CN107631819B - 具有多个安装位置的低成本包覆模制引线框架力传感器 - Google Patents

Abstract

力传感器包括包含多个电传导引线的引线框架、联接到引线框架的感测管芯以及被置于感测管芯和引线框架的至少一部分之上的密封剂。感测管芯被电联接到所述多个引线，并且所述多个引线从密封剂延伸。

Description

具有多个安装位置的低成本包覆模制引线框架力传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月18日由Josh M. Fribley等人提交的名称为“Low CostOvermolded Leadframe Force Sensor With Multiple Mounting Positions”的美国专利申请序列号为15/212,906的优先权，其通过引用如同整体复制地被包含在本文中。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

参考微缩胶片附录

不适用。

技术领域

本发明涉及力传感器，具体涉及具有多个安装位置的低成本包覆模制引线框架力传感器。

背景技术

力传感器通常被用于感测施加到传感器的外部力并且提供代表所施加力的输出信号。这样的传感器能够被用于各种各样的应用中，包括医学应用。力传感器也通常被用于非医学应用，例如工业和商业应用以及其它应用。

发明内容

在实施例中，力传感器包括包含多个电传导引线的引线框架、联接到引线框架的感测管芯以及被置于感测管芯和引线框架的至少一部分之上的密封剂。感测管芯被电联接到所述多个引线，并且所述多个引线从密封剂延伸。

在实施例中，力传感器包括包含第一侧和第二侧的感测管芯、被置于接触所述感测管芯的所述第一侧的第一致动元件和被置于接触所述感测管芯的所述第二侧的第二致动元件。第一致动元件包括被构造成将外部力与感测管芯机械联接的机械联接元件，并且第二致动元件包括凝胶。

在实施例中，方法包括将感测管芯布置在引线框架上、将感测管芯电联接到所述多个电传导引线并且将密封剂模制在感测管芯和引线框架的至少一部分上方。引线框架包括多个电传导引线。

结合附图和权利要求，从下述详细描述中将更加清楚地理解这些和其它特征。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在结合附图和详细描述参考下述简要描述，其中类似的附图标记代表类似的部分。

图1A-1C分别示出了根据实施例的力传感器的实施例的顶视图、侧视横截面视图和底视图。

图2A-2C分别示出了根据实施例的力传感器的另一实施例的顶视图、侧视横截面视图和底视图。

图3A-3C分别示出了根据实施例的力传感器的又一实施例的顶视图、侧视横截面视图和底视图。

图4A-4C分别示出了根据实施例的力传感器的再一实施例的顶视图、侧视横截面视图和底视图。

图5A-5C分别示出了根据实施例的力传感器的另一实施例的顶视图、侧视横截面视图和底视图。

图6A-6C示出用于力传感器的引线构造的实施例的横截面视图。

图7A-7C示出用于在基底上的力传感器的安装构造的实施例的横截面视图。

图8A-8D示出用于在具有开口的基底上的力传感器的安装构造的实施例的横截面视图。

具体实施方式

首先应该理解的是，虽然下文示出了一个或更多个实施例的示意性实施方式，不过可以通过使用任何数量的技术来实现所公开的系统和方法，而不论所述技术是当前已知的还是现在还未知的。本公开不应该以任何方式受限于所示实施方式、附图和下文所示的技术，而是可以在所附权利要求范围以及其等同方案的完整范围内被修改。

贯穿申请可以应用术语的下述简要定义：

术语“包括”意味着包括但不限于此，并且应该以其在专利文本中通常使用的方式被解释；

词语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”和类似词语大体意味着在该词语后的具体特征、结构或者特性可以被包括在至少一个实施例中，并且可以被包括在本系统和方法的一个以上的实施例中（重要地是，这样的词语不必要指代相同实施例）；

如果说明书将某物描述成“示例性”或“示例”，则应该理解的是其指代非排外性示例；

术语“大约”或者“近似”或者类似术语当与数字一起使用时可以意味着特定数字或者替代性地接近该特定数字的范围，如本领域技术人员可以理解的；并且

如果说明书陈述部件或者特征“可以”、“能够”、“能”、“应该”、“将要”、“优选地”、“可能地”、“通常”、“可选地”、“例如”、“经常”或者“可能”（或者其它这样的语言）被包括或者具有一特性，则该具体部件或者特征不需要被包括或具有该特性。这样的部件或者特征可以可选地被包括在一些实施例中，或者它可以不被包括。

在此公开了具有被联接到引线框架的感测管芯的力传感器。密封剂能够被模制在感测管芯和引线框架的一部分上以便保护任何线键合（wire bonds）并将感测管芯保持就位。感测管芯能够通过使用两个联接机构被联接到外部力或压力。第一，例如球轴承的机械联接元件能够被用于感测管芯的一侧，且第二，凝胶或其它传递介质能够被用于感测管芯的另一侧。引线能够从引线框架延伸，并且得到的力传感器于是能够针对广泛的使用范围被定制。在一些实施例中，感测管芯能够包括平板管芯，其中感测管芯的高度跨越整个感测管芯基本是均匀的。相比于具有由蚀刻形成的隔膜的蚀刻管芯，这可以提供更便宜的感测管芯。因此，本文描述的力传感器能够提供低成本且高度灵活的平台，用于向广泛的终端产品或用途提供力传感器。

图1A-1C示出了根据一些实施例的力传感器100的实施例。如所示，力传感器100能够包括引线框架 102、具有感测隔膜106的传感器元件或感测管芯104、第一致动元件110和第二致动元件112。密封剂108能够被包覆模制（overmold）在感测管芯104和引线框架102的至少一部分上。力传感器100可以具有顶侧104a和底侧104b（见图1B），并且感测管芯104能够通过使用粘结剂114、焊料等被安装在引线框架102上。多个电连接或引线116能够通过引线框架102、通过一个或更多个键合（例如线键合118）被电联接到感测管芯104。

