板上的一塊集成電路芯片。所述電路板30把所述傳感器信號(hào)放大或者把所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為易于處理的電信號(hào)。如圖1所示，所述電路板30連接到所述管座10上，從而所述電路板30垂直于安裝有所述傳感器芯片20的的所述外表面10a。用粘結(jié)劑把所述電路板30連接到在所述絕緣體40上形成的一個(gè)凹陷部分40a上，然后通過粘結(jié)劑把所述絕緣體40安裝到所述側(cè)面10b上。
如圖3所示，通過接合引線50把所述電路板30上形成的焊盤31和所述絕緣體40上形成的焊盤41電連接起來。如圖2所示，通過接合引線50把所述傳感器芯片20上形成的焊盤21和所述絕緣體40的焊盤41電連接起來。因而，所述傳感器芯片20和所述電路板30經(jīng)由所述絕緣體40形成電連接。
從圖2可以更好地看出，其中嵌入了三個(gè)端子管腳61的布線部件通過粘結(jié)劑連接到所述管座10的三個(gè)側(cè)面10b。這三個(gè)端子管腳61中的第一個(gè)是用于將所述傳感器的輸出引導(dǎo)至一個(gè)外部電路的輸出端子管腳，第二個(gè)是要接地的接地端子管腳，第三個(gè)是要連接到電源的電源端子管腳。每個(gè)端子管腳61設(shè)置在所述管座10的相應(yīng)側(cè)面10b上。如圖4所示，所述布線部件60中的端子管腳61和所述絕緣體40的焊盤41電連接。更特別地，與所述端子管腳61相連的焊盤61a通過接合引線50與所述絕緣體40的焊盤41相連。因而，所述傳感器芯片20、所述電路板30和所述布線部件60通過所述絕緣體40的焊盤41互相電連接。從所述傳感器芯片20輸出的所述傳感器信號(hào)在所述電路板30中被處理并且從所述布線部件60的輸出端子管腳61輸出。
如圖1所示，將由金屬材料制成的外管道80連接到所述管座10上，從而在所述管座10和所述外管道80之間以及在所述傳感器芯片20上形成一個(gè)含有例如硅膠的絕緣膠70的空間。用所述絕緣膠70覆蓋所述傳感器芯片20和所述電路板30。通過將所述管座10強(qiáng)制插入所述外管道80或者通過焊接的方式將所述外管道80連接到所述管座10上。
將參照?qǐng)D6-9D描述制造所述壓力傳感器S1的工藝。圖6示出了制造工藝的流程，參考各個(gè)具體圖示。首先，如圖7A所示制造所述柱狀管座10。然后，如圖7B所示，在所述隔片11的外表面10a上印制低熔點(diǎn)玻璃25。然后，在所述外表面10a上安裝所述傳感器芯片20并通過將所述玻璃25熔化并固化的方式將所述傳感器芯片20粘接到所述外表面10a上。
另一方面，如圖8A所示，制造具有焊盤31的電路板30。如圖8B所示，在所述絕緣體40的凹陷部分40a上安裝所述電路板30，并且如圖8C所示，兩者用粘結(jié)劑粘接。然后，如圖8D所示，通過由引線接合工藝所形成的接合引線50將所述電路板30的焊盤31與所述絕緣體40的焊盤41電連接。如圖9A所示，通過模塑樹脂材料形成一個(gè)布線部件60，其中嵌入三個(gè)端子管腳61。然后，如圖9B所示，通過粘結(jié)劑把其上安裝了所述電路板30的所述絕緣體40和所述布線部件60連接到所述管座10的側(cè)面。然后，通過由引線接合工藝形成的接合引線50，在所述傳感器芯片20和所述絕緣體40之間，以及所述布線部件60和所述絕緣體40之間形成電連接。
圖9C所示的所述外管道80由金屬材料形成，并且通過將所述管座10強(qiáng)制插入所述外管道80或者焊接的方式將所述外管道80連接到所述管座10的外圍，如圖9D所示。然后，提供絕緣膠70來覆蓋所述傳感器芯片20和所述電路板30。最好是在真空中提供所述絕緣膠70，以避免在所述絕緣膠70中形成氣隙。然后，固化所述絕緣膠70。最后，測(cè)試該壓力傳感器S1以確定它的運(yùn)行和性能。
將所述壓力傳感器S1與所述結(jié)構(gòu)K1密封連接，其中在所述結(jié)構(gòu)K1中含有待測(cè)壓力。所述待測(cè)壓力通過所述開口12導(dǎo)入所述管座10中并且施加到所述隔片11上。所述隔片11響應(yīng)施加到其上的壓力量而發(fā)生變形。所述傳感器芯片20輸出對(duì)應(yīng)于所述隔片11的變形量的電信號(hào)。所述傳感器信號(hào)由所述電路板30處理并從所述輸出端子管腳61輸出?；谟纱藱z測(cè)的壓力，可以控制例如汽車的制動(dòng)系統(tǒng)或者燃料注入系統(tǒng)。
