CN107179099A - 传感器结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器结构及制作方法，该传感器结构包括：金属骨架，包括对称设置的两个金属片体，每一金属片体上形成有金属引脚，两个金属引脚间留设有设定间距，每一金属引脚上镀设有镀锡层，每一金属片体的上表面形成有连接区域；置于两个金属引脚之上的传感元件，所述传感元件的端部与对应的金属引脚上的镀锡层连接；以及注塑形成于所述金属片体之下并包裹所述金属引脚和所述传感元件的封装件。本发明通过两个连接区域作为传感元件的连接接口，使得该传感器结构可在连接区域采用铝线键合工艺进行电信号连接，从而能够实现生产线的全自动化生产，避免人工操作，提高了生产效率。

Description

传感器结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特指一种传感器结构及其制作方法。

背景技术

传感器(transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器可用于各种电子设备、器件或装置上，比如电动汽车上的电池上会安装有温度传感器，以实现对电池温度的检测传感器能够为与其连接的设备提供检测功能，传感器与设备的连接一般是采用导线进行电信号连接，该导线使用焊接、铆接等方式将传感器与设备电信号连接，这样的连接方式使得生产线很难实现自动化，需要人工对导线进行焊接操作，导致生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种传感器结构及其制作方法，解决现有采用导线连接传感器和设备时生产线难以自动化而导致生产效率低的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种传感器结构，包括：

金属骨架，包括对称设置的两个金属片体，每一金属片体上形成有金属引脚，两个金属引脚间留设有设定间距，每一金属引脚上镀设有镀锡层，每一金属片体的上表面形成有连接区域；

置于两个金属引脚之上的传感元件，所述传感元件的端部与对应的金属引脚上的镀锡层连接；以及

注塑形成于所述金属片体之下并包裹所述金属引脚和所述传感元件的封装件。

本发明提供的传感器结构上形成了与传感元件连接的两个金属片体，且两个金属片体上形成了连接区域，该两个连接区域作为传感元件的连接接口，使得该传感器结构可在连接区域采用铝线键合工艺进行电信号连接，从而能够实现生产线的全自动化生产，避免人工操作，提高了生产效率。解决了传统的导线连接方式中无法匹配铝线键合工艺进行电信号连接而不能实现自动化的问题。本发明在金属引脚上镀设有镀锡层，使得传感元件能够焊接在该镀锡层上，确保了传感元件的可焊性。

本发明传感器结构的进一步改进在于，所述金属引脚和所述镀锡层之间从下至上依次镀设有镀锌层和镀镍层。

本发明传感器结构的进一步改进在于，还包括部分嵌固于所述封装件内的安装片体，所述安装片体上位于所述封装件外的部分形成安装端。

本发明传感器结构的进一步改进在于，所述金属片体和所述金属引脚为铝片。

本发明传感器结构的进一步改进在于，所述传感元件的正极端与一个金属引脚上的镀锡层锡焊连接，所述传感元件的负极端与另一个金属引脚上的镀锡层锡焊连接。

本发明还提供了一种传感器结构的制作方法，包括如下步骤：

冲压形成金属片体，所形成的金属片体上形成有金属引脚，在冲压之前对金属引脚处的金属材料进行预镀，从而冲压后所述金属引脚上形成有镀锡层，所述金属片体的上表面形成有连接区域；