力传感器100可以围绕引线框架102被形成。引线框架102能够包括基部材料和一个或更多个传导迹线，所述传导迹线被电联接到多个输出引线116，所述多个输出引线116用于允许电联接到外部部件。基部材料可以是电绝缘的，以便防止在基部材料上的传导迹线和引线之间的传导。在一些方面，基部材料能够包括聚合材料、陶瓷等。无论构造的材料是什么，引线框架102包括多个输出连接器插脚或引线116，其可以被用于将力传感器100连接到外部装置或系统。引线116包括用于在感测管芯104和外部电连接之间传导信号的电传导材料。在一些实施例中，引线116能够包括金、铜、铝、锡、银、铂或者任何其它适当的传导材料。电迹线或者其它合适的器件可以允许将感测管芯104和存在的任何其它电路彼此电联接并被联接到输出引线116。在图1A-1C中示出的所描述的引线框架102通常被称为单列直插式封装（SIP），因为引线116仅从引线框架102的一侧延伸。例如引线从引线框架102的至少两侧延伸的双列直插式封装（DIP）的其它构造也是可能的。在一些实施例中，引线框架还可以包括表面安装技术（SMT）装置。

在一些实施例中，感测隔膜104可以通过后侧蚀刻硅管芯（例如，使用KOH蚀刻术技术、深反应离子蚀刻或者其它蚀刻术技术）被制造在感测管芯104上，然而，可以想到的是，可以如期望地使用任何合适的工艺。感测隔膜106可以具有小于感测管芯104的边缘的厚度的高度或厚度，从而形成感测隔膜106。

在一些方面，感测隔膜106可以包括从顶侧104a和/或底侧104b延伸的凸起部或中心凸起。所述凸起或凸起部可以与感测隔膜106整体形成，或者可以在形成感测隔膜106之后被附接到感测隔膜106。凸起或凸起部可以用于接触第一致动元件110和/或第二致动元件112，从而提供力接触点，以便提供对感测管芯104上的力的更一致且可重复的测量。在一些方面，凸起部可以具有被构造成例如减少感测隔膜106的磨损的任何形状，所述磨损在第一致动元件110和/或第二致动元件112接触感测隔膜106时由于其运动导致，允许更高的力和更高的压力应用，和/或有助于在施加到凸起部的力和力传感器100的输出之间的线性关系。

感测管芯104可以具有被置于感测隔膜106上或邻近感测隔膜106的一个或更多个感测元件，例如通过使用适当的制造或打印技术形成的压阻式感测元件或部件。在一些情况下，所述一个或更多个感测元件可以被形成，用于感测感测隔膜106响应于所施加的力的偏转。

当被使用时，压阻式部件可以相对于感测隔膜106被固定和/或被形成在感测隔膜106上或形成为感测隔膜106的一部分。压阻式部件可以被构造成具有根据施加的机械应力（例如，感测隔膜106的偏转）变化的电阻。在一些方面，压阻式部件可以包括硅压阻材料，然而，可以想到的是，可以如期望地使用非硅材料。压阻式部件可以被连接在惠斯通电桥构造（例如，全或半桥构造）中。应该理解的是，压阻式部件仅是能够被使用的感测元件的一个示例，并且可以想到的是，可以使用任何其它合适的感测元件来代替或补充压阻式部件。

感测管芯104能够通过使用粘结剂114被联接到引线框架102，所述粘结剂114例如是硅树脂、RTV、硅-环氧树脂、软质环氧树脂或者普通或硬质环氧树脂。粘结剂114可以包括传导性粘结剂、非传导性粘结剂或者传导性和非传导性粘结剂的组合。可以使用任何合适的传导性粘结剂和非传导性粘结剂。一种示例性非传导性粘结剂是RTV6424，其可以购买自Momentive Performance Materials Inc. of Waterford, N.Y.。一种示例性传导性粘结剂可以是SDC5000，其可以购买自Momentive Performance Materials Inc. ofWaterford, N.Y.。这些仅仅是示例，并且可以想到的是，可以如期望地使用任何其它合适的传导性和/或非传导性粘结剂。在一些方面，可以想到的是，感测管芯104可以通过使用任何其它合适的结合机制（例如，焊料、共晶体、球栅阵列（BGA）等等）被安装到基底102。

感测元件能够通过使用线键合118被电联接到引线框架102上的一个或更多个传导迹线。线键合118可以将感测管芯104的顶侧104a上的感测元件联接到引线框架102上的传导迹线。当不存在附加电路时，引线框架102上的传导迹线可以被直接联接到引线116。

在一些情况下，感测管芯104可以被安装在引线框架102中的开口120上方，该开口120被确定尺寸为允许致动元件110被插入到感测隔膜106和引线框架102之间。根据所用致动元件110的类型，开口120能够被确定尺寸为允许致动元件110被卡扣配合就位。在该实施例中，引线框架102中的开口120可以被确定尺寸为稍小于致动元件110的直径或其它尺寸，从而致动元件110通过开口120的插入使引线框架102部分地弹性变形。于是引线框架102可以在使用期间将致动元件110保持在引线框架102和感测隔膜106之间。

为了保护引线框架和线键合118并且提供结构刚度并将感测管芯104保持就位，能够使用包覆模制操作来围绕引线框架102和感测管芯104放置密封剂108。包覆模制操作通常需要在感测管芯104被电联接到引线框架102之后围绕引线框架102和感测管芯104放置模具或壳体以及将密封剂108注塑模制到模具或壳体内。一旦设置好，则壳体或模具能够被移除以便留下被置于或模制于引线框架102和感测管芯104之上的密封剂108。替代性地，沉积过程能够被用于将密封剂108放置在力传感器100的一个或更多个表面上。

根据力传感器100将被投入使用所处的环境类型，各种类型的材料能够被用作密封剂108。在一些方面，热塑性材料能够被用作密封剂材料。例如，热塑性密封剂能够包括聚醚酰亚胺（PEI）。在一些实施例中，热固性材料（例如环氧树脂或者树脂）能够被用作密封剂成分。

