CN105241484B - 车用传感器中电路板和芯片的定位结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用传感器中电路板和芯片的定位结构，支架头部顶面形成有两对称的第一限位台和第一卡扣、两对称的第二限位台和第二卡扣、两对称的第三限位台和第三卡扣，电路板具有焊接PIN针组的一端卡在第一卡扣下方，霍尔芯片的芯片PIN针组卡在第二卡扣下方，霍尔芯片的电子元件卡在两个第三卡扣之间。本发明的第一限位台和第一卡扣既限制了电路板的横向运动和纵向运动，同时又保证了电路板受到轴向压力时可以顺利弯曲，避免了支架与外壳装配后电路板和芯片因装配应力而损坏；同时芯片PIN针组受到第二卡扣的限制，芯片的电子元件受到第三卡扣的限制，这样霍尔芯片在纵向进行了限位，有效防止了霍尔芯片因振动而发生位置改变，保证了传感气息。

Description

车用传感器中电路板和芯片的定位结构

技术领域

本发明与汽车传感器制造技术有关，具体涉及一种应用于车用传感器中的电路板和芯片的定位结构，所述定位结构可用于转速传感器、相位传感器以及轮速传感器中。

背景技术

由于霍尔芯片具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，目前用于汽车发动机中的转速传感器和相位传感器、变速箱中的转速传感器以及ABS防抱死制动系统中的轮速传感器多为霍尔式传感器，这些传感器分为被动式和主动式两种，被动式传感器称为无源传感器，主动式传感器称为有源传感器。与被动式传感器相比，主动式传感器具有体积小、质量轻、集成度高、响应快、抗干扰能力强等优点，因此得到了越来越广泛的应用。

现有的主动式传感器主要有两种成型方式。

一种是整体注塑式，也就是将封装有霍尔芯片的集成电路元件与接插PIN针或与包含接插头的线束连接在一起固定在一次注塑块上(有些一次注塑块中还注塑有磁铁)形成一次注塑组件，然后再通过二次注塑成型完整的传感器。

这种成型方式由于二次注塑压力大、温度高，所以集成电路元件、接插PIN针或线束很难牢固地固定在一次注塑块上；同时一次注塑组件在二次注塑时上下前后左右六个方向的限位也难以控制，造成霍尔芯片的安装位置难以控制，容易产生偏差，引起装车后检测间隙不一致从而影响传感器功能输出。除此之外，一次注塑与二次注塑之间的气密性比较难保证，并且由于电气元件经过二次注塑的高温、高压作用后，可能出现失效或者存在潜在的失效，给产品可靠性带来隐患。

另一种是支架外壳装配式，就是将封装有霍尔芯片的集成电路元件装配焊接到注塑有接插PIN针的支架上(有些在封装有霍尔芯片的集成电路元件与PIN针之间还连接有电容、电阻等电子元件或者封装有集成电容、电阻等元件的电路板)，然后在支架上装上密封O型圈形成支架组件，最后把支架组件装配到相应的外壳形成完整的传感器。

对于支架外壳装配式传感器，电路板和芯片的典型定位结构如图1所示，其中接插PIN针4'注塑在支架1'中，软电路板组件2'一端具有焊接PIN针组，另一端具有金属连接孔组，霍尔芯片3'呈L型，传感头位于霍尔芯片3'的短边一端，电子元件位于霍尔芯片3'的长边中间位置。支架1'的中间形成有S型结构，且S型结构的右侧部分支架高于S型结构的左侧部分支架，接插PIN针4'的一端从S型结构左侧的部分支架中伸出，另一端从支架1'的接插头伸出。支架1'的右侧头部形成有供传感头插入的上下延伸的凹腔，且凹腔底部形成有限位卡台。该传感器形成时，先将带接插PIN针4'的支架1'预注塑成型，再将霍尔芯片3'安装到支架1'的头部，软电路板组件2'一端的焊接PIN针组与霍尔芯片3'的芯片PIN针组焊接，另一端的金属连接孔组与接插PIN针4'的一端焊接，形成了支架芯片组件。