将两个金属片体对称地置于注塑模具内，且两个金属引脚间留设有设定间距；

提供传感元件，将所述传感元件置于两个金属引脚之上，并将传感元件的端部与对应的金属引脚上的镀锡层连接；

于所述注塑模具内注入封装材料进而形成承托所述金属片体并包裹所述金属引脚和所述传感元件的封装件，从而完成传感器结构的制作。

本发明传感器结构的制作方法的进一步改进在于，在冲压之前对金属引脚处的金属材料进行预镀包括：

于所述金属材料之上预镀锌；

于锌之上预镀镍；

于镍之上预镀锡，从而冲压后于所述金属引脚之上形成有从下至上依次设置镀锌层、镀镍层和镀锡层。

本发明传感器结构的制作方法的进一步改进在于，于所述注塑模具内注入封装材料之前还包括：

提供安装片体，将所述安装片体部分伸入所述注塑模具内，从而在注塑形成封装件后所述安装片体部分嵌固于所述封装件内，且所述安装片体上位于所述封装件外的部分形成安装端。

本发明传感器结构的制作方法的进一步改进在于，所述金属材料为铝材。

本发明传感器结构的制作方法的进一步改进在于，将传感元件的端部与对应的金属引脚上的镀锡层连接包括：

将所述传感元件的正极端与一个金属引脚上的镀锡层采用锡焊连接；

将所述传感元件的负极端与另一个金属引脚上的镀锡层采用锡焊连接。

附图说明

图1为本发明传感器结构的俯视图。

图2为本发明传感器结构的爆炸分解结构示意图。

图3为本发明传感器结构省去封装件的结构示意图。

图4为本发明传感器结构中金属骨架的俯视图。

图5为本发明传感器结构安装于电池的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种传感器结构及其制作方法，使得传感器结构与客户端的设备或器件进行电信号连接时能采用键合工艺，从而实现自动化生产，解决了原有传感器通过导线与设备或器件进行电信号连接时不能自动化生产的问题。本发明的传感器结构在金属引脚上镀设有镀锡层，确保传感元件的可焊性，进而解决了传感元件无法焊接的问题。且金属引脚之上设置有镀锌层、镀镍层以及镀锡层，能够保证各个层间的附着力以及各个层与金属引脚的附着力。本发明的传感器结构还设置有安装片体，其为传感器结构提供了机械连接基础，提高传感器结构的安装强度。下面结合附图对本发明传感器结构及其制作方法进行说明。

如图1和图2所示，本发明提供的一种传感器结构20包括金属骨架21、传感元件22以及封装件23，其中的金属骨架21包括对称设置的两个金属片体211，每一金属片体211上形成有金属引脚2111，两个金属片体211对称设置时，两个金属引脚2111间留设有设定间距，在每一金属引脚2111上镀设有镀锡层，每一金属片体211的上表面形成有连接区域2112；传感元件22置于两个金属引脚2111上，该传感元件22的端部与对应的金属引脚2111上的镀锡层连接；封装件23采用注塑形成，且该封装件23注塑形成于金属片体211之下并且包裹金属引脚2111和传感元件22。通过封装件23将金属引脚2111和传感元件22包裹起来，对该金属引脚2111和传感元件22起到了一定的保护作用，封装件23承托两个金属片体211，且金属片体211上的连接区域2112露出封装件23并位于封装件23的表面。

连接区域2112作为传感元件22的连接接口，且连接区域2112由金属片体211的板面形成，金属面的连接区域2112的设置，使得传感元件22在生产过程中能通过键合工艺进行电信号连接，从而实现全自动生产，解决了传统的采用导线进行电信号连接时无法实现自动化生产的问题。

本发明提供的传感器结构20可看做为封装有传感元件22的标准件，其为传感元件22提供了两个连接区域2112，以实现传感器结构20在进行电信号连接时可采用铝线键合工艺。本发明的传感元件22可根据所需的检测功能进行选择，可以是光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器及化学传感器，较佳地，本发明的传感元件22为热敏电阻、热敏电阻芯片或者RTD(电阻温度探测器，Resistance Temperature Detector)，使得本发明的传感器结构20为温度传感器。

作为本发明的一较佳实施方式，结合图4所示，为提高金属引脚2111上的镀锡层的附着强度，在金属引脚2111和镀锡层之间从下至上依次镀设有镀锌层和镀镍层。金属骨架21采用冲压工艺制成，在冲压模具内注入金属材料，并针对对应金属引脚2111位置处的金属材料进行预镀，先在该金属材料上预镀锌，再于锌上预镀镍，再于镍上预镀锡，而后进行冲压形成金属骨架21，采用镀锌层设于金属引脚2111之上，提高了镀镍层和镀锡层的附着力，设置的镀镍层，提高了镀锌层和镀锡层间的附着力，从而利用镀锡层确保传感元件22的可焊性。

