CN103900628B - 传感器系统和用于传感器系统的遮盖装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器系统和用于传感器系统的遮盖装置。传感器系统包括具有外面的传感器装置，至少一个电检验触头布置在外面上，还有遮盖装置，它至少部分具有电绝缘材料且与传感器装置机械连接，遮盖装置构造使其覆盖传感器装置的电检验触头，从而防止从传感器系统外部将至少一个电检验触头触点接通。在用于带有传感器装置的传感器系统的遮盖装置中，传感器装置具有外面，至少一个电检验触头布置在外面上，遮盖装置至少部分具有电绝缘材料且被构造使得在遮盖装置与传感器装置机械连接时覆盖传感器装置的至少一个电检验触头，从而防止从传感器系统外部将至少一个电检验触头触点接通，遮盖装置具有至少一个连接器件以将传感器系统安装在其它物体上。

Description

传感器系统和用于传感器系统的遮盖装置
技术领域
本发明涉及一种传感器系统和一种用于传感器系统的遮盖装置。
背景技术
多芯片封装结构（没有专用的软件控制）在当前为现有技术且例如被安装在智能手机中。不过这些传感器（多芯片封装结构或单系统）始终向外具有电触头，传感器在其制造后可以在这些电触头上被测试和校准（在它们被安装在智能手机中之前）。紧接着这些传感器在智能手机中被焊接到这些电触头上。
在自主的传感器系统中，受制造限制，在壳体的至少一侧上存在电触头用于测试和校准。最终用户直接调用这些电触头。
发明内容
在这个背景下，用本发明设想了按独立权利要求的一种传感器系统和一种用于传感器系统的遮盖装置。有利的设计方案由各从属权利要求和接下来的说明书得出。
按本发明的传感器系统提供的优势在于，不能从传感器系统的外部调用在传感器装置完成期间或完成之后对功能性测试有生产限制的电触头或不能与这些电触头接触。也就是说，换句话，通过在传感器装置上设置按本发明设计的遮盖基板，可以以十分简单且成本低廉的方式保护传感器装置的电检验触头以及因而保护传感器装置或整个传感器系统都不被最终用户调用，从而防止了对总系统的未经授权的操作。此外，按本发明的遮盖基板也保护集成的电子器件不会例如基于潮湿（冷凝水）而短路。在具有永久地产生电流的例如集成的能量采集装置的能量自主的传感器系统的情况下，遮盖基板例如也保护最终用户免于可能的电击。
按本发明的遮盖基板提供了在外来物体上的一种固定可行方案，由此实现了一种极为灵活、成本低廉和小型的传感器系统。这种措施允许了例如构造成多芯片传感器的传感器装置的统一的生产，因为通过选出各单独制造的遮盖装置才确定了针对目标应用的固定可行方案，由此又进一步降低了总系统的成本。
传感器系统可以涉及一种能量自主的传感器，其可以与其它的设备例如在网络中无线地通信。传感器装置可以具有例如用于探测在窗框上的窗户位置的加速传感器和/或例如用于探测在柜子后的霉菌的湿度传感器。
按照本发明，电检验触头指的是一种电触头，可以通过这种电触头在传感器装置的制造过程期间或结束之后检查传感器系统或传感器装置的功能性。在此，传感器装置涉及一种可交付运行的经测试的以及可能时已在出售的传感器。
在此，遮盖装置优选在使用构造和连接技术的公知方法的情况下与传感器装置成本低廉地以及小型地机械地连接。构造和连接技术作为微电子器件和微系统技术的一个领域包括全部的工艺和用于安装微电子部件所需的设计工具。例如金属丝接合技术、TAB（卷带式自动接合）、覆晶技术（Flip-Chip-Techik）、粘接、阳极接合、钎焊技术、回流钎焊方法（SMT表面贴装技术）和波钎焊方法属于连接技术。属于构造技术的例如有层工艺、薄层技术、层修正、层结构化、层涂敷、激光过程和分离。