为了保证传感气息以及支架与外壳之间连接的可靠性，该支架芯片组件与外壳采用过盈装配，这就使得霍尔芯片的端部与外壳端部压紧，导致芯片在支架的轴向(即X方向，也是传感器支架装入外壳的安装方向)受压应力。由于芯片与电路板焊接，电路板与接插PIN针焊接，所以芯片的压应力会沿轴向传递至电路板和接插PIN针上，一方面会造成芯片的传感头PIN脚机械损坏而丢失传感器信号，另一方面还会造成电路板与芯片的焊接以及电路板与接插PIN针的焊接松脱，甚至造成电路板上的电子元件受应力机械损伤或者电气松脱。同时，由于霍尔芯片在纵向(垂直于X方向且垂直于水平面的Z方向)没有被限位，所以在车辆实际应用环境中，频繁的振动会造成霍尔芯片径向移动，这不仅会增加传感器信号丢失的风险，还会使得电路板、霍尔芯片以及电路板与芯片和接插PIN针焊接处机械损伤的可能性增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种车用传感器中电路板和芯片的定位结构，可以准确定位电路板和芯片的位置，同时可以有效防止支架外壳的装配应力传递到电路板和芯片而将其损坏。

为解决上述技术问题，本发明提供的车用传感器中电路板和芯片的定位结构，所述传感器包括支架、电路板、霍尔芯片，所述支架整体注塑有接插PIN针组和接插头，且支架形成有一S型结构，该S型结构一侧的支架头部顶面高于S型结构另一侧的支架尾部顶面，所述支架头部的端部形成有一凹腔；所述接插PIN针组一端从S型结构一侧的支架尾部顶面伸出，另一端位于接插头中；所述霍尔芯片包括芯片PIN针组和传感头，所述传感头安装在支架头部的凹腔内且传感头的下端抵在凹腔底部；所述电路板为软电路板，软电路板一端的焊接PIN针组与霍尔芯片的芯片PIN针组连接，另一端的金属连接孔组与从支架中伸出的接插PIN针组一端连接；

所述支架头部靠近S型结构的一端顶部形成有两个第一限位台，每个第一限位台形成有一第一卡扣，两个第一卡扣相互对称，所述第一卡扣的底面与支架头部顶面平行且留有一第一间隙，该第一间隙的高度大于电路板的厚度，所述第一卡扣靠近S型结构的一侧底部形成有倒角；

所述支架头部远离S型结构的另一端顶部形成有两个第二限位台，每个第二限位台形成有一第二卡扣，两个第二卡扣相互对称，所述第二卡扣的底面与支架头部顶面平行且留有一第二间隙，该第二间隙的高度大于芯片PIN针组的厚度，所述第二卡扣的顶面向下倾斜，且两个顶面之间的最小距离小于芯片PIN针组的宽度；

所述电路板具有焊接PIN针组的一端卡在第一卡扣和支架头部顶面之间，霍尔芯片的芯片PIN针组卡在第二卡扣和支架头部顶面之间。

更佳的，所述霍尔芯片还具有电子元件，电子元件与传感头之间通过L型PIN针组段连接，所述L型PIN针组段和芯片PIN针组为一体结构且具有一定弹性；所述第二卡扣的两个顶面之间的最小距离小于L型PIN针组段的宽度，第二卡扣的底面与支架头部顶面之间的第二间隙高度大于L型PIN针组段的厚度；所述支架头部在每个第一限位台和同侧的第二限位台之间分别形成有一个第三限位台，每个第三限位台形成有一第三卡扣，两个第三卡扣相互对称，所述第三卡扣的顶面向下倾斜，且两个顶面之间的最小距离小于电子元件在L型PIN针组段宽度方向上的长度，所述第三卡扣的底面与支架头部顶面之间留有间隙。进一步的，所述电子元件卡在两个第三卡扣之间，所述L型PIN针组段卡在第二卡扣和支架头部顶面之间。