作为本发明的另一较佳实施方式，如图2至图4所示，本发明的传感器结构20还包括安装片体212，结合图1所示，安装片体212有部分嵌固于封装件23内，该安装片体212上位于封装件23外的部分形成安装端2121。该安装片体212为金属板，其属于金属骨架21的一部分，与金属骨架21的金属片体211一起冲压制成。安装片体212包括嵌固端2122和连接部2123，连接部2123连接嵌固端2122和安装端2121，连接部2123和嵌固端2122一起嵌固于封装件23内，在封装件23注塑成型前，先将该连接部2123和嵌固端2122伸入到封装件23的注塑模具内，而后在封装件23注塑成型后，该嵌固端2122和连接部2123就嵌固在封装件23内了。连接部2123为弧形结构，且该连接部2123竖向设置，连接部2123的顶端侧与嵌固端2122连接，连接部2123的底端侧与安装端2121连接，该嵌固端2122的标高高于安装端2121的标高，安装端2121用于安装固定传感器结构20。该安装端2121为金属板，使得传感器结构20可采用激光焊接来安装固定。较佳地，安装片体212为两个，且对称地设于金属引脚2111的两侧。

较佳地，安装骨架21中的金属片体211、金属引脚2111和安装片体212为铝片。冲压模具内注入的金属材料为铝材，通过一次冲压即形成了安装骨架21。因金属片体211为铝片，使得连接区域2112可采用铝线键合工艺进行电信号连接。安装片体212也为铝片，使得传感器结构20在安装时可采用铝铝激光焊接的方式进行安装。

作为本发明的又一较佳实施方式，如图2和图3所示，安装传感元件22时，将传感元件22放置在两个金属引脚2111上，使得传感元件22部分置于一个金属引脚2111上，还有部分置于另一个金属引脚2111上，采用锡焊固定传感元件22，该传感元件22的正极端221与一个金属引脚2111上的镀锡层锡焊连接，传感元件22的负极端222与另一个金属引脚2111上的镀锡层焊接连接。

作为本发明的再一较佳实施方式，如图1和图2所示，封装件23采用高导热材料注塑形成，可采用正常注塑工艺(injection molding)，还可以采用低压注塑成型(Lowpressure molding)，还可以采用转送成型(Transfer molding)。封装件23、金属骨架21和传感元件22注塑成一体结构，通过封装件23将金属骨架21和传感元件22封装固定，使得金属骨架21和传感元件22的结构稳定，且封装件23还提供了保护作用。在注塑封装件23时，将金属骨架21和传感元件22放置于注塑模具内，而后注入封装材料即可形成注塑成一体的封装件23、金属骨架21和传感元件22。封装件23包括有承托座231和T型凸起232，承托座231用于承托金属片体211，且该承托座231的上表面对应金属片体211设有嵌槽，使得金属片体211嵌设于该嵌槽内，且金属片体211上的连接区域2112位于该嵌槽的槽口处。在承托座231的底面远离传感元件22的一端侧设有向下凸伸设置的卡台，结合图5所示，在安装固定该传感器结构20时，该卡台可卡设在电池10的端部，进一步提高了传感器结构的安装稳定性。T型凸起232包括垂直设置的横向凸起和竖向凸起，横向凸起包裹金属引脚2111、传感元件22和安装片体212的嵌固端2122，竖向凸起设于两个连接区域2112之间。为提高安装片体212嵌固于封装件23内的连接强度，在嵌固端2122的两侧设置有凹槽2124，通过两个凹槽2124的设置，使得嵌固端2122的端部形成大头端，使其能够牢固地嵌设在封装件23内。安装片体212的安装端2121设于横向凸起的端部，在安装传感器结构20时，通过安装片体212的底部实现机械连接。进一步地，在固定传感器结构20时，可于封装件23的底部增加导热固定胶水进行连接，既增加了连接强度又提高了导热性能。