有利的是，遮盖装置具有内面，内面面朝具有至少一个检验触头的外面并且在内面上布置着至少一个第一金属化结构，其中，第一金属化结构与电检验触头中的至少一个机械地连接。在此，形式为“假焊盘”（dummy-pad）的第一金属化结构可以被构造成钎焊点或构造具有导电胶。这种措施提供了遮盖基板在传感器装置上的简单的固定可行方案。此外，金属化结构也可以作为最后的电连接例如为了双侧的太阳能电池的触点接通而被切断，从而这样闭合用于传感器系统的电路。此外，金属化结构还可以延伸进入遮盖基板的内部并且以功能性的导线环的形式例如构造成天线结构。天线结构在此可以大部分布置在遮盖基板的内部并且仅通过布置在遮盖基板的内面上的较小的那部分与传感器装置连接，以便由此进一步简化传感器系统的复杂性。
此外有利的是，在具有至少一个检验触头的外面上还布置着至少一个电连接触头，以及遮盖装置被这样构造，使得电连接触头的至少一个可以从传感器系统的外部被电触点接通。在此，连接触头当然不是检验触头，因此功能性测试借助连接触头被排除。有利的是，遮盖装置具有至少一个第一凹部和/或至少一个通孔触通结构（Durchkontaktierung），其与电连接触头中的至少一个电连接，以便实现从传感器系统的外部的电触点接通。通过这种措施可以设置从传感器系统的外部就能触点接通的导电的通道，这些通道是强制性必需的，以便例如给蓄电池充电或提供用于系统更新的接口。
此外还有利的是，传感器装置具有传感器基板，传感器基板形成了具有至少一个检验触头的外面，以及遮盖装置具有带有与外面对应的第一区段的遮盖基板，其中，遮盖装置的第一区段和具有至少一个检验触头的外面至少部分相互连接。在此，传感器和/或ASIC可以布置在具有金属化结构的基板上并且例如通过模塑和/或（金属或塑料制的）罩与环境隔绝，从而仅在基板外侧上布置检验触头。遮盖基板可以例如也借助印制电路板工艺例如用标准材料如FR4、Hoch-TG FR4或BT制造。由此可以提供一种紧凑的、有待简单地制造的传感器系统。
此外还有利的是，遮盖装置具有第二区段，第二区段与第一区段邻接且横向于外面地至少部分包围传感器装置。通过这种措施提供了对传感器系统的通过遮盖装置的侧向保护。
此外有利的是，传感器装置和/或遮盖装置具有蓄能单元和/或能量转换单元，借助其可以向传感器装置提供能量。由此可以实现一种有自己的能量供应装置的极为紧凑的传感器。
还有利的是，能量转换单元包括光伏电池和/或热电发电机且遮盖装置具有至少一个相应的第二凹部，以便能让光束和/或热量进入。通过这种措施可以多样地使用传感器系统且可以利用来自其周边环境的光能或热能生成能量。
此外有利的是，在第二凹部中至少部分装入一种透明的保护层和/或一种能导热的材料。遮盖装置在此可以布置成具有居中布置的凹部的四边形的环。在光伏电池的情况下，可以在第二凹部中安装一种透明的保护层，该保护层保护光伏电池不受机械影响（撞击、刮擦），但也保护光伏电池不受环境影响（湿度）。保护层在此可以构造成玻璃薄板、膜或胶并且通过粘接、刮墨或印刷施加。在热电发电机的情况下，可以在第二凹部中置入一种能导电的材料，以便提高热电发电机的效率。此外，可以设热结构，以便排出热电发电机的热量，因为热电发电机的效率取决于在上侧和下层之间的温度差。
此外有利的是，传感器装置和/或遮盖装置具有集成的线路，尤其是无线的通信单元以用于传递数据。通过这种措施可以使传感器系统与其它设备，尤其是在网络中，例如通过因特网进行通信且将数据，尤其是传感器数据传递给这些设备。
此外还有利的是，传感器装置具有至少一个入口以及遮盖装置具有至少一个与该入口对应的第三凹部。通过这种措施可以使流体和/或辐射和/或声音进入传感器装置，以及由此将传感器系统设计成例如湿度传感器、气体传感器和/或声学的传感器。
