CN102119333A - 具有装入传感器壳体中的芯片组件的电子传感器或传感器装置、尤其是加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
对于具有传感器壳体(16)的电子传感器或传感器装置、尤其是加速度传感器，在该传感器壳体中装有具有组件壳体(1)的芯片组件(2)，该组件壳体(1)具有侧向向外伸出的端子引脚(4)，这些端子引脚在其自由端部上分别具有一个逐渐变细部(3)。还设有至少一个金属的载体条(7)，该载体条在第一端部区域中被构造为插头触点(8)及在第二端部区域中对于至少一个端子引脚(4)分别具有一个弹簧夹紧接触部位(9)，该弹簧夹紧接触部位形成一个用于相应的端子引脚(4)的柔性的压入区。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有传感器壳体的电子传感器或传感器装置、尤其是加速度传感器，在该传感器壳体中装有芯片组件，其中，该传感器壳体具有插头触点，这些插头触点通过电连接与设置在芯片组件的组件壳体上的端子连接。
背景技术
一种这样类型的传感器，其中芯片组件无衬底或电路板地直接装入传感器壳体中，已经由DE 10 2006 037 691 A1公开。在此需要的是，在组件壳体本身中成形出压入区及在传感器壳体上成形出相应的压入引脚。
但是，与所述类型的现有技术不同，传感器制造的最流行的方式是通过标准SMD工艺将包含传感器芯片、ASIC(信号处理芯片)及必要时的无源部件的、具有SMD能力的组件壳体(该组件壳体在设计中面向标准芯片壳体，例如SOP)装配到电路板上。经插装的电路板随后通过键合过程或钎焊过程或冷触点接通技术(压入技术、裁剪夹紧等)被装配到一个之前已经制成的具有金属嵌入件的塑料壳体中。该传感器壳体(传感器的最终壳体)最后被盖封闭(粘贴、激光焊接等)或被填充材料浇注。一种这样类型的、被设置用于固定在衬底上的芯片组件例如由DE 10 2004 058 815 A1公开。在该技术方案中作为组件壳体的载体及必要时无源部件的载体需要电路板。这种技术及与之相关的装配工艺在当今决定性地决定着传感器的价格及可销售性，在钎焊技术未来向无铅焊接的发展/转变及与此相关的开发费用方面也是决定性的。
在组件壳体领域中公开了多种壳体和“引腿形状”。尤其是公开了作为组件壳体的双列直插壳体(DIP)，但是在其原始形式中并不具有设置用于“插入式装配”到金属化电路板孔中的端子引脚，而是具有设计用于目前常见的表面装配技术(SMD)的端子。
发明内容
根据本发明的电子传感器或传感装置在权利要求1中被描述特征。进一步构型和优选的措施由从属权利要求2至6得出。根据本发明的用于制造这样类型的传感器的方法在权利要求7中被描述特征。
在电学的传感器方面，本发明构建在这样的特征上，即组件壳体具有侧向向外伸出的端子引脚，这些端子引脚在其自由端部上分别具有一个逐渐变细部，及设有至少一个金属的载体条，该载体条在第一端部区域中被构造为插头触点并且在第二端部区域中对于至少一个端子引脚分别具有一个弹簧夹紧接触部位，这些弹簧夹紧接触部位形成一个用于相应的端子引脚的柔性压入区。在另外的根据本发明的方式中，在载体条中为各个不会被触点接通的端子引脚设有至少一个留空。
因此，根据本发明成功将可用标准工艺制成并标准化的组件壳体电和机械地可靠集成到可用户专用地制造的塑料壳体中。根据本发明，在传感器中不需使用铅。本发明建立在一个基于具有完整集成电路技术的、最小改型的标准双列直插封装(DIP)的整体的传感器方案上，该封装以压入技术被装配在弹簧触点载体上并且被再处理。根据该方案，本发明不需要电路板或衬底，这导致了成本降低。此外，在成本上起到积极作用的是这样的事实：根据本发明无需改变公知的DIP引线框的矩阵，由此可通过标准机器和模具来制造。由于仅在DIP引腿上有微小改变，能够用标准测量采集装置实现测量技术或补偿，使得并不出现昂贵的专门制造。
