CN108344530A - 力量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种力量传感器，包括一座体、一感测元件、一弹性胶体及一按压件。感测元件配置在座体上且电性连接于座体。弹性胶体配置在座体上且包覆感测元件。按压件配置在弹性胶体上，且用于受力而按压弹性胶体以使弹性胶体产生弹性变形。感测元件用于感测弹性胶体的弹性变形而产生感测信号。

Description

力量传感器

技术领域

本发明是有关于一种传感器，且特别是有关于一种力量传感器。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术是一种以微小化机电整合结构为出发点的设计。目前常见的微机电技术主要应用于微传感器(Microsensors)、微制动器(Micro actuators)与微结构(Micro structures)元件等三大领域，其中微传感器可将外界环境变化(如力量、压力、声音、速度等)转换成电信号(例如电压或电流等)，而实现环境感测功能，如力量感测、压力感测、声音感测、加速度感测等。由于微传感器可利用半导体加工技术制造且可与集成电路整合，因此具有较佳的竞争力。因此，微机电传感器以及应用微机电传感器的感测装置为微机电系统的发展趋势。

对于微机电力量传感器，其感测元件用来感测实体所施加的按压力，若感测元件被暴露出并直接承受按压力，则感测元件容易耗损。因此，如何对力量传感器的感测元件进行保护并维持其感测性能，为微机电力量感测领域的重要议题。

发明内容

本发明提供一种力量传感器，其感测元件受到良好的保护且具有良好的感测性能。

本发明的力量传感器包括一座体、一感测元件、一弹性胶体及一按压件。感测元件配置在座体上且与座体电性连接。弹性胶体配置在座体上且包覆感测元件。按压件配置在弹性胶体上，且用于受力而按压弹性胶体以使弹性胶体产生弹性变形。感测元件用于感测弹性胶体的弹性变形而产生感测信号。

在本发明的一实施例中，上述座体具有一凹槽，感测元件及弹性胶体配置在凹槽内，弹性胶体的顶部突出在凹槽之外、凹陷在凹槽之内或与凹槽的开口端齐平。

本发明的力量传感器包括一座体、一感测元件及一弹性胶体。座体具有一凹槽。感测元件配置在凹槽内且与座体电性连接。弹性胶体配置在凹槽内且包覆感测元件。弹性胶体的顶部突出在凹槽之外且用于受力而使弹性胶体产生弹性变形。感测元件用于感测弹性胶体的弹性变形而产生感测信号。

在本发明的一实施例中，上述力量传感器包括一按压件，其中按压件配置在弹性胶体上，且用于受力而按压弹性胶体以使弹性胶体产生弹性变形。

在本发明的一实施例中，上述按压件包括一盖体，盖体的宽度大于弹性胶体的宽度。

在本发明的一实施例中，上述盖体接触弹性胶体。

在本发明的一实施例中，上述按压件还包括一凸块，凸块的宽度小于弹性胶体的宽度，凸块配置在盖体与弹性胶体之间且接触弹性胶体。

在本发明的一实施例中，上述凸块局部地埋入弹性胶体。

在本发明的一实施例中，上述盖体的材质为金属，座体具有一接地端，盖体与接地端电性连接。

在本发明的一实施例中，上述盖体通过一导电胶而与座体连接，座体内具有一导电线路，导电线路连接在导电胶与接地端之间。

在本发明的一实施例中，上述座体包括一处理单元，其中处理单元与感测元件电性连接。

在本发明的一实施例中，上述弹性胶体的材质包括多种胶材。

在本发明的一实施例中，上述力量传感器包括至少一焊线，其中感测元件通过焊线而与座体连接，多种胶材的其中之一包覆焊线的至少一末端。

基于上述，本发明的力量传感器利用弹性胶体来包覆感测元件，使感测元件受到良好的保护，从而避免感测元件被暴露出而易耗损。通过弹性胶体的可弹性变形的特性，作用于弹性胶体的按压力可顺利地随着弹性胶体的变形而传递至感测元件，使感测元件能够准确地对所述按压力进行感测。此外，可在弹性胶体上配置按压件以进一步对弹性胶体及感测元件进行保护，且按压件的尺寸及外形可依需求而设计，以有效地接受及传递所述按压力。再者，可将弹性胶体的顶部设计为突出在座体的凹槽之外，以使所述按压力能够顺利地传递至弹性胶体。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明一实施例的力量传感器的俯视图；