此外，特别有利的是，遮盖装置和/或传感器装置具有至少一个连接器件，以便能将传感器系统安装到其他物体上。连接器件然后可以设计成抽吸式底脚、粘接面、搭扣、静电垫或磁体。由此随应用的不同提供例如到窗户、供暖装置、地毯、地板、木制物品等上的不同的固定可行方案。例如（微型）底脚对平滑的表面，如窗户、地板或供暖装置而言是合理的。反之，（微型）针则可以用于固定到地毯上。粘接面在此提供用于固定到表面上的其它可行方案，但磁体也允许了用可能时简单的位置切换可行方案固定到金属的表面上，如供暖装置、金属灯或金属窗框上。对特别小的传感器系统来说，也可以考虑静电垫。如前所述，按本发明在遮盖基板上设置固定器件实现了一种极为灵活的、成本低廉的以及小型的传感器系统。这种措施允许了例如被构造成多芯片传感器的传感器装置的统一的生产，因为通过选出各自的单独制造的遮盖装置才确定了用于目标应用的固定可行方案。
当然，前述的以及接下来还要阐释的特征不仅可以使用在所说明的组合中，还可以使用在其它组合中或单独使用，而不会脱离本发明的框架。
附图说明
接下来借助选出的一些实施例并结合附图详细说明和阐释本发明。附图中：
图1a和1b示意性示出了按本发明的不带遮盖装置的传感器系统的传感器装置；
图2a至2c示出了按本发明的传感器系统的第一种实施例；
图3a至3c示出了带金属化结构的按本发明的传感器系统的第二种实施例；
图4a至4c示出了具有凹部的另一个按本发明的实施例；
图5a至5c示出了具有通孔触通结构的另一个按本发明的实施例；
图6a和6b示出了具有侧向保护的另一个按本发明的实施例；
图7a至7c示出了具有光伏电池的另一个按本发明的实施例；
图8a和8b示出了具有热电发电机的另一个按本发明的实施例；
图9a和9b示出了具有入口的另一个按本发明的实施例；
图10a至10d示出了具有连接器件的按本发明的遮盖装置的一些实施例。
具体实施方式
为了更好地理解，在图1a和1b中示出了不带遮盖装置的按本发明的传感器系统10的传感器装置12。传感器装置12具有带内面20和外面28的传感器基板16。在传感器基板16的内侧20上布置着一个传感器22。传感器22在此可以具有一个传感器元件，该传感器元件例如被构造成温度传感器、力传感器或加速传感器。此外，在内侧20上还布置着一个蓄能单元24。蓄能单元24通过接合金属丝26与传感器22连接。取代蓄能单元24或除了蓄能单元24外，也可以如接下来详细阐释的那样设一个无线的通信单元46。
包覆材料27布置在传感器基板的内面20上并且包覆传感器22、接合金属丝26和例如可以构造成电池的蓄能单元24。包覆材料27此外还包覆传感器基板16的内面20的露出的区域。可以这样选择包覆材料27的层的厚度，使得构件22、24完全被包覆材料27包围。包覆材料27可以随实施形式的不同例如构造成浇铸材料或模塑材料，但也可以构造成例如由金属或塑料制成的罩。通过包覆材料27可以以简单的方式形成一个用于构件22、24或用于传感器装置12的壳体。
在传感器装置12的由传感器基板16形成的外侧28上布置有若干检验触头30。检验触头30在此通过金属化结构18与布置在传感器基板16的内面20上的结构元件，也就是说传感器22和电池24电连接。如本文开头提到的那样，检验触头30用于在传感器系统完成之前，也就是说在检验触头30被按本发明的以及接下来说明的遮盖装置遮盖之前，检查传感器装置12的功能性。
在图2a至2c中示出的按本发明的传感器系统的第一个实施例总体上用附图标记10标注。传感器系统10在此具有在图1a和1b中示出的传感器装置12以及按本发明的遮盖装置14。在图2a中示出了一种布置，在该布置中，传感器装置12和遮盖装置14尚未相互连接，也就是说，在遮盖装置14与传感器装置12的连接步骤之前。
在所示的实施形式中，遮盖装置14具有遮盖基板32。遮盖基板32在此可以借助印制电路板技术制造。在此，可以例如使用标准材料，如FR4、Hoch-TG FR4或BT。但要注意的是，针对遮盖装置14也可以使用预模塑壳体、模塑互连器件（MID）或液晶聚合物（LCP）。遮盖基板32此外还具有触头承接部34。触头承接部34布置在遮盖装置14或遮盖基板32的内面36上。此外，遮盖装置还具有若干连接器件38。连接器件38被布置在遮盖装置14或遮盖基板32的外面40上。在此要注意的是，连接器件38对按本发明的传感器装置10而言不是强制必需的。
