專利名稱：壓力傳感器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器模塊。
背景技術(shù)：
DE 101 07 813 Al涉及一種壓力傳感器模塊。該壓力傳感器模塊包括商業(yè)上通行的傳感器單元，該單元和適配器連接。該適配器用于傳遞壓力的體積很小。傳感器單元包括壓力傳感器芯片，其中，傳感器單元安裝在壓力傳感器模塊中。壓力傳感器芯片例如借助陽極接頭安裝到玻璃支架上。傳感器單元例如具有兩部件的傳感器殼體。玻璃支架例如通過焊接方法固定在傳感器殼體上。壓力傳感器芯片在傳感器殼體內(nèi)部通過接頭導(dǎo)線和電的傳感器連接元件電連接。這些傳感器連接元件穿過傳感器殼體。壓力傳感器芯片例如具有薄膜。在下側(cè)給薄膜加載介質(zhì)。所述介質(zhì)在壓力接管中例如附加地引入到金屬細(xì)管或者類似的管中。薄膜用于介質(zhì)的壓力對它的作用會發(fā)生彎曲，這樣，通過這種彎曲產(chǎn)生測量信號，通過接頭導(dǎo)線可繼續(xù)傳遞這種信號。在傳感器單元上也可以使用另外的壓力傳感器芯片。優(yōu)選地在傳感器殼體的內(nèi)部為真空，這樣就可將傳感器單元用于絕對壓力測量。薄膜包括一個上側(cè)面。這個上側(cè)面和壓力傳感器芯片的上側(cè)面大體位于一個平面上。接頭導(dǎo)線就固定在壓力傳感器芯片的這個上側(cè)面上。此外，薄膜還有一個下側(cè)面。這個下側(cè)面和薄膜下側(cè)面面對面設(shè)置。在DE 101 07 813 Al公開的方案中一方面需要適配器，這個適配器具有用于傳遞壓力的介質(zhì)的很小的體積。另一方面電的傳感器連接元件穿過傳感器殼體的底部，并且在這個底部通過例如玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計的密封裝置進(jìn)行絕緣。電觸點(diǎn)一它們?nèi)菁{在傳感器殼體的一個部件中，并且借助這個殼體進(jìn)行電接觸一在它的加工方面，也就是在玻璃熔液的控制固化方面是一種制造技術(shù)的挑戰(zhàn)，并且此外它的制造也非常昂貴。來自DE 101 07 813 Al的玻璃結(jié)構(gòu)的管腳一方面必須通過另一電觸點(diǎn)，例如通過傳感器內(nèi)部的螺旋彈簧和內(nèi)部的傳感器電子設(shè)備連接，另一方面這些玻璃結(jié)構(gòu)的管腳也必須向外和合適的電連線接觸，以便將傳感器信號進(jìn)一步例如傳輸?shù)娇刂圃O(shè)備。玻璃結(jié)構(gòu)的管腳只能忍受小的徑向的和軸向的力(玻璃裂紋)，因此在運(yùn)輸時(在箱中無松散材料，無單個包裝)，在操作和電接觸時要求采取特殊措施。這些特殊措施對成本有不利的影響。此外， 這些玻璃結(jié)構(gòu)是傳感器的密封方面的潛在薄弱部位。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明建議這樣一種壓力傳感器模塊。這種壓力傳感器模塊的優(yōu)點(diǎn)是它具有特別簡單的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明建議的壓力傳感器模塊包括蓋形設(shè)計的上殼體部件和特別是具有凹槽的下部件。這兩個殼體半部彼此材料連接，并且用它們的在用于柔性薄膜的固定部位的區(qū)域中彼此對置的側(cè)面形成用于至少一個柔性薄膜的固定部位，所述柔性薄膜固定在蓋部件和殼體部件之間的所述的固定部位上的分離縫中。柔性薄膜基本水平地在這樣的平面中延伸，即根據(jù)本發(fā)明建議的壓力傳感器模塊的蓋部件和殼體部件之間的分離縫在所述的平面中延伸。
