CN109425445A - 力传感器 - Google Patents
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Abstract
力传感器或传感器组件可以包括感测芯片、壳体和力传递构件。感测芯片可以包括力感测区域和至少一个结合焊盘。壳体可以包括：感测芯片接收腔；被构造成接合感测芯片的结合焊盘的至少一个电端子；被构造成防止所述感测芯片滑动到所述壳体之外的保持构件；以及在所述壳体中的孔，所述孔暴露所述感测芯片对力传递元件的力感测区域。所述壳体可以包括一个或多个部件部分。在一些情形中，可以通过微制造技术在微尺度上构造力传感器或传感器组件。
Description
技术领域
本公开总体上涉及传感器，并且更特别地涉及用于感测被施加到传感器的力的力传感器。
背景技术
力传感器通常被用于感测施加到传感器的外力以及提供表示所施加的力的输出信号。这样的传感器可以被使用在各种各样的应用中，包括医疗应用。示例性医疗应用包括在医疗设备中的使用，该医疗设备例如由如下控制：肾透析机、药物传输系统、血液设备、输液泵、肠道喂养器（entrial feeder）、通风设备、以及其他医疗设备。力传感器还经常被使用在非医疗应用中，诸如工业应用、军事应用以及其他应用。
发明内容
本公开总体上涉及传感器，并且更特别地涉及用于感测被施加到传感器的力的力传感器。在一个示例中，力传感器可以包括感测芯片、壳体和力传递构件。感测芯片可以包括力感测区域和至少一个结合焊盘。壳体可以包括感测芯片接收腔、至少一个电端子、保持构件和壳体中的孔，当所述感测芯片被所述感测芯片接收腔接收时，所述孔暴露所述感测芯片的力感测区域。感测芯片接收腔可以包括感测芯片接收开口，其中，感测芯片接收腔可以被构造成通过所述感测芯片接收开口可滑动地接收感测芯片。所述至少一个电端子可以各自从所述壳体的外表面延伸到所述感测芯片接收腔中，其中，当感测芯片已经被感测芯片接收腔接收时，所述至少一个电端子中的每个可以接合所述感测芯片的对应结合焊盘并且抵靠所述感测芯片的对应结合焊盘提供正接触偏置力。保持构件可以防止感测芯片通过感测芯片接收开口滑动到感测芯片接收腔之外。力传递元件可以至少部分地位于所述孔内，并且可以接合所述感测芯片的力感测区域以将外力传递到感测芯片的感测区域。
在另一示例中，传感器组件可以包括具有至少一个结合焊盘的感测芯片和壳体。壳体可以包括感测芯片接收腔、至少一个电端子、以及保持构件，所述保持构件用于防止感测芯片通过感测芯片接收开口滑动到感测芯片接收腔之外。感测芯片接收腔可以被构造成通过感测芯片接收开口可滑动地接收感测芯片。所述至少一个电端子可以各自从所述壳体的外表面延伸到所述感测芯片接收腔中，其中，当感测芯片被感测芯片接收腔接收时，所述至少一个电端子中的每个可以接合所述感测芯片的对应结合焊盘并且抵靠所述感测芯片的对应结合焊盘提供正接触偏置力。
组装传感器组件的说明性方法可以包括：将感测芯片可滑动地插入通过感测芯片接收开口并插入到壳体的感测芯片接收腔中，直到感测芯片接合止动件。当感测芯片被可滑动地插入时，壳体的电端子可以可滑动地接合感测芯片的对应结合焊盘并抵靠感测芯片的对应结合焊盘提供正接触偏压力。在一些情形中，电端子可以延伸到壳体的外表面。随后，感测芯片可以由感测芯片保持器保持在感测芯片接收腔中。
提供了前述发明内容以有利于理解本公开特有的一些创新性特征，并且前述发明内容不意图是全面描述。可以通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为整体考虑来获得对本公开的全面理解。
附图说明
结合附图来考虑下文的对本公开的各种说明性实施例的描述，可以更全面地理解本公开，在附图中：
图1是说明性传感器组件的示意性截面侧视图；
图2是图1的说明性传感器组件的示意性分解侧视图；
图3是图1的传感器组件的说明性壳体的示意性透视图；
图4是另一说明性传感器组件的示意性截面侧视图；
图5是图4的说明性传感器组件的示意性分解图；
图6是可以与图1-5的说明性传感器组件一起使用的说明性感测芯片的示意性顶视图；并且
图7是沿线7-7截取的图6的说明性感测芯片的截面图。
