压力传感器设备及其组装方法技术

本申请公开了一种测量包括用于车辆流体在内的流体压力的压力传感器设备和组装测量流体压力的压力传感器的方法。压力传感器包括用于压力测量的MEMS模具。该MEMS模具附接在玻璃底座元件上。该底座元件经由能够附接在流体容纳腔压力端口的安装框架来机械保持在位。这里的技术提供了MEMS模具与压力传感器的坚固连接，同时从MEMS模具解除热膨胀应力。采用该解除技术，压力测量可靠性和精度都得以改善。由于从MEMS模具解除热膨胀应力，选择传感器密封材料主要考虑自身的鲁棒化学特性，而不是结构特征。这项技术还提供了精确，持久耐用并且成本效率高的压力传感器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本申请公开了一种测量包括用于车辆流体在内的流体压力的压力传感器设备和组装测量流体压力的压力传感器的方法。压力传感器包括用于压力测量的MEMS模具。该MEMS模具附接在玻璃底座元件上。该底座元件经由能够附接在流体容纳腔压力端口的安装框架来机械保持在位。这里的技术提供了MEMS模具与压力传感器的坚固连接，同时从MEMS模具解除热膨胀应力。采用该解除技术，压力测量可靠性和精度都得以改善。由于从MEMS模具解除热膨胀应力，选择传感器密封材料主要考虑自身的鲁棒化学特性，而不是结构特征。这项技术还提供了精确，持久耐用并且成本效率高的压力传感器。【专利说明】相关申请本申请与专利技术名称为“玻璃密封的压力传感器”(代理案卷编号SEN12-20(42843))，申请日与其为同一天的美国专利申请相关。该专利申请的整个教导和内容在这里通过引用的方式并入本说明书。
本申请涉及一种压力传感器设备，特别是一种用于确定流体压力变化的设备。
技术介绍
压力传感器通常测量流体例如气体或液体的绝对压力或相对压力。流体测量能够对不同的设备和系统进行准确的控制和监测。有多种传感器设备采用多种可用的动作机构来测量压力。例如，当前传感器设备可以使用压电，压阻，光学，电磁以及其他技术来测量压力。某些压力传感器可以制成很小的尺寸。例如，微机电系统(MEMS)目前用于压力传感器。MEMS传感器的主要功能是基于绝对压力或者压差输入,将压力信号转换为一个电输出信号，并连同提供一个基础电信号。该相对小的压力传感器在尺寸和重量是必要考虑因素的系统中很有用处。
技术实现思路
由于MEMS设备相对于传统压力传感技术占用空间较小,在压力传感器技术中使用MEMS技术非常有益处。因此，MEMS设备适用于对尺寸有限制的应用，例如包括双离合变速器(DCT)的汽车传动系。然而MEMS压力传感设备的挑战在于成本效率以及稳固的组装或包装。传统的MEMS压力传感器价格相对昂贵并且在某些操作条件包括高温，热膨胀以及化学劣化下损失精度甚至失效。例如，传统的MEMS压力传感器由于部件的数量和类型，以及使用贵金属例如金来改善粘合性而比较昂贵。MEMS传感元件应当用传感介质(例如流体或者油压)进行化学密封。同样地，采用不同金属制造的传统部件，热膨胀系数(CTE)之间会发生不匹配。这种不匹配的结果是由于热应力的建立和/或对MEMS传感元件施加了过量的膨胀应力造成热条件损坏化学密封。使用MEMS压力传感元件的一个挑战是确定如何将MEMS模具附接到基底上从而形成足够坚固的连接(物理附接)，同时保证准确的压力读数。坚固的连接和好的精度是互相抵触的。具有坚固的连接，往往存在相应的不希望的应力水平。例如，相对高的温度会引起穿过MEMS模具附接粘合剂的应力。坚固的连接将这些应力转移到模具，影响压力测量的精度。传统压力传感器使用合金底座，采用坚固的硬环氧树脂粘接到MEMS模具上。该合金的使用造价较高并且危害精度，因为合金材料和MEMS模具之间的热膨胀系数值差异很大。传统的MEMS模具还可以用一体的玻璃底座制造，在晶片制造过程中玻璃底座附接到MEMS模具上。该一体的玻璃底座相对造价高，并且通常要粘接到合金基底上。这里公开的技术提供了 MEMS模具和压力传感器之间的坚固连接，但是从MEMS模具解除热膨胀应力。采用这些解除技术，压力传感精度能超过99%。例如，这里的技术使用具有管子或者确定的流体管道的玻璃底座。另外，取代化学粘接金属底座到安装板上，这里采用安装框架的物理结构将玻璃底座机械保持到位。从安装框架的外侧可以接近玻璃底座的一部分，或者，玻璃底座的一部分从安装框架中凸出从而能够附接MEMS模具。然后使用玻璃胶将MEMS模具附接到玻璃底座上。玻璃胶形成坚固的连接，其热膨胀与玻璃底座和MEMS模具匹配。采用这种配置，安装框架的热膨胀就不再是问题，并且安装框架无需从与MRMS模具的热膨胀系数类似的材料中进行选择。