壓力傳感器及其製造方法
2023-06-22 22:46:16
專利名稱：壓力傳感器及其製造方法
技術領域：
本發明關於壓力傳感器及其製造方法。
背景技術：
以往有一種具備壓力殼體和接頭殼體的壓力傳感器，在該壓力殼體的內部形成壓力室，同時在此壓力室配置有壓敏元件(傳感器晶片)，在接頭殼體上形成流路，用於將作為測量對象的流體導入壓力殼體的內部。通常，在這種壓力傳感器中，壓敏元件是被配置在用隔膜隔出的壓力室內，該壓力室內充滿壓力傳遞媒體(矽油等)。並且，導入壓力殼體內的流體推壓隔膜的壓力、即該流體的壓力經由充滿壓力室內的壓力傳遞媒體而傳遞到傳感器晶片。
但是，採用上述結構時，當壓力殼體與壓敏元件之間產生電位差時，會在壓力室內的壓力傳遞媒體中產生電介質極化，結果可能造成測量精度降低。為此，以往是通過把絕緣構件夾設在壓力殼體與接頭殼體之間而使兩者之間電氣絕緣(專利文獻1)。並且，採用此種結構可防止壓力傳遞媒體的電介質極化，能夠進行高精度的壓力測量。
專利文獻1日本特開2004-37318號公報然而，壓力殼體及接頭殼體通常用不鏽鋼或是黃銅等金屬形成，當將兩者夾著絕緣構件而接合時，通常是採用銀焊料等硬焊接合。然而，由於這種壓力殼體及接頭殼體(金屬)與絕緣構件(陶瓷)間的熱膨脹率不同，因此在硬焊接合時的高溫加熱及冷卻過程中，在其接合部會由於熱膨脹率的差異而產生應力，可能會由於該應力及其殘留應力而產生對絕緣構件的破壞、或是接合強度降低等不良現象。
發明內容
本發明正是為了解決上述問題，目的是提供一種壓力傳感器及其製造方法，以簡單的結構確保壓力殼體與接頭殼體之間的良好接合狀態。
為了解決上述的問題，技術方案1的壓力傳感器具備壓力殼體和接頭殼體，在壓力殼體的內部形成壓力室並且在該壓力室配置有壓敏元件，在接頭殼體上形成流路，用於將成為測量對象的流體導入該壓力殼體的內部，上述壓力殼體與上述接頭殼體之間夾著絕緣構件而被硬焊接合，其特徵在於，在上述壓力殼體或是上述接頭殼體與上述絕緣構件之間的至少一方夾著應力緩和構件，用來緩和由於上述硬焊接合而作用在上述絕緣構件上的應力。
技術方案2的特徵在於，上述應力緩和構件由軟質金屬或是低熱膨脹率的合金形成。
採用上述各結構，在硬焊接合時的高溫加熱以及其冷卻過程中，可以緩和由於壓力殼體以及接頭殼體與絕緣構件之間的熱膨脹率差異而作用於絕緣構件的應力。其結果，可以防止該應力及其殘留應力對絕緣構件造成的破壞、或是接合強度的降低等不良情形產生，能夠確保壓力殼體與接頭殼體之間的良好接合狀態。
技術方案3的特徵在於，上述應力緩和構件具有在兩個接合面開口的至少一個貫通孔。
採用上述結構，壓力殼體與接頭殼體(以及絕緣構件)在硬焊接合時，配置在各個應力緩和構件的各個接合面中位於上側的那個接合面上的焊料會由於加熱處理而熔融，並向下側的接合面側流下。因此，無須在下側的接合面側配置焊料，就能夠將應力緩和構件與壓力殼體及絕緣構件之間，以及應力緩和構件與接頭殼體以及絕緣構件之間可靠地硬焊接合。結果是可以容易地完成該硬焊接合工序，並且可節約焊料用量，而可降低製造成本。再者，由於設有貫通孔，應力緩和構件容易變形。其結果，可以更有效地緩和作用於絕緣構件的應力。並且可在不影響應力緩和功能的前提下以廉價材料來形成應力緩和構件。
技術方案4的特徵在於，上述接頭殼體的焊接上述絕緣構件的接合部形成凸緣狀，並且將該凸緣部的厚度設成能夠緩和上述應力的薄壁。
採用上述結構，接頭殼體與絕緣構件之間無須夾著應力緩和構件，可以確保良好的接合狀態，其結果，可以容易地完成硬焊接合工序，並且可以抑制製造成本。
技術方案5的特徵在於，上述應力緩和構件具有將上述壓力殼體的內部與上述流路連通的連通孔，且該連通孔是在上述硬焊接合後形成。
