具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，复数形式“多个”的含义是包括二个或二个以上。如在本说明书中所使用的，“若干”的含义是数量不确定。

本发明的核心思想是提供一种压力传感器，基于压阻原理实现压力的测量，由此降低传感器对电介质的要求，从而降低密封要求，由此省去电路板，也可安装处理元件，从而实现压力的检测，这样做，可以简化压力传感器的电路结构，提高电路结构的可靠性，并降低制造成本。

具体的，本发明的压力传感器包括感测模块和处理模块，所述感测模块包括陶瓷膜片和测量元件，所述处理模块包括陶瓷基体和处理元件。所述测量元件安装在所述陶瓷膜片的上表面。所述处理元件安装在所述陶瓷基体的上表面。所述陶瓷膜片的上表面与所述陶瓷基体的下表面封接。且所述处理元件与所述测量元件通讯连接。实际应用时，通过所述陶瓷膜片感受介质的压力并产生形变，形变过程中，所述测量元件产生相应的电阻变化并将电阻变化以电信号的方式输出至所述处理元件，进而所述处理元件根据接收到的所述电信号即可获取相应的压力信息。

本发明所述“上表面”和“下表面”并非是对压力传感器的方位的限定。还应知晓，所述处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。所述处理元件可以采用现有的处理芯片，本领域技术人员可在本申请公开基础上结合本领域的公知常识能够知晓如何选择处理元件。而且处理芯片可以是一个或多个，具体根据测量需求进行设定。本发明对处理元件的封装方式也不作限定，以处理芯片来说，可以是标准的SSOP或QFN等形式封装的芯片，也可以是以裸片的方式集成在陶瓷基体上。另外，为了增强压力传感器的性能，所述陶瓷基体的上表面还安装有被动元件，所述被动元件主要是电阻、电容、磁珠、瞬态电压抑制管等外围电路元件，其设置可以增强压力传感器的性能，确保压力测量的可靠性。但本发明对于被动元件的具体数量、具体类型以及布局不作特别的限制，用户可以根据自身的需求来选择性设置，以满足各自的测量要求。另外，所述测量元件包括但不限于为惠斯通电桥，还可以是其他桥式电路，只要能够将陶瓷膜片的变形转换为电阻变化即可。在一个实施方式中，所述测量元件为惠斯通电桥，惠斯通电桥可以是半桥电路或全桥电路，且惠斯通电桥通过本领域技术人员公知的方式(包括厚膜印刷工艺和高温烧结固化工艺)固定到陶瓷膜片上。

本发明的压力传感器的应用场景不作限定，可以是车辆或其他有压力测量需要的设备上。为了更清楚的了解本发明，以下再结合附图和具体实施例对本发明提出的压力传感器作更详细的说明。

图1和图2分别示出了本实施例的压力传感器的装配结构和分解结构，具体的，本实施例提供一种压力传感器10，其包括感测模块和处理模块，其中所述处理模块包括陶瓷基体11和处理元件13，所述感测模块包括陶瓷膜片12和测量元件14。所述处理元件13安装在陶瓷基体11的上表面，所述测量元件14安装在陶瓷膜片12的上表面。所述陶瓷膜片12的上表面与陶瓷基体11的下表面封接(即陶瓷封接)，且封接之后，所述处理元件13与测量元件14通讯连接。

具体的测量原理是：通过陶瓷膜片12的表面感受介质压力而使陶瓷膜片12产生变形，且陶瓷膜片12的变形使测量元件14产生相应的电阻变化，且测量元件14自身将该电阻变化以电信号的方式输出至处理元件13，进而所述处理元件13根据接收到的所述电信号处理得到相应的压力信息。此处，所述处理元件13可以根据本领域技术人员公知的方式对接收到的电信号进行数字化处理而获取压力值，压力值可以是绝对压力值或压差值。其中电信号可以是电压信号或电流信号，优选电压信号。

在一实施方式中，所述陶瓷膜片12的下表面感受介质的第一压力，所述陶瓷膜片12的上表面可以感受介质的第二压力，从而所述测量元件14在所述陶瓷膜片12的下表面受到所述第一压力时产生第一电阻信息，并将所述第一电阻信息以第一电信号的方式输出至所述处理元件13，同时所述测量元件14在所述陶瓷膜片12的上表面受到所述第二压力时产生第二电阻信息，并将所述第二电阻信息以第二电信号的方式输出至所述处理元件13，所述处理元件13再根据接收到的所述第一电信号和所述第二电信号获取压差信息。

在另一实施方式中，所述陶瓷膜片12的上表面处于密封环境中，且所述陶瓷膜片12的下表面单独感受介质的第一压力，从而所述测量元件14在所述陶瓷膜片12的下表面受到所述第一压力时产生第一电阻信息，并将所述第一电阻信息以第一电信号的方式输出至所述处理元件13，所述处理元件13再根据接收到的所述第一电信号获取绝对压力信息。

