一种用于电子机械制动系统的力传感器及制备方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于电子机械制动系统的力传感器及制备方法，该力传感器包括：感压元件，包括压力端子，压力端子为实心柱状结构；压接圆环，设置于压力端子上；敏感元件，包括厚膜电路，用于将加载至其上方的力信号转化为电信号输出；电路板，与厚膜电路电连接，用于对厚膜电路输出的电信号进行处理得到输出信号；以及弹性元件，其一端与电路板电连接

【技术实现步骤摘要】
一种用于电子机械制动系统的力传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及力传感器
，尤其涉及一种用于电子机械制动系统的力传感器及制备方法
。

技术介绍

[0002]现有的力传感器，如公开号为
CN116026515A
的专利文献公开的一种测力精准的六轴力传感器，其虽然可测试六轴力，但结构复杂，成本高，因此并不适用于汽车刹车系统，因为刹车系统仅需要检测垂直的力，以表征刹车力，要求小尺寸
、
低成本
、
高可靠性
。
[0003]还有的力传感器，如公开号为
CN115773833A
的专利文献公开的一种力传感器，以及公开号为
CN114981627A
的专利文献公开的一种力传感器设备及其组装方法，其都是采用圆环形结构，贴装小型应变计，该方案所采用的应变计尺寸小，贴装数量有限，故而无法覆盖整个应变区域，这会导致力传感器测试精度低，容易受到装配应力干扰；另一方面，该方案采用圆环形结构，整体外形尺寸较大，会增加汽车刹车系统的尺寸负担，且该力传感器结构中空，防水防尘设计困难
。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于电子机械制动系统的力传感器及制备方法，该力传感器的感压元件采用实心柱状结构，避免了水汽灰尘从传感器下方进入传感器内部；相较于圆环形结构，该方案的外形尺寸较小，可以任意装配于施力位点，具备更佳的适配性；敏感元件采用厚膜电路，并对厚膜电路版图进行设计，一方面可以将检测位点覆盖整个变形面，测试更加准确，另一方面控制了电阻阻值的范围，降低了标定的难度
。
[0005]具体而言，包括以下的技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种用于电子机械制动系统的力传感器，包括：
[0007]感压元件，包括压力端子，所述压力端子为实心柱状结构；
[0008]压接圆环，设置于所述压力端子上；
[0009]敏感元件，包括厚膜电路，设置于所述压力端子的顶部，用于将加载至其上方的力信号转化为电信号输出；
[0010]电路板，与所述厚膜电路电连接，用于对厚膜电路输出的电信号进行处理得到输出信号；以及
[0011]弹性元件，其一端与所述电路板电连接，所述弹性元件用于与外界接触产生变形力并作用于电路板上
。
[0012]在一些实施方式中，所述压力端子底部中央设置有圆形凸起结构，用于加载外界的力；圆形凸起结构外周设置有弧形内凹结构，用于集中应力，将加载于圆形凸起结构上的力集中传导至压力端子上方，进而传导至厚膜电路上
。
[0013]在一些实施方式中，还包括金属支撑环；所述压力端子顶部外圈为平面，其上方连接有压接圆环；压力端子顶部内圈设置有多个台阶结构，金属支撑环设置于所述台阶结构
上，所述电路板连接于所述金属支撑环上方
。
[0014]在一些实施方式中，还包括接插件外壳，所述接插件外壳将所述金属支撑环压装在所述压接圆环上，接插件外壳罩设于所述电路板
、
金属支撑环
、
厚膜电路以及弹性元件外，所述接插件外壳的上端设置有限位件，接插件外壳内设置有固定架，所述弹性元件的两端分别穿设于所述限位件以及固定架内
。
[0015]在一些实施方式中，所述电路板包括若干个焊盘以及若干洞，所述厚膜电路也设置有若干焊盘，通过导线穿过电路板的若干所述洞将电路板的焊盘与厚膜电路的焊盘电连接；若干个所述弹性元件下方的接触位点与电路板的焊盘一一对应接触
。
[0016]在一些实施方式中，所述厚膜电路从下往上依次设置有第一介质层
、
金属层
、
电阻层
、
第二介质层；
[0017]所述第一介质层的材料为高温玻璃，印刷于压力端子的中央上表面，用于提供绝缘的衬底结构；
[0018]所述金属层的材料为贵金属，印刷于第一介质层上方，用于构建电路逻辑；
[0019]所述电阻层的材料为金属氧化物，印刷于第一介质层
、
金属层的上方，部分区域覆盖于金属层上方，用于辅助构建电路逻辑，形成惠斯通电桥结构；
[0020]所述第二介质层的材料为低温玻璃材料，印刷于最上层，包覆电阻层的全部区域和金属层的部分区域，用于保护其下方的电阻层
。
[0021]在一些实施方式中，所述厚膜电路的若干焊盘形成于所述金属层的部分露出区域，其作为输入
/
输出端子与电路板实现电连接
。
[0022]另一方面，本专利技术还提供了一种所述的用于电子机械制动系统的力传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0023]S1、
压力端子表面处理；
[0024]对压力端子进行厚膜电路加工的一面进行表面喷砂处理；