密封剂108能够被形成于力传感器100的两侧上。在第一侧上，密封剂108能够叠覆感测管芯104以便将感测管芯104相对于引线框架102保持就位。密封剂108的高度可以足以完全覆盖或封闭线键合和感测管芯104的边缘，其中该高度指的是垂直于引线框架102的平面表面的尺寸。在一些实施例中，密封剂108可以具有在感测管芯104的高度的大约1.5倍至大约10倍之间的总高度（考虑引线框架102的两侧）。在图1A-1C中所示的实施例中，密封剂108的总高度（包括引线框架102的两侧并且包括引线框架102和感测管芯104）能够是在大约750微米（μm）至大约1,000μm之间。

感测隔膜106能够被保持为不被覆盖，以便允许压力或其它力被传递到感测隔膜106。在一些实施例中，密封剂108能够被形成为具有朝着感测管芯104的中心向内倾斜的侧面。这样的构造可以允许由第二致动元件112传递的压力或力被传递和/或集中在感测隔膜106上。

第一致动元件110和第二致动元件112用于将被施加在致动元件110、112上的力传递到感测隔膜106以便允许该力被测量。为了提供能够被用于各种各样的终端组件和产品的柔性力传感器100，第一致动元件110能够包括在外部力和感测隔膜106之间的机械联接件，而第二致动元件112可以包括适于保护感测隔膜并且将压力传递到感测隔膜106的凝胶或柔性聚合材料。于是力传感器100能够如适合用于所述应用地通过将第一致动元件110或第二致动元件112联接到将被测量的所期望的力被用于各种不同应用。

在一些方面，第一致动元件110能够包括被构造成将力传递到感测隔膜106的机械致动元件。在一些实施例中，第一致动元件110可以包括球形物体（例如图1B中所示的球体）、销、延长器、按钮、任何其它的激活装置和/或其组合。可以意识到，根据替代性实施例，可以利用其它类型的致动器，比如例如可滑动安装的柱塞或轴、除球形物体之外的点接触类型部件、“T”形传递机构。如果期望，则第一致动元件110的外表面的仅一部分可以是球形形状或者采取特定形状。第一致动元件110可以由任何材料制成。例如，第一致动元件110可以由不锈钢、聚合物、陶瓷、宝石、其它合适的金属和/或其它合适的材料制成。在一些情况下，第一致动元件110可以包括不锈钢球轴承。然而，可以想到，如果期望，其它大体球形和其它形状的元件可以被用作第一致动元件110或其一部分，包括基于聚合物的物体。

第二致动元件112能够包括力传递材料，例如凝胶。所述凝胶能够被置于由密封剂108形成的腔体内并且基本填充感测隔膜106上方的区域且与感测隔膜106接触。因此，凝胶能够基本包围感测管芯104的顶部104a并且接触密封剂108的侧面。这可以提供对感测管芯104的保护和介质隔离以免受邻近力传感器100的外部环境的影响。凝胶可以将外部施加的力流体地传达到感测隔膜106。于是任何外部施加的力能够通过凝胶被传递到感测隔膜106，在此所述力能够基于感测隔膜106的偏转被测量。在一些实施例中，凝胶能够包括用于通过凝胶将力或压力传递到感测隔膜的任何合适材料，例如硅凝胶。

由于被施加在第一致动元件110、第二致动元件112其中之一或者二者（例如提供差别力（differential force））上的力导致的偏转可以通常导致感测管芯104的偏转。感测元件可以被构造成检测主要沿垂直于感测隔膜106的平面和/或作为整体的感测管芯104的平面的方向上的偏转。在此意义上，力传感器100被构造成测量与引线框架102的平面正交的单轴力。

虽然在图1B中被示为具有小于密封剂108的高度的高度，不过第二致动元件112能够在密封剂108的开口中被置于在密封剂108的高度上方或下方的水平，以致凝胶的表面能够低于密封剂的水平或者高于密封剂108的水平。进一步地，虽然第二致动元件112的表面被示为是圆形的或者球形的，不过该表面也能够是任何其它合适的形状。

在操作中，当电流被施加到压阻式感测元件（例如，被设置成全或半惠斯通电桥构造）时，可以生成电输出信号，其与感测隔膜106的偏转程度且因此与被施加到力传感器100的力相关。所述力能够由第一致动元件110或第二致动元件112（针对单向力）传递，或者从第一致动元件110和第二致动元件112（针对差别力测量）二者被传递。在任何构造中，感测隔膜106的产生的偏转能够改变感测元件的阻抗。随后在被电联接到感测管芯104的引线116上能够检测产生的输出电压，或者替代性地能够通过使用力传感器100的一部分的各种电路来处理输出电压，如本文中更具体描述的。

为了提供制造过程的灵活性，各种类型的感测管芯能够与本文公开的力传感器一起使用。例如，图2A-2C中示出了力传感器200的另一实施例。力传感器200类似于关于图1A-1C示出和描述的力传感器100，并且为了简明将不描述类似部件。如所示，力传感器200能够包括引线框架 102、传感器元件或感测管芯204、第一致动元件110和第二致动元件112。除了感测管芯204之外，每个部件均能够与关于图1A-1C所述的部件相同或相似。

如图2B中所示的感测管芯204能够包括平板型感测管芯。在该实施例中，感测管芯204可以被成形为跨越整个感测管芯204具有相对均匀的高度230。例如，感测管芯204可以跨越整个感测管芯204具有基本恒定高度230。在一些方面，感测管芯204可以不具有隔膜，而是整个感测管芯204能够是相同高度并且表现为隔膜。因为感测管芯204被联接到引线框架102并通过密封剂108被保持，所以感测管芯204可以被成形为比图1A-1C的感测管芯104更薄。在实施例中，感测管芯204可以具有在大约50微米至大约500微米之间的高度230，其中较厚的感测管芯204可以被用于检测较高的力。在一些实施例中，感测管芯204能够被用于检测在大约1牛顿（N）至大约100 N之间或者在大约5 N至大约50 N之间的力。

