CN101366117A - 用于小型封装速度传感器的芯片置于引线框上的方法 - Google Patents

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Abstract

一种传感器封装装置，其包括支承一个或多个电气构件的引线框衬底，该一个或多个电气构件连接至引线框衬底上并定位在引线框衬底上。还提供了将电气构件电连接至引线框衬底的多个丝焊件，其中引线框衬底由热固性塑料封闭以保护多个丝焊件和至少一个电气构件，从而提供包括引线框衬底、(多个)电气构件和丝焊件的传感器封装装置，并且同时消除了对印刷电路板(PCB)或陶瓷衬底取代引线框衬底作为传感器封装装置的部件的需要。还可提供用于保持(多个)电气构件至引线框衬底的连接的导电环氧树脂。该电气构件可例如构成IC芯片和/或感测元件(例如，磁阻构件)或感测裸芯。

Description

用于小型封装速度传感器的芯片置于引线框上的方法
技术领域
本发明实施例大体涉及感测器件及方法。本发明实施例还涉及速度传感器。本发明实施例另外还涉及汽车系统中使用的涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器在发动机中用于通过增大气缸的气流注入来支持增多的燃料注入，从而改善发动机的输出功率。涡轮增压器是人们熟知的用于对进入内燃机的燃烧室的进气进行加压以由此增大发动机的效率和功率输出的装置。通常，对进气进行加压将增大进气冲程期间进入发动机气缸的空气量，这可允许更多的燃料得到利用，从而建立希望的空气燃料比。因此，增大可利用的发动机输出扭矩和功率。
在涡轮增压发动机中，发动机的排气歧管经由排气导管流体地联接至涡轮增压器的涡轮构件，并且流过排气导管的排气致使涡轮机内的涡轮机叶轮以排气的压力和流速所确定的速度旋转。在涡轮增压器的压缩机构件内的压缩机叶轮机械地联接至涡轮机叶轮，并且因此由涡轮机叶轮旋转地驱动。压缩机的入口接收新鲜的周围空气，压缩机的出口经由进气导管流体地联接至发动机的进气歧管。压缩机叶轮的旋转驱动动作将增大供应至进气导管的进气量，由此在其内导致增大的压力或所谓的“升压”。
随着越来越来复杂的涡轮增压器及相关汽车构件的发展，开始需要例如用于柴油发动机和汽油发动机中的涡轮增压器速度传感器的极小封装设计。当前的涡轮增压器速度传感器主要用于实验室环境或者非常局限地用于涡轮增压器壳体的中心位置。相反地将速度传感器定位在涡轮增压器的压缩机壳体上可利用传感器操作的较低温度。这种压缩机壳体定位意味着传感器可检测压缩机叶轮当其在涡轮增压器中以高RPM旋转时的速度。这种布置还意味着需要穿透压缩机壳体的孔或传感器钻孔，用于使传感器表面非常接近压缩机叶轮的鳍状物(fin)。
由于压缩机叶轮和压缩机壳体被加工成具有紧密的精度并且压缩机叶轮经过适当地平衡，所以附加的传感器钻孔和传感器必须实现最小的操作影响。为了尽可能地防止扰乱以高RPM旋转的压缩机叶轮和压缩机壳体内的气流，应以尽可能紧凑和小型的配置来构造速度传感器封装。为了将传感器安装或装设在较小型的涡轮增压器上，也希望使用小型的速度传感器封装。
涡轮增压器的压缩机侧上大约190℃的较低温度允许所有的集成电路(IC)及信号调节电子器件封装在一起并利用热塑性塑料包覆成型(over molded)为带有整体式连接器的单个封装。这种构造消除了对用于远程定位相关电气构件的抽头(pigtail)式或线束式传感器的需要。因此，单个集成封装可减少所需构件的数量以及相关的材料成本和原本在抽头式传感器中所需要的制造工艺。因此，整体连接器式传感器可允许通过消除在抽头式传感器中必需的多个互连装置来增强密封能力。
在现有技术的传感器封装中，通常将感测裸芯(die)封闭(encapsulate)在带有外部引线的热固性封装中。然后，将所获得的IC封装与其他电子器件一同放置在衬底上(例如，PCB或陶瓷)。然后，将衬底附连至由用于保护的热固塑料所封闭的某种塑料承载件上，然后再次利用热塑性塑料包覆成型，以提供带有整体式连接器的最终传感器封装。因此，需要将允许相比于常规传感器封装技术和装置小很多的传感器封装的传感器封装和装置。应相信的是，本文所述的传感器封装方法和装置能够解决这种持续的需要。
发明内容
提供以下概要以便于理解所公开的实施例所特有的某些创新性特征，并且不意图作为完整的阐述。通过整体地参照全部说明书、权利要求书、附图及摘要，可完整地理解这些实施例的各个方面。
因此，本发明一个方面是提供一种改进的传感器。
本发明的另一方面是提供一种改进的速度传感器封装。