下面概括上述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。由于所述電路板30連接到所述管座10的側(cè)面10b以及所述傳感器芯片20安裝在所述管座10的外表面10a上，因此所述電路板30被布置成與所述傳感器芯片20垂直。因此，和其中所述電路板和所述傳感器芯片安裝在同一平面的常規(guī)壓力傳感器的情況相比，該壓力傳感器S1在所述管座10徑向上的尺寸可以做得較小。在例如汽車的制動(dòng)系統(tǒng)中并聯(lián)安裝多個(gè)壓力傳感器S1的情況下，將所述壓力傳感器S1的徑向尺寸做得小尤為重要。另外，通過把所述壓力傳感器做小，可以把在所述結(jié)構(gòu)K1上安裝所述壓力傳感器S1的面積做小。特別是，可以把所述結(jié)構(gòu)K1的所述安裝部分的厚度T(圖1所示)做小，并且由此沿拆卸方向施加到所述管座10上的力可以變小。
三個(gè)端子管腳61被布置在所述管座10的各個(gè)不同的側(cè)面上。因此，很好地保證了端子管腳之間的絕緣性。由于所述傳感器芯片20和所述電路板30用所述絕緣膠70覆蓋，因此很好地保護(hù)了其中的電連接并且保證了良好的絕緣性。所述絕緣體40布置在所述電路板30和所述管座10之間。因此，降低了所述電路板30和所述管座10之間的寄生電容，由此防止了電噪聲從所述管座10進(jìn)入所述電路板30。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而是可以做各種修改。圖10、11和12A、12B中示出了一些修改形式的例子。圖10(以和圖3相同的方向來觀察)示出了具有一對(duì)電路板30的一個(gè)壓力傳感器。如果必需要兩個(gè)或者更多個(gè)電路板30來處理所述傳感器信號(hào)，就可將它們安裝在所述絕緣體40的凹陷部分40a上。
在圖11(以和圖1相同的方向來觀察)所示的修改形式中，所述傳感器芯片20和電路板30是通過所述接合引線50直接相連，并且除去了所述絕緣體40。所述布線部件60被修改成具有凹陷部分40a的形式，所述凹陷部分40a用于在其上安裝所述電路板30。
在圖12A和12B所示的修改形式中，在所述柱狀管座10的側(cè)壁上形成所述隔片11。把一部分側(cè)壁做薄以形成所述隔片11，并且在帶有低熔點(diǎn)玻璃25的所述隔片11上安裝所述傳感器芯片20。如圖12B所示，也將所述電路板30在垂直于所述傳感器芯片20的表面的位置安裝到所述側(cè)壁上。通過接合引線50將所述傳感器芯片20電連接到所述電路板30上。由于所述傳感器芯片20和所述電路板30安裝在所述管座10上以在它們之間形成一個(gè)直角，可以把所述壓力傳感器在所述管座10的徑向上的尺寸做小。
在前述實(shí)施例和所述修改形式中，所述電路板30安裝在所述管座10上。然而，可以將所述電路板30安裝在一個(gè)分離的襯底上，該襯底集成在所述壓力傳感器S1中，只要所述分離的襯底與其上安裝有所述傳感器芯片20的所述外表面10a垂直布置即可。盡管在前述實(shí)施例中使用所述半導(dǎo)體傳感器芯片20作為傳感部件，但是可以使用例如通過汽相沉積法直接在所述隔片11上形成的應(yīng)變測(cè)量器等其它的器件來作為所述傳感部件。
本發(fā)明可以應(yīng)用到其它用于檢測(cè)物理量的器件中，例如加速度傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、濕度傳感器、流體流傳感器等等。在那些檢測(cè)器件中，將所述傳感部件和用于處理傳感信號(hào)的所述電路板布置成互相垂直。
雖然參照前述優(yōu)選實(shí)施例示出并且介紹了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯而易見，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的前提下可以進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)物理量的傳感器(S1)，所述傳感器包括一個(gè)用于輸出與待測(cè)物理量相應(yīng)的電信號(hào)的傳感部件(20)，所述傳感部件裝在一個(gè)安裝表面(10a)上；以及一塊用于處理從所述傳感部件輸出的所述電信號(hào)的電路板(30)，其中所述電路板(30)布置成與其上安裝有所述傳感部件的所述安裝表面(10a)垂直。
