Датчик давления и способ его изготовления

 

Изобретение относится к датчикам давления. В изобретении описан датчик давления, включающий корпус, расположенную на монтажной поверхности корпуса несущую пластину, расположенный в корпусе чувствительный элемент и по меньшей мере один контактный вывод, электрически соединенный по меньшей мере с одной контактной поверхностью несущей пластины. При этом по меньшей мере один контактный вывод расположен заподлицо с монтажной поверхностью и соединен непосредственно по меньшей мере с одной контактной поверхностью и между несущей пластиной и монтажной поверхностью расположен слой капиллярного клея. Также заявлен способ изготовления этого датчика давления. Технический результат - высокая помехозащищенность, высокая надежность в течение длительного срока эксплуатации и простота в изготовлении датчика. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к датчику давления, включающему корпус, расположенную на монтажной поверхности корпуса несущую пластину, расположенный в корпусе чувствительный элемент и по меньшей мере один контактный вывод, электрически соединенный по меньшей мере с одной контактной поверхностью несущей пластины.

Датчик давления указанного типа описан, например, в заявке на патент Германии DE 4313312 A1. В этом датчике электрические контактные выводы, несущая пластина с находящимися на ней электрическими и электронными деталями, а также чувствительный элемент расположены в корпусе раздельно друг от друга. При этом чувствительный к давлению элемент, несущая пластина и электрические контактные выводы электрически соединены друг с другом проволочными выводами, присоединенными методом микросварки.

Недостаток этого датчика давления заключается, во-первых, в том, что он сравнительно сложен в изготовлении, поскольку электрические контактные выводы, несущая пластина, а также чувствительный элемент должны быть расположены в корпусе соответственно раздельно. Во-вторых, контактирование, осуществляемое с помощью указанных выше проволочных выводов, является особенно нежелательным именно для датчика давления, т.к. такие проволочные выводы очень чувствительны, вследствие чего, в частности, при подаче среды под давлением существует опасность повреждения и тем самым разрушения датчика давления.

Исходя из всего вышесказанного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать датчик давления указанного выше типа таким образом, чтобы он, во-первых, был прост в изготовлении и, во-вторых, чтобы он обладал высокой помехозащищенностью и вследствие этого высокой надежностью в течение длительного срока эксплуатации.

Краткое описание изобретения В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью датчика давления вышеописанного типа, у которого по меньшей мере один контактный вывод расположен заподлицо с монтажной поверхностью и непосредственно соединен по меньшей мере с одной контактной поверхностью и что между несущей пластиной и монтажной поверхностью расположен капиллярно-клеевой слой.

Особое преимущество расположения по меньшей мере одного контактного вывода заподлицо с монтажной поверхностью и непосредственного контактирования по меньшей мере с одной контактной поверхностью несущей пластины состоит в том, что для соединения контактных выводов с несущей пластиной не требуется применение каких-либо чувствительных присоединяемых методом микросварки проволочных выводов, благодаря чему не только существенно упрощается изготовление, но и повышается, кроме того, помехозащищенность и вследствие этого работоспособность в течение длительного срока эксплуатации.

Еще одно существенное преимущество, состоящее в расположении капиллярно-клеевого слоя между несущей пластиной и монтажной поверхностью, заключается в том, что благодаря этому несущая пластина и монтажная поверхность, а тем самым и корпус могут быть соединены "литьем за одну операцию". Этот капиллярно-клеевой слой, в частности, повышает стойкость соединения между несущей пластиной и монтажной поверхностью, т.е. корпусом, и образует таким образом также защиту мест соединений между контактными поверхностями и контактными выводами. Особое преимущество применения капиллярного клея для этого клеевого слоя заключается в том, что капиллярный клей, затекая в мельчайшие поры между монтажной поверхностью и несущей пластиной, создает тем самым особо прочное, в определенной степени монолитное соединение.

Контактные выводы можно присоединять к контактной поверхности самым различным образом. Например, контактные выводы можно соединять с контактными поверхностями пайкой.

Кроме того, в предпочтительном варианте может быть предусмотрено и клеевое соединение, причем в этом случае для такого соединения применяется токопроводящий клей.

Следовательно, в обоих случаях преимущественно печатные контактные поверхности могут быть соединены с контактными выводами с помощью очень эффективной технологии поверхностного монтажа.