在一個很優(yōu)選的實(shí)施方案中至少一個柔性薄膜包括內(nèi)置的熱源。通過這個熱源可產(chǎn)生粘合層或者膠粘合層的熔接，其優(yōu)選地位于壓力傳感器模殼體的蓋部件和殼體部件的彼此所屬的平面之間的固定部位的區(qū)域中。在用于基本沿水平方向延伸的柔性薄膜的固定部位的區(qū)域中還分布有補(bǔ)償區(qū)域或者平衡表面。在加上蓋罩之前為了平衡傳感器需要這些補(bǔ)償區(qū)域或者平衡表面。在平衡之后就不再需要這些表面了，因此這些表面可以位于這個區(qū)域中，在這個區(qū)域中已貼上蓋罩。通過這一措施又可以達(dá)到傳感器較小的設(shè)計。柔性薄膜一它基本上沿水平方向穿過壓力傳感器模塊的殼體在蓋部件和殼體部件之間的接合平面中延伸一在安裝前可進(jìn)行預(yù)安裝，即在它鋪到殼體，也就是鋪到分離縫中的殼體部件的平面上之前，安裝不同的電氣的或者電子器，例如半導(dǎo)體或者電容器等。此外也存在這樣一種可能性，即不安裝即不預(yù)安裝那個基本沿水平方向延伸的至少一個柔性薄膜，安裝到殼體部件的面朝蓋部件的平面上。由于完整性的原因應(yīng)提及的是下殼體部件例如也可以容納側(cè)邊的法蘭，這樣，這個最后完整安裝的和印刷的壓力傳感器模塊例如通過螺栓等可以安裝在它的使用位置上。優(yōu)選地壓力測量芯片借助電連接和柔性薄膜電連接。所述壓力測量芯片被容納在閉鎖玻璃體的空腔室的支架上。優(yōu)選地這些電連接設(shè)計成粘接連接，例如直徑量級在200 納米和400納米之間的鋁粘接Aluminiumbond。根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用情況也可以使用其它尺寸的電的粘接連接。當(dāng)在柔性薄膜上建成了粘接連接之后將蓋部件和殼體部件固定在固定部位區(qū)域中的附著層上。在接合部位的區(qū)域中例如在下側(cè)面或者在上側(cè)面，或者也在上、下側(cè)面給柔性薄膜設(shè)置可熔化的膠粘層?，F(xiàn)在，通過在至少一個柔性薄膜中設(shè)置的內(nèi)熱源可熔化在上側(cè)面、下側(cè)面或者上、 下側(cè)面上設(shè)置的附著層或者膠粘層，這樣，在具有柔性薄膜的殼體部件的固定部位的區(qū)域中產(chǎn)生材料適連接。通過根據(jù)本發(fā)明所建議的方案可以成本有利的方式放棄接觸管腳、放棄彈簧加載的接觸，以及特別是放棄如在現(xiàn)有技術(shù)的許多方案中曾實(shí)施的玻璃導(dǎo)引部。此外，通過根據(jù)本發(fā)明所建議的方案也可明顯地使安裝的單個部件最小化，其中，通過下述措施可以考慮接合的壓力傳感器模塊的不同的安裝地點(diǎn)，即例如可給殼體部件設(shè)置一些凸緣連接，或者孔等，此外，這一點(diǎn)也適用于蓋部件。膠粘連接的形成，也就是在固定層的區(qū)域中的膠粘層或者附著層的熔接可以有利的方式放棄壓熱鍋或者爐子，否則這些已安裝的壓力傳感器模塊必須送入到壓熱鍋或者爐中，以進(jìn)行硬化處理或者產(chǎn)生作為材料連接部位的固定部位。 通過根據(jù)本發(fā)明建議的方案也可避開在安裝過程的框架內(nèi)的這樣一種安裝步驟。因為金屬材料的結(jié)構(gòu)部件，特別是蓋部件和殼體部件可由金屬材料制成，所以可以設(shè)想不同的固定方法。特別是通過根據(jù)本發(fā)明建議的壓力傳感器模塊的本發(fā)明建議的比較平坦的設(shè)計可以達(dá)到在已安裝好的壓力傳感器模塊的蓋部件或者殼體部件的上側(cè)面和下側(cè)面上出現(xiàn)一些平坦的段，這樣，為了檢測壓力側(cè)的液壓的壓力就可以使用比較小的密封部件。通過這一措施又可將最小的力施加到壓力測量芯片上或者它的固定部位上。這又簡化了安裝以及材料連接的相應(yīng)設(shè)計，特別是這種材料連接設(shè)計，即采用這種材料連接可將玻璃體固定在殼體部件的凹槽中，或者將用于壓力測量芯片的支架固定在玻璃體的上端部上。


下面借助附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，其中，在唯一的附圖中示出了已安裝完畢的根據(jù)本發(fā)明建議的壓力傳感器模塊10的截面圖。
具體實(shí)施例方式