虽然本公开可以适于各种修改和替代性形式，但是其细节已经通过附图中的示例示出并且将被详细描述。然而，应当理解的是，意图不是将本公开的方面限制于本文描述的特别的说明性实施例。相反，意图是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
应当参考附图来阅读下文的描述，在附图中，贯穿多个视图，相似的附图标记示出相似的元件。描述和附图示出了旨在说明本公开的多个实施例。
力传感器可以被使用在各种装置中，所述装置包括但不限于一次性装置（例如，医疗装置或者其他一次性装置）。在一些情形中，利用力传感器的装置可能需要力传感器是相对小的（例如，具有小的机械占地面积）并且相对低成本。在一个示例中，力传感器可以被构造成具有微尺度的尺寸，但这不是必需的。
说明性力传感器可以包括壳体、感测芯片、致动或力传递元件、以及保持构件。在一些情形中，壳体可以包覆模制（over mold）一个或多个电端子（例如，引线）以形成集成的引线框架壳体。在其他情形中，一个或多个电端子可以被单独地附接到壳体。壳体可以包括在所述壳体内的感测芯片接收腔（例如，凹口、套管、凹部、开口或者其他腔），该感测芯片接收腔经由感测芯片接收开口来通达。感测芯片可以包括电焊盘（例如，结合焊盘），使得当感测芯片经由感测芯片接收开口被感测芯片接收腔接收（例如，可滑动地接收）时，感测芯片的电焊盘机械接触且电接触壳体的对应电端子。在一些情形中，壳体的电端子可以各自被构造成当感测芯片被感测芯片接收腔接收时接合感测芯片的对应结合焊盘并且抵靠感测芯片的对应结合焊盘提供正接触偏置力（例如，弹簧力）。
壳体可以被构造成在感测芯片被芯片接收腔接收（例如，可滑动地接收）时引导感测芯片。在感测芯片被芯片接收腔可滑动地接收的情况下，壳体的电端子可以在感测芯片的插入期间沿结合焊盘滑动，同时抵靠感测芯片的对应结合焊盘提供正接触偏置力。该滑动动作可以有助于改善结合焊盘与壳体的电端子之间的电连接。
壳体可以包括芯片止动件，以将感测芯片止动在期望的感测芯片座位置处。保持构件可以将感测芯片机械地保持在期望的感测芯片座位置处。在一些情形中，保持构件可以具有允许将感测芯片插入到感测芯片接收腔中的第一位置、以及将感测芯片保持在腔内的第二位置。在一些情形中，保持构件可以简单地是柱塞，所述柱塞插入感测芯片接收开口并将感测芯片保持在期望的感测芯片座位置处。
壳体可以包括用于接收致动或力传递元件的孔，所述致动或力传递元件延伸通过所述孔并且与感测芯片的力感测区域进行接触。在致动元件上的力的施加可以被传递到感测芯片的力感测区域。这导致感测芯片产生表示所施加的力的大小的电信号。所述电信号可以被传递到感测芯片的结合焊盘并传递到壳体的电端子。
图1示出了说明性传感器组件10（例如，力传感器）的截面视图。如图1中所示出，传感器组件10可包括壳体12、感测芯片14（例如，力感测芯片、压力感测芯片或其他感测芯片）、致动或力传递元件16（例如，力传递元件）、以及保持构件18。感测芯片14以方块形式示意性地示出。在图6-7中可以找到合适的力感测芯片14的说明性但非限制性的示例。
说明性壳体12可以至少部分地限定腔20（例如，感测芯片接收腔），腔20被构造成可滑动地接收感测芯片14。说明性壳体12可以还包括电端子22和芯片止动件24。芯片止动件24可以是壳体12的至少部分地限定腔的端壁和/或可以是与壳体的端壁间隔开的单独的元件。芯片止动件24可以形成为壳体12的一个或多个壁的延伸部和/或可以是被插入到感测芯片接收腔20中的部件（例如，被放置和/或固定在感测芯片接收腔20中的部件）。
芯片止动件24可以被定位在感测芯片接收腔20内任何合适的位置处，使得其可以被构造成限制被接收在所述感测芯片接受腔20内的感测芯片14在至少一个方向上的移动，并且可以将感测芯片定位在期望的感测芯片座位置处。在一些情形中，芯片止动件24可以被定位在感测芯片接收腔20内并且相对于保持构件18位于感测芯片14的相反侧上，如图1中所示出。