感测管芯204可以具有被置于感测管芯204的上表面204a或下表面204b上或与其邻近的一个或更多个感测元件。如本文所述，感测管芯204能够通过使用一个或更多个线键合118被电联接到引线框架102。在操作中，感测管芯204能够以与关于图1A-1C所述的感测管芯104相同的方式操作，其中感测管芯204能够偏转跨过感测管芯204的暴露于力的部分而不是只跨过隔膜。感测管芯204可以在其它方面与图1A-1C中所述的感测管芯相同或相似。

使用平板管芯可以允许相对低成本且易于制造的感测管芯204。例如，使用感测管芯204可以避免需要蚀刻步骤来形成用于感测力的隔膜。进一步，使用相对薄的感测管芯204可以通过使用密封剂108将感测管芯204相对于引线框架102保持就位来实现，其中密封剂用于在使用期间保护并保持感测管芯204。

能够形成低轮廓力传感器300来提供较薄的封装。例如，图3A-3C中示出了力传感器300的另一实施例。力传感器300类似于关于图1A-1C示出和描述的力传感器100以及关于图2A-2C描述的力传感器200。为了简洁将不描述类似部件。如所示，力传感器300能够包括引线框架 102、传感器元件或感测管芯204、第一致动元件110和第二致动元件112。每个部件均能够与关于图1A-1C和/或关于图2A-2C所述的部件相同或相似。虽然图3B中示出了平板型感测管芯204，不过也可以使用隔膜型感测管芯。

如图3B所示，在感测管芯204上的一个或更多个感测元件能够通过使用一个或更多个线键合318被电联接到引线框架102。因为密封剂108能够被放置成完全覆盖线键合318，所以线键合318能够包括反置几何形状的线键合以便减少线键合的总高度。于是密封剂的产生的高度能够被减少以便提供整体较薄的封装。使用反置几何形状的线键合318可以提供具有在感测管芯204的高度的大约1.5倍至5倍之间的总高度（考虑引线框架102的两侧）的力传感器300。在图3A-3C中所示的实施例中，密封剂108的总高度（包括引线框架102的两侧并且包括引线框架102和感测管芯104）能够是在大约350微米（μm）至大约500μm之间，并且能够表现为低轮廓设计。在一些实施例中，第二致动元件112能够在低轮廓设计中延伸超出密封剂108的表面，虽然这不是必须的。

在一些实施例中，低轮廓设计能够通过将感测管芯204倒装芯片（flip-chip）地安装到引线框架102来获得。力传感器400与关于图1A-3C示出和描述的力传感器100、200和300相似。为了简洁将不描述类似部件。如图4A-4C所示，感测管芯204可以通过使用粘结剂114（例如传导性粘结剂）作为结合材料被倒装芯片地安装到引线框架102。换言之，感测管芯204的顶侧204a（例如，感测管芯204的具有感测元件的侧面）能够朝着引线框架102的第一侧102a（例如，"顶侧"是相对于图4B所示的取向）面向下（例如，"向下"是相对于图4B所示的取向），并且使用传导性材料（例如传导性粘结剂114）被安装到该侧。在该示例中，粘结剂114可以被构造成将感测管芯204上的接合焊盘（bond pads）电连接到引线框架102上的一个或更多个接合焊盘或迹线导体而不需要线键合。此外，或者在替代性方案中，感测管芯204可以如期望地通过使用碰撞键合（bump bonds）、焊料球栅阵列（BGA）或任何其它合适的技术被倒装芯片地安装到引线框架102。各种技术（例如热超声焊接、热压焊接或其它合适的技术）能够被用于将传导性管芯附接件联接到感测管芯204和引线框架102上的传导性迹线。

对于倒装芯片安装的感测管芯204，密封剂108可以密封传导性管芯附接件以便在使用期间保护并隔离管芯附接件以免受环境影响。因为在倒装芯片安装的实施例中感测管芯204能够被联接到引线框架102，所以密封剂108的总高度可以相对薄。

感测管芯204能够被直接联接到引线框架上的引线以便提供从感测管芯上的感测元件（例如，压阻式感测元件）到引线的直接输出。这样的构造可以提供来自力传感器的无补偿输出。在一些实施例中，补偿和/或处理电路能够被设置在引线框架102上。在这些实施例中，来自感测管芯上的感测元件的输出可以通过使用一个或更多个传导性迹线被联接到处理电路，并且随后处理电路能够被联接到引线以便提供所期望的输出。

如图5A-5C所示，处理电路502能够被联接到引线框架102，用于处理在感测管芯204上的感测元件的输出。在一些实施例中，电路502可以被安装在引线框架102上（例如，在引线框架102的第一侧102a或第二侧102b上）。在一些实施例中，处理电路502能够被置于与感测管芯204相同的侧面上以便简化电连接并产生低轮廓力传感器500。

虽然在一些方面中能够使用各种处理电路502，不过处理电路502可以包括微处理器、微控制器、专用集成电路（"ASIC"）和/或专用标准产品（"ASSP"）。在一些实施例中，处理电路502可以通过使用粘结剂或任何其它合适的结合机制（例如，焊料、共晶体等等）被安装到引线框架102，包括关于粘结剂114（例如，传导性粘结剂、非传导性粘结剂等等）讨论的那些材料中的任何材料。如所示，处理电路502可以经由在引线框架102上的迹线导体且在一些情况下经由使用线键合518的接合焊盘和/或端子被电连接到感测管芯204。在一些实施例中，可以想到的是，处理电路502可以以包括直接管芯到管芯的线键合的其它方式被电连接到感测管芯204。