因此，本实施例的压力传感器10可以实现相对压力或绝对压力的测量。与现有技术相比，本实施例的压力传感器10通过陶瓷膜片12受压变形而使测量元件14产生电阻变化，进而处理元件13根据测量元件14的电阻变化，即可得到所要检测的相对压力值或绝对压力值。由于该检测方式是基于压阻原理，因此，本发明的压力传感器10对电介质要求不高，故可以降低密封要求，从而可省去电路板(如陶瓷电路板、柔性电路板或PCB板等)，而直接在陶瓷基体11上安装处理元件13。这样做，压力检测的电路结构更简单，压力测量的可靠性也更高，而且压力检测成本低，同时也便于陶瓷膜片的两个表面都可以感受介质压力，从而可实现相对压力或绝对压力的测量，从而提高压力测量的灵活性，由此更好的满足各种测量需求。但本发明对陶瓷膜片12的厚度不作限制，其厚度根据压力传感器的量程进行选择，一般量程越大时选择的厚度越大，例如陶瓷膜片12的厚度可以是0.2mm、0.25mm、0.38mm或0.5mm。

进一步，所述压力传感器10还包括导电线路，通过导电线路，所述处理元件13实现与外部的通讯，以及与测量元件14的通讯，也实现被动元件的电连接。更进一步，所述导电线路包括第一导电层、第二导电层和第三导电层，所述第一导电层、所述第三导电层以及所述第二导电层依次电连接。其中，所述第一导电层与所述陶瓷基体11形成一体，并与所述处理元件13电连接，例如在陶瓷基体的上表面印制导线，或在陶瓷基体的内部印制导线，使陶瓷基体形成多层陶瓷结构；所述第二导电层直接形成在所述陶瓷膜片12的上表面，并与所述测量元件14电连接；所述第三导电层直接形成在所述陶瓷基体11的内部。由此，通过第一导电层、第二导电层和第三导电层，即可快速、简单地实现处理元件13和测量元件14之间的电连接，这样做，不需要单独走线和布线，从而可以简化电路结构，而且可提高电路结构的可靠性并进一步降低成本。

所述第一导电层具体包括若干导线，导线的具体数量不作限定。所述第一导电层的若干导线可通过厚膜印刷工艺印制于陶瓷基体11的上表面或陶瓷基体的内部，或者可通过高温共烧陶瓷工艺印制于陶瓷基体11的上表面或陶瓷基体的内部，又或者，通过低温共烧陶瓷工艺印制于陶瓷基体11的上表面或陶瓷基体的内部。也就是说，可通过本领域技术人员公知的制造工艺在陶瓷基体11的上表面或内部制备第一导电层的导线。

所述陶瓷基体11优选具有通孔111(或称过孔)，所述通孔111贯通所述陶瓷基体11的上表面和下表面，且所述通孔111内设置有第三导电层。所述通孔111的数量与测量元件14的输出端的数量相一致，例如测量元件14为惠斯通电桥时，惠斯通电桥的四个桥臂形成四个输出端，每个输出端通过第二导电层与第三导电层电连接。本实施例中，所述通孔111为四个，每个通孔111内设置有一个第三导电层，使每个输出端通过第二导电层与对应的一个第三导电层电连接。进一步的，所述第三导电层为导电材料，所述导电材料填充于所述通孔111内，导电材料可以是铜或金等，本发明对导电材料不作限定。在替代性方案中，所述第三导电层可以直接为导线(即电线)，直接固定在通孔111内。

所述第二导电层也包括若干导线，导线的具体数量不作限定。所述第二导电层的若干导线可先通过厚膜印刷工艺印制于陶瓷膜片12的上表面，而后高温烧结固化，将导线固化在陶瓷膜片12的上表面。本实施例中，所述测量元件14为惠斯通电桥，相应的，所述第二导电层包括若干电桥引线，更优选所述第二导电层还包括若干电桥焊盘，所述惠斯通电桥的每个桥臂的两端(即两个输出端)均连接一根所述电桥引线，每根所述电桥引线与对应的一个所述电桥焊盘电连接。同理，若干电桥引线先后通过厚膜印刷工艺和高温烧结固化工艺形成于陶瓷膜片12的上表面。每个电桥焊盘又与对应的一个第三导电层电连接，从而通过过孔内的导电材料或导线将测量元件14输出的信号传输至处理元件13，电路结构简单，组装方便。

继续参阅图1，所述导电线路还包括第四导电层，所述第四导电层直接形成在陶瓷基体11的上表面，所述处理元件13通过所述第四导电层实现与外部的通讯，例如与外部的输出端口连接。优选的，所述第四导电层包括若干引线焊盘112，引线焊盘112的数量可选为三个，其中一个用于接地，一个用于接电源，一个用于信号传输。更具体的，所述处理元件13处理后的信号通过第一导电层的若干导线传输至引线焊盘112。上述电桥焊盘和/或引线焊盘的形状不作限定，包括但不限于为圆形。此外，在替代性实施例中，所述第四导电层也可由插针替代，通过插针实现压力传感器与外部的通讯。