较佳地，金属片体211为一金属板，该金属板呈方形，两个金属片体相靠近的侧边的底部切去一角形成凹口，该侧边的顶部设有横向条板，该横向条板的端部向上垂直弯折延伸形成金属引脚，该金属引脚的端部再垂直弯折形成安装传感元件22的横向安装板，一个金属片体上的横向条板和横向安装板向另一个金属片体的方向延伸设置，且两个横向条板和两个横向安装板之间留设有一定的间距。

如图5所示，显示为本发明的传感器结构20为温度传感器且应用于电动汽车上使用的电池10上的结构示意图。该传感器结构20置于电池10的设定位置处，传感器结构20的封装件23的底部可与电池之间通过导热固定胶水粘结固定。安装片体212的安装端的底部可通过铝材与铝材的激光焊接固定，这样传感器结构20就固定安装在电池上。因传感器结构20提供了连接区域2112，使得该传感器结构20中传感元件22与电池10采用铝线键合工艺进行电信号连接，使得传感器结构20能够检测电池10的温度。这样电池10和传感器结构20的连接可实现自动化生产，从而提高了生产效率。

本发明传感器结构的有益效果为：

本发明的传感器结构采用两次工艺制成，包括冲压形成金属骨架和注塑形成封装件，使其便于自动化生产；

金属骨架冲压时，采用预镀在金属引脚上形成有镀锌层、镀镍层和镀锡层，局部预镀解决了传感元件无法焊接的问题，使得传感元件可通过锡焊连接在金属引脚上；

金属片体为传感元件提供了连接区域，该连接区域相当于连接传感元件的接口，使得传感元件的电信号连接可采用铝线键合工艺，从而实现了生产过程的自动化，提高生产效率。在进行电信号连接时，可于连接区域布设线路，此过程可通过机械设备实现。

本发明还提供了一种传感器结构的制作方法，下面对本发明的传感器结构的制作方法进行说明。

本发明的传感器结构的制作方法包括如下步骤：

如图1和图2所示，冲压形成金属片体211，所形成的金属片体211上形成有金属引脚2111，在冲压之前对金属引脚2111处的金属材料进行预镀，从而冲压后金属引脚2111上形成有镀锡层，金属片体211的上表面形成有连接区域2112；

将两个金属片体211对称地置于注塑模具内，且两个金属引脚间留设有设定间距；

提供传感元件22，将传感元件22置于两个金属引脚2111之上，并将传感元件22的端部与对应的金属引脚2111上的镀锡层连接；

于注塑模具内注入封装材料进而形成承托金属片体211并包裹金属引脚2111和传感元件22的封装件23，从而完成传感器结构20的制作。

通过封装件23将金属引脚2111和传感元件22包裹起来，对该金属引脚2111和传感元件22起到了一定的保护作用，封装件23承托两个金属片体211，且金属片体211上的连接区域2112露出封装件23并位于封装件23的表面。连接区域2112作为传感元件22的连接接口，且连接区域2112由金属片体211的板面形成，金属面的连接区域2112的设置，使得传感元件22在生产过程中能通过键合工艺进行电信号连接，从而实现全自动生产，解决了传统的采用导线进行电信号连接时无法实现自动化生产的问题。

本发明的传感器结构20可看做为封装有传感元件22的标准件，其为传感元件22提供了两个连接区域2112，以实现传感器结构20在进行电信号连接时可采用铝线键合工艺。本发明的传感元件22可根据所需的检测功能进行选择，可以是光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器及化学传感器，较佳地，本发明的传感元件22为热敏电阻、热敏电阻芯片或者RTD(电阻温度探测器，Resistance Temperature Detector)，使得本发明的传感器结构20为温度传感器。

作为本发明的一较佳实施方式，在冲压之前对金属引脚处的金属材料进行预镀包括：

于金属材料之上预镀锌；

于锌之上预镀镍；

于镍之上预镀锡，从而冲压后于金属引脚之上形成有从下至上依次设置镀锌层、镀镍层和镀锡层。较佳地，金属材料为铝材。采用镀锌层设于金属引脚2111之上，提高了镀镍层和镀锡层的附着力，设置的镀镍层，提高了镀锌层和镀锡层间的附着力，从而利用镀锡层确保传感元件22的可焊性。