处理电路502可以包括从感测管芯204接收输出信号的电路，且响应地可以产生其大小代表施加到感测管芯204的力的大小的输出信号。处理电路502可以制约感测管芯的输出信号以便校正可重复变量，例如偏移、敏感性、非线性、温度影响和/或其它变量，并且/或者放大（例如，将输出信号从毫伏输出转换成伏特输出），或者转换输出信号（例如，模数转换等等）。处理电路502可以制约输出信号以便补偿电特性中依赖温度的变量并且/或者考虑在电特性的变化和力大小的对应变化之间的非线性关系。在一些实施例中，处理电路502能够包括数模转换器（DAC）以便提供来自力传感器500的数字输出。

在一些实施例中，处理电路502能够包括ASIC。ASIC可以被构造成具有内置温度传感器的数字放大器，用于补偿由影响力传感器500部件的操作特性的温度导致的感测管芯204输出信号的温度引起的变化。

能够看出图5A-5C的实施例是包括多个引线116的DIP封装。虽然图1A-4C的实施例已经被示为SIP封装，不过本文描述的任何实施例能够包括DIP封装。进一步，虽然在例如感测管芯204的某些部件的方面进行描述，不过处理电路502和对应构造能够与关于图1A-4C所描述的任何实施例一起使用。

本文描述的产生的力传感器可以每个具有从密封剂108延伸的一个或更多个引线116。引线能够被构造成是弯曲的或者以其它方式成形以提供期望的安装位置。因此，整个力传感器封装可以提供柔性封装框架以用于将力传感器进一步安装到期望的终端用途。

关于图6A-6C示出各种引线构造和图案。图6A-6C中所示的引线构造能够应用于关于图1A-5C所述的任何力传感器。图6A示出SIP的侧视图，其具有弯曲成提供与外部部件的连接的至少一个引线116。如所示，引线116能够朝着引线框架102的第一侧102a弯曲。在一些实施例中，引线116也能够朝着引线框架102的第二侧102b弯曲。制造具有直的引线116的力传感器封装且随后将引线弯曲或者以其它方式构造成期望取向的能力可以允许第一致动元件或第二致动元件在具体使用中与输入力选择性对齐。

图6B示出具有在不同方向弯曲的多个引线116的SIP的侧视图。如所示，第一引线602能够朝着引线框架102的第一侧102a弯曲，而第二引线604能够朝着引线框架102的第二侧102b弯曲。如进一步所示，第一引线602能够被成形为具有比第二引线604更长的竖直（例如，其中竖直指的是图6B中所示取向）部分。在一些实施例中，任何单个引线能够被成形为具有任何期望的长度。引线能够根据需要被修整成具有期望的长度。虽然示为具有不同长度，不过任何引线602、604能够具有相同长度并且在相同或不同方向被成形和弯曲。例如，第三或第四引线可以在与第一引线602相同的方向弯曲同时具有相同或不同长度。

图6C示出具有多个引线606、608、610、612的DIP力传感器的另一侧视图。如所示，DIP封装可以提供在感测管芯204的两侧上从引线框架102的两端延伸的引线。如所示，多个引线606、608、610、612能够全部在不同方向成形和弯曲。在一些实施例中，在引线框架102的第一端上的引线606、608两者能够均在相同方向弯曲，在与第一端相对的第二端上的引线610、612能够在相同或不同方向弯曲。当引线606、608在相同方向弯曲时，在第二端上的引线610、612能够在与引线 606、608相同的方向或者在相反的方向弯曲。如图6C进一步示出的，所述多个引线、606、608、610、612中的一个或更多个能够具有与其它引线不同的长度。

通过使用SIP或DIP力传感器将引线成形和弯曲成各种图案的能力可以允许产生的力传感器封装以各种取向被安装到基底。图7A-7C示出基底上的SIP封装的几种取向。图7A-7C所示的力传感器取向能够应用到关于图1A-5C所述的任何力传感器，并且所述取向能够依赖于图6A-6C所示的各种引线构造或者由其实现。

基底702能够包括任何合适的元件，例如PCB、陶瓷基底等，并且大体代表被构造成被电连接到用于检测力的力传感器的较大仪器封装。如图7A所示，在引线716朝着引线框架102的第一侧102a向下弯曲并接触基底702的情况下，力传感器能够被安装在基底702上。在一些实施例中，引线716能够被结合到在基底702上的接合焊盘或传导性迹线以便形成用于中继传感器输出的电连接。虽然仅示出一个引线716，多个引线将类似地联接到基底702上的接合焊盘或传导性迹线。如所示，引线框架102的第一侧102a将被放置成面向基底702，并且第一致动元件110将被暴露以允许检测力。虽然示为第一致动元件110被定位成背离基底702，不过第二致动元件可以替代性地被设置成通过在相反方向弯曲引线716而背离基底702。因此，力传感器在其被联接到基底702时所处的取向上是灵活的。

图7B类似于图7A的取向，除了力传感器能够被结合到基底702的相对表面。在该取向中，第一致动元件110背离基底702放置，以允许通过第一致动元件110检测力。如上文指出的，第二致动元件也可以通过在相反方向弯曲引线716而被定位成背离基底702。

图7C示出力传感器的垂直取向。在该实施例中，引线716能够被联接到基底702，以致在力传感器中的感测管芯的平面垂直于基底702的平面。在该取向中，第一致动元件110和第二致动元件112二者均被暴露且可用于检测力。随后致动元件110、112中的一个或两者能够被用于检测力或跨越力传感器的差别力。

在一些实施例中，基底能够在基底中包括端口或开口802以便允许力传感器被联接到基底702同时提供通路至第一致动元件110和/或第二致动元件112。图8A-8D示出基底702上的SIP和DIF力传感器封装的几种取向。图8A-8D所示的力传感器取向能够应用到关于图1A-5C所述的任何力传感器，并且所述取向能够依赖于图6A-6C所示的各种引线构造或者由其实现。

