CN109084916A - 一种多维力传感器中应变片的固定装置、方法及传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多维力传感器中应变片的固定装置、方法及传感器，所述固定装置包括：电路板和弹性体；所述应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周；所述电路板固定在弹性体上，且所述电路板上设置有多个延伸出的连接臂；所述连接臂上设置有至少一对焊盘，且与所述弹性体的应变梁相对应设置；所述应变片的金丝焊接到电路板连接臂的焊盘上。本发明解决了以往采用无基底的半导体应变片的硅片额外引铜线进行焊接成本高、贴片难度大的问题，同时解决了由于引线过长而引起硅片无法平行放置在应变量上的问题，提出了一种低成本、可操作性强、装配方便的应变固定方法。

Description

一种多维力传感器中应变片的固定装置、方法及传感器

技术领域

本发明涉及电子机器设计技术领域，尤其涉及的是一种多维力传感器中应变片的固定装置、方法及传感器。

背景技术

目前，传统的单维力传感器大多采用有基底的应变片，但是作为多维力传感器在生产的过程中需要在不同的应变梁上面贴放很多无基底的应变片。

一般情况下有基底的半导体应变片在生产的过程中厂家会把半导体应变片两端的金丝预先焊接到可供外界焊接使用的金属引脚（通常是耐拉伸折弯的漆包线，其长度任意定制）。

如图1所示，传感器引线的传统的做法是将半导体应变片的硅片4粘贴到应变梁上，应变片的金丝3焊接和铜线5焊接到一起，然后铜线5在经过一定的弯折操作（铜线转接处11）延伸到信号采集的电路板，最终焊接在电路板的焊盘上，完成引线操作。但是对于无基底的应变片来说，由于加工生产工艺问题，应变片的两端的金丝3不能够做到足够长，而且金丝很容易极容易折断，不能进行长距离弯折。

多维力传感器目前量产的最大瓶颈就是如何进行正确的贴片和正确的引线方式。其中现在传统的做法是生产厂家在制作应变片的时候，将漆包线和半导体应变片的金丝焊接到一起，然后贴边的时候将应变片放置在应变梁上面，再涂胶固化。这样做的缺点主要有两个：

1.半导体应变片是非常小的硅片，导致其质量非常轻，如果采用带漆包线（质量相对较大，而且相对金丝来说不易折弯）的应变片进行贴片，首先在实际生产情况下，按照一定的绕线规律对漆包线进行折弯的过程中，非让容易导致漆包线拉断半导体应变片两端的金丝。

2.带漆包线的半导体应变片粘贴到应变梁上面的时候，因为用于引线的铜线很长，会导致硅片部分无法贴至正确的位置（硅片的质量很小，尺寸也非常小），容易出现加长引线末端的硅片翘起的情况，如果出现这种情况，会导致生产出来的传感器的单轴精度、轴间串扰和温漂特性达不到量产一致性要求。而且此时无论是引线点胶固定或者是采用复杂的夹具固定，都会对量产带来极大的工作量和复杂度，而且很难保证不同的操作员贴出来的应变片的位置精度保证一致，无法降低操作员的技术水平要求。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种多维力传感器中应变片的固定装置、方法及传感器，克服现有技术中应变片中金丝较短，需要借助铜线才能实现金丝与焊盘连接，以及由于铜线过长，无法将硅片贴到正确位置的缺陷。

