CN109502537A - 传感器系统、传感器组件及使用焊接进行密封的组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器组件、组装这样的传感器组件的对应方法、以及传感器系统。传感器组件包括至少一个换能器元件(106，106’，106”；206；306；406)，用于监测至少一个被测变量并生成与至少一个被测变量相关的电输出信号；以及传感器基板(112；312；406)，其包括换能器元件。传感器基板(112；312；406)可安装在电路载体(104；204；304；404)上，使得穿透电路载体的介质通道(124)允许至少一个被测变量到换能器元件的接取。电路载体具有导电的可焊接的第一密封图案(132；432)，其至少部分地围绕介质通道且与布置在传感器基板上的可焊接的第二密封图案(134；434)对齐，使得至少部分地围绕介质通道的焊接的密封连接形成在第一密封图案和第二密封图案之间。

Description

传感器系统、传感器组件及使用焊接进行密封的组装方法
技术领域
本发明涉及一种传感器组件，其具有至少一个换能器元件，用于监测至少一个被测变量并用于产生成与所述至少一个被测变量相关的电输出信号。本发明还涉及一种组装这样的传感器组件的对应的方法，以及一种传感器系统。
背景技术
特别是对于汽车应用环境，需要监测多个被测变量，例如诸如压力或温度的物理被测变量，以及诸如气体(例如CO2)浓度的电化学被测变量。在任何情况下，待监测的介质必须能够接取传感器组件的限定的敏感元件，而另一方面必须确保侵蚀性和潮湿环境不会损坏和/或损害其余部件，特别是传感器组件的电子部件。此外，汽车行业的一个趋势是：部件供应商向原始设备制造商(OEM)提供处于尚未完全组装状态的传感器组装件，因此必须促进提供保护电子部件的密封，并且其必须能够自动化，且部分的组装过程在组装件供应商的场所之外执行。
本发明的目的是：提供一种传感器组件和对应的组装方法，其改善传感器组件的性能和可靠性，从而克服或至少基本上减少上述问题和缺点。
发明内容
上述目的通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于如下构思：通过使用可焊接的材料作为密封手段来密封敏感区域(包括电子器件)以防止湿气和侵蚀性化学物质的进入，这种密封可以与组装其他焊接连接在一个步骤中就位，特别是传感器装置的电子元件和安装传感器装置的电路载体之间的电连接。已证明焊接的金属合金具有高惰性和耐腐蚀性，并且有效地密封相邻表面之间的界面，因为它们在制造过程中由于呈现液相而形成气密互连，即使在狭窄的裂缝中也是如此。
在本发明的上下文中，术语“电路载体”旨在涵盖具有导电引线的任何种类的基板，在该基板上可以安装传感器组件(以及可选地其他电子部件)。特别地，电路载体可包括印刷电路板(PCB)、柔性电路载体(也称为柔性印刷电路，FPC)、柔性刚性载体(其为FPC或扁平柔性电缆与刚性元件的组合)、陶瓷基板(厚膜、LTCC、HTCC)，玻璃等。
特别地，本发明提供一种传感器组件，其包括至少一个换能器元件，用于监测至少一个被测变量并用于生成与所述至少一个被测变量相关的电输出信号，以及包括所述换能器元件的传感器基板。所述传感器基板可以安装在电路载体上，使得穿透电路载体的介质通道允许至少一个被测变量到所述换能器元件的接取，其中所述电路载体具有导电的可焊接的第一密封图案，其至少部分地围绕所述介质通道并且与布置在所述传感器基板上的可焊接的第二密封图案对齐，使得至少部分地围绕所述介质通道的焊接的密封连接形成在所述第一密封图案和所述第二密封图案之间。
更具体地，所述换能器元件可以安装在所述传感器基板的第一表面上，其中所述传感器基板具有至少一个第一开口，所述被测变量通过所述第一开口接取所述换能器元件。所述传感器组件还可以包括电路载体，其具有用于安装所述传感器基板的至少一个第二开口，使得所述第一和开口第二开口彼此对齐，所述传感器基板用与所述第一表面相反的第二表面附接到所述电路载体。所述电路载体具有导电的可焊接的第一密封图案，其至少部分地围绕所述开口且与布置在所述传感器基板的第二表面上的可焊接的第二密封图案对齐，使得至少部分地围绕所述第一开口的焊接的密封连接形成在所述第一密封图案和所述第二密封图案之间。
传感器基板和围绕通道(待监测的介质必须通过该通道进入)的电路载体之间的界面的焊接连接有效地防止该介质在该界面处侵入。因此，可以避免湿气和有害侵蚀性化学物质的潜在损害。为了安全地连接传感器基板和电路载体，两个部件都设置有可焊接的层，例如包含金属的层。