图2b示出了在已组装好的状态下，也就是说在检验传感器装置12和遮盖装置14与传感器装置12连接之后的按本发明的传感器系统10。在此，遮盖装置14优选在使用构造和连接技术的公知的方法下机械地与传感器装置12连接。在此，传感器装置12的外面28尤其与遮盖装置14的内面36相互连接。如此外由图2b可知的那样，触头承接部34用于承接检验触头30，以便确保遮盖装置14更好地定位在传感器装置12上。
在图2c中示出了遮盖装置14或遮盖基板32的具有四个连接器件38的外面40。遮盖装置14在此具有正方形的形状。
图3a至3c示出了按本发明的传感器系统10的另一个实施例，其中，取代触头承接部34的是设置第一金属化结构42。如由图3b可知，在传感器装置10完成之后，第一金属化结构42与检验触头30连接。第一金属化结构42因此以“假焊盘”的形式作为钎焊点用于遮盖基板14与传感器装置12的连接。此外，第一金属化结构42也可以被构造成一个或多个电连接结构43，它们在遮盖基板14与传感器装置12连接或检验触头30与第一金属化结构42连接时闭合用于传感器装置12的电路。第一金属化结构42此外也可以构造成功能性的电线或导线环，例如构造成天线结构或构造成EMV保护装置。金属化结构42在此可以延伸进入遮盖基板32的内部。天线结构在此可以大部分都被布置在遮盖基板32的内部并且仅通过布置在遮盖基板32的内面36上的较小的那部分与传感器装置12连接。
图4a至4c示出了按本发明的传感器系统10的另一个实施形式。与前述实施例相反的是，传感器装置12具有若干连接触头48。连接触头48和检验触头30一样被布置在传感器装置12或传感器基板16的外面28上。连接触头48在此通过金属化结构18与蓄能单元24以及附加地设置的无线的通信单元46连接。无线的通信单元46在此布置在传感器基板16的内面20上并且与传感器22和蓄能单元24电连接。因为与检验触头30相反的是连接触头48可以从传感器系统10的外部被接近，所以遮盖装置12具有第一凹部44。第一凹部44因此允许了导电地接近连接触头48，以便例如给蓄能单元24充电或提供一个用于无线的通信单元46的更新的接口。
在图4c中示出了传感器装置10的底视图，由此可知，遮盖装置12具有正方的环形。
与在图4a至4c中所示的实施例类似，在图5a至5c中示出的按本发明的传感器系统10的实施例，取代第一凹部44的是具有通孔触通结构50，它们从遮盖装置14的内面36延伸至遮盖装置14的外面40并且与连接触头48电连接和机械连接。通过这种措施，连接触头48同样可以从传感器系统10的外部被电接触。
在图6a和6b中示出了图3a至3c的实施例，其中，设置了针对传感器系统10的一种附加的侧向保护。在此，遮盖装置14具有第一区段52，其形成遮盖装置14的内面36且与外面28或在外面28上的检验触头30连接。在传感器装置12的侧向，遮盖装置14还额外具有一个第二区段54。第二区段54在此布置成与第一区段52邻接并且构造成侧向的突起。由此形成了一个传感器装置承接部55，其与传感器装置12的外面28相匹配。如由图6b可知，传感器装置12被布置在传感器装置承接部55中并且因此受到优选在侧向完全围住传感器装置12的区段54的机械保护。
图7a至7c示出了传感器系统10的另一个按本发明的实施例，其构造成能量自主的，也就是说具有自己的能量供应装置。传感器系统10在此具有一个能量转换单元56，其被构造成光伏电池58。光伏电池58在此取代前述实施例的传感器基板16，因而可以实现一种更为紧凑的系统构造。因此带有传感器装置12的检验触头30的外面28由光伏电池58形成。如由图7b可知，传感器22和蓄能单元24都被布置在光伏电池58的内面20上。此外还可知，遮盖装置14或遮盖基板32具有第二凹部60。凹部60在此用于光束通到光伏电池58。此外，为了保护光伏电池58，在凹部60内设保护层62。因为在具体的实施例中涉及一种带双侧触点接通的光伏电池，所以遮盖装置14具有突起64，该突起延伸进入第二凹部60。在突起64的面朝光伏电池58的那一侧上还设置了另一个金属化结构42，其确保了光伏电池58在其光伏活性的前侧上的触点接通以及因此闭合了传感器装置12的电路。