[0025]S2、
制备第一介质层；
[0026]制备方法为厚膜电子浆料印刷
、
烧结，烧结温度为
700
‑
1000℃
；第一介质层用于实现其下方的压力端子与其上方的电阻层
、
金属层之间的电绝缘隔离；
[0027]S3、
制备金属层；
[0028]制备方法为厚膜电子浆料印刷
、
烧结，烧结温度为
700
‑
1000℃
；金属层用于实现厚膜电路的导体结构，焊盘层后续通过导线将厚膜电路与电路板实现电连接；
[0029]S4、
制备电阻层；
[0030]制备方法为厚膜电子浆料印刷
、
烧结，烧结温度为
700
‑
1000℃
；电阻层用于实现厚膜电路的电阻结构，电阻层与金属层结合，构成四组电阻，形成惠斯通电桥结构；所述四组电阻包括第一外层电阻
、
第二外层电阻
、
第一内层电阻
、
第二内层电阻；两组外层电阻的应力方向与两组内层电阻的应力方向相反；
[0031]S5、
制备第二介质层；
[0032]制备方法为厚膜电子浆料印刷
、
烧结，烧结温度为
500
‑
700℃
；第二介质层用于隔绝环境对金属层
、
电阻层的影响，第二介质层完全覆盖电阻层，覆盖部分金属层，未覆盖部分金属层和焊盘；
S2
‑
S5
工序完成，厚膜电路制备完成；
[0033]S6、
焊接压接圆环；
[0034]通过焊接方式实现压接圆环与制备完成厚膜电路的压力端子之间的机械连接；
[0035]S7、
焊接金属支撑环；
[0036]通过焊接方式实现金属支撑环与制备完成厚膜电路的压力端子之间的机械连接；
[0037]S8、
组装电路板；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于电子机械制动系统的力传感器，其特征在于，包括：感压元件，包括压力端子，所述压力端子为实心柱状结构；压接圆环，设置于所述压力端子上；敏感元件，包括厚膜电路，设置于所述压力端子的顶部，用于将加载至其上方的力信号转化为电信号输出；电路板，与所述厚膜电路电连接，用于对厚膜电路输出的电信号进行处理得到输出信号；以及弹性元件，其一端与所述电路板电连接，所述弹性元件用于与外界接触产生变形力并作用于电路板上
。2.
根据权利要求1所述的用于电子机械制动系统的力传感器，其特征在于，所述压力端子底部中央设置有圆形凸起结构，用于加载外界的力；圆形凸起结构外周设置有弧形内凹结构，用于集中应力，将加载于圆形凸起结构上的力集中传导至压力端子上方，进而传导至厚膜电路上
。3.
根据权利要求1所述的用于电子机械制动系统的力传感器，其特征在于，还包括金属支撑环；所述压力端子顶部外圈为平面，其上方连接有压接圆环；压力端子顶部内圈设置有多个台阶结构，金属支撑环设置于所述台阶结构上，所述电路板连接于所述金属支撑环上方
。4.
根据权利要求3所述的用于电子机械制动系统的力传感器，其特征在于，还包括接插件外壳，所述接插件外壳将所述金属支撑环压装在所述压接圆环上，接插件外壳罩设于所述电路板
、
金属支撑环
、
厚膜电路以及弹性元件外，所述接插件外壳的上端设置有限位件，接插件外壳内设置有固定架，所述弹性元件的两端分别穿设于所述限位件以及固定架内
。5.
根据权利要求4所述的用于电子机械制动系统的力传感器，其特征在于，所述电路板包括若干个焊盘以及若干洞，所述厚膜电路也设置有若干焊盘，通过导线穿过电路板的若干所述洞将电路板的焊盘与厚膜电路的焊盘电连接；若干个所述弹性元件下方的接触位点与电路板的焊盘一一对应接触
。6.
根据权利要求5所述的用于电子机械制动系统的力传感器，其特征在于，所述厚膜电路从下往上依次设置有第一介质层
、
金属层
、
电阻层
、
第二介质层；所述第一介质层的材料为高温玻璃，印刷于压力端子的中央上表面，用于提供绝缘的衬底结构；所述金属层的材料为贵金属，印刷于第一介质层上方，用于构建电路逻辑；所述电阻层的材料为金属氧化物，印刷于第一介质层
、
金属层的上方，部分区域覆盖于金属层上方，用于辅助构建电路逻辑，形成惠斯通电桥结构；所述第二介质层的材料为低温玻璃材料，印刷于最上层，包覆电阻层的全部区域和金属层的部分区域，用于保护其下方的电阻层
。7.
根据权利要求6所述的用于电子机械制动系统的力传感器，其特征在于，所述厚膜电路的若干焊盘形成于所述金属层的部分露出区域，其作为输入
/
输出端子与电路板实现电连接
。8.
一种根据权利要求1‑7任一项所述的用于电子机械制动系统的力传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
压力端子表面处理；对压力端子进行厚膜电路加工的一面进行表面喷砂处理；
S2、
制备第一介质层；制备方法为厚膜电子浆料印刷
、
烧结，烧结温度为
700
‑
1000℃
；第一介质层用于实现其下方的压力端子与其上方的电阻层
、
金属层之间的电绝缘隔离；
S3、
制备金属层；制备方法为厚膜电子浆料印刷
、
烧结，烧结温度为
700
‑
100...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓宇，宋琦琪，毕勤，王欢，
申请(专利权)人：无锡胜脉电子有限公司，
类型：发明
国别省市：