此外，由根据本发明在端子引脚方面得出的可变性可得到特别的优点，这些端子引脚的触点接通完全是期望的。为此仅压入那些对于电功能及机械固定必要的引腿。在载体条中为所有其它的端子引脚设有相应的留空。
根据本发明的一种被看作特别有利的实施形式，为了形成压入区，载体条在第二端部区域中比在第一端部区域中被向下压印到更小的厚度，这些压入区分别具有一个横向于载体条的纵向方向设置的、被设置用于接收相应的端子引脚的缝槽及两个横向支撑，其中，横向支撑一方面分别与缝槽的相对的侧面中的一个邻接并且另一方面分别与载体条中的一个留空邻接。压入区所需的柔性也可通过简单的冲压技术措施来实现。
根据一种有利的进一步构型，该载体条可通过材料、其厚度的选择以及通过缝槽和留空的布置和大小的选择来这样地设计，使得在端子引脚被压入时得到横向支撑的弹簧作用。
作为组件壳体可有利地使用一个成本合适的标准芯片壳体、尤其是双列直插壳体(DIP)，只要它具有能插入装配的端子引脚即可，或者只要-例如通过具有SMD能力的弯曲引脚的扳直-产生这样的端子引脚即可。
根据本发明的用于制造传感器或传感器装置的方法规定，借助压入技术将组件壳体装配到该或一些金属的载体条上，接着通过共同包封注塑用塑料将组件壳体和载体条嵌入传感器壳体中。
附图说明
下面借助附图详细地阐述本发明。其示出：
图1具有根据本发明改型的端子引脚的DIP组件壳体的不同视图，
图2在多个组件壳体的矩阵引线框复合结构中的在图1中示出的组件壳体，
图3根据本发明的载体条的俯视图及横截面图，
图4在连续带的符合结构中的在图3中示出的载体条，
图5根据本发明压入到两个载体条上的芯片组件的俯视图和横截面图，
图6用于说明载体条的压入区和压入过程的详细示图；
图7根据图5的被中间壳体包封注塑的装置的俯视图和横截面图，
图8最终的传感器壳体的不同视图，
图9最终的传感器壳体的其它示意图，
图10至12根据本发明传感器的、根据本发明的制造过程的不同阶段。
具体实施方式
图1从正面(图1A)、以俯视图(图1B)中及从侧面(图1C)示出了按照JEDEC标准化的双列直插封装(DIP)的视图，其分别具有四个从两条长边伸出的引脚4。芯片组件2的组件壳体1以传递模塑方法中本身公知的方式制造(材料：基于环氧树脂的模塑化合物)。该组件壳体1在结构化的引线框(电路载体)上包含微结构化的传感器芯片、ASIC和无源部件(全部在此未示出)。根据本发明作为唯一的变化，端子引脚4(“引腿”)的形状被稍微改型。该改型包括在各个引腿4自由端部上的至少一个逐渐变细部3。还有利的是止挡面5。芯片组件2的基底据此在所示出的实施形式中是双列直插结构形式的、符合JEDEC的标准组件壳体1，在该标准组件壳体中集成了完整的电路，即电路载体(结构化的引线框)、传感器芯片、ASIC及必要时的无源部件。但是，根据本发明的组件壳体1的这些连接引腿4通过引腿4端部的逐渐变细部3而变得更细。此外，与原来的DIP不同，从引腿4到壳体1的过渡部被无阶梯地布设。而是每个端子引脚4设有一个止挡面5。
引腿4的该改型以有利的方式不影响引线框复合结构中的栅距，不仅不在X方向上而且不在Y方向上影响。也可使用标准的分离式弯曲模具。因此，在公知的矩阵引线框结构内部的显示以及在标准机器上的制造都是可能的。