從圖1可看出，按照根據(jù)本發(fā)明所建議的方法制造的已安裝完畢的壓力傳感器包括一個蓋部件12和一個殼體部件14。優(yōu)選地蓋部件12和殼體部件14由金屬材料制成。然而也可以設(shè)想塑料材料。優(yōu)選地蓋部件12和殼體部件14的外平面?zhèn)葹楣饣推矫嬖O(shè)計，這樣，在必要時可直接安裝在壓力源上，如例如安裝到汽車傳動裝置等上，并且特別是可使用比較小的密封環(huán)，這簡化了安裝，并且另一方面這導(dǎo)致壓力測量芯片和它的固定的比較小的機(jī)械載荷。如圖1中虛線示出的，其中一個殼體部件，無論是蓋部件12，還是殼體部件14 都具有凸緣形狀的擴(kuò)展部62。這個擴(kuò)展部62—在圖1中為虛線所示一包括例如一個或者多個孔，這樣已安裝完畢的壓力傳感器模塊10和它的蓋部件和它的殼體部件14借助螺栓或者螺栓級接完好地安裝在它的安裝位置上。此外，圖1的截面圖還示出，殼體部件14還具有一個凹槽16。這個凹槽16優(yōu)選地位于罐形設(shè)計的殼體部件14的中間，然而也可為偏心設(shè)計。在盆形的凹槽16中形成一個孔38。通過這個孔介質(zhì)對壓力測量芯片18施加作用，通過根據(jù)本發(fā)明建議的壓力傳感器模塊10感知該介質(zhì)的壓力。罩形設(shè)計的蓋部件12的直徑用附圖標(biāo)記4和40表示，而總直徑，也就是第二直徑用附圖標(biāo)記42表示。這個直徑也可隨凸緣式的擴(kuò)展部62的存在而發(fā)生變化，特別是擴(kuò)大。 根據(jù)本發(fā)明建議的壓力傳感器10結(jié)構(gòu)總高度為少數(shù)幾毫米的量級，例如6毫米，在圖中用附圖標(biāo)記M表示。厚度一例如蓋部件12中的厚度就是按此厚度設(shè)計的，請參見圖1中的位置46—為1或者2毫米的量級。殼體部件14的底部件的厚度也是這個量級。在這個底部件中孔38和盆形的凹槽16對齊地設(shè)計。從圖1中可以看到，一個玻璃體40嵌入到凹槽16中，其中，這個凹槽形成在殼體部件14中。這個玻璃體40具有基本為圓柱體的外觀和其形狀為圓筒形設(shè)計的空腔室56 的通孔。這個玻璃體40借助釬焊環(huán)觀和釬焊連接30材料連接地被容納在殼體部件14中的盆形的凹槽16的底部。在安裝玻璃體40時它的圓筒形設(shè)計的空腔室56和孔38對齊。 所述孔穿過殼體部件14的底部向外延伸。在玻璃體40的和盆形的凹槽16對置的端部設(shè)置有支架。在這個支架的上側(cè)面容納有壓力測量芯片18。這個在其上容納有壓力測量芯片18的支架閉鎖玻璃體40的空腔室 56，所述玻璃體用材料連接的釬焊連接30被容納在殼體部件14的凹槽16的底部上。此外， 如從圖1中可看出的，壓力測量芯片18，或者它的支架和柔性薄膜32的上側(cè)面34電連接。 從圖1可以看出，電接觸22例如可以設(shè)計為第一粘接連接M以及第二粘接連接26。第一粘接連接M或者第二接頭26例如可以設(shè)計為具有200納米到400納米之間的直徑的鋁粘接。這個粘接連接M或者沈也可以其它的直徑設(shè)計。如圖1所示，柔性薄膜32例如在側(cè)面從壓力傳感器模塊10中引出，并且例如和在圖1中未示出的控制模塊，例如汽車的傳動機(jī)構(gòu)的控制模塊電接觸。第一粘接連接M以及第二粘接連接沈從支架的上側(cè)面一在該支架上容納有壓力測量芯片18—向柔性薄膜32的上側(cè)面34延伸。
此外，從圖1中還可看出，柔性薄膜32基本沿水平方向沿著蓋部件12和殼體部件 14之間的分離縫延伸，其中，所述蓋部件和殼體部件分別由金屬材料制成。此外，這個柔性薄膜32—它的上側(cè)面用附圖標(biāo)記34表示，它的下側(cè)面通過位置標(biāo)記36表示一還包括內(nèi)部熱源42。如是這個柔性薄膜32可以具有一個或者多個環(huán)形的電流回路，例如膠粘部位區(qū)域中的印制線路。當(dāng)給這些電流回路或者印制線路通以電流時則出現(xiàn)熱量，這樣就可達(dá)到用于粘接部位硬化所需的溫度，這樣在根據(jù)本發(fā)明建議的方案中就可以有利的方式省掉在單獨(dú)的爐子中對膠粘連接的硬化處理。由于設(shè)置了內(nèi)熱源42，所以可將柔性薄膜32用于在基本沿水平方向延伸的柔性薄膜的固定部位48、50的區(qū)域中產(chǎn)生材料連接。