图1B是图1A的力量传感器沿I-I线的剖面图；

图1C示出图1B的弹性胶体被按压的示意图；

图2A是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图2B示出图2A的弹性胶体被按压的示意图，

图3A是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图3B示出图3A的弹性胶体被按压的示意图；

图4是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图5是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图6是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图7是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图8是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图9是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图；

图10A至图10E是本发明一实施例的力量传感器的制造流程图；

图11A至图11C是本发明另一实施例的力量传感器的制造流程图；

图12A至图12C是本发明另一实施例的力量传感器的制造流程图；

图13A至图13B是本发明另一实施例的力量传感器的制造流程图；

图14是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。

附图标记说明：

100、200、300、400、500、600、700、800、900：力量感测器；

110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010、1110、1210、1310：座体；

110a、210a、310a、410a、510a、610a、710a、810a、910a、1010a、1110a、1310a：凹槽；

112、212、312、412、512、612、712、812、912、1212：底部；

114、214、314、414、514、614、714、814、914：侧部；

116、216、316、516、616、716：处理单元；

120、220、320、420、520、620、720、820、920、1020、1120、1220、1320：感测元件；

122、222、322、422、522、622、722、822、922：可形变部；

130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030、1130、1330：弹性胶体；

140、240、340、440、540、1040、1240、1340：焊线；

250、350、450：按压件；

252、352、452：盖体；

354、454、1054、1154：凸块；

410b：接地端；

410c：导电线路；

452a：导电胶；

640、740、840、940：焊球；

640a、840a：导电通孔；

1360、1360’：保护胶材；

F：按压力。

具体实施方式

图1A是本发明一实施例的力量传感器的俯视图。图1B是图1A的力量传感器沿I-I线的剖面图。请参考图1A及图1B，本实施例的力量传感器100例如是微机电力量传感器，包括一座体110、一感测元件120、一弹性胶体130及多个焊线140。座体110包括一底部112、多个侧部114及一处理单元116，这些侧部114与底部112连接且构成口字型侧壁，而使座体110具有一凹槽110a。处理单元116例如是信号处理芯片，其配置在底部112上且通过部分焊线140与底部112电性连接。

感测元件120配置在座体110的处理单元116上而位于凹槽110a内，且通过部分焊线140与座体110的处理单元116电性连接。详细而言，感测元件120例如是压阻式传感器(piezoresistive sensor)，其主体的材质例如为硅且具有一可形变部122，可形变部122上设有压阻材料，压阻材料与对应的焊线140电性连接。弹性胶体130例如为硅胶或其他适当种类的具有弹性的胶体，其配置在座体110上而位于凹槽110a内且包覆感测元件120、处理单元116及焊线140。在本实施例中，弹性胶体130的顶部突出在凹槽110a之外。需说明的是，本发明所提及的弹性胶体，是指在未固化时为流体且在固化后可因按压力而产生弹性变形供感测元件感测的胶体。

图1C示出图1B的弹性胶体被按压的示意图。当使用者接触并按压弹性胶体130时，弹性胶体130的顶部用于如图1C所示受力(标示为按压力F)而使弹性胶体130产生弹性变形。感测元件120用于感测弹性胶体130的弹性变形而产生感测信号。来自感测元件120上的压阻材料的感测信号可通过焊线140传递至处理单元116，并在处理单元116进行转换或过滤噪声等处理后通过焊线140从处理单元116传递至座体110的底部112。座体110可配置在电子装置的电路板上，且座体110的底部112内例如具有线路结构，所述感测信号通过底部112内的线路结构而传递至电子装置的电路板。所述电子装置例如是具有触控功能的装置，并利用力量传感器100的力量感测功能来判断使用者的触控力道。然而，本发明不以此为限，力量传感器100可应用于其他种类的装置。