优选的，所述第一卡扣的最大厚度小于焊接PIN针组最外侧边沿到其外侧的电路板基板边沿的距离。

为了实现上述结构，以支架轴向中心线所在的方向(即芯片PIN针组的延伸方向)为X方向，垂直于X方向且平行于水平面的方向为Y方向，所述支架在第一卡扣的正下方形成有一第一通孔并在第三卡扣的正下方形成有一第三通孔，第一通孔在X方向上的长度等于或者大于第一卡扣在X方向上的最大长度，第一通孔在Y方向上的宽度等于或者大于第一卡扣在Y方向上的最大厚度，所述第三通孔在X方向上的长度等于或者大于第三卡扣在X方向上的最大长度，第三通孔在Y方向上的宽度等于或者大于第三卡扣在Y方向上的最大厚度。或者，所述第一限位台形成有贯通的第一通孔，所述第一通孔位于第一卡扣的正下方，所述第二限位台形成有贯通的第二通孔，所述第二通孔位于第二卡扣的正下方；所述第三限位台形成有贯通的第三通孔，所述第三通孔位于第三卡扣的正下方。

本发明的有益之处在于：

1)本发明同时采用第一限位台和第一卡扣、第二限位台和第二卡扣以及第三限位台和第三卡扣，有效对芯片以及电路板进行了横向(垂直于X方向且平行于水平面的Y方向)和纵向(垂直于X方向且垂直于水平面的Z方向)限位，避免了芯片和电路板在频繁振动的实际应用环境中造成电子元件、传感头以及各连接处机械损伤失效；

2)本发明第一卡扣采用倒角结构以及与电路板进行间隙配合，既实现了电路板轻松安装，又保证了支架与外壳装配时支架S型结构在压缩的过程中电路板在S型结构处顺利弯曲拱起，避免了电路板因支架S型结构压缩产生的压应力传递到电路板与芯片的连接处以及芯片传感头，造成电气连接失效以及传感头机械损伤；

3)本发明采用第二卡扣对芯片PIN针进行纵向限位，同时巧妙地利用了塑料的弹性和金属PIN针的弹性，结构简单，工艺简单，有效地保证了芯片传感头的安装位置，保证了传感气息；

4)本发明的定位结构制造简单，电路板和芯片安装方便，可靠性提高。

附图说明

图1为现有车用传感器中电路板和芯片之间的定位结构的立体示意图；

图2为本发明的电路板和芯片之间的定位结构的立体示意图；

图3为本发明车用传感器中具有定位结构的一种支架的立体示意图；

图4为本发明车用传感器中电路板的立体示意图；

图5为本发明车用传感器中霍尔芯片的立体示意图；

图6为本发明车用传感器中具有定位结构的另一支架的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的车用传感器包括支架1、电路板2、霍尔芯片3，如图2所示，支架1整体注塑有接插PIN针组4和接插头，且形成有一S型结构，该S型结构一侧的支架头部顶面高于S型结构另一侧的支架尾部顶面，在本实施例中，S型结构右侧为支架头部，左侧为支架尾部。接插PIN针组4一端从S型结构左侧的支架尾部顶面伸出，另一端位于接插头中。

霍尔芯片3安装在S型结构右侧的支架头部，其包括安装在支架头部端面上的传感头31以及位于中间位置的电子元件32，传感头31通过L型PIN针组段34与电子元件32连接，霍尔芯片3的另一端为芯片PIN针组33，如图5所示。电路板2为具有一定弹性的软电路板，如图4所示，软电路板一端的焊接PIN针组21与霍尔芯片3的芯片PIN针组33连接，另一端的金属连接孔组22与从支架中伸出的接插PIN针组4一端连接。在此定义支架轴向中心线所在的方向(即传感器支架装入外壳的安装方向，同时为芯片PIN针组33的延伸方向)为X方向，垂直于X方向且平行于水平面的方向(即芯片PIN针组的宽度方向)为Y方向，垂直于XY平面的竖直方向为Z方向，以便下述说明。

支架1上形成有电路板和芯片的定位结构，如图3所示，其中：

支架头部靠近S型结构的一端顶部形成有两个第一限位台11，每个第一限位台11形成有一第一卡扣12且两个第一卡扣12相互对称，第一卡扣12的底面122与支架头部顶面18平行且留有一第一间隙，该第一间隙的高度大于电路板2的厚度；第一卡扣12靠近S型结构的一侧底部形成有倒角121，可以引导电路板3插入第一间隙内；