本发明公开的第一实施为一种多维力传感器中应变片的固定装置，所述应变片包括：硅片和设置在所述硅片两端的金丝，其中，所述固定装置包括：电路板和弹性体；

所述应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周；

所述电路板固定在弹性体上，且所述电路板上设置有多个延伸出的连接臂；所述连接臂上设置有至少一对焊盘，且与所述弹性体的应变梁相对应设置；

所述应变片的金丝焊接到电路板连接臂的焊盘上。

可选的，所述电路板上还设置有用于将金丝与焊盘电连接的插针；

所述插针穿过焊盘且其连接头的所在面与所述焊盘的所在面相反。

可选的，所述连接臂两两对应设置，且每对连接臂之间缺口的位置与所述弹性体应变梁所处位置相对应。

可选的，所述连接臂的形状为长方体，且所述焊盘均匀分布在所述连接臂的上表面。

可选的，所述连接臂对的个数与弹性体应变梁的个数相同。

本发明公开的第二实施例为一种所述的固定装置的固定方法，其中，包括：

将半导体应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周；

将电路板固定到弹性体上；

通过焊锡将所述应变片上的金丝焊接到电路板的焊盘上。

可选的，在电路板上设置穿过焊盘且针脚所在面与所述焊盘所在面相反的插针；

上述步骤还包括：

将所述应变片上的金丝焊接在插针上，实现金丝与所述焊盘电连接。

可选的，所述将电路板固定到弹性体上的步骤包括：

将所述电路板中带有插针的一面与所述应变梁相贴合；

将螺钉拧入所述电路板与弹性体中心对应的固定螺孔中，将电路板固定到弹性体上。

可选的，所述应变片硅片通过胶水固化的方式贴合在弹性体的应变梁四个面上。

本发明公开的第三实施为一种多维力传感器，其中，包括：所述应变片的固定装置。

有益效果，本发明提供了一种多维力传感器中应变片的固定装置、方法及传感器，所述应变片包括：硅片和设置在所述硅片两端的金丝，所述固定装置包括：电路板和弹性体；所述应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周；所述电路板固定在弹性体上，且所述电路板上设置有多个延伸出的连接臂；所述连接臂上设置有至少一对焊盘，且与所述弹性体的应变梁相对应设置；所述应变片的金丝焊接到电路板连接臂的焊盘上。本发明解决了以往采用无基底的半导体应变片的硅片额外引铜线进行焊接成本高、贴片难度大的问题，同时解决了硅片由于后端的引线过长而引起硅片无法平行放置在应变量上的问题，提出了一种低成本、可操作性强、装配方便、提高批量化一致性的解决方案。

附图说明

图1是现有技术中应变片的固定装置的结构示意图；

图2是本发明所提供的所述多维力传感器中应变片的固定装置的结构示意图；

图3是本发明所提供的所述固定装置中应变梁和电路板的分解图；

图4是本发明所提供的所述固定装置中应变梁和电路板的组合示意图；

图5是本发明所述固定方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明公开的第一实施为一种多维力传感器中应变片的固定装置，如图2所示，所述应变片包括：硅片4和设置在所述硅片两端的金丝3，其中，所述固定装置包括：电路板7和弹性体1；

所述应变片的硅片4粘贴在弹性体1的应变梁9四周；

所述电路板7固定在弹性体上，且所述电路板7上设置有多个延伸出的连接臂12；所述连接臂12上设置有至少一对焊盘2，且与所述弹性体1的应变梁9相对应设置；

所述应变片的金丝3焊接到电路板7的连接臂12的焊盘2上。

传统的电路板为长方形或者圆形，本发明中，为了尽量减少金丝与焊盘之间的距离，使得金丝可以直接与焊盘电连接，设计了如图2所述的电路板，也即是将其焊盘设置在电路板的连接臂上，且所述连接臂与弹性体的应变梁大小形状相对应，实现之间连接线的最小路径。

进一步的，在固定装置中，首先将应变片的硅片粘贴到应变梁的四周，所述应变梁为柱体形状，其相邻的四面均用胶水贴上硅片。然后将电路板固定到弹性体的上方，具体的，结合图3所示，在电路板和弹性体的中心位置设置有固定螺孔，使用螺钉可以实现将电路板和弹性体固定连接。当电路板与弹性体之间固定连接后，在将硅片两端的金丝焊接到焊盘上。

