CN101275860A - 传感器设备 - Google Patents

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CN101275860A
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    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
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Abstract

一种传感器设备，包括由树脂制成的传感器主体，容纳在传感器主体中且由被配置成检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号的电子器件构成的电子电路，用于将电子电路电连接到外部设备的连接器端子。端子由传感器主体支撑，且具有位于传感器主体外的第一端部和位于传感器主体内的第二端部。电子器件在物理上和电上被直接连接到端子的第二端部。电子器件和端子的第二端部被一体成型在传感器主体中。

Description

传感器设备
技术领域
本发明涉及检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号的传感器设备。
技术背景
在与JP-A-2005-135850相对应的美国2005/0092422中公开的碰撞检测传感器设备包括传感器主体、容纳在传感器主体中的电子电路、以及用于将电子电路电连接到外部设备的连接器端。
电子电路检测由于碰撞导致的加速度，并输出表示所检测的加速度的传感器信号。电子电路包括印刷电路板和安装在印刷电路板上的电子器件。连接器端子被一体成型在由树脂制成的连接器外壳中。电子电路容纳在传感器主体的腔中，并通过导线被电连接到连接器端子的一端。
因为电子器件是通过印刷电路板被固定在一起并被电连接在一起的，所以上述传感器设备需要印刷电路板。印刷电路板的使用导致传感器设备的组件数量的增加。因此，传感器设备的制造成本也增加。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种不使用印刷电路板而构造的传感器设备。
根据本发明一方面，传感器设备包括由树脂制成的传感器主体，容纳在传感器主体中且包括至少一个电子器件的电子电路，其中所述至少一个电子器件被配置成检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号，以及用于将电子电路电连接到外部设备的导电端子。端子由传感器主体支撑，且具有位于传感器主体外的第一端部和位于传感器主体内的第二端部。电子器件在物理上和电上被直接连接到端子的第二端部。电子器件和端子的第二端部被一体地密封在传感器主体中。
根据本发明的另一方面，传感器设备包括传感器主体，容纳在传感器主体中且包括至少一个电子器件的电子电路，其中所述至少一个电子器件被配置成检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号，以及用于将电子电路电连接到外部设备的导电端子。端子由传感器主体支撑，且具有位于传感器主体外的第一端部和位于传感器主体内的第二端部。电子器件被直接固定到传感器主体且被电连接到端子的第二端部。
根据本发明的又一方面，传感器设备包括传感器主体，容纳在传感器主体中且包括多个电子器件的电子电路，其中所述多个电子器件被配置成检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号，以及用于将电子电路电连接到外部设备的导电端子。端子由传感器主体支撑，且具有位于传感器主体外的第一端部和位于传感器主体内的第二端部。电子器件中的至少一个被直接固定到传感器主体且被电连接到端子的第二端部。其余电子器件被直接固定到电子器件中的所述至少一个且被电连接到端子的第二端部。
附图说明
通过以下参照附图的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更明显。在附图中：
图1是示出根据本发明第一实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图2是示出除去了盖子的图1的传感器设备的后视图的图；
图3是示出根据本发明第二实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图4是示出除去了盖子的图3的传感器设备的后视图的图；
图5是示出根据本发明第三实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图6是示出除去了盖子的图5的传感器设备的后视图的图；
图7是示出根据本发明第四实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图8是示出图7的传感器设备的前视图的图；
图9是示出根据本发明第五实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图10是示出图9的传感器设备的前视图的图；
图11是示出根据本发明第六实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图12是示出图11的传感器设备的前视图的图；
图13是示出根据本发明第七实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图14是示出图13的传感器设备的前视图的图；
图15是示出根据本发明第八实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图16是示出图15的传感器设备的前视图的图；
图17A是示出图15的传感器设备的电子电路的前视图的图，图17B是示出沿图17A的线XVIIB-XVIIB取得的横截面视图的图；
