传感器

技术领域

本申请涉及信号检测装置的技术领域，尤其是一种传感器。

背景技术

相关技术中的传感器具有壳体和安装在壳体中的电路组件，电路组件包括电路板和与电路板电性连接的感测芯片等结构，感测芯片能够感测流体的压力、温度等信号；电路板上的其他电子元件和导电线路等通常布置在电路板上侧腔体内。

一些技术通常采用具有弹性的密封圈，使之压紧于电路板等板状元件与壳体之间，通过密封圈的变形量达到避免电路板下侧的流体进入到上侧腔体中，对电路元件等造成腐蚀或破坏的问题。还有一些技术采用密封胶胶粘的方式使得电路板等板状元件与壳体之间密封连接。然而在实际中，特别是对高温高压的流体而言，密封圈和密封胶等材料都容易失效，传感器仍然存在泄露风险。

发明内容

本申请的目的在于提供一种密封性能较好的传感器。

本申请提供了一种传感器，包括壳体和检测单元；

所述传感器具有内腔，所述检测单元至少部分收容于所述内腔；所述检测单元包括感测模块和板部件，所述板部件包括主电路板，所述检测单元还包括连接于所述主电路板的多个电子元件；

所述感测模块包括芯体部和导电连接部，所述芯体部与所述板部件相固定；所述芯体部设有信号感测区域；所述导电连接部电性连接所述信号感测区域与所述电子元件；

所述壳体的至少部分周向围绕所述检测单元设置；所述壳体具有靠近所述内腔一侧的内壁面；所述板部件的至少部分表面区域与所述内壁面之间通过焊接密封连接。

本申请提供的传感器，板部件的至少部分表面区域与主体部的内壁面之间焊接密封，这样设置，使得流体不容易从板部件与主体部之间通过，有利于提高传感器的密封性。

附图说明

图1是本申请传感器第一实施方式的立体示意图；

图2是如图1所示传感器另一角度的立体示意图；

图3是如图1所示传感器的分解示意图；

图4是如图1所示传感器的另一视角分解示意图；

图5是如图1所示传感器的立体剖视示意图；

图6是如图1所示传感器的另一视角立体剖视示意图；

图7是如图1所示传感器的平面剖视示意图；

图8是本申请传感器的第二实施方式平面剖视示意图；

图9是本申请传感器的第三实施方式平面剖视示意图；

图10是本申请传感器的第四实施方式平面剖视示意图；

图11是本申请传感器的第五实施方式平面剖视示意图；

图12是如图1所示的传感器的部分组件立体剖视示意图；

图13是如图1所示的传感器的部分组件组装示意图；

图14是如图1所示的传感器的部分组件分解示意图；

图15是如图1所示传感器的信号传输端盖的立体示意图；

图16是如图1所述传感器的感测模块的立体剖视示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细地对本申请示例性具体实施方式进行说明。如果存在若干具体实施方式，在不冲突的情况下，这些实施方式中的特征可以相互组合。当描述涉及附图时，除非另有说明，不同附图中相同的数字表示相同或相似的要素。以下示例性具体实施方式中所描述的内容并不代表与本申请相一致的所有实施方式；相反，它们仅是与本申请的权利要求书中所记载的、与本申请的一些方面相一致的装置、产品和/或方法的例子。

在本申请中使用的术语是仅仅出于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本申请的保护范围。在本申请的说明书和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”或“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本申请的说明书以及权利要求书中所使用的，例如“第一”、“第二”以及类似的词语，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分特征的命名。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，本申请中出现的“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于某一特定位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语是一种开放式的表述方式，意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面的元件及其等同物，这并不排除出现在“包括”或者“包含”前面的元件还可以包含其他元件。本申请中如果出现“若干”，其含义是指两个以及两个以上。

如图1至图7、图12至图14所示，本申请的第一实施方式中提供了一种传感器100，包括壳体10和检测单元。传感器100具有内腔200，壳体10形成在内腔200的外围处。

检测单元包括感测模块30、板部件40以及连接于板部件40的多个电子元件33。板部件40可以为一块板或者多块组装在一起的板件。在本申请第一实施方式中，板部件40可以为独立的电路板或者其所包含的若干板件中的至少一个板件为电路板。

板部件40具有第一表面401和第二表面402，第一表面401和第二表面402在沿传感器高度方向H上分别位于板部件40的不同侧，传感器100的高度方向H可参考图1所示的上下方向。板部件40的厚度方向与传感器100的高度方向H大致相当。