因此或者可在蓋部件12或者殼體部件14 的彼此配屬的平面上在固定部位48、50區(qū)域內(nèi)設(shè)置的且具有膠粘劑或附著材料的層。有利地通過根據(jù)本發(fā)明的方案可以達(dá)到在固定部位48或50為至少一個柔性薄膜產(chǎn)生材料連接。通過內(nèi)熱源42的加熱一所述熱源置入到至少一個柔性薄膜32中一可將在該柔性膜的下側(cè)面36或者上側(cè)面34，或者上、下側(cè)面34、36涂覆的膠粘層或者附著層20熔接，這樣，在不需要爐子或者壓熱鍋等的情況下可在至少一個柔性薄膜32的固定部位48、50的區(qū)域中設(shè)計材料連接，在本案中例如是膠粘連接。在圖1所示的壓力傳感器模塊10的實(shí)施方案中為了蓋部件12和殼體部件14的接合在平衡表面60上不需要任何工具，因為固定部位40、50的形成一在這些固定部位中，在分離縫中容納至少一個柔性薄膜32—是無工具完成的。此外，從圖1中可以看到，根據(jù)本發(fā)明所建議的壓力傳感器模塊10沒有接觸銷，以及特別是沒有玻璃結(jié)構(gòu)(Einglasimgen)-接觸銷穿過它們一，并且因此在成本上可特別有利地制造。在圖1中截面圖示出的壓力傳感器模塊10的制造方法分為下述若干步驟 首先在由金屬材料制成的，且具有凹槽16的殼體部件14的底部設(shè)置一個孔38。這個
孔38優(yōu)選地和殼體部件14的盆形的凹槽16對齊。然后將釬焊環(huán)28安裝到這個盆形的凹槽16中，并且緊接著將玻璃體40和這個盆形的凹槽16材料地連接起來，例如釬焊，硬釬焊，或者膠粘。在必要時這個玻璃體40也可已裝有支架，這個支架容納壓力測量芯片18。由殼體部件14、玻璃體40和具有壓力測量芯片18的支架構(gòu)成的這種類型的預(yù)安裝的結(jié)構(gòu)組件裝有至少一個柔性薄膜32。這個柔性薄膜可以是一個單個的柔性薄膜，然而也可以安裝具有多個薄膜32的層組。將至少一個柔性薄膜32安裝到固定部位48、50的區(qū)域中的殼體部件14的上平面上。在這種情況中例如可以安裝至少這樣的一個柔性薄膜32， 即這個薄膜在這之前安裝有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部件，例如電容器或者類似部件。也可以使用一些 “裸的”柔性薄膜，其在安裝了至少一個薄膜32后可安裝到殼體部件14的平面上。這兩種方案均可以。當(dāng)在固定部位48、50的區(qū)域中將柔性薄膜安裝到殼體部件14的上平面之后緊接著電連接22構(gòu)成粘接連接。通過這一措施這個壓力測量芯片18或者它的支架就和至少一個柔性薄膜32的上側(cè)面34電接觸。緊接著，在蓋部件12在固定部位48、50的區(qū)域中和殼體部件14接合之前，在補(bǔ)償表面60的區(qū)域中將至少一個柔性薄膜對齊，至少一個柔性薄膜32安裝到它的配屬于蓋部件12的平面上。通過由至少一個設(shè)置在這個柔性薄膜中的熱源42對這個柔性薄膜32的加熱在上側(cè)面34上，在下側(cè)面36上，或者在上和下側(cè)面上涂覆的附著或者膠粘層20被加熱，如是不使用工具地通過給至少一個柔性薄膜32通以電流在這兩個部件的固定部位48、50的區(qū)域中的蓋部件12和殼體部件14之間形成材料連接。當(dāng)蓋部件12安裝到殼體部件14上，并且在固定部位48、50的區(qū)域中產(chǎn)生材料連接之后最后對壓力傳感器模塊10的功能能力進(jìn)行檢測。根據(jù)本發(fā)明建議的方案一此方案借助圖1中所示方案已予說明一不需要彈性接觸，特別是不需要在玻璃結(jié)構(gòu)中被導(dǎo)向的接觸銷，并且此外只具有最少的結(jié)構(gòu)部件。因為這些固定部位48、50是在蓋部件12和殼體部件14之間在由金屬材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)部件上產(chǎn)生，所以其比較堅固，并且和有玻璃結(jié)構(gòu)的電接觸銷相比較這些部件可通過一定數(shù)量的簡單的加工過程制造。特別是可通過下述措施避免使用壓熱鍋或者熔化過程的爐子，即在至少一個柔性薄膜32和殼體部件14中的蓋部件12的固定部位48、50的區(qū)域中的附著層或者膠粘層20的熔化可通過至少一個在至少一個柔性薄膜32中設(shè)置的內(nèi)熱源42達(dá)到。只有少數(shù)幾毫米，優(yōu)選地不到10毫米的小的結(jié)構(gòu)高度M是優(yōu)點(diǎn)，此外，將蓋部件12和殼體部件14的外表面設(shè)計為結(jié)構(gòu)平滑的表面。