图2以引线框6的形式示出在多个组件壳体的复合结构中的、在图1中示出的DIP组件壳体1的示意图，更确切地说：矩阵引线框的部分。因为其几乎是标准组件壳体1，仅仅“引腿”4的最终形状被稍微改型，所以可用世界上的标准化方法实现在标准机器上的制造，这导致了显著的成本优势，因为可使用现有的生产线、现有的注射成型模具及分离式弯曲模具。
图3以两个视图示出了根据本发明的金属载体条7的示图(以俯视图并排地示出两个载体条，这些载体条分别负责与设置在DIP组件壳体1的同一侧上的端子引脚4的电和机械连接)。载体条7的厚度通过希望的用户接口来定义，在该例子中通过插头触点8的厚度0.6mm来定义。参见图4，原料带14(例如由CuSn6制成)在一侧(在此在图3中示出的载体条7的左端部区域)被向下压印到对于与DIP壳体1触点接通所必要的厚度。用于稍后接收DIP壳体1的夹紧弹簧触点9的结构被冲压到该向下压印出的带14中并且必要时被电镀涂层。
该金属载体条7根据本发明满足两个功能：
一方面实现插头触点接口。另一方面可借助压入技术(冷触点接通技术)电触点接通并且可靠地机械固定DIP组件壳体1。
第一功能通过相应的冲压模具并且通过适当地选择载体条7的厚度来保证。为第二功能设有一些弹簧触点夹紧部位9。原则上，标准的压入技术在此被颠倒：引脚被设计成坚固的，而压入区域被设计成弹性的或能夹紧的。这些引脚根据本发明是DIP组件壳体1的引腿4，而压入区域9通过载体条7的针对功能的布设表示。载体条7为此被向下压印到所需的尺寸并且通过冲压出的缝槽10实现了所需数量的弹簧夹紧接触部位9。在此，缝槽10由借助留空12和13构成的横向支撑11限界。
图4示出了在一个连续的带14(仅画出带14的一小段)中作为复合结构的根据本发明的载体条7的示图。以带14的形式可进行带电镀过程，也如其对于压入触点典型地设置一样。只有在最终装配中才通过冲压过程将载体元件7分成单个。因为冲压过程在带14中进行，所以被电镀涂层的表面也可局部地在插头引脚8上实现，也就是说与载体7的其余部分不同，以至于载体条7的这些区域可设有与它们各自的功能环境适配的表面。
图5示出了根据本发明构型的示图：DIP壳体1借助压入技术(或者说冷触点接通技术)与载体条7连接。(关于详细的过程也参见根据图6的详细示图)任选地可在载体条7上设置用于预固定DIP壳体1的侧导向装置，这些侧导向装置由弯曲过程实现。为了举例说明示出了一个八引脚的组件壳体1，使得为每个载体条7配置四个端子引脚4。如可见地，每个连接行中的两个中间的端子引脚4并不在压入区9中被触点接通，而是自由地延伸，也就是说无电接触地例如穿过留空13。所属的、在传感器正常运行中不被触点接通的端子引脚4仅在测试运行中需要。
在图6中可见，如在结构上及材料技术上相应设计的载体条7中那样，在弹簧夹紧接触部位9上通过压入过程产生相对于DIP壳体4的引腿4的弹簧夹紧作用。首先，DIP引腿4被穿入载体条7的一个缝槽10中。该DIP引腿4在进一步压入时与横向支撑11形成接触并且在该横向支撑上施加一个侧向指向的力，该力可使横向支撑由于其结构或者说由于留空12和13而部分地弹性地退让。最后，相应的端子引脚4被完全压入并且建立与载体条7的电及机械的可靠连接。
在根据图5和6插装中，引腿4的逐渐变细区域3位于载体条7中的为此设置的缝槽10中，因为引腿4在逐渐变细的区域3中的尺寸比缝槽10的宽度稍微更窄。通过施加力，引腿4被压入缝槽10中。由此实现了夹紧作用，因为引腿4在未逐渐变细的区域中宽于载体7中的缝槽10。在此，载体7必须允许横向支撑11的一定弹簧作用，这可毫不费力地通过相应的设计借助可供使用的参数来实现。