图8A示出被联接到基底702的力传感器800，其能够与本文描述的任何力传感器100、200、300、400或500相同或相似，其中基底702具有端口802。端口802能够被确定尺寸为允许接近第一致动元件110或第二致动元件112。如图8A所示，端口802能够提供通过基底702从基底的第二侧702b至第二致动元件112的通路。于是第一致动元件110能够背离基底702并且能够从基底702的第一侧702a被接近。在这种构造中，第一致动元件110和/或第二致动元件112能够被接近以便提供指示力传感器800上的力的信号。

图8B示出力传感器800被置于基底702的第二侧702b上的相似取向。在该取向中，端口802能够提供通过基底702从基底702的第一侧702a至第二致动元件112的通路。于是第一致动元件110能够背离基底702并且能够从基底702的第二侧702b被接近。在这种构造中，第一致动元件110和/或第二致动元件112能够被接近以便提供指示力传感器800上的力的信号。

图8C示出具有被联接到基底702 的力传感器800的DIP封装。基底702中的端口802能够与第二致动元件112对齐，以便提供从基底702的第一侧702a至第二致动元件112的通路。引线716、718能够被成形为接触基底702以便提供在基底702和力传感器800之间的电连接。第一致动元件110能够背离基底以便提供从基底的第二侧702b至第一致动元件的通路。

图8D示出具有被联接到基底702的力传感器800的DIP封装的另一侧视图。在该取向中，端口802与第一力传感器110对齐，并且引线716、718被联接到基底702的第一侧702a。端口802于是能够提供从基底702的第二侧702b至第一致动元件110的通路，并且第二致动元件112能够从基底702的第一侧702a被接近。

图7A-8D中示出的每种取向均示出了本文描述的力传感器的使用的灵活性。通过提供具有一个或更多个引线的单个力传感器，引线能够根据需要被成形并且力传感器能够根据需要以多种取向被联接到基底以便提供期望的构造。

现在将参考图1A-5C所示的示意性实施例的力传感器封装来描述根据一个实施例的制备传感器元件的方法。最初，提供由本领域公知技术形成的引线框架102。其后，感测管芯104、204能够被定位且被联接到引线框架102。例如，线键合和/或倒装芯片安装能够被用于将感测管芯104、204电联接到引线框架102。一旦感测管芯104、204被定位，则模制操作能够被用于使用密封剂来覆盖键合、引线框架102的一部分和感测管芯104、204的一部分。

如果包括处理电路，则处理电路能够在模制过程之前被电联接到引线框架102，并且所有电连接能够均被建立。除了线键合和感测管芯104、204的一部分之外，密封剂于是还能够覆盖处理电路和对应的电连接。

从引线框架102延伸的引线于是能够被成形为匹配一个或更多个基底702上的电连接。随后力传感器能够被定位在基底上并且电连接能够被建立。本文描述的任何取向和构造能够被用于将力传感器联接在基底上。

本领域的技术人员将意识到，结合本文公开的实施例描述的各种示意性逻辑框、模块、电路和算法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件或二者的组合。一些实施例和实施方式在上文被描述为功能和/或逻辑框部件（或者模块）和各种处理步骤。然而，应该意识到，所述框部件（或模块）可以由被配置成执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，在上文中以其功能性大体描述了各种示意性部件、框、模块、电路和步骤。这样的功能是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和对整个系统施加的设计约束。技术人员可以针对每个具体应用以各种方式实施所述功能，但是这种的实施方式判定不应该被解释为导致背离本发明范围。例如，系统或部件的实施例可以使用各种集成电路部件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或更多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能。此外，本领域技术人员将意识到本文描述的实施例仅是示例性实施方式。

结合本文公开的实施例的描述的各种示意性逻辑框、模块和电路可以被实现或执行为通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或设计为执行本文描述的功能的其任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替代性方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以被实施为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合了DSP芯的一个或更多个微处理器或者任何其它的这样的配置。

结合本文公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以被直接实现在由处理器执行的硬件中、软件模块中或者二者的组合中。软件模块可以存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或者本领域公知的任何其它形式的存储介质中。示例性存储介质联接到处理器，使得处理器能够从存储介质读取信息以及向存储介质写入信息。在替代性方案中，存储介质可以被集成到处理器。处理器和存储介质可以存在于ASIC中。ASIC可以存在于用户终端中。在替代性方案中，处理器和存储介质可以作为离散部件存在于用户终端中。

本文已经描述了各种系统和方法，各种实施例能够包括但不限于：

在第一实施例中，力传感器包括：包括多个电传导引线的引线框架；联接到所述引线框架的感测管芯，其中所述感测管芯被电联接到所述多个引线；以及被置于所述感测管芯和所述引线框架的至少一部分之上的密封剂，其中所述多个引线从所述密封剂延伸。

第二实施例能够包括第一实施例的力传感器，其中所述多个电传导引线从所述引线框架的一侧延伸。

第三实施例能够包括第一实施例的力传感器，其中所述多个电传导引线从所述引线框架的两侧延伸。

第四实施例能够包括第一至第三实施例中任何实施例的力传感器，其中所述感测管芯包括感测隔膜，该感测隔膜被构造成偏转以提供施加在该感测隔膜上的力的指示。

第五实施例能够包括第一至第四实施例中任何实施例的力传感器，其中所述感测管芯包括跨越整个所述感测管芯的基本均匀的高度。

第六实施例能够包括第一至第五实施例中任何实施例的力传感器，进一步包括被置于接触所述感测管芯的第一侧的第一致动元件，其中所述第一致动元件包括被构造成将外部力与所述感测管芯机械联接的机械联接元件。