在图8a和8b中示出了能量自主的传感器系统10的另一个实施例，其中，通过热电发电机68确保了能量供应。为了提高热电发电机68的效率，取代在图7a至7c中示出的保护层62的是在第二凹部60中布置一种能导热的材料70。传感器装置12此外还具有一个冷却结构72，其被布置在包覆材料27中并且确保了热电发电机68的有效冷却。但在此要注意的是，能导热的材料70也被布置在包覆材料27中，并且相反的是冷却结构72可以被设置在遮盖装置14中，而不会在此脱离本发明的框架。
在图9a和9b中示出了传感器系统10的另一个按本发明的实施例，其尤其可以被构造成湿度传感器、气体传感器和/或声学的传感器。为了使流体、辐射和/或声音进入传感器装置，取代包覆材料27的是设置一个壳体74。壳体74具有一个内腔75，内腔中布置着传感器22。为了确保进入内腔75以及因此接近传感器22，在传感器装置内设置一个入口76以及在遮盖装置14内设置一个与之相应的凹部78。因此流体、辐射和/或声音可以从外部环境通过遮盖装置14的第三凹部78和传感器装置12的入口76进入壳体74的内腔75并且被传感器22探测到。
最后在图10a至10d中示出了具有不同的连接器件38的按本发明的遮盖装置14的不同的实施例。在图10a中示出的遮盖装置14，在其外面40上具有构造成抽吸式底脚80的连接器件38。这些连接器件当然也可以构造成微型抽吸式底脚。连接器件38的这种设计方案尤其在平滑的表面上，如窗户、地板或供暖装置上是合理的。在图10b中连接器件38被构造成针或微型针38。在图10c中示出了连接器件38的另一个实施形式。在此，连接器件38被构造成粘接面84、搭扣86或静电垫88。最后一种设计方案尤其在极小的传感器系统10中是有利的。在图10d中连接器件38被构造成磁体90。磁体90与前述连接器件不同的是未被布置在遮盖装置14的外面40上，而是集成在遮盖装置14或遮盖基板32内。借助遮盖装置14的这种实施形式，传感器系统10可以以极为简单的方式被固定和可能时重新定位在金属的表面上，如供暖装置、金属灯或金属窗框上。
所说明的以及在图中示出的实施例仅被示例性地选择。不同的实施例可以完全或涉及到单个特征地相互组合。一个实施例也可以通过另一个实施例的特征加以补充。此外，按本发明的方法步骤可以被重复以及以一种不同于所述的顺序实施。若一种实施例包括在第一特征和第二特征之间的一种“和/或”连接，那么这可以被这样解读，即，该实施例按照一种实施形式既具有第一特征也具有第二特征以及按照另一种实施形式或仅具有第一特征或仅具有第二特征。

Claims (15)

1.传感器系统，包括
- 具有外面（28）的传感器装置（12），至少一个电检验触头（30）被布置在该外面上，以及
- 遮盖装置（14），其至少部分具有电绝缘的材料并且机械地与传感器装置（12）连接，
- 其中，遮盖装置（14）被这样构造，使得其这样覆盖传感器装置（12）的至少一个电检验触头（30），从而遮盖装置（14）防止了从传感器系统（10）的外部将至少一个电检验触头（30）触点接通，
其中，所述遮盖装置（14）具有遮盖基板（32），其中，所述遮盖基板（32）借助印制电路板技术制造，其中，所述遮盖装置（14）具有内面（36），该内面面朝具有至少一个电检验触头（30）的外面（28）并且在该内面上布置了至少一个另外的金属化结构（42、43），其中，该另外的金属化结构（42、43）与至少一个电检验触头（30）机械地连接。