为了确保该机电的连接，载体条7被中间壳体15包封注塑，参见图7。为了将压入的DIP壳体1机械地固定在载体条7上及为了在随后的对围绕的传感器壳体(最终壳体)注塑成型时的应力去耦合，按照图5存在的构型被一个例如由部分柔性的材料(硅酮)制成的环绕的中间壳体15包封注塑。由在图7中选出的示图可见该中间壳体15的仅仅示例性的造型。该中间壳体15的制造所必需的注塑模具可用作压入过程的基础，其方式是“滑动元件”承担对力耦合输入的支撑，更下面参见图10。在注塑模具中，“滑动元件”也可同时承担中间壳体15的顶出功能。此外，该中间壳体15在应力去耦合方面在-以很高的压力(＞500巴)-用传感器壳体的塑料包封注塑时是有利的。
最后，载体条7和中间壳体15被这样地用一种塑料包封注塑，使得产生一个最终壳体(传感器壳体)16，该最终壳体包含插头接口8a(参见图8)和一个固定可能结构17。
图8以多个视图及以“透视图”示出了包含之前描述的结构的最终传感器壳体16的示意图。该形状被示例性地选出并且尤其适用于机动车加速度传感器。此外可看到装配引脚18。
图9示出了传感器的最终壳体16的其它示意图。为了能够将中间壳体15固定在最终壳体16的注塑模具中，在所示出的实施例中在该中间壳体15的上侧面上设有一个“具有中心空槽的附件”19。此外，其配对部件位于(未示出的)注塑模具中并且支持中间壳体15相对最终壳体16的精确定位。最终壳体16的注射点被这样选择(例如在套管之下)，使得注射塑料物正好向着接收面19挤压该中间壳体15。
图10至12示出了在制造时可能的工艺流程的不同阶段的示意图：
根据图10，首先将冲裁下的载体件7定位在下方的、供中间壳体15的制造使用的注塑腔21上方。滑动元件20位于该腔21中，这些滑动元件被移出到载体条7的高度上。
通过一个取放(pick & place)过程，借助真空抽吸装置22将DIP壳体1(参见图11，左边部分)相对载体条7定位并且插装(穿入)。
压入模具23(参见图11，右边部分)将壳体1或DIP引腿4压入到载体条7的弹簧元件9中。在压入过程中，注塑模具21中的“滑动件”20同时是用于(从上方)引入的压入力的“反向支承”。
压入模具23及对于接收力必要的滑动件20随后返回，参见图12左边部分，然后上注塑腔24封闭被设置用于制造中间壳体15的注塑模具，参见图12右边部分。
在注射物质及冷却之后，中间壳体15被完成。在此，滑动件20同时用作中间壳体15的从下注射腔21顶出的“顶出器”。
最后，包围的最终壳体16的包封注塑实现了在图8和9中示出的结果，其设定了插头接口8a和拧紧或装配可能结构17和18。
下面综合地再次说明本发明的一些重要优点：
由于DIP壳体1上的引腿长度实现了DIP组件壳体1与载体条7之间理想的应力去耦合。另一方面可得到整个传感器的非常小的传感器大小。装配过程被整体显著减少。因为不需要热装配或连接过程、熔焊、钎焊等，所以不会在DIP组件壳体上由连接技术引起热应力。因为壳体形状几乎不受限制，所以尤其是也可实现适用于机动车的传感器壳体。
此外，消除了可导电微粒的所谓“微粒问题”。由于根据本发明的装配，不用担心由焊球、熔剂剩余物、熔焊时的浓烟痕迹、导电银粘接(Silberleitkleben)时的粘接剂剩余物等引起的污染。
在使用传递模塑方法时(也就是说当最终壳体16由模塑化合物/环氧树脂制成时)，必要时可省去中间壳体15。
在很多传感器类型中，所有的传感方向可用同一个DIP组件壳体1简单地仅通过载体条位置的变化(0°-、45°-、90°-传感器等)来实现。
Claims (10)
1.电子传感器或传感器装置、尤其是加速度传感器，具有传感器壳体(16)，在该传感器壳体中装有芯片组件(2)，其中，该传感器壳体(16)具有插头触点(8)，这些插头触点通过电连接与设置在该芯片组件(2)的组件壳体(1)上的端子连接，
其特征在于，