第七实施例能够包括第六实施例的力传感器，其中所述第一致动元件包括球形物体、销、延长器或按钮。

第八实施例能够包括第六或第七实施例的力传感器，其中所述第一致动元件由金属、陶瓷、聚合物或其任何组合形成。

第九实施例能够包括第六至第八实施例中任何实施例的力传感器，其中所述引线框架包括与所述感测管芯的所述第一侧对齐的开口，其中所述第一致动元件被置于通过所述开口。

第十实施例能够包括第九实施例的力传感器，其中所述第一致动元件被卡扣配合通过所述开口并且被保持在所述开口和所述感测管芯的所述第一侧之间。

第十一实施例能够包括第六至第十实施例中任何实施例的力传感器，进一步包括被置于接触所述感测管芯的第二侧的第二致动元件。

第十二实施例能够包括第十一实施例的力传感器，其中所述第二致动元件包括凝胶。

第十三实施例能够包括第十一或第十二实施例的力传感器，其中所述密封剂限定与所述感测管芯的所述第二侧对齐的腔室，其中所述第二致动元件被置于所述腔室内。

第十四实施例能够包括第一至第十三实施例中任何实施例的力传感器，其中所述多个电传导引线中的一个或更多个弯曲。

第十五实施例能够包括第一至第十四实施例中任何实施例的力传感器，其中所述密封剂包括热塑性塑料。

第十六实施例能够包括第一至第十五实施例中任何实施例的力传感器，其中所述感测管芯通过使用线键合被电联接到所述多个引线。

第十七实施例能够包括第一至第十六实施例中任何实施例的力传感器，其中所述感测管芯通过使用倒装芯片安装被电联接到所述多个引线。

在第十八实施例中，力传感器包括：包括第一侧和第二侧的感测管芯；被置于接触所述感测管芯的所述第一侧的第一致动元件，其中所述第一致动元件包括被构造成将外部力与所述感测管芯机械联接的机械联接元件；以及被置于接触所述感测管芯的所述第二侧的第二致动元件，其中所述第二致动元件包括凝胶。

第十九实施例能够包括第十八实施例的力传感器，进一步包括：包括多个电传导引线的引线框架，其中所述感测管芯被置于所述引线框架上，并且其中所述感测管芯被电联接到所述多个电传导引线；以及被置于所述感测管芯和所述引线框架的至少一部分之上的密封剂，其中所述多个引线从所述密封剂延伸。

第二十实施例能够包括第十九实施例的力传感器，其中所述多个电传导引线从所述引线框架的一侧或所述引线框架的两侧延伸。

第二十一实施例能够包括第十九或第二十实施例的力传感器，其中所述多个电传导引线中的一个或更多个弯曲。

第二十二实施例能够包括第十九至第二十一实施例中任何实施例的力传感器，其中所述密封剂包括热塑性塑料。

第二十三实施例能够包括第十八至第二十二实施例中任何实施例的力传感器，其中所述感测管芯包括跨越整个所述感测管芯的基本均匀的高度。

第二十四实施例能够包括第十八至第二十三实施例中任何实施例的力传感器，其中所述第一致动元件包括球形物体、销、延长器或按钮。

第二十五实施例能够包括第十八至第二十四实施例中任何实施例的力传感器，其中所述第一致动元件由金属、陶瓷、聚合物或其任何组合形成。

在第二十六实施例中，力传感器包括：包括多个电传导引线的引线框架；以及联接到所述引线框架的感测管芯，其中所述感测管芯被电联接到所述多个电传导引线，并且其中所述感测管芯包括跨越整个所述感测管芯的基本均匀的高度。

第二十七实施例能够包括第二十六实施例的力传感器，进一步包括：被置于所述感测管芯和所述引线框架的至少一部分之上的密封剂。

第二十八实施例能够包括第二十六或第二十七实施例的力传感器，进一步包括被置于接触所述感测管芯的第一侧的第一致动元件，其中所述第一致动元件包括被构造成将外部力与所述感测管芯机械联接的机械联接元件。

第二十九实施例能够包括第二十八实施例的力传感器，其中所述第一致动元件包括球形物体、销、延长器或按钮。

第三十实施例能够包括第二十八或第二十九实施例的力传感器，其中所述第一致动元件由金属、陶瓷、聚合物或其任何组合形成。

第三十一实施例能够包括第二十八至第三十实施例中任何实施例的力传感器，其中所述引线框架包括与所述感测管芯的所述第一侧对齐的开口，其中所述第一致动元件被置于通过所述开口。

第三十二实施例能够包括第三十一实施例的力传感器，其中所述第一致动元件被卡扣配合通过所述开口并且被保持在所述开口和所述感测管芯的所述第一侧之间。

第三十三实施例能够包括第二十八至第三十二实施例中任何实施例的力传感器，进一步包括被置于接触所述感测管芯的第二侧的第二致动元件。

第三十四实施例能够包括第三十三实施例的力传感器，其中所述第二致动元件包括凝胶。

在第三十五实施例中，方法包括：将感测管芯放置在引线框架上，其中所述引线框架包括多个电传导引线；将所述感测管芯电联接到所述多个电传导引线；以及将密封剂模制在所述感测管芯和所述引线框架的至少一部分之上。

第三十六实施例能够包括第三十五实施例的方法，其中所述密封剂形成与所述感测管芯的第一表面对齐的腔室，其中所述方法进一步包括：将第一致动元件放置在所述腔室内并接触所述感测管芯的所述第一表面。

第三十七实施例能够包括第三十六实施例的方法，其中放置所述第一致动元件包括将凝胶分配在所述腔室内。

第三十八实施例能够包括第三十六或第三十七实施例的方法，其中所述引线框架包括与所述感测管芯的第二表面对齐的开口，其中所述方法进一步包括：使第二致动元件卡扣配合通过所述开口并接触所述感测管芯的所述第二表面。

第三十九实施例能够包括第三十五至第三十八实施例中任何实施例的方法，进一步包括：使得所述电传导引线中的一个或更多个成形为匹配基底上的连接图案，其中所述连接图案包括多个接合焊盘；以及将所述电传导引线电联接到所述多个接合焊盘。