在上述配置方式之下，力量传感器100利用弹性胶体130来包覆感测元件120，使感测元件120受到良好的保护，从而避免感测元件120被暴露出而易耗损。通过弹性胶体130的可弹性变形的特性，作用于弹性胶体130的按压力可顺利地随着弹性胶体130的变形而传递至感测元件120，使感测元件120能够准确地对所述按压力进行感测。此外，将弹性胶体130的顶部设计为突出在座体110的凹槽110a之外，可使按压力能够顺利地传递至弹性胶体130。然而，在其他实施例中，弹性胶体130的顶部也可设计为凹陷在凹槽110a之内或与凹槽110a的开口端齐平，本发明不对此加以限制。

图2A是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。图2B示出图2A的弹性胶体被按压的示意图。在图2A及图2B所示力量传感器200中，座体210、凹槽210a、底部212、侧部214、处理单元216、感测元件220、可形变部222、弹性胶体230、焊线240的配置与作用方式类似于图1A至图1C示出的座体110、凹槽110a、底部112、侧部114、处理单元116、感测元件120、可形变部122、弹性胶体130、焊线140的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器200与力量传感器100的不同处在于，力量传感器200还包括一按压件250，按压件250配置在弹性胶体230上，且用于受使用者的按压力而按压弹性胶体230以使弹性胶体230产生弹性变形。藉此配置方式，可利用按压件250进一步对弹性胶体230及感测元件220进行保护，且按压件250的尺寸及外形可依需求而设计，以有效地接受及传递所述按压力。

在图2A及图2B所示实施例中，按压件250包括一盖体252，盖体252接触弹性胶体230。盖体252的材质例如为玻璃、金属或其他适当材质，本发明不对此加以限制。盖体252的宽度大于弹性胶体230的宽度，从而盖体252可完全覆盖弹性胶体230的顶部，且可避免因弹性胶体230的顶部面积过小而难以按压。本发明不对按压件的形式加以限制，举例说明如下。

图3A是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。图3B示出图3A的弹性胶体被按压的示意图。在图3A及图3B所示力量传感器300中，座体310、凹槽310a、底部312、侧部314、处理单元316、感测元件320、可形变部322、弹性胶体330、焊线340、按压件350、盖体352的配置与作用方式类似于图2A及图2B示出的座体210、凹槽210a、底部212、侧部214、处理单元216、感测元件220、可形变部222、弹性胶体230、焊线240、按压件250、盖体252的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器300与力量传感器200的不同处在于，按压件350还包括一凸块354，凸块354配置于盖体352与弹性胶体330之间且接触弹性胶体330。凸块354的材质例如为塑胶、金属或其他适当材质，且凸块354与盖体352例如不为一体成形的结构，然而，本发明不对此加以限制。凸块354的宽度小于弹性胶体330的宽度，从而可使作用于弹性胶体330的按压力较为集中，以提升力量传感器300的感测灵敏度与感测准确度。

图4是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。在图4所示力量传感器400中，座体410、凹槽410a、底部412、侧部414、感测元件420、可形变部422、弹性胶体430、焊线440、按压件450、盖体452、凸块454的配置与作用方式类似于图3A及图3B示出的座体310、凹槽310a、底部312、侧部314、感测元件320、可形变部322、弹性胶体330、焊线340、按压件350、盖体352、凸块354的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器400与力量传感器300的不同处在于，盖体452及凸块454的材质皆为金属且为一体成形的结构，座体410具有一接地端410b，盖体452与接地端410b电性连接。藉此，盖体452可屏蔽来自力量传感器400外的电磁波，避免感测元件420受到电磁波干扰，使其具有较佳的电磁相容性(ElectromagneticCompatibility，EMC)。