採用上述結構，可以防止在硬焊接合的高溫加熱處理(約800℃左右)時接頭殼體的金屬成分揮發而附著到絕緣構件上，其結果是可以排除因這種金屬成分附著而破壞絕緣性的可能性。特別是，黃銅中所含的鋅(Zn)的融點低於作為焊料使用的銀焊料的融點，所以當接頭殼體用黃銅形成時，最好採用這種製造方法。
技術方案6的特徵在於，上述應力緩和構件的形成上述貫通孔的部分形成薄壁。
採用上述結構，便於在硬焊接合後形成連通孔。
技術方案7是一種壓力傳感器的製造方法，該壓力傳感器具備壓力殼體和接頭殼體，在壓力殼體的內部形成壓力室並且在該壓力室配置有壓敏元件，在接頭殼體上形成流路，用於將成為測量對象的流體導入該壓力殼體的內部，上述壓力殼體與上述接頭殼體之間夾著絕緣構件而被硬焊接合，其特徵在於，具有在上述壓力殼體或是上述接頭殼體與上述絕緣構件之間的至少一方夾入用來緩和由於上述硬焊接合而作用在上述絕緣構件上的應力的應力緩和構件、以進行上述硬焊接接合的工序；在完成上述硬焊接接合的工序後、在上述應力緩和構件上形成將上述壓力殼體的內部與上述流路連通的連通孔的工序。
採用本發明，可提供結構簡單、能確保壓力殼體與接頭殼體之間良好的接合狀態的壓力傳感器及其製造方法。
圖1是第1實施例的壓力傳感器的剖視圖。
圖2(a)是應力緩和構件的俯視圖；(b)是應力緩和構件的A-A剖視圖。
圖3是形成於應力緩和構件上的貫通孔的作用說明圖。
圖4是第2實施例的壓力傳感器的剖視圖。
圖5(a)(b)是顯示其它實施例的壓力傳感器的製造方法的說明圖。
圖6是顯示其它實施例的應力緩和構件的剖面的模式圖。
圖7(a)(b)(c)(d)是其它實施例的應力緩和構件的俯視圖。
符號說明1、31壓力傳感器 2傳感器晶片 3壓力殼體 4、32接頭殼體5絕緣構件 6金屬殼體 7包覆部 9壓力室20(20a、20b)、35、36、38a～38d應力緩和構件21連通孔 22(22U、22L)接合面 23、40a～40c貫通孔25焊料 33接合部 33a凸緣部具體實施方式
(第1實施例)以下，依據圖面說明本發明的第1實施例。
如圖1所示，本實施例的壓力傳感器1具備壓力殼體3、接頭殼體4、絕緣構件5，在壓力殼體3的內部配置有作為壓敏元件的傳感器晶片2，在接頭殼體4上形成流路，用於將作為測量對象的流體導入該壓力殼體的內部，絕緣構件5夾設在壓力殼體3與接頭殼體4間的接合部。
在本實施例中，壓力殼體3的形成盤狀的金屬殼體6及包覆部7的各開口端6a、7a相互接合，其內部被夾設在金屬殼體6與包覆部7之間的金屬隔膜8分隔。被該金屬隔膜8所分隔的包覆部7一側的空間構成壓力室9。又，在本實施例中，金屬隔膜8的周緣利用雷射熔接而與金屬殼體6的開口端6a以及包覆部7的開口端7a接合。並且，包覆部7、金屬殼體6以及金屬隔膜8的接合是在後述的金屬殼體6及接頭殼體4(以及絕緣構件5)的接合之後進行。
在本實施例中，在金屬殼體6的底部6b形成貫通孔10，用於把流體導入到壓力殼體3內。傳感器晶片2配置在包覆部7的底部7b，該包覆部7構成壓力室9的上壁。該壓力室9中充滿作為壓力傳遞媒體的矽油11。即，在本實施例中，導入壓力殼體3內的流體的壓力經由金屬隔膜8以及矽油11而被傳遞到傳感器晶片2。
又，設有貫穿包覆部7的底部7b的終端銷12，該終端銷12的一端經過焊絲13而連接到傳感器晶片2。並且，終端銷12的另一端連接於導線束14。在本實施例中，包覆部7與終端銷12之間用玻璃系的密封材料密封。並且，終端銷12的突出於包覆部7外部的部分以及該終端銷12與導線束14間的連接部被成形樹脂包覆。