虽然已经在上文示出并描述了根据本文公开的原理的各种实施例，不过在不背离本公开精神和教导的情况下，本领域技术人员可以对其作出修改。本文描述开的实施例仅是代表性的并且不旨在限制。许多改变、组合和修改是可能的并且在本公开范围内。由于组合、整合和/或省略实施例特征得到的替代性实施例也在本公开范围内。因此，保护范围不受上文给出的描述的限制，而是由所附权利要求限定，该范围包括权利要求的主题的所有等价方案。每个和全部权利要求作为进一步公开被包括在说明书中并且权利要求是本发明的实施例。此外，上文描述的任何优点和特征可以与特定实施例相关，但是不应将如此提出的权利要求的应用限制成实现任何或全部上述优点或具有任何或全部上述特征的过程和结构。

另外，本文使用的节标题被提供用于与37 C.F.R.1.77的建议一致或者以其它方式提供组织线索。这些标题不应限制可以由本公开所提出的任何权利要求中陈述的发明或描述其特征。具体地且通过示例的方式，虽然标题可以指的是“技术领域”，不过权利要求不应该被该标题下所选择的语言限制成描述所谓的技术领域。进一步，在“背景技术”中描述的技术不应该被解释为对于某些技术是本公开中任何发明的现有技术的承认。“发明内容”也不被看作限制所述权利要求中所陈述的发明的特征。此外，在本公开中以单数提及“发明”时不应该被用于争辩本公开中仅存在单个创新点。根据本公开所提出的多个权利要求的限制可以提出多个发明，并且这样的权利要求相应地限定因而被保护的（多个）发明及其等价方案。在所有情况下，权利要求的范围应该根据本公开以其自身的价值被考虑，而不应该由本文列出的标题约束。

使用例如“包括”、“包含”和“具有”的较宽术语应该被理解为提供对例如“由……构成”、“本质上由……构成”和“基本上由……组成”的较窄术语的支持。关于实施例的任何元件使用术语“可选地”、“可以”、“可能”、“可能地”等意味着不需要该元件，或者替代性地需要该元素，这两种替代方案均在实施例范围内。此外，参考示例仅被提供用于示意性目的，并且不旨在是排他的。

虽然在本公开中已经提供了多种实施例，不过应该理解的是公开的系统和方法可以在不背离本公开精神或范围的情况下以许多其它特定形式被实施。当前的示例被认为是示意性的而不是限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节。例如，各种元件或部件可以组合或集成在另一系统中，或者某些特征可以被省略或不被实现。

此外，在各种实施例中作为离散或独立的被描述和示出的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法组合或集成，而不背离本公开范围。作为彼此直接联接或连通被示出或讨论的其它项目可以通过一些接口、装置或中间部件以电、机械或其它方式间接联接或连通。在不背离本文公开的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以确定并可以做出改变、替代和更改的其它示例。

Claims (10)

1.一种力传感器（100、200、300、400、500），包括：

包括多个电传导引线（116）的引线框架（102）；

联接到所述引线框架（102）的感测管芯（104、204），其中，所述感测管芯（104、204）被电联接到所述多个电传导引线（116）；

被置于所述引线框架（102）的至少一部分和所述感测管芯（104、204）的至少一部分之上的密封剂（108），其中，所述多个电传导引线（116）从所述密封剂（108）延伸；

被置于接触所述感测管芯（104、204）的第一侧的第一致动元件（110），其中，所述第一致动元件（110）包括被构造成将外部力与所述感测管芯（104、204）机械联接的机械联接元件；

其特征在于：

所述引线框架（102）包括与所述感测管芯（104、204）的所述第一侧对齐的开口（120），其中，所述第一致动元件（110）被置于通过所述开口（120）；

并且其特征在于：

所述第一致动元件（110）被卡扣配合通过所述开口（120）并且被保持在所述开口（120）和所述感测管芯（104、204）的所述第一侧之间。

2.根据权利要求1所述的力传感器（100、200、300、400、500），其中，所述感测管芯（104）包括感测隔膜（106），所述感测隔膜（106）被构造成偏转以提供施加在所述感测隔膜（106）上的力的指示。

3.根据权利要求1所述的力传感器（100、200、300、400、500），其中，所述感测管芯（204）包括跨越所述感测管芯（204）的基本均匀的高度。

4.根据权利要求1所述的力传感器（100、200、300、400、500），其中，所述第一致动元件（110）包括球形物体、销、延长器或按钮。

5.根据权利要求1所述的力传感器（100、200、300、400、500），其中，所述第一致动元件（110）由金属、陶瓷、聚合物或其任何组合形成。

6.根据权利要求1所述的力传感器（100、200、300、400、500），其中，所述引线框架（102）包括基部材料，所述基部材料包括聚合材料或陶瓷。

7.根据权利要求1所述的力传感器（100、200、300、400、500），其中，所述密封剂（108）包括热塑性塑料。

8.一种用于制备如权利要求1至7中任一项所述的力传感器（100、200、300、400、500）的方法，包括：

将感测管芯（104、204）放置在引线框架（102）上，其中，所述引线框架（102）包括多个电传导引线（116）；

将所述感测管芯（104、204）电联接到所述多个电传导引线（116）；以及

将密封剂（108）模制在所述引线框架（102）的至少一部分和所述感测管芯（104、204）的至少一部分之上；

其中，所述引线框架（102）包括与所述感测管芯（104、204）的第一表面对齐的开口，其特征在于，所述方法进一步包括：

使第一致动元件（110）卡扣配合通过所述开口（120）并接触所述感测管芯（104、204）的所述第一表面。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括使所述密封剂（108）的侧面朝着所述感测管芯（104、204）的中心向内倾斜。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

使所述电传导引线（116）中的一个或更多个成形为匹配基底（702）上的连接图案，其中，所述连接图案包括多个接合焊盘；以及

使所述电传导引线（116）电联接到所述多个接合焊盘。

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