Особое преимущество предлагаемого датчика состоит в том, что капиллярный клей окружает электропроводящее соединение между контактными выводами и контактными поверхностями и герметизирует их относительно окружающей среды. Благодаря этому, как уже упоминалось, достигается не только повышение стойкости и уменьшение действующих на соединение между контактными поверхностями и контактными выводами (срезающих) сил, но одновременно также и защита мест соединений между контактными выводами и контактными поверхностями от воздействий окружающей среды, например коррозии, окисления и т.п.

В принципе корпус может быть выполнен из любого материала. Однако предпочтительно изготавливать корпус из пластмассы, коэффициент теплового расширения которой по меньшей мере в одном направлении монтажной поверхности соответствует коэффициенту теплового расширения несущей пластины. Пластмассовый корпус не только прост и экономичен в изготовлении, но и за счет использования анизотропии коэффициента расширения можно изготовить пластмассовый корпус со свойствами, близкими к свойствам несущей пластины, в частности в отношении их коэффициентов расширения.

В предпочтительном варианте несущая пластина представляет собой керамическую плату для гибридных схем, на которую также, например, с помощью технологии поверхностного монтажа установлен чувствительный элемент. Таким образом снижаются общие затраты на детали, которые необходимо использовать для размещения чувствительного элемента в корпусе.

Положенная в основу изобретения задача решается также с помощью способа изготовления датчика давления, включающего корпус, расположенную на монтажной поверхности корпуса несущую пластину, расположенный в корпусе чувствительный элемент и по меньшей мере один контактный вывод, электрически соединенный по меньшей мере с одной контактной поверхностью несущей пластины, при этом сначала с обеспечением электропроводящего соединения по меньшей мере одну контактную поверхность присоединяют непосредственно к расположенному заподлицо с монтажной поверхностью контактному выводу, а затем между несущей пластиной и монтажной поверхностью вводят капиллярный клей для создания герметизирующего клеевого соединения.

Описание чертежей Другие преимущества изобретения подробнее поясняются на примерах его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - частичные разрезы видов спереди и сбоку предлагаемого датчика давления, на фиг. 2 - частичные разрезы видов спереди и сбоку другого варианта выполнения предлагаемого датчика давления на фиг. 3 - частичные разрезы видов спереди и сбоку еще одного варианта выполнения предлагаемого датчика давления.

Датчик давления, изображенный на фиг. 1, 2 и 3 и обозначенный общей позицией 10, включает корпус 20, который состоит, например, из двух половин 21, 22.

Корпус 20 имеет в основном цилиндрическую форму и изготовлен предпочтительно из пластмассы. В корпусе 20 расположен чувствительный элемент 30. Чувствительный элемент 30 сообщается через цилиндрическую полость 31 с окружающей средой. Через полость 31 находящаяся под давлением среда действует на чувствительный элемент 30, который представляет собой, например, снабженный мембраной кремниевый кристалл. Чувствительный элемент 30 расположен на несущей пластине 40 и соединен, например, проволочными выводами 32 с (непоказанными) контактными поверхностями на несущей пластине 40. Чувствительный элемент 30 защищен мембраной 35 (ср. фиг. 3) или перфорированным защитным колпачком 36 (ср. фиг. 2) от находящейся под давлением среды, в частности от содержащейся в ней при определенных условиях пыли, грязи и т.п.

На несущей пластине 40, выполненной в виде керамической платы для гибридных схем, могут быть расположены другие (непоказанные) электрические/электронные детали электрической схемы.

С несущей пластиной 40 электрически соединены контактные выводы 50, например, в виде вставных контактов или лепестков для присоединения пайкой. Как наиболее наглядно показано на фиг. 2 и 3, контактные элементы 50 выполнены при этом таким образом, что они утоплены заподлицо с выполненной в корпусе 20 монтажной поверхностью 60, благодаря чему расположенные на несущей пластине контактные поверхности могут быть соединены непосредственно с контактными выводами 50 с помощью известной технологии поверхностного монтажа.

Например, контактные поверхности и контактные выводы 50 могут быть спаяны друг с другом. Другим видом соединения является клеевое соединение с применением токопроводящего клея для создания такого клеевого соединения.

Повышенная стойкость полученного таким образом соединения между контактными выводами 50 и несущей пластиной достигается благодаря тому, что между этой несущей пластиной 40 и монтажной поверхностью 60 вводят капиллярный клей, который, во-первых, прочно соединяет несущую пластину 40 с монтажной поверхностью 60, и, во-вторых, окружает электропроводные соединения между контактными выводами 50 и монтажными поверхностями и тем самым защищает их от воздействий окружающей среды, в частности от коррозии, окисления и т.п.