本发明的又一方面是提供改进的涡轮增压器速度传感器及其封装装置。
按照本文阐述可实现上述的方面及其他目的和优点。本发明公开了一种传感器封装装置和方法，其包括支承一个或多个电气构件的引线框衬底。通常，这种电气构件连接至引线框衬底上并定位在引线框衬底上。还提供了将电气构件连接至引线框衬底的多个丝焊件(wirebond)，其中引线框衬底由热固性塑料封闭以保护该多个丝焊件和至少一个电气构件，由此提供包括引线框衬底、(多个)电气构件和丝焊件的传感器封装装置，并且同时消除了对印刷电路板(PCB)或陶瓷衬底取代引线框衬底作为传感器封装装置的部件的需要。还可提供导电的环氧树脂，用于保持(多个)电气构件至引线框衬底的连接。由热塑性塑料所封闭的引线框衬底包括用于构造所述传感器封装装置的热固性塑料承载件。例如，这些电气构件可构成IC芯片和/或感测元件(例如磁阻构件)或感测裸芯。
附图说明
附图进一步地对实施例进行表示并与具体实施方式一同用于解释本文公开的实施例，在附图中，在各个视图中相似的参考编号表示相同的或功能类似的元件，该附图并入说明书且形成其一部分。
图1A和1B分别表示可根据实施例实施的引线框构造的顶视图和侧视图；
图2表示可根据实施例实施的热固性封装布置的透视图；
图3表示根据实施例的速度传感器封装装置的底部透视图，其包括磁体；
图4表示第二层包覆成型物400的透视图，其可用来保持根据实施例的涡轮增压器速度传感器封装装置；
图5表示可根据图4所示实施例实施的安装螺栓；
图6表示可根据图4实施例实施的加工衬套；
图7表示根据实施例的装设在涡轮增压器中的传感器的透视图；
图8表示根据优选实施例的传感器封装装置及其引线框衬底的一部分的详细视图。
具体实施方式
这些非限制性实例中所论述的具体值和构造可以变化，且仅仅用于表示至少一个实施例而并非意图限制本发明的范围。
图1A和1B分别表示可根据一个实施例实施的引线框衬底100的顶视图101和侧视图103。应注意的是，在引线框衬底100的侧视图101和103中，相同的或类似的部件或元件通常由相同的参考编号表示。因此，引线框衬底100可例如用来保持集成电路(IC)芯片104和/或磁阻元件102(例如，GMR或AMR换能器)以及耦合电容器106和108。磁阻元件102可例如构成感测元件或感测裸芯。除了多个焊珠(bead)114和116(统称为118)以外，引线框衬底100还可保持IC芯片。芯片102可例如为ASIC。引线框衬底100还可保持一个或多个滤波电容器110和112。另外，还存在从引线框衬底100构造的多个引线框端子214，216和218。上述构件和引线框衬底100可在结合涡轮增压器使用的速度传感器中实施。
图2表示可根据实施例实施的热固性传感器封装装置220的相应的“以前”透视图201和“以后”透视图203。应注意的是，在视图201和203中，相同的或类似的部件或元件通常由相同的参考编号表示。另外，在图1-2中，相同的或类似的部件或元件也由相同的参考编号表示。在“以前”视图201中，引线框衬底100保持速度传感器壳体208，速度传感器壳体208包括塑料肋条206以及用于热塑性包覆成型的定位销202。
速度传感器壳体208还可提供突出部分204，在该突出部分204内可相对于感测元件或感测裸芯102和/或IC芯片104保持磁体。图2中所示箭头205指示从“以前”视图201到“以后”视图203的过渡。如“以后视图”所示，多个端子210从速度传感器壳体208突出，而且可形成包括端子214，216和218的连接条(tie bar)212。连接条212的形成可基于90度弯曲的构造并且还取决于设计方面的考虑。一般来说，上述构件与速度传感器壳体208一同形成了速度传感器封装装置220。
图3表示根据实施例的速度传感器封装装置220的底部透视图301，其包括磁体302。应注意的是，在图1-3中，相同的或类似的部件或元件通常由相同的参考编号表示。在某些实施例中，可为了关于传感器封装装置220的速度传感器壳体20的定向或布置来校准磁体302。可移动磁体302，直到获得所希望的磁阻桥接电路输出。可将塑料轨道304和306与速度传感器壳体208集成在一起，以便限制磁体302垂直于由传感器壳体208形成的传感器的运动。速度传感器封装装置220可基本为速度传感器壳体208和引线框端子214，216和218。可将磁体302接合至热固性沟槽308，该热固性沟槽由轨道304和306限定并由传感器壳体208构造而成。