为了提高压力测量的准确性，所述感测模块还包括补偿电路，所述补偿电路设置在所述陶瓷膜片12上，优选设置在陶瓷膜片12的上表面，或者，所述补偿电路设置在陶瓷基体11上。所述补偿电路用于使所述测量元件14在所述陶瓷膜片11不受力时(即零压力)的输出偏置在预定值以下。进一步的，所述补偿电路包括至少一个补偿电阻R，如图2所示，其中在所述惠斯通电桥的至少一个桥臂端上并联或串联至少一个所述补偿电阻R，使得在零压力下惠斯通电桥的输出电压为零，使惠斯通电桥处于平衡状态。所述补偿电阻R可以印刷在陶瓷膜片12的上表面，也可以印刷在陶瓷基体11的上表面。优选的，在补偿电阻和电桥电阻的表面覆盖有保护层，可以保护惠斯通电桥以及补偿电阻不受到测量介质的影响，而确保测量的可靠性。所述保护层可选为玻璃釉，涂覆于补偿电阻和电桥电阻的表面。如前所述，补偿电阻R也可先后通过厚膜印刷工艺和高温烧结固化工艺固定。

所述处理模块还包括被动元件15，安装在陶瓷基体11的上表面并分布在处理元件13的周围。所述被动元件15主要是电阻、电容、磁珠、瞬态电压抑制管等外围电路元件，其设置可以增强压力传感器的性能，确保压力测量的可靠性。

继续参阅图2，在实际组装时，所述陶瓷基体11与所述陶瓷膜片12陶瓷封接在一起，且至少测量元件14位于陶瓷基体11和陶瓷膜片12之间，且陶瓷膜片12和陶瓷基体11之间形成有容置空间，使测量元件14直接位于容置空间内，从而为应变预留空间。优选地，所述容置空间居中设置，更优选的，所述容置空间还用于限制陶瓷膜片12向陶瓷基体11方向形变的位移量，从而确保陶瓷膜片12的有效性，避免形变过大而失效。

具体的，所述陶瓷基体11和陶瓷膜片12通过胶体16粘结在一起，更具体的实现方式为：在陶瓷膜片12的上表面或者陶瓷基体11的下表面通过厚膜印刷工艺印刷例如玻璃浆料，印刷后，通过高温烧结固化工艺将陶瓷膜片12和陶瓷基体11烧结固化在一起。优选的，在印刷玻璃浆料时，避让相应的电桥电阻、补偿电阻和通孔，使电桥电阻、补偿电阻和通孔不会被玻璃浆料覆盖。如图2所示，玻璃浆料固化后形成胶体16，且在胶体16上形成有破孔161，该破孔161居中设置用以避让惠斯通电桥，另外在破孔161的周围还形成有避让补偿电阻R的缺口162，以及避让通孔111的缺口163。破孔161、缺口162及163的形状均不限定，优选与需要避让的元件的形状相同。从而电桥引线焊盘通过缺口163与通孔111内的第三导电层电连接。应知晓，所述破孔161为前述容置空间的一部分。

参阅图3，所述陶瓷基体11的下表面形成有凹槽113，该凹槽113为盲孔，其深度限制了陶瓷膜片12形变的位移量。也就是说，凹槽113的深度根据压力传感器的量程确定，可选的，凹槽113的深度不超过0.5mm。可选的，凹槽113的形状为圆形，直径在3.0mm～10.0mm之间，例如直径可选3.0mm、4.0mm、8.0mm或10.0mm。进而，凹槽113与破孔161轴向对齐即可，即，凹槽113、胶体16、陶瓷膜片12和陶瓷基体11共同限定形成所述容置空间。

如前所述，本实施例的压力传感器10可以实现相对压力的测量，在此情况下，如图1、图2和图4所示，所述陶瓷基体11和陶瓷膜片12之间形成不完全密封的陶瓷封接结构，也即，所述容置空间存在与大气连通的开口17，使得容置空间的内部压力与环境压力相同，此方式使得压力传感器10能够直接测量相对压力。具体的，通过开口17，陶瓷膜片12的上表面能够感受介质的第二压力，同时陶瓷膜片12的下表面能够感受介质的第一压力。本实施例中，固化的胶体16上直接形成有与破孔161连通的开口17，而使容置空间与外部大气连通，此时破孔161的横截面为不闭合的面。进一步的，所述开口17可以是一个或多个，且开口的形状不作限定。

在其他实施例中，所述压力传感器10可以实现绝对压力的测量，此时，如图5所示，所述陶瓷基体11和陶瓷膜片12之间形成完全密封的陶瓷封接结构，即，在固化的胶体16上未形成与破孔161连通的开口，破孔161的横截面为闭合的面，从而使容置空间被完全密封并处于真空(完全真空或部分真空均可以)，由此使得陶瓷膜片12的上表面处于密封环境中，而通过下表面感受介质的第一压力。

综上，上述实施例对压力传感器的封接方式、以及导电线路的实现方式进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施例中所列举的方式，任何在上述实施例提供的方式基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。