CN109346539A - 紧凑的传感器模块 - Google Patents

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Abstract

在本文中公开紧凑的传感器模块和用于形成其的方法。在一些实施例中，传感器管芯被安装在传感器基板上。处理器管芯可以被安装在柔性基板处理器。在一些配置中，热绝缘加强构件可以被设置在传感器基板和柔性处理器基板之间。柔性处理器基材的至少一个端部可绕所述加强件的边缘被弯曲以电耦合到传感器基板。

Description

紧凑的传感器模块
本申请是于2013年2月25日提交的、PCT申请号为PCT/US2013/027643、于2014年8月27日进入中国国家阶段、中国国家申请号为201380011120.5、发明名称为“紧凑的传感器模块”的申请之分案申请。
技术领域
本发明的领域一般地涉及包括传感器和处理电子设备的传感器模块。
背景技术
包括传感器和处理器(例如，通用处理器或特定应用集成电路或ASIC)的传感器模块可用于各种光学、电气和电子应用中。在一些实施方式中，排列传感器模块以使得传感器和处理器被相对互相靠近定位是可取的。例如，当信号被传输一段距离时，模拟信号可经历寄生损耗，这会降低所检测信号的精度和质量。定位传感器靠近处理器可以减少或消除与传感器和处理器之间的信号传输相关联的寄生损失。然后，处理器可以在传感器模块内执行各种预处理和/或预处理操作，例如将模拟信号转换为数字信号。该处理器可以发送处理过的数字信号到外部控制模块，该模块可以位于远离传感器，对信号具有最小或没有寄生传输损失。
与定位传感器邻近处理器相关联的一个问题在于由处理器产生的热量可以被传递给传感器或传感器基板。由于多种原因，热传递到传感器是不可取的。例如，由于各部件之间的热膨胀系数的不匹配，热量可引起损坏。诱导传感器上的增加的温度而加热该传感器也是不期望的，可以破坏传感器元件或可干扰由传感器检测的信号。因此，虽然定位传感器邻近处理器以改善从传感器检测和传输的信号的质量是有利的，但在一些实施方式中防止由于附近处理器的操作的传感器过热是重要的。
当设计传感器模块时的另一考虑是确保传感器模块(例如，包括在传感器和处理器)是紧凑或足够小以符合系统的整体设计的要求，无论模块被单独采用或被组装在阵列中是重要的。例如，在一些结构中，传感器模块的阵列用于检测在不同位置或以不同角度接收的信号。在一些应用中，传感器模块的阵列可以用于成像应用中，例如在计算机断层扫描(CT)设备中的X-射线探测。该阵列可以是一维字符串或二维(2D)阵列。CT设备可以用于各种应用中，包括医学成像、工业成像、无损检测、成像地下矿物，以及其他各种用途。因为在一些所述方式中传感器模块被定位在阵列中彼此相邻，传感器、处理器和其他组件必须适合在阵列中相关联的区域内。此外，因为在特定传感器模块的每一侧上具有相邻的传感器模块，设计将传感器模块连接到外部控制模块的传输组件是重要的，以便它们不干扰相邻的传感器模块。在其他成像应用中，传感器模块可用于检测超声系统内的声波。在又一些其他实施方式中，传感器模块可以应用在核成像应用中，诸如在正电子发射断层扫描(PET)扫描和γ射线成像应用中。在核成像应用中，传感器(或一些实施例中的传感器阵列)可用于成像使用放射性示踪材料提供(例如，摄入或被注射)的对象(例如，患者)。
因此，提供定位传感器邻近处理电路的紧凑传感器模块，并同时确保传感器和/或传感器基板充分地绝缘从处理电子设备产生的热是有利的。
发明内容
在一个实施例中，公开一种传感器模块。传感器模块可以包括传感器基板和安装在该传感器基板上的传感器管芯。传感器模块还可以包括具有安装部和从安装部延伸的至少一个端部的柔性处理器基板。处理器管芯可以被安装在柔性基板处理器的安装部分。绝热加强件可以设置在传感器基板和柔性处理器基板的安装部分之间。柔性处理器基板的端部能够围绕所述加强件的边缘弯曲以耦合到传感器基板。
在另一个实施方案中，公开用于形成传感器模块的制造方法。该方法可以包括：提供传感器基板、柔性处理器基板、并具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的热绝缘加强件。该方法还可以包括：将传感器管芯安装到传感器基板，以及将处理器管芯安装到柔性处理器基板。此外，该方法可以包括：附连所述柔性处理器基板到加强件的第二侧。柔性处理器基板的第一端部可以在加强件的边缘弯曲。该方法还可以包括：将柔性处理器基板的所述第一端部耦合到所述传感器基板。加强件的第一侧可以面对传感器基板。