Способ изготовления вышеописанного датчика давления состоит в том, что сначала соединяют контактные поверхности несущей пластины 40 с контактными выводами 50. Например, для образования клеевого соединения на контактные поверхности несущей пластины 40 наносят токопроводящий клей. Затем несущую пластину 40 фиксируют на монтажной поверхности 60 и контактных выводах 50 с помощью этого токопроводящего клея и в завершение в образовавшуюся промежуточную полость между несущей пластиной 40 и монтажной поверхностью 60 корпуса вводят капиллярный клей с получением герметизирующего клеевого соединения. Этот капиллярный клей, затекая в мельчайшие поры между несущей пластиной 40 и монтажной поверхностью 60 корпуса 20, при этом не только создает очень прочное, почти монолитное соединение между несущей пластиной 40 и корпусом 20, но и повышает прочность электропроводящего соединения между контактными выводами 50 и контактными поверхностями несущей пластины 40, защищая контактные выводы 50 от воздействий окружающей среды.

Во избежание разрыва электропроводящего соединения между контактными выводами 50 и контактными поверхностями несущей пластины 40 вследствие различных коэффициентов теплового расширения корпуса 20 и/или несущей пластины 40 и/или металлических контактных выводов 50 корпус 20 предпочтительно изготавливать из пластмассы, коэффициент теплового расширения которой по меньшей мере в одном направлении монтажной поверхности 60 в основном соответствует коэффициенту теплового расширения несущей пластины 40, выполненной в виде керамической платы для гибридных схем, благодаря чему несущая пластина 40 и корпус 20 расширяются в этой плоскости в зависимости от температуры в одинаковой степени.

Формула изобретения

1. Датчик давления, имеющий корпус 20, расположенную на монтажной поверхности 60 корпуса 20 несущую пластину 40, расположенный в корпусе 20 чувствительный элемент 30 и по меньшей мере один контактный вывод 50, электрически соединенный по меньшей мере с одной контактной поверхностью несущей пластины 40, а также расположенный между несущей пластиной 40 и монтажной поверхностью 60 клей, отличающийся тем, что по меньшей мере один контактный вывод 50 расположен заподлицо с монтажной поверхностью 60 и непосредственно соединен по меньшей мере с одной контактной поверхностью, а между несущей пластиной 40 и монтажной поверхностью 60 расположен слой капиллярного клея.

2. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что капиллярный клей окружает электропроводящее соединение между по меньшей мере одним контактным выводом 50 и по меньшей мере одной контактной поверхностью и герметизирует их относительно окружающей среды.

3. Датчик давления по п.1 или 2, отличающийся тем, что электропроводящее соединение между по меньшей мере одним контактным выводом 50 и по меньшей мере одной контактной поверхностью является паяным соединением.

4. Датчик давления по п.1 или 2, отличающийся тем, что электропроводящее соединение между по меньшей мере одним контактным выводом 50 и по меньшей мере одной контактной поверхностью является клеевым соединением.

5. Датчик давления по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что корпус 20 изготовлен из пластмассы, коэффициент теплового расширения которой по меньшей мере в одном направлении монтажной поверхности 60 согласован с коэффициентом теплового расширения несущей пластины 40.

6. Датчик давления по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что чувствительный элемент 30 размещен на несущей пластине 40.

7. Датчик давления по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что несущая пластина 40 представляет собой керамическую плату для гибридных схем.

8. Способ изготовления датчика давления, имеющего корпус 20, расположенную на монтажной поверхности 60 корпуса 20 несущую пластину 40, расположенный в корпусе 20 чувствительный элемент 30 и по меньшей мере один контактный вывод 50, электрически соединенный по меньшей мере с одной контактной поверхностью несущей пластины 40, при этом между несущей пластиной 40 и монтажной поверхностью 60 расположен клей, отличающийся тем, что сначала с обеспечением электропроводящего соединения по меньшей мере одну контактную поверхность непосредственно присоединяют к расположенному заподлицо с монтажной поверхностью 60 контактному выводу 50, а затем между несущей пластиной 40 и монтажной поверхностью 60 вводят капиллярный клей с получением герметизирующего клеевого соединения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3