传感器100的内腔200包括上腔体201，上腔体201位于板部件40的第一表面401所在侧，与板部件40相连接的多个电子元件33收容于上腔体201。壳体10的至少部分周向围绕检测单元设置，且壳体10位于上腔体201的外围。

感测模块30包括芯体部31和导电连接部32，其中，芯体部31为一体结构，芯体部31与板部件40固定连接且芯体部31至少部分位于板部件40的第二表面402所在侧。

芯体部31可以不完全露出板部件40的第一表面401，相应的，芯体部31可以通过倒装焊的方式与板部件40相固定。如图7，在本申请的第一实施方式中，芯体部31位于板部件40的第二表面402所在侧。导电连接部32与芯体部31在沿传感器100的高度方向H上靠近上腔体201的一侧相连。如图8所示，在本申请的第二实施方式中，芯体部31的位置可以更靠近第一表面401，即在板部件40设置有通孔结构，芯体部31可以部分收容在板部件40的通孔结构之中。

结合图16所示意的感测模块30的结构示意图，芯体部31具有感测腔300，芯体部31在沿传感器高度方向H上远离腔体的一侧设有开口310，开口310与感测腔300相连通。芯体部31设有能够与流体接触的信号感测区域，信号感测区域包括压力感测区域311和温度感测区域312。导电连接部32电性连接芯体部31的压力感测区域311与电子元件33，导电连接部32电性连接芯体部31的温度感测区域312与电子元件33。压力感测区域311暴露于感测腔300，温度感测区域312暴露于感测腔300，感测腔300与上腔体201之间不连通。当然，在本申请的其他一些实施方式中，芯体部31的信号感测区域可以仅包括压力感测区域311，或者仅包括温度感测区域312，本申请对此不作过多限制。

芯体部31可以通过导电连接部32倒装固定于板部件40的底部。感测模块30为独立的元器件类型的MEMS(Micro Electromechanical System，微机电系统)感测芯片，MEMS技术制备的感测元件尺寸较小，相应的产品尺寸一般都在毫米级，甚至更小。倒装芯片技术相比相关技术中的其他固定感测模块的工艺，装配简单，产品成本较低，导电连接部32没有正面受到流体冲击，降低了导电连接部32损坏的几率，感测模块30的芯体部31可以与流体相接触而实现压力信号和温度信号的检测。芯体部31在受到流体冲击时，芯体部31与板部件40的底部表面即第二表面402固定可以提高芯体部31的抗冲击能力，有利于避免芯体部31易脱落的问题，使得本申请的传感器100可以兼容更多压力更高的流体介质。感测模块30也可以通过非倒装固定的方式与板部件40相固定，例如，感测模块30的芯体部31可以设置在板部件40的上侧表面，或者其他位置。感测模块30也可以为正压的MEMS感测芯片，本申请对此不作过多限制。

信号感测区域的压力感测区域311通过压阻式的惠斯通电桥实现压力检测，在接入电路时，当没有压力作用时，惠斯通电桥平衡，输出电压为0。当有压力作用在压力感测区域311上，惠斯通电桥平衡被打破，有电压输出。因此，通过检测电路中电信号的变化可以反映压力的变化，从而实现压力信号检测的功能。信号感测区域的温度感测区域312可以通过PN结二极管电路实现温度检测。

通过上述设置，在一体结构的芯体部31中同时制备压力感测区域311和温度感测区域312，相对于分体结构的压力芯片和热敏电阻而言，芯体部31的体积较小，其所占用的板体部的空间更小，相应的，传感器100的板体部有利于缩小尺寸，特别是缩小垂直于传感器100高度方向H上的尺寸，实现传感器100产品的小型化。

参考图3至图7，板部件40包括主电路板41和配合板42，配合板42与主电路板41固定连接，配合板42在沿传感器100的高度方向H上位于主电路板41与芯体部31之间。也就是说，第一表面401为主电路板41靠近上腔体201一侧的表面即主电路板41的上侧表面，第二表面402为配合板42远离上腔体一侧的表面即配合板42的下侧表面。配合板42的部分表面与壳体10的内壁面101之间密封连接。配合板42可以选择抗流体冲击和抗流体腐蚀能力较强的材料，如一些金属件或者陶瓷件等。由于传感器100的壳体10通常为金属材料，配合板42可以与壳体10的内壁面101之间通过密封胶或焊接等方式实现密封。

