Датчик давления и способ его изготовления - RU2168157C2

Чертежи

Описание

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 и
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.

Реферат

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.

Формула