另一方面，接頭殼體4是用金屬材料(黃銅或是不鏽鋼)形成有底的筒狀，在其開口部4a附近的內周面上設有用來把該接頭殼體4安裝在壓力測量對象裝置上的螺紋部15。在接頭殼體4的底部4b形成沿軸方向(圖中的上下方向)貫通該底部4b的貫通孔16。在本實施例中，利用該貫通孔16及接頭殼體4的內部空間來構成流路，用來把作為測量對象的流體導入於壓力殼體3內。
在本實施例中，絕緣構件5由氧化鋁系的陶瓷形成。壓力殼體3與接頭殼體4之間隔著(夾著)該絕緣構件5而被硬焊接合。具體來說，在壓力殼體3與接頭殼體4之間，金屬殼體6的底部6b以及形成有構成上述流路的貫通孔16的底部4b分別與絕緣構件5硬焊接合。並且，在絕緣構件5上形成貫通孔17，用以將金屬殼體6的貫通孔10與接頭殼體4的貫通孔16連通，即，將壓力殼體3的內部與形成於接頭殼體4的流路連通。在本實施例的壓力傳感器1中，整個壓力殼體3以及包含與該壓力殼體3間的接合部在內的接頭殼體4的一部分用絕緣性的樹脂成形體18包覆。
本實施例中，在壓力殼體3(金屬殼體6)與絕緣構件5之間、以及接頭殼體4與絕緣構件5之間分別夾著應力緩和構件20(20a、20b)，用來緩和由於上述硬焊接合而在絕緣構件5上產生的應力。金屬殼體6與絕緣構件5之間、以及接頭殼體4與絕緣構件5之間分別夾著各應力緩和構件20a、20b而被硬焊接合。
具體地說，本實施例中，應力緩和構件20用軟質金屬或是熱膨脹率較低的金屬(低熱膨脹率金屬)形成。軟質金屬可以使用銅或鋁合金等，低熱膨脹率金屬可以使用鐵-鎳系的42合金(Fe-42％Ni)或鐵-鎳-鈷系的科伐鐵鎳鈷合金等。又，如圖2(a)、(b)所示，在本實施例中，在應力緩和構件20上，除了將形成於絕緣構件5上的貫通孔17與金屬殼體6的貫通孔10或接頭殼體4的貫通孔16連通的連通孔21之外，還形成了在該應力緩和構件20的兩個接合面22(22a、22b)上開口的多個貫通孔23。在本實施例中，各貫通孔23形成沿著應力緩和構件20的徑向延伸的長孔狀，而且沿著圓周方向以大致90°的間隔設置4處。
如圖3所示，本實施例的壓力傳感器1是在在金屬殼體6與絕緣構件5之間、以及接頭殼體4與絕緣構件5之間分別配置各應力緩和構件20a、20b的狀態下進行壓力殼體3(金屬殼體6)與接頭殼體4(以及絕緣構件5)的硬焊接合，並且，用於該硬焊接合的焊料(銀焊料)25隻配置在各應力緩和構件20a、20b的各接合面22中位於上側的接合面22U一側。
即，在本實施例的應力緩和構件20上，由於形成貫通孔23，所以經加熱處理而熔融的焊料25經由該各個貫通孔23而從上側的接合面22U一側朝下側的接合面22L一側流出。因此，無須在下側的接合面22L一側配置焊料25，就能夠確實地將應力緩和構件20a與金屬殼體6及絕緣構件5之間、以及應力緩和構件20b與接頭殼體4及絕緣構件5之間硬焊接合。為了便於說明，圖3中對各構件間的間隙作了較為誇張的處理，實際上各構件間的間隙是極為微小的。
採用本實施例，可以得到如以下的特徵。
(1)壓力殼體3(金屬殼體6)與接頭殼體4之間夾著絕緣構件5而硬焊接合。並且，在金屬殼體6與絕緣構件5之間，以及接頭殼體4與絕緣構件5之間，分別夾著用來緩和因上述硬焊接合而對絕緣構件5產生的應力的應力緩和構件20(20a、20b)。採用如此的結構，在硬焊接合時的高溫加熱以及其冷卻過程中，可以緩和因壓力殼體3以及接頭殼體4與絕緣構件5之間的熱膨脹率的差異而作用於絕緣構件5的應力。其結果，可以防止由於該應力以及其殘留應力而導致對絕緣構件5的破壞、或接合強度降低，能夠確保壓力殼體與接頭殼體之間的良好接合狀態。