如图7所述，配合板42可以为金属板，主电路板41和配合板42之间可以选择粘接固定在一起。配合板42的外周面与壳体10的内壁面101之间通过激光焊的方式密封连接。配合板42与壳体10之间的密封位置可以参考图7中的A位置，即配合板42是具有一定厚度的板状结构件，配合板42具有围绕传感器100轴心线的周侧面422，配合板42的周侧面422面向壳体10的内壁面101设置，二者之间通过激光焊的方式固定且密封。这样，流体不容易从配合板42和壳体10之间通过，相应的，流体不容易从二者之间的位置到达上腔体201，这样，收容在上腔体201内的电子元件33以及位于主电路板41的第一表面401的导电线路等也不容易接触到流体而被腐蚀或破坏。可选的，为了提高激光焊接的质量，配合板42和主体部11的材质均包括金、铜、不锈钢中的至少一种，特别的，当配合板42和主体部11的材质接近时，激光焊接的质量较好，可以提高密封性。

参考图5、图12和图13所示，为了使得芯体部31和作为电路板的主电路板41之间形成较好的电性连接，导电连接部32一侧与芯体部31接触，另一次与主电路板41之间接触，在本申请的第一实施方式中，配合板42设有第一通孔421，主电路板41设有第二通孔411，第一通孔421与第二通孔411同轴或偏心设置。

导电连接部32一部分收容于第一通孔421，一部分收容在第二通孔411。具体的，参考图12所示，导电连接部32具有位于第一通孔421内的第一部321、位于第二通孔411内的第二部322以及收容于上腔体201的第三部323，第三部323连接于主电路板41的第三表面。导电连接部32可以为键合金丝形式的导线，导电连接部32自芯体部31延伸穿过第一通孔421、第二通孔411并最终至主电路板41的第一表面401的焊盘412处。导电连接部32的数量可以根据芯体部31的实际情况为多根，导电连接部32的材质可以金、铜、铝等。在一些可选的实施方式中，导电连接部32与配合板42的金属材料之间不接触，可以在第一通孔421和第二通孔411内填充灌封胶，灌封胶可以为硅凝胶，该灌封胶在对应的通孔内包裹导电连接部32，从而可以保护相对较细的导电连接部32，并且避免其与配合板42的金属材料之间发生短路，提供传感器100的稳定性，或者也可以对导电连接部32的表面进行绝缘化处理，例如增加绝缘涂层或者包塑绝缘材料。

感测模块30的芯体部31覆盖第一通孔421远离主电路板41的一侧，且芯体部31与配合板42之间固定且密封连接。具体的，芯体部31与配合板42之间可以通过共晶焊的方式密封连接。共晶焊的工艺密封效果较好，流体不容易从芯体部31与配合板42连接的位置处通过第一通孔421和第二通孔411进入上腔体201。芯体部31与配合板42相连接的位置可以参考图7中的B位置，该B位置可以位于芯体部31的上侧表面与配合板42的第二表面402之间，二者在B位置处通过共晶焊等方式示例密封连接。芯体部31与配合板42相连接的位置可以参考图8中的B位置，该B位置可以位于芯体部31的周侧表面与配合板42的形成通孔结构的内壁面之间，二者在B位置处通过共晶焊等方式示例密封连接。

当然，在一些洁净的、和/或较低温和/或较低压力量程的场景中，也可以选择其他方式密封芯体部31与配合板42，如采用密封胶的方式将芯体部31与配合板42进行粘接固定和密封。

参考图5，感测模块30还包括位于芯体部31靠近腔体一侧的真空部34，真空部34与芯体部31相固定，且真空部34至少部分收容于第一通孔421。感测模块30具有通过芯体部31与真空部34围合而成的真空腔341。真空腔341和感测腔300分别位于所述信号感测区域沿传感器100高度方向H的不同侧。也就是说，在沿传感器100高度方向H上，芯体部31的信号感测区域一侧暴露于真空腔341，另一侧暴露于感测腔300。这样，使得压力感测区域311所感测到的压力信号为绝对压力信号。当然，也可以不设置真空腔341，这样压力感测区域311所述感测到的压力信号为相对压力信号。真空部34收容在第一通孔421内可以减小传感器100在高度方向H的尺寸。

针对板部件40与壳体10之间的固定和密封方式，本申请的传感器100还提供了第三实施方式，与第一实施方式的差异可以参考图9，具体的，在第三实施方式中，传感器100的板部件40仍然包括主电路板41和配合板42，但是配合板42可以为非平板类型的异形板。