權(quán)利要求
1.壓力傳感器模塊(10)，具有設(shè)置在殼體(12、14)中的壓力測量芯片(18)，可通過孔 (38)給這個壓力測量芯片提供壓力，其特征在于，至少一個在殼體(12、14)中固定在固定部位(48、50)處的柔性薄膜(32)通過電接觸(22)和壓力測量芯片(18)電連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓力傳感器模塊(10)，其特征在于，所述至少一個柔性薄膜 (32)在固定部位(48、50)上特別是通過附著層或者膠粘層(20)和蓋部件(12)和殼體部件 (14)材料連接。
3.按照前述權(quán)利要求的任一項所述的壓力傳感器模塊(10)，其特征在于，壓力測量芯片(18)通過玻璃體(40)支撐在殼體部件(14)中。
4.按照前述權(quán)利要求的任一項所述的壓力傳感器模塊(10)，其特征在于，玻璃體(40) 被容納在殼體部件(14)的盆形的凹槽(16)中，并且材料連接地接合，特別是釬焊。
5.按照前述權(quán)利要求的任一項所述的壓力傳感器模塊(10)，其特征在于，玻璃體(40) 具有空腔室(56)，這空腔室在殼體部件(14)的殼體底部中和孔(38)對齊。
6.按照前述權(quán)利要求的任一項所述的壓力傳感器模塊(10)，其特征在于，在固定部位 (48,50)的區(qū)域中設(shè)置平衡表面(60)。
7.按照前述權(quán)利要求的任一項所述的壓力傳感器模塊(10)，其特征在于，所述至少一個柔性薄膜(32)包括至少一個內(nèi)部的熱源(40)，所述熱源引起膠粘劑層或者附著層(20) 的熔接。
8.用于制造按照前述權(quán)利要求的任一項所述的壓力傳感器模塊(10)的方法，具有下述方法步驟a)將在低溫時可熔化的材料部件(28)插入到殼體部件(14)的凹槽(16)中，b)容納壓力測量芯片(18)的玻璃體(40)和殼體部件(14)材料連接，c)將至少一個柔性薄膜(32)安裝到殼體部件(14)上，d)在所述至少一個柔性薄膜(32)和壓力測量芯片(18)之間產(chǎn)生電連接(22)，e)將蓋部件(12)在固定部位(48、50)的區(qū)域中安裝到所述至少一個柔性薄膜(32)上， 及用在所述至少一個柔性薄膜(32)上的至少一個內(nèi)部熱源(42)熔接附著層或者粘接層 (20)。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在方法步驟c)之前給柔性薄膜(32)加裝部件。
10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，按照方法步驟e)附著層(20)，或者膠粘層(20)的熔接是通過至少一個設(shè)置在柔性薄膜(32)中內(nèi)部熱源(42)完成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有設(shè)置在殼體(12、14)中的壓力測量芯片(18)的壓力傳感器模塊(10)。這個芯片通過孔(38)提供壓力。至少一個在殼體(12、14)中在固定部位(48、50)上固定的柔性薄膜(32)通過電觸點(diǎn)(22)和壓力測量芯片(18)電連接。
文檔編號G01L9/00GK102331322SQ201110165560
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者H-M. 德林 C., 赫德里希 H-J. 申請人:羅伯特·博世有限公司