壳体12可以包括一个或多个开口。在一个示例中，壳体12可以包括第一开口（例如，感测芯片接收开口26）、第二开口（例如，致动或力传递元件接收孔28）、和/或一个或多个其他开口。感测芯片接收开口26可以被构造成当将感测芯片定位在感测芯片接收腔20中时初始地接收感测芯片14。当感测芯片被接收和/或定位在感测芯片接收腔20中时，致动或力传递元件接收孔28可以暴露感测芯片14的力感测区域（图1中未示出;见图5和图6）。
壳体12可以以任何方式形成。在一个示例中，壳体12可以通过包覆模制一个或多个电端子22（例如，电引线）以形成集成引线框架来形成。在一些情形中，可以利用微模制工艺来形成壳体12和/或传感器组件10的其他部分。壳体12可以形成合适类型的集成电路封装。例如，壳体12可以被构造成是表面安装技术（SMT）封装、小外形集成电路（SOIC）封装，塑料引线芯片载体（PLCC）封装，单列直插式封装（SIP）、双列直插式封装（DIP）或其他合适的封装类型。这些仅仅是示例。
壳体12可以使用一种或多种合适的材料形成。示例性合适的材料可以包括但不限于塑料、聚酰胺、陶瓷、金属或其他合适的材料中的一种或多种。电端子22可以由金属形成，但也可以由其他合适的导电材料制成，诸如导电聚合物等。
在所示出的示例中，电端子22可以被构造成沿壳体12的外表面延伸。电端子22还可以延伸到壳体的感测芯片接收腔20中。沿壳体12的外部延伸的电端子22的部分可以有助于将传感器组件10电连接到用户装置（例如，医疗装置或其他装置）。当感测芯片14已经被接收和/或定位在感测芯片接收腔20内的期望的感测芯片座位置处时，延伸到感测芯片接收腔20中的电端子22的部分可以被构造成接合（例如，接触和/或机械连接和电气地连接到）感测芯片14的电焊盘和/或抵靠感测芯片14的电焊盘（例如，抵靠感测芯片14的对应电焊盘）提供正接触偏置力。在一些情形中，壳体12的电端子22可以提供用于电力、接地和/或来自感测芯片14的一个或多个输出信号的电连接。输出信号可以是单端的（例如，使用单个电端子）、差分信号（例如，使用两个电端子）或任何其他合适的信号格式。更一般地，电端子22可以被用于向/从感测芯片14传递和/或接收电力和/或信号。
如图1中所示出，致动或力传递元件16可以包括球形物体（例如，滚珠轴承或其他球形物体）。替代性地或另外地，根据需要，致动或力传递元件16可以包括延伸器、按钮、销和/或任何其他合适的力传递构件形状和/或形状的组合。在一些情形中，致动或力传递元件16可被构造成具有第一端和第二端、以及在第一端与第二端之间延伸的大体上柱形的侧壁。第一端和/或第二端可以是大体上平坦的、大体上半球形的、弯曲的和/或采取任何其他合适的形状。可以理解的是，可以利用其他类型的致动或力传递元件16，例如像可滑动地安装的柱塞或轴、除了球形或半球形物体之外的点接触类型部件、“T”形传递机构、或任何其他合适的机构。在一些情形中，被构造成接触感测芯片14的致动或力传递元件16的一部分可以是大体上球形的、大体上平坦的、弯曲的、或者可以具有任何其他合适的形状。
致动或力传递元件16可以由合适的材料制成，以用于将力从壳体12的外部传递到感测芯片14。例如，致动或力传递元件16可以包括诸如不锈钢的金属、塑料、陶瓷、和/或其他合适的材料或材料的组合。 在一些情形中，致动或力传递元件16可以包括不锈钢滚珠轴承。然而可以想到的是，如果需要，其他大致球形和其他形状的元件可以被用作致动或力传递元件16的部分或者作为致动或力传递元件16部分，包括任何合适形状的基于聚合物的元件。
保持构件18可以是任何类型的保持构件，其被构造成将感测芯片14保持在壳体12的感测芯片接收腔20内的期望的感测芯片座位置处。如图1中所示出，保持构件18可以是压配合到感测芯片接收开口26中的柱塞。在一些情形中，利用保持构件18的压配合构造可以导致形成具有改进的组装能力的传感器组件，因为不需要附加的部件（例如，固定螺钉、弹簧等）和/或材料（例如，粘合剂等）以将感测芯片14保持在壳体12内的期望的感测芯片座位置处。保持构件18可以具有任何合适的尺寸和形状。例如，保持构件18可以具有带有矩形、方形、圆形、三角形、星形或其他形状的截面的形状，和/或被构造成允许保持构件18压配合到感测芯片接收开口26中的尺寸。保持构件18可以由合适的材料构造成。在一些情形中，保持构件18可以至少部分地由弹性或柔韧性材料形成，当保持构件18被插入（例如，压入）到壳体的感测芯片接收开口26中时，该弹性或柔韧性材料可以偏转和/或接合壳体12。用于保持构件18的示例性合适材料可以包括但不限于塑料、聚酰胺、陶瓷、金属和/或其他合适的材料。