支架头部远离S型结构的另一端顶部形成有两个第二限位台17，每个第二限位台17形成有一第二卡扣19，两个第二卡扣19相互对称，所述第二卡扣19的底面191与支架头部顶面18平行且留有一第二间隙，该第二间隙的高度大于L型PIN针组段34的厚度，所述第二卡扣19的顶面192向下倾斜，且两个顶面192之间的最小距离小于L型PIN针组段34的宽度；

支架头部在每个第一限位台11和同侧的第二限位台17之间还分别形成有一个第三限位台16，每个第三限位台16形成有一第三卡扣13，两个第三卡扣13相互对称，所述第三卡扣13的顶面132向下倾斜，且两个顶面132之间的最小距离小于电子元件32在L型PIN针组段34宽度方向上(即Y方向)的长度，所述第三卡扣13的底面131与支架头部顶面18之间留有间隙。

电路板2具有焊接PIN针组21的一端卡在第一卡扣12和支架头部顶面18之间，霍尔芯片3的L型PIN针组段34卡在第二卡扣19和支架头部顶面18之间，电子元件32卡在两个第三卡扣13之间。

在本实施例中，第一卡扣12在XZ平面内的截面形状为五边形，第三卡扣13在XY平面内的截面形状为四边形，第二卡扣19在XY平面内的截面形状也为四边形，如图3所示，这仅仅是较佳的形式，本发明并不局限于上述形状，只要三种卡扣的形状和结构满足前述尺寸关系都属于本发明的保护范围，以此说明。

所述第一卡扣12的最大厚度(即第一卡扣12在Y方向上的最大厚度)小于焊接PIN针组21最外侧边沿到其外侧的电路板基板边沿的距离，避免带电路板2的支架1与外壳装配后第一卡扣12压住电路板焊接PIN针组21造成其损坏。

为了实现支架三种定位结构的注塑，如图3所示，支架1在第一卡扣12的正下方形成有一第一通孔14，第一通孔14在X方向上的长度等于或者大于第一卡扣12在X方向上的最大长度，第一通孔14在Y方向上的宽度等于或者大于第一卡扣12在Y方向上的最大厚度；第三卡扣13的正下方形成有一第三通孔15，第三通孔15在X方向上的长度等于或者大于第三卡扣13在X方向上的最大长度，第三通孔15在Y方向上的宽度等于或者大于第三卡扣13在Y方向上的最大厚度。第一、三卡扣12、13注塑成型时通过通孔14、15上下脱模以形成卡扣与支架头部顶面之间的间隙，第二卡扣19需要轴向抽针，这种成型方式比较简单，但是支架1中间抽通孔会削弱支架1中间位置的强度，电路板2在与霍尔芯片3焊接过程中可能会因高温压力传递到支架1中间造成支架中间位置的顶平面塌陷。由于电路板2与霍尔芯片3焊接压力不大，高温作用时间也不长，故适当完善支架1中间结构也可以满足强度要求。

为了避免从支架1中间抽通孔以及轴向抽针，本发明还提供另一种支架结构，如图6所示，三种卡扣结构与前述相同，只是支架上没有形成通孔，取而代之的是，第一限位台11形成有贯通的第一通孔14'，该第一通孔14'位于第一卡扣12的正下方，第二限位台17形成有贯通的第二通孔171，该第二通孔171位于第二卡扣19的正下方，第三限位台16形成有贯通的第三通孔15'，该第三通孔15'位于第三卡扣13的正下方。这种结构虽然保证了支架的强度，但是限位台上的通孔成型时需要单独侧向抽针或者从模具其它侧向滑块上延伸侧向抽针，这样使得模具结构稍微复杂，由于电路板和霍尔芯片的定位结构对三种通孔的尺寸公差要求不高，所以侧向抽针的模具加工也比较简单，并且这三种通孔均为侧向抽针，因此模具可以集成为一体实现。

利用上述定位结构组装传感器的过程为：

1)电路板2沿着第一卡扣12底部的倒角121插入第一卡扣12与支架头部顶面18之间；

2)将霍尔芯片3的传感头31压入支架头部的端部，同时将传感头31和电子元件32之间的L型PIN针组段34压入第二卡扣19下方，以及将电子元件32压入两个第三卡扣13之间，使霍尔芯片一端的芯片PIN针组33对应压在焊接PIN针组21上；