配合板42包括支撑壁423和翻边部424，支撑壁423与主电路板41相固定。翻边部424围设于支撑壁423的外沿，翻边部424相对于支撑壁423弯折。翻边部424的外周面与外壳的内壁面101之间可以通过激光焊等方式密封。配合板42与壳体10之间的密封位置可以参考图9中的A位置，翻边部424可以与支撑壁423相垂直设置，在图9所示意的实施方式中，翻边部424自支撑壁423向远离上腔体201的方向延伸，当然，在其他可选的方式中，翻边部424也可以自支撑壁423向靠近上腔体201的方向延伸。通过翻边部424可以使得支撑壁423的厚度相对较薄，同时，翻边部424可以提供较大的连接面积，有利于减轻配合板42的重量，利于传感器100的轻量化设计，在第三实施方式中，传感器的其他结构设计与第一实施方式较为类似，在此不再过多赘述。

针对板部件40与壳体10之间的固定和密封方式，本申请的传感器100还提供了第四实施方式，该实施方式与第一、第二实施方式的差异可以参考图10，具体的，在第四实施方式中，传感器100的板部件40仅包括一个板件，如传感器100的板部件40包括主电路板41，配合板42可以取消。

具体的，传感器100的板部件40包括中心部403和金属层404。金属层404至少部分覆设于中心部403朝向外壳的内壁面101设置的周向侧表面。即金属层404的外周面即为板部件40的周侧面422，金属层404与所述内壁面101之间通过激光焊接的方式密封连接。板部件40与壳体10之间的密封位置可以参考图10中的A位置。

板部件40为能够提供电路板功能的板件，板部件40的中心部403可以为树脂材料或者陶瓷材料的电路板，而由于传感器100的壳体10通常为金属，为了实现板部件40与壳体10之间的密封效果，可以通过如覆铜等工艺在中心部403的外周面处覆设一层金属镀层，这样，通过该种形式实现的金属结合部和壳体10的内壁面101之间可以通过激光焊等方式实现密封连接。当然，金属层404也可以设置在板部件40的第二表面402处，相应的，壳体10可以与板部件40的周侧面422和第二表面402均通过激光焊而连接，这样的好处是板部件40与壳体10相焊接的面积较大，从而板部件40的厚度可以相应的减薄。在第四实施方式中，传感器的其他结构设计与第一实施方式较为类似，在此不再过多赘述。

针对板部件40与壳体10之间的固定和密封方式，本申请的传感器100还提供了第五实施方式，与前述实施方式的差异可以参考图11，具体的，在第五实施方式中，传感器100的板部件40仍然包括主电路板41和配合板42，传感器100的壳体10包括主体部11和下连接壁13，下连接壁13与主体部11可以为一体结构，下连接壁13自主体部11向传感器100的轴心线方向延伸

配合板42的周侧面422面向所述主体部11的内壁面101设置，下连接壁13朝向内腔200一侧的壁面面向配合板42的下表面也即板部件40的第二表面402设置。从而配合板42的周侧面422与主体部11的内壁面101之间可以通过激光焊等方式实现密封固定，下连接壁13与配合板42的下表面之间也可以通过激光焊等方式实现密封固定。上述两个密封位置可以参考图11中的A位置所示意，在实际中，可以在上述两个位置至至少选择一处位置或者同时选择该两处位置进行密封。相对较大的密封面积可以提高传感器100产品的密封性。在第五实施方式中，传感器100的其他结构设计与第一实施方式较为类似，在此不再过多赘述。

为了达到较好的检测精度，特别是针对芯体部31的温度感测区域312而言，其与流体接触的时间较早有利于减小对温度信号检测的温差。从而在本申请中，参考图2、图5、图6所示意。传感器100的壳体10包括主体部11，主体部11周向围绕检测单元设置。在沿传感器100的高度方向H上，感测模块30相对更靠近主体部11远离上腔体201的一端。即在传感器100的壳体可以不设置流道或者仅设置较短传输路径的流道结构。相对于相关技术中所设置的较长的流道结构，即流体需要先进入传感器100的相对较长的流道内，然后经过流道的传输再进入感测芯片部分，流体在长距离的传输过程中会有一定的温度损失，从而造成传感器100的检测数据，至少是温度检测数据的不准确。而在本申请中，在沿传感器的高度方向H上，芯体部31不完全露出于所述主体部11远离上腔体201的一端。例如，感测模块30的芯体部31可以一部分露出于主体部11远离上腔体201的一端，相应的，传感器100不需要构造较长的流道结构，在传感器100安装到流体环境中后，流体可以较早的接触到感测模块30，有利于提高传感器100对温度、压力等信号检测的准确性。但是在一些高压或流速较高的流体环境中，感测模块30的芯体部31远离上腔体201的下端面可以与主体部11远离上腔体201的一端端面平齐，即，芯体部31不露出主体部远离上腔体的一端，这样主体部可以一定程度保护芯体部，有利于避免高压或高流速的流体冲掉芯体部31。综上，在实际应用时，可以结合传感器的应用环境综合考虑芯体部与主体部远离上腔体的一端的位置关系，从而平衡检测精度和抗流体冲击能力。