图4表示第二层包覆成型物400的透视图，其可用来保持根据实施例的涡轮增压器速度传感器封装装置。应注意的是，在图1-4中，相同的或类似的部件或元件通常由相同的参考编号表示。包覆成型物200可由一个或多个O形环403和热塑性构件404构成。还可结合加工衬套600提供连接机构或构件406，本文将在图6中更加详细地显示加工衬套。图4所示的第二层包覆成型物通常围绕并包裹上文关于图1-3所示的传感器封装装置220。因此，包覆成型物400形成了改进的速度传感器的大体轮廓，该改进的速度传感器保持在包覆成型物400中并由其保持。因此，图4中所示的参考编号400不仅可用来表示包覆成型物，而且还可用来表示速度传感器，该包覆成型物可包括上文所述的传感器封装装置220。
图5表示可根据图4所示实施例实施的安装螺栓500。类似地，图6表示可根据图4实施例实施的加工衬套600。安装螺栓500可具有螺纹锁定特征，而加工衬套500可取决于设计方面的考虑而由黄铜构成。图7表示根据实施例的装设在涡轮增压器700中的传感器400的透视图。
应注意的是，磁体302的定向和位置对于小型传感器结构以及涡轮增压器速度传感器应用所需的性能是重要的。由于有限的空间和封装限制，磁体302可采用半圆柱形磁体，该磁体可配合在小直径内并为信号强度提供尽可能大的表面积。例如，图1A-1B中所示的磁阻(MR)感测元件102通常对磁体302在两个平面内的移动敏感。因此，为了实现最佳的信号强度，可进行本文所述的校准程序，以便将磁体302放置在最强传感器性能的“理想(sweet)”地点。可将磁体302附连至速度传感器壳体208(即热固性封装)，该速度传感器壳体208通过使用可UV固化的环氧树脂来容纳MR感测元件102，直到进行最终封装包覆成型。
为了寻找性能最佳的所谓的“理想”地点，可进行映射程序，其可相对于MR感测元件102对磁体302进行非常精确地定位。然后，可将磁体302和配合的热固性封装(例如，传感器壳体208)固定在适当位置，并且磁体302可移动离开热固性封装，磁体302可例如使用带有步进式马达控制的映射装置在两个平面内非常精确地移动。该映射可通过磁体302来完成，从而包括磁体302在其传感器壳体208或热固性封装上的整个可能行程。
然后，可对所获得的数据进行分析以确定最佳“理想”地点。然后，磁体302可移动离开传感器壳体208或热固性封装和放置于热固性封装上的可UV固化的环氧树脂滴。然后，磁体302可移动返回到热固性封装，从而移动该环氧树脂并在磁体302与热固性封装或壳体208之间形成薄的环氧树脂层。然后，可利用UV光暂时地将磁体锁定在适当位置。随后，可例如采用成批固化的方式在热塑性包覆成型之前最终地固化该环氧树脂。
图8表示根据优选实施例的传感器封装装置200及其引线框衬底100的部分800的详细视图。应注意的是，在图1-8中，相同的或类似的部件或元件通常由相同的参考编号表示。通常，可通过在感测裸芯102和/或IC芯片104与引线框衬底100之间使用导电环氧树脂，将感测裸芯102和/或IC芯片104保持在引线框衬底100上的适当位置处。类似地，取决于设计方面的考虑，也可使用这种导电环氧树脂将磁阻构件102保持在引线框衬底100上的适当位置处。多个丝焊件804，806，808，810在相应的连接器826，828，830，832处将构件或感测裸芯102电连接至引线框衬底100。类似地，多个丝焊件812，814，816，818，820，822和824在相应的连接器834，836，838，840，842，844和846处将IC芯片104电连接至引线框衬底100。
因此，引线框衬底100支承多个电气构件，诸如，例如感测裸芯102和/或IC芯片104。IC芯片104和/或感测裸芯102可连接至引线框衬底100上并定位在引线框衬底100上。丝焊件812，814，816，818，820，822和824和/或804，806，808，810分别将IC芯片104和/或磁阻构件102电连接至引线框衬底100，其中引线框衬底100由热固性塑料所封闭，以保护812，814，816，818，820，822和824及/或804，806，808，810以及电气构件102，104，由此形成上文所述的传感器封装装置220，并且消除了对印刷电路板(PCB)或陶瓷衬底取代引线框衬底100作为传感器封装装置220的部件的需要。
可以以类似的方式将所有信号调节电子构件放置在同一引线框衬底100上，由此消除了对PCB(印刷电路板)或陶瓷衬底的需要。然后，可通过上文所述的热固性塑料封闭承载所有IC和电气构件的引线框衬底100，以形成最终的封装传感器220。