附图说明
图1是根据一个实施例，用于CT设备的传感器模块的阵列的俯视平面图。
图2是根据一个实施例，组装的传感器模块的立体图。
图3是图2的传感器模块的分解等距视图。
图4是图2的组装传感器模块的侧面剖视图。
图4A是图4所示的传感器模块的一部分的放大剖视图。
图5是根据一个实施例的加强件的俯视透视图。
图6是根据一个实施例，连接到图5的加强件的辐射屏蔽件的顶部透视图。
图7是根据一个实施例的加强件的底部透视图。
图8是根据一个实施例，柔性处理器基板、多个处理器管芯以及连接器的底部透视图。
图9是根据一个实施例，安装在柔性处理器基板上的多个无源电子元件的顶部透视图。
图10是散热片、电子连接器以及从散热器延伸的鳍状散热片的侧剖视图。
图11是根据另一个实施例，组装传感器模块的俯视透视图。
图12是图11的组装传感器模块的分解等距视图。
图13是图11的组装传感器模块的侧面剖视图。
图13A是图13所示的传感器模块的一部分的放大剖视图。
图14是根据一个实施例的加强件的俯视透视图。
图15是连接到图14的加强件的放射线屏蔽件的顶部透视图。
图16是根据一个实施例的加强件的底部透视图。
图17是根据一个实施例，柔性处理器基板、多个处理器管芯以及连接器的底部透视图。
图18是安装在图17的柔性处理器基板上的多个无源电子组件的顶部透视图。
图19A-D是根据另一实施例，传感器模块的各个组件的底部透视图。
图20是表示用于组装紧凑的传感器组件的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的成像系统10。在一些实施方式中，成像系统10可以是CT设备。CT设备用于各个领域，包括医疗成像、工业成像、无损检测以及地下成像。在图1的成像系统10中，源极11可以在对象13(例如，患者)要成像的方向上发射辐射12。在一个实施例中，源11发射X射线辐射。本领域技术人员将会理解，有各种常规机制以发射辐射，用于成像目的。在辐射12的某些部分穿过对象13之后，它达到位于源11相对的传感器组件1的一维(1D)或二维(2D)阵列。传感器模块1可以被配置为使用光电二极管阵列(PDA)将可见光转换为电信号，其可以是该成像示例的传感器。在一些实施方式中，传感器模块1也可以被配置以将检测的X射线辐射转换为可见光，或系统10可包括用于该目的的单独闪烁体。传感器模块1也被配置为将从PDA接收到的模拟信号转换位可由传输元件15发送到外部控制模块14的数字信号。在传输到控制模块14之前，传感器模块1还可以对所检测的信号执行各种其他预处理和/或预处理操作。在通过控制模块14接收到经处理的数字信号之后，控制模块14可进一步处理数字信号为可读输出，例如在显示设备上的图像或从所接收信号计算出的各种测量值的报告。为了获取对象13的完整3D图像，则系统10可以在图1所示方向A上围绕物体13旋转，从而得到目标13在不同角度的图像。
在其他实施例中，成像系统可以是超声设备。虽然超声设备没在本文明确示出，但应当理解，根据一些实施例，超声设备可以包括超声波源和检测器(或检测器阵列)，其包括一个或多个传感器模块，类似于在下面更详细描述地那些。此外，该传感器模块可用于核成像所述方式，诸如PET扫描和γ射线成像技术。在其它实施例中，传感器模块可用于各种非成像装置，例如，采用包括传感器和处理器的紧凑模块的电气、电子或光学应用。例如，微机电系统(MEMS)设备(诸如，MEMS麦克风和加速度计)可以包括传感器附近的传感器管芯和处理器管芯，以便处理来自传感器的信号。在这些实施例中，类似于本文所示的传感器模块可用于提供紧凑的传感器封装体，并同时热绝缘处理器的传感器。
转到图2，示出示例传感器组件1的透视图。传感器模块1可以包括安装在传感器基板3上的一个或多个传感器模2。在一些实施例中，传感器管芯2可以包括X射线检测装置，包括例如，PDA或其他成像传感器。在X射线应用中，该模块还可以包括准直器和闪烁体阵列，用于将X-射线转换为可见光，或准直仪和闪烁体可以在成像系统中另外设置在模块上。在其它实施例中，所述传感器模2可以包括何其他合适的设备，被配置为检测信号，包括例如MEMS传感器和其他电气和电子传感器。需要注意的是，虽然在传感器模块1示出了两个传感器管芯2，在其它实施例中，有可能只使用一个传感器管芯或大于两个传感器管芯。