作为替代或者另外，保持构件18可以采用一种或多种其他形式，包括但不限于一个或多个卡扣或弹簧元件，其被构造成允许感测芯片14单向移动到感测芯片接收腔20中，但随后限制感测芯片14向后移动到感测芯片接收腔20之外。下面在图4中示出了一个这样的示例。
图2示出了图1中示出的传感器组件10的分解侧视图，示出了用于组装传感器组件10的说明性步骤。图2中的传感器组件10被示出为壳体12、感测芯片14、致动或力传递元件16以及保持构件彼此分离。图2中的虚线示出了壳体12内的这样的结构：其从壳体12的侧视图不能容易地被看到，但是在组装期间可以与一个或多个特征相互作用。
在组装图1的传感器组件10的示例性方法中，并且在第一组装步骤30期间，感测芯片14可以被插入通过感测芯片接收开口26并且被插入到壳体12的感测芯片接收腔20中。在一些情形中，感测芯片14可以被插入到感测芯片接收腔20中，直到其到达芯片止动件24。电端子22的延伸到感测芯片接收腔20中的部分可以接合（例如，接触和/或机械连接和电连接到）感测芯片14的电焊盘和/或抵靠感测芯片14的电焊盘（例如，抵靠感测芯片14的对应电焊盘）提供正接触偏压力。如在图1中可以看到的，电端子22可以被构造成是可弯曲且弹性的，使得感测芯片14的插入使电端子22从其静止位置移动，从而形成正接触偏置力。
在第二组装步骤32中，可以将保持构件18插入到感测芯片接收开口26中。保持构件可以被固定（例如，利用压配合、粘合剂或其他固定技术）就位以将感测芯片14保持在芯片止动件24与保持构件18之间。在第三步骤34中，致动或力传递元件16可以通过致动元件开口28被插入到壳体12中并且被至少部分地固定在壳体12内，使得致动或力传递元件16接合感测芯片14的力感测区域。当这样设置时，致动或力传递元件16被构造成将外部施加的力传递到感测芯片14的力感测区域（在图2中未示出；见图5和图6）。致动或力传递元件16可以被卡扣配合到壳体12中，或者可以以一种或更多种其他方式被插入壳体中并相对于壳体固定。
虽然传感器组件10的组装对于图2被描述为具有三个有序步骤，但是可以想到的是，步骤可以以任何合适的顺序发生。在一个示例中，在感测芯片14已经被插入到壳体12中之后，致动或力传递元件16可以被插入到壳体12中并相对于壳体12固定，并且一旦致动或力传递元件16已经相对于壳体12被固定，则保持构件18可以被插入到壳体12中和/或固定在壳体12内。在另一示例中，致动或力传递元件16可以在保持构件18之前和/或与保持构件18同时被插入到壳体中。这些仅仅是示例性变型。
图3是壳体12的说明性构造的透视图。虽然图3中的壳体12被示出为单件式壳体，但是壳体12可以替代性地由两个或更多个部件部分形成。图3中示出的说明性壳体12可以具有顶侧36、底侧38、以及在顶侧36与底侧38之间延伸的一个或多个侧。所述一个或多个侧可以包括左侧40、右侧42、后侧44和前侧46。传感器组件10的各个侧可以包括一个或多个壁。在一些情形中，顶侧36可以包括顶壁48，底侧38可以包括底壁50，左侧40可以包括左壁52，右侧42可以包括右壁54，并且后侧44可以包括后壁56。前侧46可以至少部分地限定感测芯片接收开口26。虽然前侧46被描述为包括感测芯片接收开口26，但是感测芯片接收开口26可以被包括在壳体12的一个或多个其他侧中。此外，顶壁48可以包括致动或力传递元件接收孔28。虽然没有具体示出，但是左壁52和右壁54可以包括引导件，所述引导件被定尺寸成接收感测芯片14的相反的边缘，以当感测芯片14滑动通过感测芯片接收开口26并滑动到腔中时有助于引导感测芯片14。当感测芯片14处于期望的感测芯片座位置中时，引导件还可以防止感测芯片14在竖直方向上移动（例如，朝向或远离致动或力传递元件接收孔28）。在图5中示出了类似的引导件。
图4和5示出了传感器组件10的另一示例性实施例。图4是传感器组件10的截面视图。图5是图4中示出的传感器组件10的分解图，示出了用于组装图4的传感器组件10的详细说明性步骤。