详细而言，本实施例的盖体452通过一导电胶452a而与座体410的侧部414顶端连接，座体410内具有一导电线路410c，导电线路410c沿侧部414延伸而连接在导电胶452a与接地端410b之间，使盖体452能够与接地端410b电性连接。当座体410配置在电子装置的电路板上时，接地端410b可与所述电路板的接地层连接以达到接地效果。

本发明不对感测元件与处理单元的配置方式加以限制。举例来说，除了可如图1B所示利用处理单元116来承载感测元件120，也可如图4所示不配置处理单元而让座体410的底部412直接承载感测元件420，且感测元件420通过焊线440直接与座体410的底部412电性连接。以下通过附图举例说明感测元件与处理单元的其他配置方式。

图5是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。在图5所示力量传感器500中，座体510、凹槽510a、底部512、侧部514、处理单元516、感测元件520、可形变部522、弹性胶体530、焊线540的配置与作用方式类似于图1A至图1C示出的座体110、凹槽110a、底部112、侧部114、处理单元116、感测元件120、可形变部122、弹性胶体130、焊线140的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器500与力量传感器100的不同处在于，感测元件520不是配置在处理单元516上，感测元件520配置在座体510的底部512上而位于处理单元516的一侧。

图6是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。在图6所示力量传感器600中，座体610、凹槽610a、底部612、侧部614、处理单元616、感测元件620、可形变部622、弹性胶体630的配置与作用方式类似于图5示出的座体510、凹槽510a、底部512、侧部514、处理单元516、感测元件520、可形变部522、弹性胶体530的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器600与力量传感器500的不同处在于，处理单元616及感测元件620不是通过焊线进行电性连接，处理单元616及感测元件620是通过焊球640与座体610的底部612连接。此外，位于感测元件620下侧的焊球640是通过贯穿感测元件620的导电通孔640a而与位于感测元件620上侧的压阻材料连接。

图7是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。在图7所示力量传感器700中，座体710、凹槽710a、底部712、侧部714、处理单元716、感测元件720、可形变部722、弹性胶体730、焊球740的配置与作用方式类似于图6示出的座体610、凹槽610a、底部612、侧部614、处理单元616、感测元件620、可形变部622、弹性胶体630、焊球640的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器700与力量传感器600的不同处在于，感测元件720的可形变部722配置为朝向座体710的底部712，从而感测元件720不需配置导电通孔就能使焊球740与感测元件720的压阻材料连接。

图8是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。在图8所示力量传感器800中，座体810、凹槽810a、底部812、侧部814、感测元件820、可形变部822、弹性胶体830、焊球840、导电通孔840a的配置与作用方式类似于图6示出的座体610、凹槽610a、底部612、侧部614、感测元件620、可形变部622、弹性胶体630、焊球640、导电通孔640a的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器800与力量传感器600的不同处在于，力量传感器800不具有处理单元。

图9是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。在图9所示力量传感器900中，座体910、凹槽910a、底部912、侧部914、感测元件920、可形变部922、弹性胶体930、焊球940的配置与作用方式类似于图7示出的座体710、凹槽710a、底部712、侧部714、感测元件720、可形变部722、弹性胶体730、焊球740的配置与作用方式，在此不再赘述。力量传感器900与力量传感器700的不同处在于，力量传感器900不具有处理单元。

以下通过附图举例说明本发明的力量传感器的制造流程。图10A至图10E是本发明一实施例的力量传感器的制造流程图。首先，如图10A所示提供一座体1010。接着，如图10B所示将一感测元件1020配置在座体1010上，使感测元件1020位于座体1010的一凹槽1010a内。如图10C所示通过至少一焊线1040连接感测元件1020与座体1010。如图10D所示将弹性胶体1030填充在座体1010的凹槽1010a内，使弹性胶体1030包覆感测元件1020及焊线1040。此外，可如图10E所示将凸块1054配置在弹性胶体1030上。所述座体1010、感测元件1020、弹性胶体1030、焊线1040、凸块1054的配置与作用方式类似于前述实施例的座体、感测元件、弹性胶体、焊线、凸块的配置与作用方式，在此不再赘述。此外，在图10A至图10E示出的制造流程中，也可用焊球和导电通孔取代焊线的配置，以形成类似图8或图9所示实施例的力量传感器。