2.一種用于檢測(cè)壓力的壓力傳感器(S1)，所述壓力傳感器包括一個(gè)柱狀管座(10)，具有隔片(11)和用于將待測(cè)壓力導(dǎo)入所述管座的開口(12)；安裝在所述隔片(11)外表面(10a)上的傳感部件(20)，所述傳感部件根據(jù)由所述待測(cè)壓力引起的所述隔片(11)的變形量來輸出一個(gè)電信號(hào)；以及一塊用于處理從所述傳感部件(20)輸出的所述電信號(hào)的電路板(30)，其中將所述電路板(30)連接到所述管座(10)上，使得所述電路板(30)布置成與其上安裝有所述傳感部件(20)的所述隔片11的所述外表面(10a)垂直。
3.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器，其中所述隔片(11)形成在所述柱狀管座(10)的一個(gè)軸端，而所述開口(12)位于所述柱狀管座(10)的另一個(gè)軸端。
4.如權(quán)利要求2或3所述的壓力傳感器，其中所述傳感部件是一個(gè)半導(dǎo)體傳感器芯片(20)。
5.如權(quán)利要求2至4中任意一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所述電路板(30)安裝在所述柱狀管座(10)的一個(gè)側(cè)面(10b)上。
6.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其中其上安裝有所述電路板(30)的所述側(cè)面(10b)是一個(gè)平面。
7.如權(quán)利要求2至6中任意一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所述傳感器芯片(20)和所述電路板(30)通過接合引線(50)互相電連接。
8.如權(quán)利要求2至7其中任意一個(gè)所述的壓力傳感器，其中在所述柱狀管座(10)上形成四個(gè)側(cè)平面(10b)；所述電路板(30)布置在所述四個(gè)側(cè)平面(10b)其中之一的側(cè)平面上；并且一個(gè)布線部件(60)布置在所述柱狀管座(10)的周圍，所述布線部件具有一個(gè)用于輸出傳感器信號(hào)的輸出端子管腳(61)、一個(gè)用于給所述壓力傳感器提供電源的電源端子管腳(61)和一個(gè)用于接地的接地端子管腳(61)，使得每個(gè)端子管腳(61)被布置在除了其上布置了所述電路板(30)的側(cè)平面以外的各個(gè)側(cè)平面(10b)上。
9.如權(quán)利要求3至8中任意一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中將所述柱狀管座上布置了所述開口(12)的軸端密封連接到含有所述待測(cè)壓力的結(jié)構(gòu)(K1)上。
10.如權(quán)利要求2至9中任意一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所述傳感器芯片(20)和所述電路板(30)用絕緣膠(70)覆蓋。
11.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其中所述電路板(30)經(jīng)由一個(gè)絕緣體(40)安裝在所述柱狀管座(10)的所述側(cè)面(10b)上。
12.如權(quán)利要求11所述的壓力傳感器，其中所述絕緣體(40)包括一個(gè)凹陷部分(40a)，所述電路板安裝在所述凹陷部分(40a)上。
全文摘要
一種用于檢測(cè)壓力，諸如汽車中剎車油壓力的壓力傳感器，所述壓力傳感器由一個(gè)柱狀管座(10)、一個(gè)傳感器芯片(20)以及一塊用于處理來自該傳感器芯片的電信號(hào)的電路板(30)組成。該柱狀管座(10)包括在一個(gè)軸端形成的一層薄隔片(11)和在另一個(gè)軸端形成的一個(gè)開口(12)。該傳感器芯片(20)安裝在該隔片(11)上，而該電路板(30)安裝在由該柱狀管座(10)的外圍形成的側(cè)平面(10b)上，從而該電路板(30)布置成與該傳感器芯片(20)垂直，由此減小了該壓力傳感器(S1)在該管座徑向上的尺寸。從該柱狀管座的開口將該待測(cè)壓力引入所述柱狀管座，并且通過安裝在該隔片上的所述傳感器芯片檢測(cè)該壓力。
文檔編號(hào)G01L9/02GK1616940SQ20041009470
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月13日
發(fā)明者今井正人, 村上嘉史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