(2)在應力緩和構件20上，形成在該應力緩和構件20的兩個接合面22(22a、22b)上開口的多個貫通孔23。採用如此結構，在將金屬殼體6與接頭殼體4(以及絕緣構件5)硬焊接合時，配置在各應力緩和構件20a、20b的各接合面22中位於上側的接合面22U上的焊料25因加熱處理而熔融，並朝下側的接合面22L一側流出。因此，無須在下側的接合面22L一側配置焊料25，就可以確實地將應力緩和構件20a與金屬殼體6及絕緣構件5之間、以及應力緩和構件20b與接頭殼體4及絕緣構件5之間硬焊接合。其結果，可以簡化硬焊接合工序，同時抑制焊料的使用量，降低製造成本。再者，通過設置貫通孔23，使應力緩和構件20容易沿徑向變形。其結果，能夠更有效地緩和作用於絕緣構件5上的應力。而且可在不影響應力緩和功能的前提下用廉價的材料來形成應力緩和構件20。
(第2實施例)以下，依據
本發明的第2實施例。
為便於說明，凡與第1實施例相同的部分均用相同的符號表示並省略其說明。
如圖4所示，在本實施例的壓力傳感器31中，在接頭殼體32的外周面32a上，在貫通孔16開口的接合部33的附近，環繞其整個外周設有凹缺部34。絕緣構件5不經過應力緩和構件20而與該接合部33接合。
也就是說，在本實施例中，接頭殼體32的與絕緣構件5接合的部分、即與絕緣構件5硬焊接合的接合部33由於上述凹缺部34而形成凸緣狀。具體來說，此接合部33的凸緣部33a的厚度D設定成容易熱變形的厚度。硬焊接合時，利用該凸緣部33a的熱變形，能夠緩和作用在絕緣構件5上的應力。因此，採用這種結構時，在接頭殼體32與絕緣構件5之間不需要夾著應力緩和構件20而能夠確保良好的接合狀態，其結果，既容易實現硬焊接合工序，又可以抑制該製造成本。
上述各實施例也可以作以下變更。
在上述的第1實施例中，在壓力殼體3(金屬殼體6)與絕緣構件5之間、以及接頭殼體4與絕緣構件5之間，分別夾著應力緩和構件20(20a、20b)。但是也可只在金屬殼體6與絕緣構件5之間、或只在接頭殼體4與絕緣構件5之間設置應力緩和構件20。也就是說，只要在其中至少一方設置應力緩和構件20即可。
又，在上述第2實施例中，絕緣構件5是不經過應力緩和構件20而與接頭殼體32的接合部33接合，但也可以是夾著應力緩和構件20而接合。
雖然在上述各實施例中沒有特別提到，但用來把絕緣構件5的貫通孔17與金屬殼體6的貫通孔10或接頭殼體4(32)的貫通孔16相連通的應力緩和構件20的連通孔21也可以是在各構件的硬焊接合之後形成。即，如圖5(a)所示，首先使用未形成連通孔21的應力緩和構件35來進行各構件的硬焊接合。然後，如圖5(b)所示，在硬焊接合之後再形成連通孔21。
採用上述結構，可以排除由於硬焊接合時的高溫加熱處理(約800℃左右)造成接頭殼體4的金屬成分揮發而附著到絕緣構件5的貫通孔17內、因而破壞其絕緣性的可能性。特別是，黃銅中所含的鋅(Zn)的融點比銀焊料的融點低，所以當接頭殼體4是用黃銅所形成時，最好採用如此的製造方法。
而當如上述那樣在硬焊接合後再形成連通孔21時，也可採用圖6所示的應力緩和構件36，該應力緩和構件36是把要形成上述連通孔21的部分、即連通孔形成部37預先做成薄壁狀，這樣容易形成連通孔。
在上述各實施例中，是在應力緩和構件20上形成在該應力緩和構件20的兩個接合面22(22a、22b)上開口的多個貫通孔23，但是也可只設一個貫通孔。也可不設這樣的貫通孔。
在上述各實施例中，各貫通孔23形成沿著應力緩和構件20的徑向而延伸的長孔狀，並且沿著其圓周方向大致間隔90°而設置在4處，但是在應力緩和構件20上形成的貫通孔的形狀、數量、以及其配置方式並不受其限。