图4的传感器组件10可以具有第一壳体元件12a（例如，基部或其他壳体元件）和第二壳体元件12b（例如，盖或其他壳体元件）。第一壳体元件12a可以以一种或多种方式可拆卸地连接到第二壳体元件12b。在一些情形中，第一壳体元件12a可以经由滑动配合、压配合、弹簧配合、卡扣配合、粘合剂和/或其他连接技术与第二壳体元件12b连接。当连接时，第一壳体元件12a和第二壳体元件12b可以形成壳体12和感测芯片接收腔20，感测芯片14可以通过感测芯片接收开口26被插入到感测芯片接收腔20中，类似于在上文中对于图1-3的传感器组件构造所讨论的那样。此外，虽然图4中的感测芯片14被示出为使用壳体12的后壁56作为止动件，但是类似于或不同于图1的芯片止动件24的一个或多个芯片止动件可以被包括在感测芯片接收腔20中。
在一些情形中，第一壳体元件12a和第二壳体元件12b中的一者或多者可以包括相对的对准引导件74a和74b（例如，形成保持槽）。对准引导件74a和74b被定尺寸成接收感测芯片14的相反的边缘，以在感测芯片14滑动通过感测芯片接收开口26并滑动到腔中时有助于引导感测芯片14。此外，当感测芯片14处于期望的感测芯片座位置中时，对准引导件74a和74b可以防止或限制感测芯片14在至少一个方向上的移动（例如，朝向或远离力传递元件接收孔28）。
第一壳体元件12a可以包括芯片偏转孔76。芯片偏转孔76可以被定位在第一壳体元件12a中（例如，在壳体12的底壁或其他壁中）位于与致动或力传递元件接收孔28大体上相对的位置处，致动或力传递元件接收孔28可以被定位在第二壳体元件12b中（例如，在壳体12的顶壁或其他壁中）。芯片偏转孔76可以被构造成允许感测芯片14响应于通过致动或力传递元件16施加到感测芯片14的力而挠曲或偏转，这可以为感测芯片14提供一些缓解（relief）。
图4的说明性壳体12可以包括一个或多个电端子22，所述电端子类似于或不同于在上文中对于图1-3中所示出的传感器组件10所讨论的电端子。在一些情形中，一个或多个电端子22中的每个可以是一件并且可以沿壳体12的外表面延伸并且延伸到由壳体12限定的感测芯片接收腔20中。在其他情形中，第一壳体元件12a可以包括一个或多个第一电端子部分22a，第二壳体元件12b可以包括一个或多个第二电端子部分22b。第一电端子部分22a可以沿壳体12的外表面延伸并延伸到由壳体12限定的感测芯片接收腔20中。在一些情形中，当第一壳体元件12a和第二壳体元件12b彼此连接和/或接合时，第一电端子部分22a可以与第二电端子部分22b电连通，以通过直接或间接接触来形成电端子22。此外，在一些情形中，第二电端子部分22b可以向第一电端子部分22a施加机械力（例如，第二电端子部分22b可以是机械弹簧或其他偏置机构）以朝向感测芯片14的结合焊盘或其他电接触件偏置第一电端子部分 22a，以有利于第一电端子部分22a与感测芯片14之间的良好、持续的电接触。在这样的情形中，当电端子22被定位在感测芯片接收腔20内的期望的感测芯片座位置处时，电端子22可以与感测芯片14上的结合焊盘或其他焊盘形成机械连接和/或电连接。在一个示例中，电端子22可以被构造成通过一个或多个电端子22向感测芯片14供应电力，以及从感测芯片14接收一个或多个力传感器输出信号。
如在图4中所示出，壳体12可以包括保持构件18。在一个示例中，如图4中所示出，保持构件18可以是卡扣或弹簧加载元件。卡扣或弹簧加载元件可以允许感测芯片14移动到感测芯片接收腔20中，但是一旦感测芯片14移动通过保持构件18，则卡扣或弹簧加载元件可以移动到锁定位置，该锁定位置限制感测芯片14向后移动到感测芯片接收腔20之外。在一些情形中，对准引导件74a和74b可以与保持构件18一起起作用，以防止感测芯片14在保持构件18上方抬起。也可以想到其他保持构件构造，包括在上文中对于图1-3的传感器组件10的构造所讨论的柱塞构造。
具有卡扣或弹簧加载构造的保持构件18可以由在一个方向上偏置的单个部件形成而没有附加的部件。替代地或另外地，保持构件19可以包括被构造成在一个方向上偏压保持构件的弹簧或其他部件。