图18是示出根据本发明第九实施例的传感器设备的横截面视图的图；
图19是示出除去了盖子的图19的传感器设备的后视图的图；以及
图20是示出根据本发明变形的除去了盖子的传感器设备的后视图的图。
具体实施方式
参照图1和2，根据本发明第一实施例的加速度传感器设备1包括加速度感测装置100，电容器101、102，传感器主体103，盖子104，连接器端子105-108，以及导电板109、110。
感测装置100检测加速度并输出表示所检测的加速度的传感器信号。感测装置100是容纳在陶瓷封装中的半导体芯片。电容器101、102允许感测装置100操作。感测装置100和电容器101、102构成电子电路。
传感器主体103由树脂制成且具有腔103a，感测装置100和电容器101、102容纳在该腔103a中。盖子104由树脂制成且具有板状形状。腔103a的开口被盖子104盖住使得腔103a被密封。如在图1、2的上部所示，传感器主体103可具有安装孔(mounting hole)。例如，传感器设备1可通过使用安装孔而被安装到车辆上，以检测由于车辆的碰撞引起的加速度。
连接器端子105-108由金属板以预定形状形成。连接器端子105-108将通过感测装置100和电容器101、102构成的电子电路电连接到外部设备。
具体地，连接器端子105-108被一体地固定到传感器主体103，且具有从传感器主体103向外延伸的第一端部和位于腔103a内的第二端部。传感器主体103具有连接器外壳103b，连接器端子105-108的第一端部被连接器外壳103b包围。连接器端子105-108的第二端部具有暴露于腔103a的前侧以及与前侧相对的且固定到腔103a的底壁(bottom wall)的后侧。如图1所示，感测装置100通过焊料被直接固定到连接器端子105-108的第二端部的前侧。这样，感测装置100在物理上和电上被直接连接到连接器端子105-108。电容器101、102通过焊料被直接固定到连接器端子107的第二端部的前侧。这样，电容器101、102在物理上和电上被直接连接到连接器端子107。
导电板109、110以预定形状形成。导电板109、110具有暴露于腔103a的前侧和与前侧相对且被固定到腔103a的底壁的后侧。感测装置100和电容器101、102通过焊料被直接固定到导电板109、110的前侧。这样，感测装置100和电容器101、102在物理上和电上被直接连接到导电板109、110。
通过这种方式，感测装置100和电容器101、102通过连接器端子105-108的第二端部和导电板109、110被固定在一起并且被电连接在一起，从而构成位于腔103a中的电子电路。因为盖子104密封腔103a，所以电子电路可以被保护以免受到由于灰尘、水等引起的损坏。
如上所述，根据第一实施例的传感器设备1，感测装置100和电容器101、102在物理上和电上被直接连接到连接器端子105-108和导电板109、110。在这种方案下，感测装置100和电容器101、102可不使用印刷电路板而被固定在一起并被电连接在一起。因此，与使用印刷电路板的传统传感器设备相比，传感器设备1可以以低成本制造。
现在参照图3和4，根据本发明第二实施例的加速度传感器设备2包括加速度感测装置200，电容器201、202，传感器主体203，盖子204，连接器端子205-208，以及导电板209、210。第一和第二实施例之间的不同如下。
感测装置200具有暴露于传感器主体203的腔203a的前侧和与前侧相对的通过粘合剂被固定到腔203a的底壁的后侧。感测装置200的前侧设置有电极盘(electrode pad)。如图4所示，连接器端子205-208的第二端部和导电板209、210通过接合线(bonding wire)211被电连接到感测装置200。电容器201、202被焊接在连接器端子207的第二端部和导电板209、210上。容纳感测装置200和电容器201、202的腔203a填充有树脂凝胶(resin gel)，且腔203a的开口用盖子204盖住以密封该腔203a。
如上所述，根据第二实施例的传感器设备2，感测装置200被直接固定到传感器主体203，且通过接合线211电连接到连接器端子205-208和导电板209、210。电容器201、202在物理上和电上被直接连接到导电板209、210。在这种方案下，感测装置200和电容器201、202可不使用印刷电路板而在物理上和电上被连接在一起。因此，与使用印刷电路板的传统传感器设备相比，传感器设备2可以以低成本制造。
现在参照图5和6，根据本发明第三实施例的加速度传感器设备3包括加速度感测装置300，电容器301、302，传感器主体303，盖子304，以及连接器端子305-308。第二和第三实施例之间的不同如下。
电容器301、302具有暴露于传感器主体303的腔303a的前侧和与前侧相对的通过粘合剂固定到腔303a的底壁的后侧。电容器301、302的前侧设置有电极盘。如图6所示，电容器301、302通过接合线311电连接到感测装置300，并通过接合线311电连接在一起。
如上所述，根据第三实施例的传感器设备3，感测装置300和电容器301、302被直接固定到传感器主体303，并通过接合线311电连接到连接器端子305-308。在这种方案下，感测装置300和电容器301、302可不使用印刷电路板而在物理上和电上连接在一起。因此，与使用印刷电路板的传统传感器设备相比，传感器设备3可以以低成本制造。
参照图7和8，根据本发明第四实施例的加速度传感器设备4包括加速度感测装置400，电容器401、402，传感器主体403，连接器端子405-408，以及导电板409、410。第一和第四实施例之间的不同如下。