作为本发明的另一较佳实施方式，于注塑模具内注入封装材料之前还包括：

如图1至图4所示，提供安装片体212，将安装片体212部分伸入注塑模具内，从而在注塑形成封装件23后安装片体212部分嵌固于封装件23内，且安装片体212上位于封装件23外的部分形成安装端2121。

进一步地，该安装片体212为金属板，其属于金属骨架21的一部分，与金属骨架21的金属片体211一起冲压制成。安装片体212包括嵌固端2122和连接部2123，连接部2123连接嵌固端2122和安装端2121，连接部2123和嵌固端2122一起嵌固于封装件23内，在封装件23注塑成型前，先将该连接部2123和嵌固端2122伸入到封装件23的注塑模具内，而后在封装件23注塑成型后，该嵌固端2122和连接部2123就嵌固在封装件23内了。连接部2123为弧形结构，且该连接部2123竖向设置，连接部2123的顶端侧与嵌固端2122连接，连接部2123的底端侧与安装端2121连接，该嵌固端2122的标高高于安装端2121的标高，安装端2121用于安装固定传感器结构20。该安装端2121为金属板，使得传感器结构20可采用激光焊接来安装固定。较佳地，安装片体212为两个，且对称地设于金属引脚2111的两侧。

较佳地，安装骨架21中的金属片体211、金属引脚2111和安装片体212为铝片。冲压模具内注入的金属材料为铝材，通过一次冲压即形成了安装骨架21。因金属片体211为铝片，使得连接区域2112可采用铝线键合工艺进行电信号连接。安装片体212也为铝片，使得传感器结构20在安装时可采用铝铝激光焊接的方式进行安装。

作为本发明的又一较佳实施方式，将传感元件22的端部与对应的金属引脚2111上的镀锡层连接包括：

将传感元件22的正极端与一个金属引脚2111上的镀锡层采用锡焊连接；

将传感元件22的负极端与另一个金属引脚2111上的镀锡层采用锡焊连接。

作为本发明的再一较佳实施方式，封装件23的封装材料采用高导热材料注塑形成，可采用正常注塑工艺(injection molding)，还可以采用低压注塑成型(Low pressuremolding)，还可以采用转送成型(Transfer molding)。封装件23、金属骨架21和传感元件22注塑成一体结构，通过封装件23将金属骨架21和传感元件22封装固定，使得金属骨架21和传感元件22的结构稳定，且封装件23还提供了保护作用。在注塑封装件23时，将金属骨架21和传感元件22放置于注塑模具内，而后注入封装材料即可形成注塑成一体的封装件23、金属骨架21和传感元件22。封装件23包括有承托座231和T型凸起232，承托座231用于承托金属片体211，且该承托座231的上表面对应金属片体211设有嵌槽，使得金属片体211嵌设于该嵌槽内，且金属片体211上的连接区域2112位于该嵌槽的槽口处。在承托座231的底面远离传感元件22的一端侧设有向下凸伸设置的卡台，结合图5所示，在安装固定该传感器结构20时，该卡台可卡设在电池10的端部，进一步提高了传感器结构的安装稳定性。T型凸起232包括垂直设置的横向凸起和竖向凸起，横向凸起包裹金属引脚2111、传感元件22和安装片体212的嵌固端2122，竖向凸起设于两个连接区域2112之间。为提高安装片体212嵌固于封装件23内的连接强度，在嵌固端2122的两侧设置有凹槽2124，通过两个凹槽2124的设置，使得嵌固端2122的端部形成大头端，使其能够牢固地嵌设在封装件23内。安装片体212的安装端2121设于横向凸起的端部，在安装传感器结构20时，通过安装片体212的底部实现机械连接。进一步地，在固定传感器结构20时，可于封装件23的底部增加导热固定胶水进行连接，既增加了连接强度又提高了导热性能。