图4中示出的传感器组件10的致动或力传递元件16可以以任何方式接合第二壳体元件12b的致动或力传递元件接收孔28。在一些情形中，第二壳体元件12b可以包括一个或多个突起78，所述突起可以限定致动或力传递元件接收孔28。一个或多个突起78可以允许致动或力传递元件16的移动，同时将致动或力传递元件16保持在壳体12内邻近感测芯片14。
图5示出了图4中示出的传感器组件10的分解侧视图，其中示出了用于组装传感器组件10的说明性步骤。图5中的传感器组件10被示出为第一壳体元件12a、感测芯片14以及在其中具有致动或力传递元件16的第二壳体元件12b彼此分离。
为了组装图4的传感器组件10，并且在第一组装步骤80期间，感测芯片14可以被插入通过感测芯片接收开口26并且插入到第一壳体元件12a的感测芯片接收腔20中。对准引导件74a和74b可以有助于引导感测芯片14。在一些情形中，感测芯片14可以插入到感测芯片接收腔20中直到其到达止动件（例如，后壁56（见图4）、芯片止动件24（见图1）或其他止动件）并且感测芯片14上的结合焊盘65接合第一电端子部分22a。一旦感测芯片14已经被插入到感测芯片接收腔20中，感测芯片14的力感测区域58就可以与第二壳体元件12b的致动或力传递元件接收孔28以及在第一壳体元件12a中的芯片偏转孔76对准。当感测芯片14到达止动件时，由于保持构件18移动到其锁定位置，保持构件18可提供机械和/或听觉指示。
在第二组装步骤82中，第二壳体元件12b可以抵靠和/或邻近对准元件74与第一壳体元件12a接合。第一壳体元件12a和第二壳体元件12b可以以任何合适的方式彼此接合，包括但不限于通过卡扣连接、滑动连接、压配合连接、粘合剂和/或一种或多种其他连接。当第二壳体元件12b接合第一壳体元件12a时，第一电端子部分22a中的每个可以接合第二电端子部分22b中对应的一个以形成电连接并形成电端子22。
一旦第二壳体元件12b与第一壳体元件12a接合，则致动或力传递元件接收孔28可以与感测芯片14的力感测区域58自动地对准。在一些情形中，致动或力传递元件16可以在第二壳体元件12b接合第一壳体元件12a之前被接收在致动或力传递元件接收孔28内，但这不是在所有情形中都必需的。在一些情形中，致动或力传递元件16可以在第一壳体元件12a与第二壳体元件12b连接之后被添加到传感器组件10，该添加可以是通过卡扣或以其他方式将致动或力传递元件16插入通过致动或力传递元件接收孔28。
虽然传感器组件10的组装对于图4描述为具有两个有序步骤，但是可以想到的是，步骤可以以任何顺序发生。在一个示例中，第二壳体元件12b可以在将感测芯片14插入到感测芯片接收腔20中之前被连接到第一壳体元件12a。在组装图4的传感器组件10的另一示例中，第二壳体元件12b可以在感测芯片14被插入到第一壳体元件12a的感测芯片接收腔20中的同时被连接到第一壳体元件12a。可以想到用于组装传感器组件10的组装步骤的其他组合。
图6是可以与图1-5的说明性传感器组件10一起使用的说明性感测芯片14的示意性顶视图。图7是沿线7-7截取的图6的说明性感测芯片14的截面图。
说明性感测芯片14可以包括力感测区域58，其可以被构造成与致动或力传递元件16相互作用以感测施加到传感器组件10的力。在一些情形中，力感测区域58可以包括感测膜60（见图7），所述感测膜具有多个力感测元件，诸如压阻感测元件（未示出），以用于感测由所施加的力（例如，来自致动或力传递元件16）造成的感测膜60的偏转。在一些情形中，可以通过在感测芯片14的基底的背侧中蚀刻出腔62来形成感测膜60，如图7中所示出。在其他情形中，不在基底的背侧蚀刻或以其他方式设置腔62，并且感测芯片14可以具有均匀的厚度，在感测表面上具有多个力感测元件（诸如压阻感测元件，未示出）以用于感测由所施加的力（例如，来自致动或力传递元件16）造成的感应芯片14上的应力。这些仅仅是示例性感测芯片构造，并且可以想到的是，可以使用任何合适的感测芯片。
在一些情形中，并且如图6中所示出，感测芯片14可以包括的电路区域64，电路区域64邻近感测膜60或者在感测膜60外部，或者在感测芯片14的一个或多个其他位置处。虽然未示出，但是一个或多个电部件可以被定位在电路区域64内。电部件可以包括一个或多个可调电阻器、专用集成电路和/或其他可调节部件。在一些情形中，除了力感测元件（例如，压阻感测元件）、诸如结合焊盘65的电焊盘以及连接这些部件的导电迹线之外，在感测芯片14上不包括附加的电部件。