3)将金属连接孔组22套在连接PIN针组4上并进行焊接；

4)将焊接PIN针组21与芯片PIN针组33对应焊接在一起；

5)将组装好的电路板-芯片-支架组件与外壳装配。

由于第一卡扣12与支架头部顶面18之间的间隙高度大于电路板2的厚度，使得电路板2和第一卡扣12之间为间隙配合，电路板2可以在第一卡扣12下方以及芯片PIN针组33下方沿支架1轴向(X方向)自由移动，所以先焊接电路板2与接插PIN针组4，再焊接电路板2与芯片3。

由于支架1利用了S型结构进行柔性装配，电路板2必须相应弯折装配(电路板右侧部分高于左侧部分，中间形成一倾斜的过渡段)以便S型结构压缩时电路板2能同向顺利弯曲，避免电路板2所受的内压应力过大而损坏。在没有第一卡扣12的情况下，弯曲的电路板2与芯片PIN针组33因为电路板2弯曲一同翘起，造成电路板2与霍尔芯片3焊接不牢或焊接错位。同时，在没有第一卡扣12的情况下，装有霍尔芯片3和电路板2的支架1被压装到外壳后，由于S型结构压缩，电路板2和霍尔芯片3会一起弯曲拱起，电路板3上的弯曲力会延伸到电路板2与霍尔芯片3焊接处以及传感头的PIN脚处，从而造成电路板2与霍尔芯片3焊接处以及传感头的PIN脚机械损坏。具有第一卡扣12后，电路板在纵向被限位，当支架1的S型结构被压缩时，电路板2的弯曲被限制在接插PIN针组4与电路板3中间的倾斜过渡段之间，同时由于第一卡扣12上形成有倒角121，所以电路板2的拱起会向倒角121处延伸，因此倒角121为电路板的拱起变形提供了空间，从而避免了弯曲应力传递到电路板2与霍尔芯片3连接处以及传感头PIN脚处。除此之外，在支架1被压缩过程中，电路板2可以在第一卡扣12下小幅自由活动，可以避免卡死情况下应力集中造成损坏。

由于第二卡扣19的底面191与支架头部顶面18平行且它们之间的距离适当大于芯片PIN针的厚度，当芯片传感头31压入支架1端部并终止(支架端面设有供传感头插入的凹腔，凹腔底部形成为限位卡台，该凹腔可以对芯片传感头进行横向定位和轴向定位)后，控制芯片PIN针底面与支架头部顶面18少量间隙，利用芯片金属PIN针的少量弹性以及塑性卡扣结构的弹性将传感头31与电子元件32之间的PIN针组段压入第二卡扣19下，这样传感头31在纵向被限位，有效防止芯片位置因为振动而改变，保证了传感气息。

由于第三卡扣13具有弹性，芯片的电子元件32可以强行压入两对称的第三卡扣13之间，这样电子元件32在Y方向和Z方向被牢牢定位，同时两第三卡扣13的顶面132向下倾斜，保证电子元件32轻松地装入两第三卡扣13。

在第一卡扣12和第三卡扣13的共同作用下，焊接PIN针组21与芯片PIN针组33准确装配定位，并能保证牢固稳定焊接。同时，在第二卡扣19与支架端面的凹腔的共同作用下，整个霍尔芯片3传感头在轴向、横向以及纵向都被牢牢地限位。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对各卡扣的形状、结构和尺寸等方面通过任何修改、等同替换、改进等方式所获得的所有其它实施例，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (4)

1.一种车用传感器中电路板和芯片的定位结构，所述传感器包括支架(1)、电路板(2)、霍尔芯片(3)，所述支架(1)整体注塑有接插PIN针组(4)和接插头，且支架形成有一S型结构，该S型结构一侧的支架头部顶面高于S型结构另一侧的支架尾部顶面，所述支架头部的端部形成有一凹腔；所述接插PIN针组(4)一端从S型结构一侧的支架尾部顶面伸出，另一端位于接插头中；所述霍尔芯片(3)包括芯片PIN针组(33)和传感头(31)，所述传感头(31)安装在支架头部的凹腔内且传感头(31)的下端抵在凹腔底部；所述电路板(2)为软电路板，软电路板一端的焊接PIN针组(21)与霍尔芯片(3)的芯片PIN针组(33)连接，另一端的金属连接孔组(22)与从支架中伸出的接插PIN针组(4)一端连接；其特征在于：