较佳地，金属片体211为一金属板，该金属板呈方形，两个金属片体相靠近的侧边的底部切去一角形成凹口，该侧边的顶部设有横向条板，该横向条板的端部向上垂直弯折延伸形成金属引脚，该金属引脚的端部再垂直弯折形成安装传感元件22的横向安装板，一个金属片体上的横向条板和横向安装板向另一个金属片体的方向延伸设置，且两个横向条板和两个横向安装板之间留设有一定的间距。

本发明的传感器结构的制作方法的有益效果为：

本发明的传感器结构采用两次工艺制成，包括冲压形成金属骨架和注塑形成封装件，使其便于自动化生产；

金属骨架冲压时，采用预镀在金属引脚上形成有镀锌层、镀镍层和镀锡层，局部预镀解决了传感元件无法焊接的问题，使得传感元件可通过锡焊连接在金属引脚上；

金属片体为传感元件提供了连接区域，该连接区域相当于连接传感元件的接口，使得传感元件的电信号连接可采用铝线键合工艺，从而实现了生产过程的自动化，提高生产效率。在进行电信号连接时，可于连接区域布设线路，此过程可通过机械设备实现。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种传感器结构，其特征在于，包括：

金属骨架，包括对称设置的两个金属片体，每一金属片体上形成有金属引脚，两个金属引脚间留设有设定间距，每一金属引脚上镀设有镀锡层，每一金属片体的上表面形成有连接区域；

置于两个金属引脚之上的传感元件，所述传感元件的端部与对应的金属引脚上的镀锡层连接；以及

注塑形成于所述金属片体之下并包裹所述金属引脚和所述传感元件的封装件。

2.如权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述金属引脚和所述镀锡层之间从下至上依次镀设有镀锌层和镀镍层。

3.如权利要求1或2所述的传感器结构，其特征在于，还包括部分嵌固于所述封装件内的安装片体，所述安装片体上位于所述封装件外的部分形成安装端。

4.如权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述金属片体和所述金属引脚为铝片。

5.如权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述传感元件的正极端与一个金属引脚上的镀锡层锡焊连接，所述传感元件的负极端与另一个金属引脚上的镀锡层锡焊连接。

6.一种传感器结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

冲压形成金属片体，所形成的金属片体上形成有金属引脚，在冲压之前对金属引脚处的金属材料进行预镀，从而冲压后所述金属引脚上形成有镀锡层，所述金属片体的上表面形成有连接区域；

将两个金属片体对称地置于注塑模具内，且两个金属引脚间留设有设定间距；

提供传感元件，将所述传感元件置于两个金属引脚之上，并将传感元件的端部与对应的金属引脚上的镀锡层连接；

于所述注塑模具内注入封装材料进而形成承托所述金属片体并包裹所述金属引脚和所述传感元件的封装件，从而完成传感器结构的制作。

7.如权利要求6所述的传感器结构的制作方法，其特征在于，在冲压之前对金属引脚处的金属材料进行预镀包括：

于所述金属材料之上预镀锌；

于锌之上预镀镍；

于镍之上预镀锡，从而冲压后于所述金属引脚之上形成有从下至上依次设置镀锌层、镀镍层和镀锡层。

8.如权利要求6或7所述的传感器结构的制作方法，其特征在于，于所述注塑模具内注入封装材料之前还包括：

提供安装片体，将所述安装片体部分伸入所述注塑模具内，从而在注塑形成封装件后所述安装片体部分嵌固于所述封装件内，且所述安装片体上位于所述封装件外的部分形成安装端。

9.如权利要求6所述的传感器结构的制作方法，其特征在于，所述金属材料为铝材。

10.如权利要求6所述的传感器结构的制作方法，其特征在于，将传感元件的端部与对应的金属引脚上的镀锡层连接包括：

将所述传感元件的正极端与一个金属引脚上的镀锡层采用锡焊连接；

将所述传感元件的负极端与另一个金属引脚上的镀锡层采用锡焊连接。