与第一实施例相同，感测装置400被焊接在连接器端子405-408的第二端部上。这样，感测装置400在物理上和电上被直接连接到连接器端子405-408。电容器401、402被焊接在连接器端子407的第二端部的前侧。这样，电容器401、402在物理上和电上直接连接到连接器端子407。感测装置400和电容器401、402被焊接在导电板409、410上。这样，感测装置400和电容器401、402在物理上和电上被直接连接到导电板409、410。通过这种方式，感测装置400和电容器401、402通过连接器端子405-408的第二端部和导电板409、410而被电连接在一起，从而构成电子电路。
与第一实施例不同，传感器主体403不具有用于容纳感测装置400和电容器401、402的腔。感测装置400，电容器401、402，连接器端子405-408的第二端部以及导电板409、410被一体成型在传感器主体403中。具体地，感测装置400，电容器401、402，连接器端子405-408的第二端部以及导电板409、410以与制造传感器主体403的材料相同的材料而成型。例如，传感器主体403可由聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneterephthalate，PBT)制成。连接器端子405-408的第一端部被暴露于传感器主体403外部并且从传感器主体403向外延伸。传感器主体403限定用于容纳连接器端子405-408的第一端部的连接器外壳403b。
如上所述，根据第四实施例的传感器设备4，感测装置400，电容器401、402，连接器端子405-408的第二端部，以及导电板409、410被一体成型在传感器主体403中。在这种方案下，感测装置400，电容器401、402，连接器端子405-408，以及导电板409、410之间的电接点(electricaljunction)(即焊接点)可得到确定的保护。
参照图9和10，根据本发明第五实施例的加速度传感器设备5包括加速度感测装置500，电容器501、502，传感器主体503，连接器端子505-508，以及导电板509、510。第四和第五实施例之间的不同如下。
在第五实施例中，感测装置500，电容器501、502，连接器端子505-508的第二端部和导电板509、510被封装在成型用树脂(molding resin)部件512中，且成型用树脂部件512被一体成型在传感器主体503中。成型用树脂部件512由与制作传感器主体503的材料不同的材料制成。例如，传感器主体503由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)制成，而成型用树脂部件512由具有大于或等于8千兆帕(GPa)的杨氏模量和与感测装置500、电容器501、502、连接器端子505-508以及导电板509、510的线膨胀系数近似相等的线膨胀系数的树脂制成。例如，成型用树脂部件512可由具有小于或等于20ppm/℃的线膨胀系数的树脂制成。
如上所述，根据第五实施例的传感器设备5，感测装置500，电容器501、502，连接器端子505-508的第二端部和导电板509、510被封装在成型用树脂部件512中。当成型用树脂部件512一体成型在传感器主体503中时，成型用树脂部件512有助于防止压力和热被施加给感测装置500、电容器501、502、连接器端子505-508以及导电板509、510之间的电接点(即焊接点)。
成型用树脂部件512由具有大于或等于8GPa的杨氏模量的树脂制成。在这种方案下，所施加的压力和热可被大大减少。此外，成型用树脂部件512由线膨胀系数近似等于感测装置500、电容器501、502、连接器端子505-508以及导电板509、510的线膨胀系数的树脂制成。在这种方案下，感测装置500、电容器501、502、连接器端子505-508以及导电板509、510之间的电接点可被保护以免受到由于感测装置500、电容器501、502、连接器端子505-508以及导电板509、510的热变形而引起的热应力。
参照图11和12，根据本发明第六实施例的加速度传感器设备6包括电容器601、602，传感器主体603，连接器端子605-608，导电板609、610，以及加速度感测芯片613。第五和第六实施例之间的不同如下。
如在第一实施例中所述，前述实施例中的每一个感测元件是容纳在例如由陶瓷制成的封装中的半导体芯片。相反，本实施例的感测芯片613是没有被容纳在封装中的半导体芯片。感测芯片613直接固定到连接器端子607的第二端部，并通过接合线611电连接到导电板609、610和连接器端子605-608的第二端部。
与第五实施例相同，电容器601、602，连接器端子605-608的第二端部，导电板609、610和感测芯片613被封装在成型用树脂部件612中，且成型用树脂部件612被一体成型在传感器主体603中。例如，传感器主体603由PBT树脂制成，且成型用树脂部件612由具有大于或等于8GPa的杨氏模量和小于或等于20ppm/℃的线膨胀系数的树脂制成。
参照图13和14，根据本发明第七实施例的加速度传感器设备7包括感测装置700，电容器701、702，传感器主体703，连接器端子705-708，导电板709、710。第五和第七实施例之间的不同如下。
在第五实施例中，感测装置500，电容器501、502，连接器端子505-508的第二端部，以及导电板509、510被封装在成型用树脂部件512中，且成型用树脂部件512被一体成型在传感器主体503中。相反，在本实施例中，感测装置700，电容器701、702，连接器端子705-708的第二端部和导电板709、710容纳在由树脂制成的电路盒(circuit casing)714中，且电路盒714一体成型在传感器主体703中。
如上所述，根据本发明第七实施例的传感器设备7，感测装置700，电容器701、702，连接器端子705-708的第二端部和导电板709、710容纳在电路盒714中。因此，与第五实施例的成型用树脂部件512相同，当电路盒714被一体成型在传感器主体703中时，电路盒714有助于防止压力和热被施加给感测装置700、电容器701、702、连接器端子705-708以及导电板709、710之间的电接点(即焊接点)。