2.按权利要求1所述的传感器系统，其中，在具有至少一个电检验触头（30）的外面（28）上额外布置了至少一个电连接触头（48），并且遮盖装置（14）被这样构造，使得电连接触头（48）中的至少一个能够从传感器系统（10）的外部被电触点接通。
3.按权利要求2所述的传感器系统，其中，遮盖装置（14）具有至少一个第一凹部（44）和/或至少一个通孔触通结构（50），其与电连接触头（48）中的至少一个电连接，以便实现从传感器系统（10）的外部的电触点接通。
4.按权利要求1所述的传感器系统，其中，传感器装置（12）具有传感器基板（16），传感器基板形成了具有至少一个电检验触头（30）的外面（28），并且所述遮盖装置（14）具有与外面（28）相应的第一区段（52），其中遮盖装置（14）的第一区段（52）和外面（28）与至少一个电检验触头（30）至少部分地相互连接。
5.按权利要求4所述的传感器系统，其中，遮盖装置（14）具有第二区段（54），第二区段与第一区段（52）邻接并且横向于外面（28）地至少部分包围传感器装置（12）。
6.按权利要求1所述的传感器系统，其中，传感器装置（12）和/或遮盖装置（14）具有蓄能单元（24）和/或能量转换单元（56、58、68），借助它们能够向传感器装置（12）供应能量。
7.按权利要求6所述的传感器系统，其中，所述能量转换单元（56）包括光伏电池（58）和/或热电发电机（68），并且其中遮盖装置（14）具有至少一个相应的第二凹部（60）。
8.按权利要求7所述的传感器系统，其中，在所述第二凹部（60）中至少部分地安装了透明的保护层（62）和/或能导热的材料（70）。
9.按权利要求1所述的传感器系统，其中，传感器装置（12）和/或遮盖装置（14）具有集成的线路。
10.按权利要求1所述的传感器系统，其中，传感器装置（12）具有至少一个入口（76）并且遮盖装置（14）具有至少一个与该入口（76）相应的第三凹部（78）。
11.按权利要求1所述的传感器系统，其中，遮盖装置（14）和/或传感器装置（12）具有至少一个连接器件（38），以便能够将传感器系统（10）安装到其他物体上。
12.按权利要求11所述的传感器系统，其中，连接器件（38）中的至少一个被构造成抽吸式底脚（80）、针（82）、粘接面（84）、搭扣（86）、静电垫（88）或磁体（90）。
13.按权利要求9所述的传感器系统，其中，所述传感器装置（12）和/或遮盖装置（14）具有无线的通信单元（46）用于传递数据。
14.用于带有传感器装置（12）的传感器系统（10）的遮盖装置，
- 其中传感器装置（12）具有外面（28），至少一个电检验触头（30）被布置在该外面上，并且
- 其中遮盖装置（14）至少部分地具有电绝缘的材料并且被这样构造，使得其在遮盖装置（14）与传感器装置（12）机械地连接时这样覆盖传感器装置（12）的至少一个电检验触头（30），从而该遮盖装置防止从传感器系统（10）的外部将至少一个电检验触头（38）触点接通，
- 其中遮盖装置（14）具有至少一个连接器件（38），以便能够将传感器系统（10）安装在其他物体上，
其中，所述遮盖装置（14）具有遮盖基板（32），其中，所述遮盖基板（32）借助印制电路板技术制造，
其中，所述遮盖装置（14）具有内面（36），该内面面朝具有至少一个电检验触头（30）的外面（28）并且在该内面上布置了至少一个另外的金属化结构（42、43），其中，该另外的金属化结构（42、43）与至少一个电检验触头（30）机械地连接。
15.按权利要求14所述的遮盖装置，其中，所述连接器件（38）中的至少一个被构造成抽吸式底脚（80）、针（82）、粘接面（84）、搭扣（86）、静电垫（88）或磁体（90）。
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