图11A至图11C是本发明另一实施例的力量传感器的制造流程图。图11A至图11C所示制造流程与图10D至图10E所示制造流程的不同处在于，如图11A所示先在座体1110的凹槽1110a内填入较少量的弹性胶体1130以包覆感测元件1120和焊线1140，接着如图11B所示将凸块1154配置在弹性胶体1130上，然后如图11C所示进一步填充更多弹性胶体1130至座体1110的凹槽1110a内，使凸块1154局部地埋入弹性胶体1130。所述座体1110、感测元件1120、弹性胶体1130、焊线1140、凸块1154的配置与作用方式类似于前述实施例的座体、感测元件、弹性胶体、焊线、凸块的配置与作用方式，在此不再赘述。

图12A至图12C是本发明另一实施例的力量传感器的制造流程图。图12A至图12C所示制造流程与图10D至图10E所示制造流程的不同处在于，如图12A所示提供的座体1210仅包括底部1212，接着如图12B及图12C所示在座体1210的底部1212上依次配置感测元件1220及焊线1240，然后才在座体1210的底部1212上形成如图10B所示的侧部，并进行后续填充弹性胶体的制造流程。所述座体1210、感测元件1220、焊线1240的配置与作用方式类似于前述实施例的座体、感测元件、焊线的配置与作用方式，在此不再赘述。

在上述所有实施例中，弹性胶体的材质可为单一种类的胶材。然而本发明不以此为限，弹性胶体的材质可包括多种胶材，也即座体的凹槽内可填充一种或一种以上的胶材，以依需求调整弹性胶体的弹性。此外，也可通过胶材对焊线进行保护，以下通过附图对此举例说明。

图13A至图13B是本发明另一实施例的力量传感器的制造流程图。图13A至图13B所示制造流程与图10D至图10E所示制造流程的不同处在于，在如图13A所示将感测元件1320及焊线1340配置在座体1310上之后，还在焊线1340与感测元件1320的连接处以及焊线1340与座体1310的连接处配置保护胶材1360，使保护胶材1360包覆焊线1340的末端。然后才如图13B所示将弹性胶体1330填充至座体1310的凹槽1310a内，从而保护胶材1360可视为弹性胶体1330的其中一部分，也即弹性胶体包括两种胶材。所述座体1310、感测元件1320、弹性胶体1330、焊线1340的配置与作用方式类似于前述实施例的座体、感测元件、弹性胶体、焊线的配置与作用方式，在此不再赘述。

图14是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。图14所示实施例与图13B所示实施例的不同处在于，保护胶材1360’除了包覆焊线1340的末端，还包覆焊线1340的其余部分，以更完整地对焊线1340进行保护。

综上所述，本发明的力量传感器利用弹性胶体来包覆感测元件，使感测元件受到良好的保护，从而避免感测元件被暴露出而易耗损。通过弹性胶体的可弹性变形的特性，作用于弹性胶体的按压力可顺利地随着弹性胶体的变形而传递至感测元件，使感测元件能够准确地对所述按压力进行感测。此外，可在弹性胶体上配置按压件以进一步对弹性胶体及感测元件进行保护，且按压件的尺寸和外形可依需求而设计，以有效地接受和传递所述按压力。再者，可将弹性胶体的顶部设计为突出在座体的凹槽之外，以使所述按压力能够顺利地传递至弹性胶体。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (22)