例如，也可如圖7(a)所示的應力緩和構件38a那樣，沿著圓周方向設置多個沿圓周方向延伸的圓弧狀貫通孔40a，並且沿著徑向設置多層該圓弧狀貫通孔40a，或是如圖7(b)所示的應力緩和構件38b那樣，把貫通孔40b配置成格子狀。而在圖7(a)所示的應力緩和構件38a上，最好各層之間的貫通孔40a相差一個相對角度。也可如圖7(c)所示的應力緩和構件38c那樣，沿著圓周方向大致等間隔地配置朝徑向外側擴開的扇狀貫通孔40c。採用如此結構，圖7(a)所示的應力緩和構件38a可以適當地緩和作用於徑向的應力，圖7(b)所示的應力緩和構件38b可以均等地緩和作用於接合部的應力。圖7(c)所示的應力緩和構件38c可以適當地緩和作用於圓周方向的應力。
也可通過增加貫通孔而如圖7(d)所示的應力緩和構件38d那樣形成網狀。也就是說，只要是可使熔融的焊料從上側的接合面22U一側向下側的接合面22L一側通過的貫通孔(孔洞)，既可以用其它不規則方式形成，也可以將應力緩和構件本身製成多孔狀。
權利要求
1.一種壓力傳感器，具備壓力殼體和接頭殼體，在所述壓力殼體的內部形成壓力室並且在該壓力室配置有壓敏元件，在所述接頭殼體中形成流路，用於將成為測量對象的流體導入所述壓力殼體的內部，所述壓力殼體與所述接頭殼體之間夾著絕緣構件而被硬焊接合，其特徵在於，在所述壓力殼體或是所述接頭殼體與所述絕緣構件之間的至少一方夾著應力緩和構件，用來緩和由於所述硬焊接合而作用在所述絕緣構件上的應力。
2.如權利要求1所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述應力緩和構件由軟質金屬或是低熱膨脹率合金形成。
3.如權利要求1或2所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述應力緩和構件具有在兩個接合面上開口的至少一個貫通孔。
4.如權利要求1～3中任一項所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述接頭殼體的焊接所述絕緣構件的接合部形成凸緣狀，並且將該凸緣部的厚度設成能夠緩和所述應力的薄壁。
5.如權利要求1～4中任一項所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述應力緩和構件具有將所述壓力殼體的內部與所述流路連通的連通孔，且該連通孔是在所述硬焊接合後形成。
6.如權利要求5所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述應力緩和構件的形成所述貫通孔的部分形成薄壁。
7.一種壓力傳感器的製造方法，該壓力傳感器具備壓力殼體和接頭殼體，在所述壓力殼體的內部形成壓力室並且在該壓力室配置有壓敏元件，在所述接頭殼體中形成流路，用於將成為測量對象的流體導入所述壓力殼體的內部，所述壓力殼體與所述接頭殼體之間夾著絕緣構件而被硬焊接合，其特徵在於，具有在所述壓力殼體或是所述接頭殼體與所述絕緣構件之間的至少一方夾入用來緩和由於所述硬焊接合而作用在所述絕緣構件上的應力的應力緩和構件、以進行所述硬焊接接合的工序；在完成所述硬焊接接合的工序後、在所述應力緩和構件上形成將所述壓力殼體的內部與所述流路連通的連通孔的工序。
全文摘要
一種壓力傳感器，壓力殼體(3)(金屬殼體(6))與接頭殼體(4)之間夾著絕緣構件(5)而被硬焊接合。在金屬殼體(6)與絕緣構件(5)之間、以及接頭殼體(4)與絕緣構件(5)之間，分別夾著應力緩和構件(20)(20a、20b)，用以緩和由於上述硬焊接合而產生於絕緣構件(5)上的應力。本發明的壓力傳感器結構簡單，可以確保壓力殼體與接頭殼體之間的良好接合狀態。
文檔編號G01L9/00GK1825079SQ20061000431
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月6日 優先權日2005年2月8日
發明者鈴木一志, 酒井和也, 神取勇 申請人:株式會社捷太格特