为了进一步降低传感器100的尺寸，在本申请的各个实施方式中，检测单元还包括次电路板50，次电路板50和主电路板41电性连接，次电路板50收容于上腔体201。需要注意的是，本申请中的主电路板和次电路板的“主”和“次”的区别并非代表和用于限制电路板功能的多少或者电路板尺寸的大小，仅在于区分该不同的两块电路板。即该两块电路板可以为相同尺寸的电路板，也可以为不同尺寸的电路板，以及该两块电路板中每块电路板上设置的导电线路或电子元件的数量或密度等参数可以相同也可以不同。本申请不作过多限制。

壳体10的主体部11包括第一径段部111、第二径段部112和连接段部113，第一径段部111的内径小于第二径段部112的内径。连接段部113连接于第一径段部111和第二径段部112之间。通过不同内径的壳体10结构，传感器100在壳体10的主体部11处形成有台阶结构，第一径段部111周向围绕板部件40，第二径段部112周向围绕次电路板50。上述台阶结构可以支撑次电路板50，次电路板50抵压于连接段部113。主电路板41和第三部323之间可以通过柔性电路板60连接。

这样，利用上腔体201的空间设置次电路板50，次电路板50和主电路板41可以均为硬质电路板，当然，次电路板50和主电路板41也可以均为柔性材质的电路板。传感器100的电路可以布设在次电路板50的厚度方向两侧的表面以及主电路板41的第一表面401，这样有利于避免主电路板41在垂直于传感器100高度方向H的尺寸过大，相应的，多块电路板的结构设计可以更加合理的利用传感器100的空间，有效降低传感器100的径向尺寸。

在本申请的各个实施方式中，为了实现传感器100的检测信号的输出，传感器100还包括信号输出端盖，信号输出端盖与壳体10组装固定，上腔体201位于信号输出端盖与板部件40之间。

传感器100的壳体10包括上连接壁12，上连接壁12自主体部11向传感器100的轴心线方向延伸。上连接壁12抵压信号输出端盖，信号输出端盖抵压次电路板50，次电路板50抵压在壳体10的连接段部113。

信号传输端盖20设置有若干用于传输信号的端子21，端子21与板部件40的电子元件33电性连接。信号传输端盖20可以以金属材料的端子21为注塑嵌件注塑而成，信号传输端盖20包括第一筒状壁22、第二筒状壁24和配合壁23，配合壁23可以大致沿垂直于传感器100的高度方向H上呈横向设置，端子21的一部分嵌设于配合壁23内，端子21的两端分别露出于配合壁23厚度方向的两侧。第一筒状壁22围绕其中一侧露出的端子21设置，第二筒状壁24围绕另一侧的露出的端子21设置。第二筒状壁延伸方向的末端抵压次电路板50。上连接壁12抵压在配合壁设置。

壳体10的整体都可以为金属材质制造，采用金属材料便于加工翻边形成上连接壁12，降低成型难度，同时采用金属材质也便于与其他金属材质的构件进行焊接固定，同时，壳体10为金属件也可以降低外界对传感器100内部电子元件33的电磁干扰(EMI)。金属材质的壳体10的至少部分结构可以通过金属压铸成型(Die casting)或者挤压成型或者金属粉末射出成形(Metal Injection Molding，MIM)等工艺制造而成。信号传输端盖20除端子21外的主要材料可以是塑料材质。这样有利于降低成本且减轻传感器100的重量。信号传输端盖20除端子21外的材料均为绝缘材料，从而对信号传输影响较小。

对于组装传感器100的过程，可以先将主电路板41、配合板42以及感测模块30进行组装，之后将上述组件组装入传感器100的壳体10内，将配合板42的周侧面422与壳体10的内壁面101之间通过激光焊固定和密封。

壳体10的上连接壁12先是与主体部11保持同样的竖直状态在纵向上延伸，在电路等组件组装到位后，将信号传输端盖20压装在主电路板41的上方，通过工装把竖直的上连接壁12向内压成翻边。从而上连接壁12可以抵压信号传输端盖20，信号传输端盖20又抵压主电路板41。因此，信号传输端盖20能够相对于壳体10安装稳定不掉落。

以上实施方式仅用于说明本申请而并非限制本申请所描述的技术方案，对本申请的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施方式对本申请已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本申请进行修改或者等同替换，而一切不脱离本申请的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。