较佳的，为了实现将离焊盘距离远的金丝与焊盘相连接，所述电路板上还设置有用于将金丝与焊盘电连接的插针6；

所述插针6穿过焊盘2且其连接头的所在面与所述焊盘2的所在面相反。

若应变片的金丝3距离焊盘的较远，无法直接连接到电路板的焊盘2上，则可以连接到插针6上，比如图4所示的相对于离焊盘距离较佳的金丝，与其所在面相反的面的金丝3距离焊盘较远，若无法实现将金丝与焊盘直接连接，则可以将金丝3焊接到插针6上，实现金丝接入焊盘。也即是在本发明中，距离焊盘近的金丝可以直接焊接到焊盘上，距离焊盘远的金丝可以通过焊接到插针6上实现与焊盘之间的电连接。

具体的，为了尽可能缩短焊盘与金丝之间距离，所述连接臂两两对应设置，每对连接臂之间缺口的位置与所述弹性体应变梁所处位置相对应，且所述连接臂的形状为长方体，且所述焊盘均匀分布在所述连接臂的上表面。每个连接臂上并排两列焊盘，而且各个焊盘上均设置有穿通的插针。

通过上述的电路板连接臂的形状大小与应变梁相似，且位置也相互对应，因此尽可能的缩小了焊盘与金丝直接的距离，实现了不使用铜线也可以将金丝与焊盘相连接。克服了在将金丝焊接到焊盘上时，使用铜线作为引线导致的硅片位置对位不准、金丝易折断，以及成本高等缺陷。

较佳的，所述连接臂对的个数与弹性体应变梁的个数相同。由于连接臂对的个数设置与应变梁的个数相同，具体的，所述个数为3。

实施例2

本发明公开的第二实施例为一种所述的固定装置的固定方法，如图5所示，包括：

步骤S1、将半导体应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周。

本步骤中所述应变片硅片通过胶水固化的方式贴合在弹性体的应变梁四个面上。也可以通过其他方式粘贴到应变梁上。

步骤S2、将电路板固定到弹性体上。

电路板带有插针的一面与弹性体的上表面相对连接，实现粘贴到应变梁下表面的硅片两端金丝可以焊接到插针上。

步骤S3、通过焊锡将所述应变片上的金丝焊接到电路板的焊盘上。

由于金丝比较短，若无法直接将金丝直接焊接到电路板上的焊盘上，则本方法中，基于本发明电路板的形状设计，并在电路板上设置穿过焊盘且针脚所在面与所述焊盘所在面相反的插针；使得将所述应变片上的金丝焊接在插针上，实现金丝与所述焊盘电连接，解决了使用铜线导致的金丝折弯和硅片无法平行放置在应变梁上的缺陷。

具体的，所述将电路板固定到弹性体上的步骤包括：

将所述电路板中带有插针的一面与所述应变梁相贴合；

结合图3和图4，在电路板和弹性体的中心设置有固定螺孔，将螺钉拧入所述电路板和弹性体中心的固定螺孔中，实现将电路板固定到弹性体上。

具体的， 上述方法的步骤包括：

在粘贴应变片的过程中，首先在弹性体1中的应变梁9的四周粘贴无基底的半导体应变片；

粘贴步骤完成后再将转接信号的电路板放置在指定位置通过螺钉拧入电路板固定螺孔10中将电路板固定在弹性体上。

通过镊子将应变片两端的金丝3引到电路板7的电路板焊盘2上面，由于与电路板相对的一面的应变片的金丝3离电路板7距离太远，相应的金丝3可以引到穿过电路板焊盘2的插针6上面，最后通过焊锡将金丝3和电路板焊盘2焊接在一起，即完成引线操作，

上述步骤完成后，应变梁9上面所有应变片的模拟信号就可以通过电路板7上的连接座8和外界信号采集装置进行连接，从而通过数模转化芯片测得应变片电压输出值完成测量计量任务。