该传感器管芯2安装在传感器基板3上，传感器基板3可以是任何合适的基材，包括印刷电路板(PCB)或陶瓷基板。在图示的实施例中，传感器基板3是集成键合焊盘、引线和迹线的柔性基板，其允许低轮廓；然而，在其它实施例中，传感器基板可以是实质上刚性的。在各种其它实施例，能够使用引线框架为基础的基板用于传感器基板3。该传感器基板3可以包括被配置为电耦合到外部设备或基板的多个导电引线。在一些实施例中，传感器管芯2可以通过底层填料的环氧树脂的金热压键方法机械和电耦合到传感器基板3。在其它实施例中，传感器管芯2可以被焊接到传感器基板3，而在其它实施例中，传感器管芯2可以使用各向异性导电膜(ACF)或者非导电膏(NCP)技术被耦合到传感器基板3。
如前所述，所示的传感器基板3是一种柔性基板。柔性基板可以用于配置中，其中基板符合系统内所采用的特定的几何形状。柔性基板可以由柔性塑料材料制成，诸如聚酰亚胺或PEEK，并且可以包括集成的键合焊盘、迹线和导线，类似于在常规PCB基板技术使用的那些。柔性基板能够容易地弯曲或折叠，以符合特定的几何形状。迹线和引线可以被图案化在非常小尺寸的柔性基板上。例如，在一些实施例中，迹线可以具有大约15到20微米量级的线宽度和间隔，且导线或键合焊盘可以具有的的大约200-300微米的宽度或直径，相似间隔，使得该间距为400-600微米的量级。通过采用小的引线间距，传感器基板和大量的像素(例如，对应于PDA的部分)电通信是可能的，它可以有利地增加成像设备的分辨率。在一个实施例中，各传感器管芯2可以包括电耦合至所述传感器基板3的512个像素。在其它实施例中，线宽度和间隔可以更小或更大，这取决于特定安排所需的引线浓度。
回到图2，传感器基板3可以安装在或连接到加强件4的一部分。正如将在下面更详细地讨论的那样，加强件4可提供传感器模块1的结构支撑。该加强件4也可以由热绝缘材料(例如，塑料或陶瓷)制成，以热隔离传感器管芯2和/或传感器基板3与处理器管芯(图1中未示出)。虽然在图2中未示出，传感器模块1还可以包括耦合到加强件4的散热器16(在图3中示出)，传感器模块1还可以包括被配置为连接器5，该连接器5电连接传感器组件1到外部控制模块14(图1)。例如，该连接器5可以包括各种电气触点，被配置以电通信在传感器模块1内接收和/或处理的信号到外部控制模块14。在一些实施例中，电缆或其他传输元件(例如，传输元件15)可用于电连接该连接器5与外部控制模块14。
图3示出传感器模块1的各种部件的3D立体分解图。正如上面提到的，传感器模块1可以包括传感器管芯2和传感器基板3。传感器模块1还可以包括以折叠状态示出的柔性处理器基板8，并且在柔性处理器基板8上安装的一个或多个处理器管芯9。如将在下面更详细地描述，柔性处理器基板8可以包括在加强件4的边缘弯曲的端部，以便隔离管芯9与传感器基板3，并同时仍电接触传感器基板3。另外，传感器模块1可以包括耦合到所述加强件4的一侧的辐射屏蔽6。一个或多个无源电子元件7可以连接到柔性处理器基板8。在图3所示的配置中，柔性处理器基板8被折叠在无源电子元件07、加强件4和屏蔽6之上，使这些部件定位在加强件4的弯曲部分内。因此，在装配后(见图4)，这些部件在管芯9和传感器基板3之间介入。散热片16可以被耦合到加强件4，以及连接器5可以通过散热器16内开口21的方式电连接到柔性处理器基板8和/或其它部件。开口21可以是在散热板16内形成的贯通孔。在一些实施例中，本开口21也可以由散热器16的两个独立部分之间形成的间隙限定，如图所示。虽然图3示出了传感器组件1的示例性实施方式，但应当理解，元件的特定顺序可以在其他实施方式中有所不同。例如，在一些实施方式中，屏蔽可设置在图3中加强件的下面，例如使得该屏蔽被定位在加强件和柔性处理器基板之间。
图4示出了传感器模块1的侧剖视图，以及图4A示出了图4的一部分的放大图。注意，当浏览图4和4A时参考图5-10用于参照特定部件是有帮助的。参看图4-7，该加强件4可以被任何合适的绝热材料制成。例如，在一些实施例中，加强件4可以由刚性的塑料材料形成。加强件4可以具有第一或顶侧26和与第一侧26相反的第二侧或下侧25(图7)。如图4、图4A和图5所示，第一侧26可面向传感器基板3。加强件4的第一侧26可以包括经调整尺寸和形状以接收屏蔽板6(图6)的第一凹部33。加强件4也可以包括第一孔23和第二孔24。第一孔和第二孔23、24可以调整形状和尺寸，以允许柔性处理器基板8的端部通过并电连接到所述传感器基板3。在其它结构中，特别是在传感器基板是刚性时，孔可以省略，有利于更窄的加强筋，并且柔性处理器基板可以围绕加强件的外边缘弯曲，而不是如图所示围绕内部边缘。加强件4可以为传感器模块1的其他部件提供结构支撑，也可以提供在处理器管芯9和传感器管芯2和传感器基板3之间的热绝缘。