参照图15-17B，根据本发明第八实施例的加速度传感器设备8包括感测装置800，电容器801、802，传感器主体815，连接器端子805-808，以及导电板809、810。第一和第八实施例之间的不同如下。
传感器主体815包括底部815a和顶部815b。感测装置800和电容器801、802通过连接器端子805-808的第二端部和导电板809、810被固定在一起且被电连接在一起，从而构成电子电路817。如图17所示，连接器端子805-808和导电板810通过由树脂制成的固定部件816固定在一起。如图15所示，固定部件816以如此方式固定到底部815a，使得连接器端子805-808的第一端部延伸到连接器外壳815c中。电子电路817容纳在腔815d中，当传感器主体815的顶部和底部815a、815b接合到一起时形成该腔815d。
如上所述，根据第八实施例的传感器设备8，感测装置800和电容器801、802在物理上和电上直接连接到连接器端子805-808和导电板809、810，以构成电子电路807。在这种方案下，感测装置800和电容器801、802可不使用印刷电路板而被固定在一起并电连接在一起。因此，与使用印刷电路板的传统传感器设备相比，传感器设备8可以以低成本制造。此外，传感器主体815被分成底部和顶部815a、815b，且电子电路817通过使用固定部件816被固定到传感器主体815。在这种方案下，可容易地组装传感器设备8。
参照图18和19，根据本发明第九实施例的加速度传感器设备9包括感测装置918，电容器901、902，传感器主体919，盖子904，以及连接器端子905-908。第三和第九实施例之间的不同如下。
感测装置918具有暴露于传感器主体919的腔919a的前侧和与前侧相对的通过粘合剂被直接固定到腔919a的底壁的后侧。感测装置918的前侧设置有迹线图案(trace pattern)和电极盘。电容器901、902被直接固定到感测装置918并被电连接到感测装置918的迹线图案。感测装置918的电极盘通过接合线911电连接到连接器端子905-908。这样，电容器901、902通过感测装置918的迹线图案和接合线911电连接到连接器端子907。腔919a的开口被盖子904盖住，使得腔919a可被密封。
如上所述，根据第九实施例的传感器设备9，感测装置918被直接固定到传感器主体919，并通过接合线911电连接到连接器端子905-908。电容器901、902被直接固定到感测装置918，并通过感测装置918的迹线图案和接合线911电连接到连接器端子905-908。在这种方案下，感测装置918和电容器901、902可不使用印刷电路板而被固定在一起并被电连接在一起。因此，与使用印刷电路板的传统传感器设备相比，传感器设备9可以以低成本制造。
可以以各种方式来修改上述实施例。例如，如图20所示，在第八实施例中，感测装置918可通过引线(lead)920而不是接合线911电连接到连接器端子905-908。引线920可以由薄金属板制成。
这种变化和修改将被理解为在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种传感器设备，包括：
传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)，由树脂制成；
电子电路，容纳在所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)中且包括至少一个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)，所述至少一个电子器件被配置成检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号；以及
导电端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)，用于将所述电子电路电连接到外部设备，所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)由所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)支撑，且具有位于所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)外的第一端部和位于所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)内的第二端部，
其中，电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)在物理上和电上被直接连接到所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部，且，
其中，所述电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)和所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部被一体地密封在所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)中。
2.根据权利要求1的传感器设备，还包括：
树脂部件(612)，所述电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)和所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部被一体地密封在所述树脂部件(612)中，
其中，所述树脂部件(612)被一体成型在所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)中。
3.根据权利要求2的传感器设备，