实施本文所述实施例可获得若干优点。例如，例如在涡轮增压器的压缩机壳体侧上的大约190℃的较低温度允许所有集成电路(IC)和信号调节电子器件都封装在一起，并利用热塑性塑料包覆成型为带有整体式连接器的单个封装。这消除了对用来远程定位相关电气构件的所谓的“抽头”式或线束式传感器的需要。因此，本文所述的单个集成封装可减少所需构件的数量以及相关的材料成本和在“抽头”式传感器中所需要的制造工艺。整体式连接器的使用通过消除了在传统的“抽头”式传感器中使用的多个互连装置而允许增强密封。
根据本文公开的装置和方法，通过将感测元件102和/或IC芯片104直接放置在引线框衬底100上，可完成尺寸小很多的封装。例如，可以以相同的方式将所有其他信号调节电子构件放置在同一引线框衬底100上，由此消除了对PCB或陶瓷衬底的需要。这也消除了对电子器件上的额外的封闭厚度的需要，由此提供更小的封装尺寸。应注意的是，适于用来构造涡轮增压器速度传感器的相同的芯片置于引线框上(chip on lead frame)的方法也可用于多种其他传感器应用，以便减少构件和实现小的封装尺寸。
应理解的是，上文公开的内容的变型及其他特征和功能或其替代形式可以满意地组合到很多其他不同的系统或应用中。还应理解的是，本领域技术人员可对本发明做出各种目前未预测或未预计的替代形式、修改、变型或改进，其也由权利要求所包括。

Claims (11)

1.一种传感器封装装置，其包括：
引线框衬底，其支承至少一个电气构件；
至少一个电气构件，其连接至并定位在所述引线框衬底上；
多个丝焊件，其将所述至少一个电气构件电连接至所述引线框衬底上，其中，所述引线框衬底由热固性塑料所封闭以保护所述多个丝焊件和所述至少一个电气构件，从而提供包括所述引线框衬底、所述至少一个电气构件和所述多个丝焊件的传感器封装装置，并且同时消除了对印刷电路板(PCB)或陶瓷衬底取代所述引线框衬底作为所述传感器封装装置的部件的需要。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于保持所述至少一个电气构件至所述引线框衬底的连接的导电环氧树脂。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，由所述热塑性塑料所封闭的所述引线框衬底包括用于构造所述传感器封装装置的热固性塑料承载件。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个电气构件包括IC芯片。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述IC芯片包括ASIC。
6.一种传感器封装装置，其包括：
引线框衬底，其支承至少一个电气构件；
至少一个电气构件，其连接至并定位在所述引线框衬底上；
多个丝焊件，其将所述至少一个电气构件电连接至所述引线框衬底上；和
导电环氧树脂，其用于保持所述至少一个电气构件至所述引线框衬底的连接，其中，所述引线框衬底由热固性塑料所封闭以保护所述多个丝焊件和所述至少一个电气构件，从而提供包括所述引线框衬底、所述至少一个电气构件和所述多个丝焊件的传感器封装装置，并且同时消除了对PCB或陶瓷衬底取代所述引线框衬底作为所述传感器封装装置的部件的需要。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少一个电气构件包括IC芯片，所述IC芯片包括ASIC，所述至少一个电气构件包括感测裸芯。
7.一种用于形成传感器封装装置的方法，其包括：
提供支承至少一个电气构件的引线框衬底；
分别将至少一个电气构件定位在所述引线框衬底上并连接至所述引线框衬底上；
将多个丝焊件电连接至所述至少一个电气构件和所述引线框衬底上；以及
利用热固性塑料封闭所述引线框衬底以保护所述多个丝焊件和所述至少一个电气构件，从而提供包括所述引线框衬底、所述至少一个电气构件和所述多个丝焊件的传感器封装装置，并且同时消除了对印刷电路板(PCB)或陶瓷衬底取代所述引线框衬底作为所述传感器封装装置的部件的需要。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供用于保持所述至少一个电气构件至所述引线框衬底的连接的导电环氧树脂。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个电气构件包括IC芯片。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述IC芯片包括ASIC。
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