如图4、图4A和图6所示，屏蔽6可以连接到加强件4的第一侧26。在一些实施例中，屏蔽6可以容纳在加强件4的第一侧26中形成的第一凹部33内，从而使屏蔽6被定位在加强件4和传感器基板3之间；在其它结构中，屏蔽可设置在加强件和柔性处理器基板之间。屏蔽6可是辐射屏蔽，经配置以屏蔽处理器管芯9与入射到传感器模块1上的辐射。例如，在检测X射线辐射的实施例中，诸如在CT设备中，屏蔽6可以屏蔽处理器管芯9与x射线辐射，该辐射可损坏处理器中的部件或否则可破坏处理器管芯9的操作。在一些实施例中，钨(W)屏蔽可用于屏蔽处理器管芯9与从传感器管芯2接收的杂散X射线辐射。但是，在其它实施例中，也可能不需要屏蔽，诸如在没被配置以感测x射线辐射的实施例中，例如超声设备。在一些实施方式中，屏蔽6可以使用粘合剂材料附连到加强件4的第一侧26。在其它实施例中，屏蔽可以被设置在加强件4的第二侧25。
图7一般示出了加强件4的第二或底侧25。加强件4的第二侧25可以包括在加强件4的相对大区域中形成的第二凹部20。一个或多个第三凹部22可以也可以形成在加强件4的第二侧25。如图4A和图7所示，第三凹部(ES)22可在第二凹部20内形成。第三凹部(ES)22可以比第二凹部20更深，但第三凹部22也可以在小于第二凹部20形成的区域的区域上形成的的面积小。正如下面将要理解的，所述第三凹部22可以调整形状和尺寸以接收或容纳附接至柔性处理器基板8的无源电子元件7(图3-4A)。第二凹部20进而可调整形状和尺寸，以接收或容纳柔性处理器基板8和处理器管芯9。在装配时，第二凹部20和第三凹部22可填充空气，其可以作为分离处理器管芯9和传感器管芯2的热绝缘体。
转到图4、4A、8和9，柔性处理器基板8、处理器管芯9、无源电子元件7和连接器5被示出。处理器基板8的至少一个端部是柔性的，使得它可以被弯曲以符合所希望的几何形状。柔性处理器基板8可以由塑料材料制成的并且可以包括多个导电的引线(未示出)，被配置为电耦合到设备管芯和/或其它底板，如上面讨论。图8和图9所示的柔性处理器基板8可以包括从中央安装部分27延伸的中心安装部分27、以及第一端部18和第二端部19。
虽然图示的柔性处理器基板具有弯曲并电连接到传感器基板的两个端部，但在一些实施例中，只有一个端部可围绕加强件的边缘被弯曲，并电连接到传感器基板。例如，图8和图9示出了四个管芯和围绕加强件的边缘折叠的两个端部。在图8和图9的一个实施方式中，例如，四个管芯可被安装在一个或两个柔性处理器基板上。在一个实施例中，两个端部的每一个被配置为电耦合到传感器和/或传感器基板的256个通道，一共512个通道。但是，在其它实施例中，也可以只有一个或两个管芯，或传感器管芯更少的引脚输出，以及足够的电气连接可仅通过柔性基板的一端进行。例如，在一些实施例中，在柔性处理器基板上可只安装一个或两个处理器管芯。在这种情况下，只有一个端部可绕加强件的边缘被弯曲以电耦合到传感器基板。在一个实施方式中，端部可以被配置为电耦合到256个通道。本领域技术人员应当理解，各种其它的电气配置是可能的。
如本文提及的，中央安装部分27可包括经配置以安装设备管芯、无源电子元件以及其它电气或电子元件的焊盘和表面。例如，如图8和9所示，柔性处理器基板8的中央安装部分27可包括第一或顶表面29和与第一表面29相反的第二或底表面30。如图4所示，第一表面29可面对加强件4。第一表面29和第二表面30都可以包括引线或焊盘，可用于电连接到金属管芯和/或其它电气元件。例如，如图所示，处理器管芯9可以电耦合到中央安装部分27的第二表面30。处理器管芯9可以使用具有底部填充环氧树脂金热压键被安装到柔性处理器基板8。在其它实施例中，处理器管芯9可焊接到柔性处理器基板8，而在其它实施例中，所述处理器管芯9可使用各向异性导电膜(ACF)或不导电的糊状物(NCP)技术被耦合到柔性处理器基板8。无源电子元件7可以使用任何合适的技术(包括用于连接处理器管芯9到中央安装部分27的那些技术)安装在中央安装部分27的第一表面29。在一些实施例中，无源电子元件7可以包括例如电容器，可以用来改善处理器管芯9的操作。其他无源电子元件7可包括电阻器、电感器、以及任何其他合适的组件。