其中，所述电子电路包括在物理上和电上直接连接到所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部的多个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)，且
其中，所述多个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)和所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部被一体地密封在所述树脂部件(612)中。
4.根据权利要求2的传感器设备，
其中，所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)由第一类型的树脂制成，且
其中，所述树脂部件(612)由与制作传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)的第一类型的树脂不同的第二类型的树脂制成。
5.根据权利要求2的传感器设备，
其中，所述树脂部件(612)由具有大于或等于8Gpa的杨氏模量和小于或等于20ppm/℃的线膨胀系数的树脂制成。
6.根据权利要求1的传感器设备，还包括：
盒(714)，用于容纳所述电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)和所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部，
其中，所述盒(714)被一体成型在所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)中。
7.一种传感器设备，包括：
传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)；
电子电路，容纳在所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)中，且包括至少一个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)，所述至少一个电子器件被配置成检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号；以及
导电端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)，用于将所述电子电路电连接到外部设备，所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)由所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)支撑，且具有位于传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)外的第一端部和位于传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)内的第二端部，
其中，所述电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)被直接固定到所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)且被电连接到所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部。
8.一种传感器设备，包括：
传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)；
电子电路，容纳在所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)中，且包括多个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)，所述多个电子器件被配置成检测物理量并输出表示所检测的物理量的传感器信号；以及
导电端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)，用于将所述电子电路电连接到外部设备，所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)由所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)支撑，且具有位于所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)外的第一端部和位于所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)内的第二端部，
其中，所述多个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)中的至少一个被直接固定到所述传感器主体(103，203，303，403，503，603，703，815，919)且被电连接到所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部，且，
其中，所述多个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)中的其余电子器件被直接固定到所述多个电子器件(100-102，200-202，300-302，400-402，500-502，601，602，613，700-702，800-802，901，902，918)中的所述至少一个，且被电连接到所述端子(105-108，205-208，305-308，405-408，505-508，605-608，705-708，805-808，905-908)的所述第二端部。
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