感测芯片14可以包括导电焊盘65（例如，结合焊盘），诸如焊盘66、68、70、72，其可以被构造成（例如，经由壳体12的电端子22）向/从感测芯片14传递电信号和/或提供电力/接地。在一个示例中，导电焊盘可以包括电力供应焊盘68、接地焊盘70、第一信号路径焊盘66、第二信号路径焊盘72和/或一个或多个其他结合焊盘65中的一者或多者。虽然未示出，但是感测芯片14可以包括在感测芯片14的表面上或者在基底内的电迹线，所述电迹线提供在各种导电结合焊盘65、电路区域64中的一个或多个电部件之间和/或力感测元件之间的电连接。在一个示例中，迹线可被用于形成在导电焊盘66、70与力感测元件之间的电连接，以形成半或全惠斯通电桥或其他电路。在一些情形中，迹线可以被结合到基底中（例如，在n型基底上的p型掺杂，或者在p型基底上的n型掺杂）和/或可以包括形成在基底上的金属迹线。
诸如焊盘66、68、70、72和/或其他焊盘的导电焊盘65可以被构造成在感测芯片14上排成一条线，如图6中所示出。替代性地或另外地，根据需要，诸如焊盘66、68、70、72和/或其他焊盘的导电焊盘可以被定位在感测芯片14的角落中和/或处于一个或多个其他构造中。
在一些情形中，感测芯片14可以是相对小的。在一些情形中，感测芯片可以具有大约0.25平方毫米和2平方毫米的芯片尺寸，但这仅仅是一个示例。具有小的芯片尺寸可以降低感测芯片的成本，并因此降低传感器组件10的成本。
在一些情形中，感测芯片14可以是使用硅晶片和合适的MEMS制造技术来制造的微机械传感器元件。可以使用合适的制造或印刷技术来形成感测芯片14。在一些情形中，如图7中所示出，可以通过背侧蚀刻硅芯片（例如，利用KOH蚀刻技术或其他蚀刻技术）来制造感测膜60，然而，可以想到的是，可以根据需要使用任何合适的工艺。当被利用时，压阻部件可以相对于感测膜60被固定，其中压阻部件可以被构造成具有根据所施加的机械应力而变化的电阻（例如，响应于来自致动或力传递元件16的力的感测膜60的偏转）。在一些情形中，压阻元件可以包括硅压阻材料；然而可以想到的是，根据需要，可以使用非硅材料。压阻元件可以以半或全惠斯通电桥构造连接。应当理解的是，压阻部件仅仅是可以使用的感测元件的一个示例，并且可以想到的是，可以根据需要使用任何其他合适的感测元件。
已经这样描述了本公开的多个说明性实施例，本领域技术人员将容易地理解到，可以在所附权利要求的范围内制造和使用又其他实施例。将理解的是，本公开在许多方面仅仅是说明性的。在不超出本公开的范围的情况下，可以对细节进行改变，特别是在形状、尺寸和部件的布置方面进行改变。当然，本公开的范围是以表述所附权利要求的语言来限定的。
Claims (10)
1.一种力传感器，所述力传感器包括：
感测芯片，所述感测芯片包括力感测区域和至少一个结合焊盘；
壳体，所述壳体包括：
- 感测芯片接收腔，所述感测芯片接收腔具有感测芯片接收开口，其中，所述感测芯片接收腔被构造成通过所述感测芯片接收开口可滑动地接收所述感测芯片；
- 至少一个电端子，每个电端子从所述壳体的外表面延伸到所述感测芯片接收腔中，其中，当所述感测芯片被所述感测芯片接收腔接收时，所述至少一个电端子中的每个接合所述感测芯片的对应结合焊盘并且抵靠所述感测芯片的对应结合焊盘的提供正接触偏置力；
- 保持构件，所述保持构件用于防止所述感测芯片通过所述感测芯片接收开口滑动到所述感测芯片接收腔之外；
- 所述壳体中的孔，当所述感测芯片被所述感测芯片接收腔接收时，所述孔暴露所述感测芯片的力感测区域；以及
力传递元件，所述力传递元件至少部分地被定位在所述孔内并且与所述感测芯片的力感测区域接合，以用于将外力传递到所述感测芯片的力感测区域。
2.根据权利要求1所述的力传感器，其中：
所述力传递元件包括滚珠轴承；或者
所述壳体具有顶侧、底侧、以及在所述顶侧与所述底侧之间延伸的一个或多个侧壁，并且其中，暴露所述感测芯片的力感测区域的所述壳体中的孔在所述壳体的顶侧中，并且所述感测芯片接收开口在所述壳体的侧壁中的一个或多个中；或者