虽然处理器管芯9和无源电子元件7被示出为安装在柔性处理器基板8的相对表面上，但应理解的是，无源电子元件7可以和处理器管芯安装在同一表面上。例如，无源电子元件7和处理器管芯9都可以安装在中央安装部分27的第一表面29上，或者它们可以同时安装在中央安装部分27的第二表面30上。在其它实施例中中，无源电子元件7可被安装在第二表面30，而处理器管芯9可以安装在第一表面29。虽然四个处理器管芯9示于图8-9，应当理解的是，可以使用任何数目的处理器管芯9，包括一个、两个、三个或更多个管芯。此外，虽然在处理器管芯9和无源电子元件7被安装在中央安装部分27，应该理解的是，组件也可以在柔性处理器基板8的其他部分形成。事实上，使用柔性基板技术的优势在于，即使当基板弯曲以符合所希望的几何形状时，引线及内部导电迹线仍然可以发挥作用。
返回到图4和图4A所示的实施例中，柔性处理器基板8的中央安装部分27可以用粘接剂安装到加强件4的第二侧25，诸如可热固化的粘合剂。在一些实施例中，中央安装部分27可以被定位在加强件4的第二侧25中形成的第二凹部20内。真空层压工艺可在一些实施方式中用于将中央安装部27固定到加强件4。隔热加强件4因此可以置于传感器基板3和柔性处理器基板8的中央安装部分27之间。无源电子元件7可容纳在第三凹部22中，其可保持热填充有空气或其他内绝缘材料。另外，如图所示，处理器管芯9，耦合到中央安装部27的第二表面30，可以被容纳在所述加强件4的第二侧25中形成的第二凹部20内。空气(或其他热绝缘材料)也可以填充第二凹部20的其余部分。此外，在其他实施方式中，灌封环氧化合物可施加在第二凹部20和/或第三凹部22内。灌封环氧树脂可以钝化管芯，并且可以帮助固定在凹部20,22内收纳的组件。
此外，如图4、4A、8和9所示，柔性处理器基板8的第一端部18和第二端部19可围绕加强件4弯曲，以电耦合到传感器基板3。第一端部18可以通过所述第一孔23弯曲，而第二端部19可通过在加强件4中形成的第二孔24弯曲。注意，但在其它实施例中，也可能不需要在加强件4中的孔23、24。例如，在一些实施例中，第一和第二端部18,19可替代地围绕所述加强件4的外边缘弯曲，而不是通过加强件4内的孔弯曲。另外，在其它实施例中，只有一个端部可围绕加强件的边缘弯曲，例如，孔的外边缘或内边缘。
如图4和4A所示，柔性处理器基板8的第一端部18和第二端部19可以被折叠在加强件4的第一或顶侧26的至少一部分和/或屏蔽6的部分。在一些实施例中，第一端部18和第二端部19可以使用真空层压工艺附着到加强件4和/或屏蔽层6的第一侧26。在一些实施方式中，热固化粘合剂可用于机械连接端部18、19到加强件4和/或屏蔽6。柔性处理器基板8的第一和第二端部18、19电连接到传感器基板3。在一些实施例中，第一和第二端部18、19的引线可被焊接到在传感器基板3中的相应引线。在其它实施例中，第一和第二端部18、19的引线可以使用非导电膏(NCP)或各向异性导电膜(ACF)接合技术电连接到传感器基板3中的对应导线。
通过内部导电迹线连接第一和第二端部18、19上的焊盘和柔性处理器基板8的中央安装部分27的方式，第一和第二端部18、19可由此提供传感器管芯2(通过传感器基板3)和处理器管芯9之间的电连通。处理器管芯9可因此接收来自传感器管芯2的信号并对其进行处理，例如，将模拟信号转换成可以被发送到外部控制模块14的数字信号。处理器管芯9还或可替换地在发送到外部控制模块14之前对信号执行其它预处理或调节功能。因为处理器管芯9置于邻近传感器管芯9，寄生传输损耗可以最小化或基本消除。例如，并非从传感器管芯2传送模拟信号到外部控制模块14(图1)，它可以位于远离传感器管芯2，所检测的模拟信号可以从传感器管芯2被路由至导电传感器基板3内的迹线。信号然后可以耦合到柔性基板处理器8的第一和/或第二端部18、19形成的引线，然后可以用柔性处理器基板8内的迹线将信号路由到处理器管芯9。在模拟-数字转换之后，处理后的数字信号可以通过连接器5和传输组件15发送较远的距离到外部控制模块14，很少或没有损失。