实施例3

本发明公开的第三实施为一种多维力传感器，其中，包括：所述应变片的固定装置。

可以想到的是，可以将上述固定装置应用于多维力传感器的生产，制造出的多维力传感器不仅仅金丝不易折断，硅片贴片的位置准确，因此所述多维力传感器性能好，精度高。

由于传统半导体应变片的金丝的材料是纯度很高的金，对其进行复杂的折弯很长困难，本方案可以在不折弯金丝（应变片固化完成后再开始引线）的情况下把金丝直接焊接到模拟信号采集电路板上，极大的节约了时间成本和复杂度。本发明可以使应变片的硅片在固化的过程中几乎不受外界力（两端金丝的重量可以忽略）的影响，固化的过程中硅片不易出现翻转，扭曲等情况，能够保证硅片粘贴的位置精度。

本发明提供了一种多维力传感器中应变片的固定装置、方法及传感器，所述应变片包括：硅片和设置在所述硅片两端的金丝，其中，所述固定装置包括：电路板和弹性体；所述应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周；所述电路板固定在弹性体上，且所述电路板上设置有多个延伸出的连接臂；所述连接臂上设置有至少一对焊盘，且与所述弹性体的应变梁相对应设置；所述应变片的金丝焊接到电路板连接臂的焊盘上。本发明解决了以往采用无基底的半导体应变片的硅片额外引铜线进行焊接成本高、贴片难度大的问题，同时解决了硅片由于后端的引线过长而引起硅片无法平行放置在应变量上的问题，提出了一种低成本、可操作性强、装配方便、提高批量化一致性的解决方案。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的所述方法的权利要求书的且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种多维力传感器中应变片的固定装置，所述应变片包括：硅片和设置在所述硅片两端的金丝，其特征在于，所述固定装置包括：电路板和弹性体；

所述应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周；

所述电路板固定在弹性体上，且所述电路板上设置有多个延伸出的连接臂；所述连接臂上设置有至少一对焊盘，且与所述弹性体的应变梁相对应设置；

所述应变片的金丝焊接到电路板连接臂的焊盘上。

2.根据权利要求1所述的多维力传感器中应变片的固定装置，其特征在于，所述电路板上还设置有用于将金丝与焊盘电连接的插针；

所述插针穿过焊盘且其连接头的所在面与所述焊盘的所在面相反。

3.根据权利要求1所述的多维力传感器中应变片的固定装置，其特征在于，所述连接臂两两对应设置，且每对连接臂之间缺口的位置与所述弹性体应变梁所处位置相对应。

4.根据权利要求1所述的多维力传感器中应变片的固定装置，其特征在于，所述连接臂的形状为长方体，且所述焊盘均匀分布在所述连接臂的上表面。

5.根据权利要求3所述的多维力传感器中应变片的固定装置，其特征在于，所述连接臂对的个数与弹性体应变梁的个数相同。

6.一种如权利要求1所述的固定装置的固定方法，其特征在于，包括：

将半导体应变片的硅片粘贴在弹性体的应变梁四周；

将电路板固定到弹性体上；

通过焊锡将所述应变片上的金丝焊接到电路板的焊盘上。

7.根据权利要求6所述的固定方法，其特征在于，在电路板上设置穿过焊盘且针脚所在面与所述焊盘所在面相反的插针；

上述步骤还包括：

将所述应变片上的金丝焊接在插针上，实现金丝与所述焊盘电连接。

8.根据权利要求7所述的多维力传感器中应变片的固定方法，其特征在于，所述将电路板固定到弹性体上的步骤包括：

将所述电路板中带有插针的一面与所述应变梁相贴合；

将螺钉拧入所述电路板与弹性体中心对应的固定螺孔中，将电路板固定到弹性体上。

9.根据权利要求7所述的多维力传感器中应变片的固定方法，其特征在于，所述应变片硅片通过胶水固化的方式贴合在弹性体的应变梁四个面上。

10.一种多维力传感器，其特征在于，包括：如权利要求1-5任一项所述应变片的固定装置。