采用这些技术，可以从安装框架的下方插入玻璃底座从而形成压缩密封。MEMS模具的附加可以在该插入或者部分穿过安装框架之前或者之后。比较而言，传统的传感器在安装板上方将合金底座粘接到开口上。然而采用这里的技术，安装框架结构自身通过使用凸缘，节气门，或者其它方式将玻璃底座定位，并且玻璃底座基本上处于安装框架下面，而不是附加到安装板上方。将玻璃底座机械保持，如这里公开的，所使用的能够将流体介质保持在压力传感器之外的粘合剂的选择必须具有化学鲁棒性，并且也有相对的柔性，因为该密封剂无需承受流体介质的机械力。一个实施例包括用于测量流体压力的压力传感器设备。该压力传感器设备具有若干个部件，包括能附接到流体容纳腔的压力端口上的安装框架或壳体。安装框架具有面向流体容纳腔的内侧，以及背离流体容纳腔的外侧。安装框架限定从内侧延伸到外侧的开口。另一个部件为底座元件，定位在开口处，使得底座元件与安装框架内侧的一部分相接触，从而安装框架防止底座元件完全穿过开口，就像从内侧移动到外侧。底座元件确定了一条流体通道，其完全穿过底座元件延伸。底座元件的位置使得可以从安装框架的外侧接近流体通道和底座元件的由流体通道穿出或者填入的表面部分。另一个部件是微机械系统(MEMS)模具或者在底座元件表面区域处附接到底座元件的元件。MEMS模具附接成使得当流体通道充满来自流体容纳腔的流体时，流体压靠MEMS模具从而监测流体压力。其他实施例中，底座元件，MEMS模具以及底座元件和MEMS底座之间的粘合材料具有大致匹配的热膨胀系数。另一个实施例中，刚性密封剂包括底座元件和MEMS模具之间的焊接用玻璃。刚性密封剂具有开口使得流体与MEMS模具的一部分接触，并且刚性密封剂防止流体流出压力传感器。另外，尽管这里每个不同的特征，技术，配置等可以在本说明书的不同地方进行讨论，其意图在于每个概念可以独立于彼此或者与彼此组合并来执行。相应地，本专利技术可以采用很多不同方式进行具体化以及看待。注意本专利技术的
技术实现思路
部分并不是用以具体说明每个实施例和/或本说明书或者所要求保护的每个具有新颖性的方面。而是在
技术实现思路
中仅提供不同实施方式和相对于传统技术的相应的新颖点的初步讨论。要想获得本专利技术和实施方式的额外细节和/或可能的看法，应当引导读者阅读【具体实施方式】部分和本说明书的相应附图，如下进一步讨论。【专利附图】【附图说明】前述及本专利技术的其他目标，特征和优点从下面优选实施例的更特定的说明，以及连同附图的说明中将会更清楚，其中整个不同的附图中相同的附图标记表示相同的部件。附图并不必按照标尺绘制，重点反而放在说明实施例、原理以及概念。附图1为根据这里实施例的压力传感器的横截面侧视图。附图2为根据这里实施例的压力传感器的示例性组件的分解透视图。附图3为根据这里实施例的压力传感器的顶部透视图。附图4为根据这里实施例的压力传感器的底部透视图。【具体实施方式】这里公开的技术包括用于压力传感器的系统和方法。这里的压力传感器可以用于测量不同类型的流体介质，包括但不限于，空气，油，水，燃料等。这里的实施例特别是用于测量含双离合变速器(DCT)汽车传动系中的油压。这里为了解释不同实施例的便利，本说明书将会主要参考与DCT—起使用的传感器设备。然而该应用并不是用于限定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量流体压力的压力传感器设备，所述压力传感器设备包括：安装框架，所述安装框架能够与流体容纳腔的压力端口附接，所述安装框架具有面向流体容纳腔的内侧，所述安装框架具有背离流体容纳腔的外侧，所述安装框架限定有从内侧延伸到外侧的开口；底座元件，所述底座元件定位在所述开口处并且与安装框架的内侧的一部分相接触，以便当压力施加在底座元件上时，安装框架防止底座元件完全穿过所述开口，所述压力源自所述内侧并且朝向所述外侧对底座元件施加，底座元件限定有延伸穿过底座元件的流体管道，底座元件定位成使得能够从安装框架的外侧接近流体管道以及底座元件的由流体管道穿出的表面区域；以及微机电系统(MEMS)模具，所述MEMS模具在底座元件的所述表面区域处附接到底座元件上，使得当流体管道内充满来自流体容纳腔的流体时，流体压靠MEMS模具。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·斯莱克霍斯特，G·克拉斯，E·霍普，A·范登博斯，W·霍普曼，
申请(专利权)人：森萨塔科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US