如上所述，虽然处理器管芯9邻近传感器管芯2可有利于信号处理，但如果热量有效地传导到传感器管芯2和/或传感器基板3，由处理器管芯9产生的热量(和/或其他相关联的电气或电子元件)可损坏传感器管芯2。如图4和10所示，远离处理器管芯9和传感器管芯2进行热传导的一种方式是耦合散热器16到加强件4的第二侧。注意，虽然图4和10的散热器16被示为耦合到加强件4的壁的基本上平面板，但在其它实施例中，散热器16可包括延伸到传感器模块1以耦合到加强件4(或其它合适的结构部件)的凹部或边缘的壁。散热器16可以是任何合适的热导体，诸如金属。散热器16位于邻近处理器管芯9，这可以改进处理器管芯9和散热器16之间的热传导。处理器管芯9可因此定位在散热板16和加强件4之间。此外，在一些实施例中，导热油脂或其它导热填料材料可以应用于处理器管芯9和散热器16之间的间隙内，以改善热传导远离处理器管芯9并远离传感器管芯2。在一些实施例中，散热片31(图10)可以安装在散热器16上，以改进传导远离处理器管芯9和传感器管芯2。散热片31可包括增加散热片31的表面积的多个扇片32，以允许热更迅速地散发到空气或周围环境中。在其它实施例中，可能不存在散热片31，在这种情况下，热能被允许从散热器16直接消散到空气中。虽然散热器31可形成为散热器16的独立部分，应当理解的是，散热器16可以与散热器31集成，使得整体的散热器片/扩展器耦接至所述加强件4的第二或底侧25。
图2-10的实施例允许处理器管芯9在足够短的距离电耦合到传感器管芯2，以减少传输损耗，而热绝缘传感器管芯2(和传感器基板3)与由处理器管芯9产生的热量可以潜在地损坏传感器管芯2和/或传感器基板3。与此同时，所示的模块组件具有非常低的总体轮廓，例如，从传感器管芯至散热器16之间的厚度小于约10毫米，优选地约3毫米至约6毫米。例如，在没有散热片的实施例中，厚度为4毫米和5毫米左右，特别是约4.6毫米。如最佳地示于图4，在一个实施例中，一个或多个绝热部件可以隔离处理器管芯9与传感器基板3和传感器管芯2。例如，热绝缘加强件4定位在处理器管芯9和传感器基板3之间，可有效地阻碍热传递到传感器基板3和传感器管芯2。此外，填充第二凹部20和第三凹部22的空气(或在一些实施例中的其他绝热材料)可以协助热绝缘处理器管芯9与传感器管芯2和传感器基板3。而且，即使柔性处理器基板8和屏蔽6可以包括导电元件，这些元件物理分离处理器管芯9与传感器管芯2和传感器基板3。因此，通过定位在处理器管芯9和传感器基板3(和传感器模2)之间，热绝缘加强件4及空气或其它绝缘材料可实质上抑制从处理器管芯9到传感器管芯2和/或传感器基板3的热能流动(例如，热流)。
除了分离处理器管芯9与传感器管芯2和/或传感器基板3的隔热部件，传感器模块1还可以包括在处理器管芯9的另一侧的导热部件。导热组件可以提高热能远离传感器管芯2和传感器基板3的传递，并向着散热器31(或在没有散热片的实施例中直接到周围环境)。例如，在所示实施例中的导热散热器16可以定位成邻近处理器管芯9，因此可以有效地在远离传感器管芯2和传感器基板3的方向上从处理器管芯16导热。此外，在一些实施例中，导热油脂或其它导电填料可以施加在处理器管芯9和散热器16之间和/或在散热器16和柔性处理器基板8之间的间隙。导热性填料可协助传递热量远离处理器管芯9并朝向散热器16，因此，在一些实施例中，导热散热器16和/或导电填料可以远离传感器管芯2进行导热，而绝缘材料(例如，加强件4以及在凹部20中形成空气隙22)可以阻止热量在传感器管芯2和传感器基板3的方向上流动。因此，所公开的配置可建立热路径，确保由处理器管芯9生成的大部分热量将被转移远离传感器2和/或传感器基板3。但是，应当理解，在一些实施例中，加强件4可以单独提供足够的热绝缘与热分离处理器管芯9与传感器管芯2和传感器基板3。
图11-18示出了传感器模块1的另一个实施例。在一般情况下，相同的标号表示类似于在图1-10中公开部分。此外，在图11-18中公开的传感器模块的一些结构可以与图1-10中相同，除非本文中指出。例如，不同于在图1-10，在图11-18的实施例中，柔性处理器基板8的第一和第二端部18、19在加强件4的第一侧26不折叠。相反，如示于图12、13和17-18，柔性处理器基板8的第一和第二端部18、19在加强件4的边缘被弯曲(例如，在第一和第二孔23、24的内边缘)并电耦合至传感器基板3，而不折叠在加强件4的第一侧26上。虽然图11-18的结构不同于图2-10，图示的实施例同样可以通过定位处理器管芯9邻近传感器管芯2并提供非常低的整体轮廓以及热绝缘处理器管芯9与传感器模2和/或传感器基板3而提高信号处理。
图19A-D示出了传感器模块1的各种组件的另一个实施例。如上所述，相同的标号表示类似于在图1-18中公开的部分。不同于例如图3中示出的单个柔性处理器基板8，图19A示出了具有在加强件4中分离的两个柔性处理器基板8的实施例，虽然图19A示出了仅仅两个柔性处理器基板8，应当理解的是多于两个柔性处理器基板8(例如，3个、4个或更多)可以提供在传感器模块1内。