-该组件壳体(1)具有侧向向外伸出的端子引脚(4)，这些端子引脚在其自由端部上分别具有一个逐渐变细部(3)，
-设有至少一个金属的载体条(7)，所述载体条在第一端部区域中被构造为插头触点(8)及在第二端部区域中对于至少一个端子引脚(4)分别具有一个弹簧夹紧接触部位(9)，该弹簧夹紧接触部位形成用于相应的端子引脚(4)的柔性的压入区，
-在所述载体条(7)中为各个不会被触点接通的端子引脚(4)设有至少一个留空(12，13)。
2.根据权利要求1的电子传感器或传感器装置，其特征在于，为了形成所述压入区，所述载体条(7)在第二端部区域中比在第一端部区域中被向下压印到更小的厚度，所述压入区分别具有一个横向于所述载体条(7)的纵向方向设置的、被设置用于接收相应的端子引脚(4)的缝槽(10)以及两个横向支撑(11)，这些横向支撑(11)一方面分别与所述缝槽(10)的相对侧面中的一个邻接并且另一方面分别与所述载体条(7)中的一个留空(12，13)邻接。
3.根据权利要求2的电子传感器或传感器装置，其特征在于，所述载体条(7)在材料、载体条的厚度方面以及通过所述缝槽(10)和所述留空(12，13)的布置和大小被这样地设计，使得在所述端子引脚(4)的压入过程中得到所述横向支撑(11)的弹簧作用。
4.根据权利要求1至3中任一项的电子传感器或传感器装置，其特征在于，所述组件壳体(1)是具有能插入装配的端子引脚(4)的标准芯片壳体、尤其是双列直插壳体(DIP)。
5.根据权利要求4的电子传感器或传感器装置，其特征在于，这些端子引脚(4)在所述逐渐变细部(3)与到所述组件壳体(1)的过渡部之间分别具有至少一个止挡面(5)或肩部，所述止挡面或肩部在所述端子引脚(4)被压入的情况下坐置于所述载体条(7)上。
6.根据权利要求1至5中任一项的电子传感器或传感器装置，其特征在于，所述载体条(7)的第二端部区域与以压入技术与该第二端部区域连接的芯片组件(2)一起被中间壳体(15)包封注塑，该中间壳体被装入所述传感器壳体(16)中。
7.用于制造根据权利要求1至6中任一项的电子传感器或传感器装置的方法，其特征在于，借助压入技术将所述组件壳体(1)装配到至少一个金属的载体条(7)上，接着通过包封注塑用塑料将组件壳体(1)和载体条(7)嵌入到传感器壳体(16)中。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，提供一个连续的带(14)，该带具有作为复合结构的多个载体条(7)，接着通过冲压过程将这些载体条(7)分成单个，接下来分别将所述组件壳体(1)装配到所述载体条(7)上。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，通过至少一个带电镀过程在所述载体条(7)或所述载体条的部分上产生被电镀涂覆的表面。
10.根据权利要求8或9的方法，至少具有以下步骤：
-将冲裁出的载体条(7)定位在注塑模具的一个设置用于制造中间壳体(15)的下注塑腔(21)上方，其中，在该腔(21)中设有滑动元件(20)，这些滑动元件移出到所述载体条(7)的高度上，
-将所述组件壳体(1)定位、插装并且接着借助压入模具(23)压入到所述载体条(7)中，其中，通过所述滑动元件(20)支撑力耦合输入，
-使所述压入模具(23)和所述滑动元件(20)返回，以及合上所述注塑模具的上注塑腔(24)，
-通过包封注塑用塑料制造所述中间壳体(15)，
-通过借助一个另外的注塑模对所述中间壳体(15)和所述载体条(7)的插头触点(8)的包封注塑来制造所述传感器壳体(16)。
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