所述壳体还包括感测芯片止动件，以用于在所述感测芯片被可滑动地接收到所述感测芯片接收腔中之后止动所述感测芯片。
3.根据权利要求1所述的力传感器，其中：
所述保持构件包括压配合到所述感测芯片接收开口中的柱塞；或者
所述保持构件包括卡扣元件，所述卡扣元件被构造成允许所述感测芯片移动到所述感测芯片接收腔中，并且一旦所述感测芯片在所述感测芯片接收腔中，就限制所述感测芯片的移动。
4.根据权利要求1所述的力传感器，其中所述壳体包括：
第一壳体元件；和
第二壳体元件，所述第二壳体元件能够可拆卸地连接到所述第一壳体元件；并且
其中，当所述第一壳体元件和所述第二壳体元件被连接时，由所述第一壳体元件和所述第二壳体元件形成所述感测芯片接收腔。
5.根据权利要求4所述的力传感器，其中：
所述第一壳体元件包括第一电端子部分；
所述第二壳体元件包括第二电端子部分；
当所述第一壳体元件和所述第二壳体元件被连接时，所述第一电端子部分与所述第二电端子部分电连通并形成所述至少一个电端子。
6.根据权利要求1所述的力传感器，其中：
所述至少一个电端子包括两个或更多个电端子，并且其中，所述两个或更多个电端子被构造成向所述感测芯片供应电力以及从所述感测芯片接收一个或多个力传感器输出信号；或者
所述壳体包括具有顶壁的顶侧、具有底壁的底侧、具有左壁的左侧、具有左壁的右侧、具有后壁的后侧、以及限定所述感测芯片接收腔的前侧，并且其中，暴露所述感测芯片的力感测区域的所述孔延伸通过所述壳体的顶壁。
7.一种传感器组件，所述传感器组件包括：
感测芯片，所述感测芯片包括至少一个结合焊盘；以及
壳体，所述壳体包括：
- 感测芯片接收腔，所述感测芯片接收腔具有感测芯片接收开口，其中，所述感测芯片接收腔被构造成通过所述感测芯片接收开口来可滑动地接收所述感测芯片；
- 至少一个电端子，每个电端子从所述壳体的外表面延伸到所述感测芯片接收腔中，其中，当所述感测芯片被所述感测芯片接收腔接收时，所述至少一个电端子中的每个接合所述感测芯片的对应结合焊盘并且抵靠所述感测芯片的对应结合焊盘提供正接触偏置力；以及
- 保持构件，所述保持构件用于防止所述感测芯片通过所述感测芯片接收开口滑动到所述感测芯片接收腔之外。
8.根据权利要求7所述的传感器组件，其中：
所述感测芯片是具有力感测区域的力感测芯片，并且其中，所述传感器组件还包括致动元件，所述致动元件延伸通过所述壳体中的孔并且接合所述力感测芯片的力感测区域；或者
所述保持构件包括柱塞，所述柱塞被构造成待插入到所述感测芯片接收开口中；或者
所述保持构件包括卡扣元件，所述卡扣元件被构造成允许所述感测芯片移动到所述感测芯片接收腔中，并且一旦所述感测芯片在所述感测芯片接收腔中，就限制所述感测芯片的移动。
9.根据权利要求7所述的传感器组件，所述传感器组件还包括：
感测芯片止动件，所述感测芯片止动件用于在所述感测芯片被可滑动地接收到所述感测芯片接收腔中之后止动所述感测芯片；或者
其中，所述感测芯片接收腔包括在所述感测芯片的相反侧上的保持槽，以用于可滑动地接收所述感测芯片的相反侧；或者
其中，所述至少一个电端子中的每个包括金属引线，并且所述壳体用作引线框架。
10.一种组装传感器组件的方法，所述方法包括：
将感测芯片可滑动地插入通过感测芯片接收开口并插入到壳体的感测芯片接收腔中，直到所述感测芯片接合止动件，其中，当所述感测芯片被可滑动地插入时，所述壳体的电端子可滑动地接合所述感测芯片的对应结合焊盘并且抵靠所述感测芯片的对应结合焊盘提供正接触偏压力，所述电端子延伸到所述壳体的外表面；以及
将所述感测芯片保持在所述感测芯片接收腔中；或者
其中：
所述保持步骤包括将柱塞插入到所述感测芯片接收开口中和/或激活卡扣元件，所述卡扣元件被构造成允许所述感测芯片移动到所述感测芯片接收腔中，并且一旦所述感测芯片在所述感测芯片接收腔中，就限制所述感测芯片的移动；或者
所述感测芯片是具有力感测区域的力感测芯片，并且其中，所述方法还包括通过所述壳体中的孔安装致动元件以接合所述力感测芯片的力感测区域。
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