此外，如图19B所示，引线连接器57可用于将传感器模块1电连接到外部控制模块14(或其他外部系统)。图19B的引线连接器57使用任何合适的技术例如机械和电耦合到柔性处理器基板8。例如，引线连接器57可以被焊接到柔性处理器基板8，或引线连接器可以使用NCP或ACF技术被耦合到柔性处理器基板8，如上面所讨论的。如图19B所示，引线连接器57可被安装以跨越并电耦合到两个处理器柔性基板8并可以在加强件4的第一外边缘58退出加强件4。
图19C和19D示出了散热器16和散热件31的各种实施例。在图19C中，具有多个散热片32的鳍状散热器31被连接到加强件4的第二或底侧25上。在图19D中，没有散热片的散热器16示出耦合到所述加强件4。如上所述，散热器16可以与散热器31集成以形成单一组件，或散热器16可形成为与散热片31的单独组件。在图19C和19D示出的实施例中，引线连接器57从加强件4的第一外边缘58延伸，并且在平行于模块1的厚度方向61延伸离开传感器模块1。不像连接器5(其被示为通过开口被安装在散热器和/或散热片的中心)，因此，引线连接器57可被定向出导热远离处理器和传感器管芯的路径。图19A-D的配置从而能够进一步提高传感器模块1的热性能。
转到图20，用于形成紧凑的传感器组件1的方法40被示出。本领域技术人员将容易理解，以下步骤不需要按示出的顺序来执行。在块42，传感器基板、柔性处理器基板和热绝缘加强件被提供。传感器基板可以是任何合适的传感器基板，包括PCB或陶瓷基板。传感器基板也可由柔性基板材料形成，以相对于使用例如PCB减少模块轮廓。柔性处理器基板是柔性基板，并且可以具有被配置为电耦合到设备管芯和/或其它基板的多个电引线。刚性元件可以是例如具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的塑料加强筋。
传感器管芯可在块44安装到传感器基板。如上所述，传感器管芯可以是任何合适的传感器管芯，包括例如，可进一步包括一个光电检测器阵列(PDA)或其他成像传感器的射线检测设备。在其它实施例中，传感器管芯2可以包括被配置为检测信号的任何其它合适的设备，包括例如，MEMS传感器和其他电气和电子传感器。而且，传感器管芯可以使用底部填充环氧树脂的金热压键的方法，或者通过使用NCP或ACF接合技术机械和电耦合到所述传感器基板上。
转到块46，处理器管芯被安装到柔性处理器基板。处理器管芯可以包含通用处理器或特定应用集成电路(ASIC)的处理器。具体例子包括：模拟-数字转换器(ADC)。处理器管芯可以通过任何合适的机制被结合到柔性处理器基板，包括如上所述的热压、ACF和NCP键合技术。
在块48，柔性处理器基板连接到加强件的第二侧。如在上面详细描述的，柔性处理器基板的中央安装部分可连接到加强件的所述第二侧，诸如在加强件的第二侧中形成的凹部内。柔性处理器基板可以任何合适的方式连接到所述加强件，包括使用热固化性粘合材料。
在块50，柔性处理器基板的第一和第二端部的至少一个可围绕所述加强件的边缘弯曲。如上所述，所述第一和第二端部可以从中央安装部分延伸。在一些实施方式中，第一和第二端部可围绕所述加强件的外边缘弯曲。然而，在其它实施例中，第一和第二端部可围绕加强件的内部边缘弯曲，例如，通过由加强筋形成的第一和第二孔。所述第一和第二端部可以进一步折叠在加强件的第一侧。
在块52，柔性处理器基板的第一和第二端部中的至少一个可电耦合到传感器基板。加强件的第一侧可以面对传感器基板。在一些实施例中，第一和第二端部的一个或两个可以被焊接到传感器基板，而在其它实施例中，ACF或NCP技术可用于将柔性处理器基板电连接到传感器基板。此外，当需要更少的连接时，电气连接可以只在端部中的一个进行，并且其另一端部不必围绕加强件的边缘弯曲。
此外，在某些实施例中，辐射屏蔽可被安装到加强件和传感器基板之间的加强件的第一侧。例如，屏蔽可以被安装在在加强件的第一或顶侧中形成的凹部内，最接近于传感器管芯。在一些实施方式中，屏蔽可以使用粘合剂结合到加强件。此外，该传感器基板也可以使用粘合剂或其它粘结技术连接到屏蔽和/或加强件的第一侧。为了提高热传递远离传感器管芯，散热器可连接到加强件相邻的处理器管芯的第二侧或下侧。处理器管芯因此可以设置在加强件和散热器之间。为了增强处理器管芯和散热器之间的热传导性，热传导性的润滑脂或填充材料可以施加在处理器管芯与散热器之间。此外，连接器可以通过散热器中的开口电耦合至柔性处理器基板。该连接器可以提供传感器模块和外部控制模块之间的电连通。另外，无源电气元件(诸如，电容)可以电耦合至柔性处理器基板，以协助处理器处理检测到的信号。虽然方法40的某些步骤都以特定的顺序被提出，但应理解，本步骤可以按任何其他合适的顺序进行。