所述支架头部靠近S型结构的一端顶部形成有两个第一限位台(11)，每个第一限位台(11)形成有一第一卡扣(12)，两个第一卡扣(12)相互对称，所述第一卡扣(12)的底面(122)与支架头部顶面(18)平行且留有一第一间隙，该第一间隙的高度大于电路板(2)的厚度，所述第一卡扣(12)靠近S型结构的一侧底部形成有倒角(121)；

所述支架头部远离S型结构的另一端顶部形成有两个第二限位台(17)，每个第二限位台(17)形成有一第二卡扣(19)，两个第二卡扣(19)相互对称，所述第二卡扣(19)的底面(191)与支架头部顶面(18)平行且留有一第二间隙，该第二间隙的高度大于芯片PIN针组的厚度，所述第二卡扣(19)的顶面(192)向下倾斜，且两个顶面(192)之间的最小距离小于芯片PIN针组的宽度；

所述电路板(2)具有焊接PIN针组(21)的一端卡在第一卡扣(12)和支架头部顶面(18)之间，霍尔芯片(3)的芯片PIN针组卡在第二卡扣(19)和支架头部顶面(18)之间。

2.根据权利要求1所述的车用传感器中电路板和芯片的定位结构，其特征在于，

所述霍尔芯片(3)还具有电子元件(32)，电子元件(32)与传感头(31)之间通过L型PIN针组段(34)连接，所述L型PIN针组段(34)和芯片PIN针组(33)为一体结构且具有一定弹性；

所述第二卡扣(19)的两个顶面(192)之间的最小距离小于L型PIN针组段(34)的宽度，第二卡扣(19)的底面(191)与支架头部顶面(18)之间的第二间隙高度大于L型PIN针组段(34)的厚度；

所述支架头部在每个第一限位台(11)和同侧的第二限位台(17)之间分别形成有一个第三限位台(16)，每个第三限位台(16)形成有一第三卡扣(13)，两个第三卡扣(13)相互对称，所述第三卡扣(13)的顶面(132)向下倾斜，且两个顶面(132)之间的最小距离小于电子元件(32)在L型PIN针组段(34)宽度方向上的长度，所述第三卡扣(13)的底面(131)与支架头部顶面(18)之间留有间隙；

所述电子元件(32)卡在两个第三卡扣(13)之间，所述L型PIN针组段(34)卡在第二卡扣(19)和支架头部顶面(18)之间。

3.根据权利要求1所述的车用传感器中电路板和芯片的定位结构，其特征在于，所述第一卡扣(12)的最大厚度小于电路板焊接PIN针组(21)最外侧边沿到其外侧的电路板基板边沿的距离。

4.根据权利要求2所述的车用传感器中电路板和芯片的定位结构，其特征在于，

所述支架(1)在第一卡扣(12)的正下方形成有一第一通孔(14)并在第三卡扣(13)的正下方形成有一第三通孔(15)，以支架(1)轴向中心线所在方向为X方向，垂直于X方向且平行于水平面的方向为Y方向，所述第一通孔(14)在X方向上的长度等于或者大于第一卡扣(12)在X方向上的最大长度，第一通孔(14)在Y方向上的宽度等于或者大于第一卡扣(12)在Y方向上的最大厚度，所述第三通孔(15)在X方向上的长度等于或者大于第三卡扣(13)在X方向上的最大长度，第三通孔(15)在Y方向上的宽度等于或者大于第三卡扣(13)在Y方向上的最大厚度；

或者，所述第一限位台(11)形成有贯通的第一通孔(14')，所述第一通孔(14')位于第一卡扣(12)的正下方；所述第二限位台(17)形成有贯通的第二通孔(171)，所述第二通孔(171)位于第二卡扣(19)的正下方；所述第三限位台(16)形成有贯通的第三通孔(15')，所述第三通孔(15')位于第三卡扣(13)的正下方。