1.一种力量传感器，其特征在于，包括：

一座体；

一感测元件，配置在所述座体上且与所述座体电性连接；

一弹性胶体，配置在所述座体上且包覆所述感测元件；以及

一按压件，配置在所述弹性胶体上，且用于受力而按压所述弹性胶体以使所述弹性胶体产生弹性变形，其中所述感测元件用于感测所述弹性胶体的弹性变形而产生感测信号。

2.根据权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，所述按压件包括一盖体，所述盖体的宽度大于所述弹性胶体的宽度。

3.根据权利要求2所述的力量传感器，其特征在于，所述盖体接触所述弹性胶体。

4.根据权利要求2所述的力量传感器，其特征在于，所述按压件还包括一凸块，所述凸块的宽度小于所述弹性胶体的宽度，所述凸块配置在所述盖体与所述弹性胶体之间且接触所述弹性胶体。

5.根据权利要求4所述的力量传感器，其特征在于，所述凸块局部地埋入所述弹性胶体。

6.根据权利要求2所述的力量传感器，其特征在于，所述盖体的材质为金属，所述座体具有一接地端，所述盖体与所述接地端电性连接。

7.根据权利要求6所述的力量传感器，其特征在于，所述盖体通过一导电胶而与所述座体连接，所述座体内具有一导电线路，所述导电线路连接在所述导电胶与所述接地端之间。

8.根据权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，所述座体包括一处理单元，所述处理单元与所述感测元件电性连接。

9.根据权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，所述弹性胶体的材质包括多种胶材。

10.根据权利要求9所述的力量传感器，其特征在于，包括至少一焊线，其中所述感测元件通过所述焊线而与所述座体连接，所述多种胶材的其中之一包覆所述焊线的至少一末端。

11.根据权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，所述座体具有一凹槽，所述感测元件及所述弹性胶体配置在所述凹槽内，所述弹性胶体的顶部突出在所述凹槽之外、凹陷在所述凹槽之内或与所述凹槽的开口端齐平。

12.一种力量传感器，其特征在于，包括：

一座体，具有一凹槽；

一感测元件，配置在所述凹槽内且与所述座体电性连接；以及

一弹性胶体，配置在所述凹槽内且包覆所述感测元件，其中所述弹性胶体的顶部突出在所述凹槽之外且用于受力而使所述弹性胶体产生弹性变形，所述感测元件用于感测所述弹性胶体的弹性变形而产生感测信号。

13.根据权利要求12所述的力量传感器，其特征在于，包括一按压件，所述按压件配置在所述弹性胶体上，且用于受力而按压所述弹性胶体以使所述弹性胶体产生弹性变形。

14.根据权利要求13所述的力量传感器，其特征在于，所述按压件包括一盖体，所述盖体的宽度大于所述弹性胶体的宽度。

15.根据权利要求14所述的力量传感器，其特征在于，所述盖体接触所述弹性胶体。

16.根据权利要求14所述的力量传感器，其特征在于，所述按压件还包括一凸块，所述凸块的宽度小于所述弹性胶体的宽度，所述凸块配置在所述盖体与所述弹性胶体之间且接触所述弹性胶体。

17.根据权利要求16所述的力量传感器，其特征在于，所述凸块局部地埋入所述弹性胶体。

18.根据权利要求14所述的力量传感器，其特征在于，所述盖体的材质为金属，所述座体具有一接地端，所述盖体与所述接地端电性连接。

19.根据权利要求18所述的力量传感器，其特征在于，所述盖体通过一导电胶而与所述座体连接，所述座体内具有一导电线路，所述导电线路连接在所述导电胶与所述接地端之间。

20.根据权利要求12所述的力量传感器，其特征在于，所述座体包括一处理单元，所述处理单元与所述感测元件电性连接。

21.根据权利要求12所述的力量传感器，其特征在于，所述弹性胶体的材质包括多种胶材。

22.根据权利要求21所述的力量传感器，其特征在于，包括至少一焊线，所述感测元件通过所述焊线而与所述座体连接，所述多种胶材的其中之一包覆所述焊线的至少一末端。