虽然本发明已在某些实施例和实例的上下文中被公开，但本领域技术人员应理解，本发明超出具体公开的实施例到其它可替代的实施例和/或本发明的用途以及明显修改和等同物。此外，虽然本发明的几个变型已被示出和详细描述，在本发明的范围内的其它修改对于本领域技术人员根据本公开将是显而易见的。也可以设想，实施例的具体特征和各方面的各种组合或子组合可以进行，并且仍然落入本发明的范围之内。但应当理解，所公开的实施例的各种特征和方面可结合或取代，以便形成所公开发明的不同方式。因此，意图是本文所公开的本发明的范围不应该由上面描述的特定公开的实施例所限制，而是应仅由所附的权利要求的公正阅读来确定。

Claims (10)

1.一种紧凑型传感器模块，包括：
第一基板和第二基板；
传感器管芯，安装在所述第一基板和第二基板中的一个上，并与所述第一基板和第二基板电通信；
处理器管芯，直接安装到所述第一基板和第二基板中的另一个上，并与所述第一基板和第二基板电通信；以及
加强件，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，所述加强件的第一侧和第二侧包括所述加强件的主表面，
其中，所述加强件设置在传感器管芯和处理器管芯之间，使得所述第一侧面对所述传感器管芯，并且第一法线垂直通过所述第一侧的主表面并与所述传感器管芯相交，并使得所述第二侧面对所述处理器管芯，并且第二法线垂直通过所述第二侧的主表面并与所述处理器管芯相交，
其中所述第一基板和第二基板中一个包括第一弯曲部分和从所述第一弯曲部分延伸的安装部分，所述第一弯曲部分绕所述加强件的边缘折叠以电连接所述传感器管芯和所述处理器管芯，并且
其中，所述加强件进一步设置在所述第一基板的第一部分和所述第二基板的第二部分之间，使得所述第一法线与所述第一部分和第二部分中的一个相交，并使得所述第二法线与所述第一部分和第二部分中的另一个相交。
2.根据权利要求1所述的紧凑型传感器模块，其中所述第二基板包括所述第一弯曲部分和所述安装部分，其中所述处理器管芯安装到所述第二基板的安装部分，并且其中所述第二基板的一个端部从所述第一弯曲部分延伸并被设置为隔着所述加强件与所述安装部分相对，以电连接到所述第一基板。
3.根据权利要求2所述的紧凑型传感器模块，其中所述第二基板的安装部分连接到所述加强件的第二侧。
4.根据权利要求1所述的紧凑型传感器模块，其中所述第二基板包括所述第一弯曲部分和所述安装部分，并且其中所述第二基板的第一端部弯曲通过形成在所述加强件中的第一孔，以与所述第一基板电连接。
5.根据权利要求4所述的紧凑型传感器模块，其中所述第一端部被折叠在至少所述加强件的第一侧的一部分上。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的紧凑型传感器模块，其中所述加强件在其第二侧形成有第一凹陷，并且所述第二基板的安装部分和所述处理器管芯被容纳在所述第一凹陷中。
7.根据权利要求3所述的紧凑型传感器模块，其中所述第二基板的安装部分具有面对所述加强件的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，并且其中所述处理器管芯安装在所述安装部分的第二表面上。
8.根据权利要求6所述的紧凑型传感器模块，其中所述第二基板的安装部分具有面对所述加强件的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，并且其中所述处理器管芯安装在所述安装部分的第二表面上。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的紧凑型传感器模块，还包括：
多个无源电部件，其电连接到所述第二基板的安装部分的第一表面，并被设置在所述加强件的第二侧中形成的至少一个第二凹陷内。
10.根据权利要求1所述的紧凑型传感器模块，其中所述第二基板还包括从所述安装部分延伸并与所述第一弯曲部分相对的第二弯曲部分，并且其中所述第二基板的相对的第一端部和第二端部分别绕所述加强件的边缘弯曲，以电连接到所述第一基板。
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