根据本发明的有利实施例，布置在电路载体处的第一密封图案包括回流焊料。回流焊接是集成电路组装和封装的成熟技术。通常，该技术基于在电路载体上施加焊膏，例如通过丝网印刷、分配、喷射等。将待焊接到电路载体的表面安装技术(SMT)部件放置，使其导电引线与焊膏直接接触。将焊膏加热直至达到液相状态(被回流)，然后冷却直到焊料硬化并在部件的导电引线与电路载体之间形成永久的互连。
根据有利的实施例，所述电路载体还包括至少一个接触垫，且其中所述传感器基板包括至少一个对应的表面安装技术(SMT)端子，所述端子互连到所述接触垫。SMT端子和电路载体之间的电连接有利地可以在执行密封步骤的同时建立。结合回流焊接技术的SMT部件特别容易用于根据本发明的构思。然而，根据本发明的焊接密封件也可以与任何其他合适的焊接技术一起使用，甚至对于具有穿过模制外壳的开口的包覆模制的引线框架封装也是如此。在这种情况下，传感器基板由包覆模制的引线框架形成，可焊接的第二密封图案布置在外壳材料的外部。
为了提供机械保护和/或电屏蔽，换能器元件可以至少部分地被保护盖包围，该保护盖附接到传感器基板的第一表面。
根据某些实施例，所述保护盖包括圆形金属环，和/或包覆模制的塑料外壳。另外，可以布置以导电或绝缘的盖(或盖子)以覆盖换能器元件。此外，还可以通过保护盖覆盖和/或屏蔽诸如信号处理电路和通信接口之类的电子部件。然而，必须注意的是，本发明的许多应用不需要保护盖。特别是，当使用球栅阵列(BGA)和凸块连接来附接传感器或MEMS时，可以省去保护盖。当存在引线键合等时，保护盖主要是有利的。
本发明的原理可以有利地应用于所有的传感器组件，其中必须提供对要监测的介质的接取，并且同时必须保护敏感的电子部件免受该介质的影响。例如，换能器元件可包括微机电系统(MEMS)气体传感器和/或MEMS压力传感器。具有需要与待监测介质直接接触的换能器的任何其他传感器组件当然也可以从根据本发明的密封技术中获益。
根据某些实施例，所述传感器基板包括陶瓷芯片载体。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，根据本发明，也可以使用任何其他类型的基板，例如PCB、柔性电路板、引线框架等。
根据某些实施例的传感器组件还包括内部密封件，其布置在所述传感器基板和所述换能器元件之间的界面处，至少部分地包围所述换能器元件。这种内部密封件可以例如包括硅树脂等。
本发明还涉及一种组装传感器系统的方法，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个换能器元件，其可操作为监测至少一个被测变量并生成与所述至少一个被测变量相关的电输出信号，其中：
(a)所述换能器元件形成传感器基板，或者
(b)其中所述传感器基板安装在传感器基板的第一表面上，所述
传感器基板具有至少一个第一开口，所述被测变量通过所述第一开口接
取所述换能器元件；
提供用于安装所述传感器基板的电路载体，所述电路载体具有至少一个第二开口和至少部分地围绕所述至少一个第二开口的导电的可焊接的第一密封图案；
将所述电路载体与所述传感器基板对齐，使得通过介质通道允许所述至少一个被测变量到所述换能器元件的接取，所述介质通道穿透所述电路载体且至少由所述第二开口形成，且所述导电的可焊接的第一密封图案与布置在所述传感器基板上的可焊接的第二密封图案对齐；
执行焊接步骤，使得至少部分地围绕所述介质通道的焊接的密封连接形成在所述第一密封图案和所述第二密封图案之间。
根据某些实施例，换能器元件安装在传感器基板的第一表面上，其中传感器基板具有至少一个第一开口，被测变量可以通过该第一开口接取换能器元件，并且电路载体具有至少一个第二开口和至少部分地围绕所述至少一个第二开口的导电的可焊接的第一密封图案。电路载体与传感器基板对齐，使得第一开口和第二开口彼此对齐，且使得传感器基板的与所述第一表面相反的第二表面面向所述电路载体，其中所述传感器基板具有布置在所述第二表面上的可焊接的第二密封图案。执行焊接步骤，使得至少部分地围绕所第一开口的焊接的密封连接形成在所述第一密封图案和所述第二密封图案之间。
有利地，所述焊接步骤包括加热传感器组件，使得所述第一密封图案被液化。因此，该方法与常规的回流焊接技术兼容，并且密封可以与传感器组件和电路载体之间的任何电连接一起形成。换句话说，将换能器元件电连接到布置在所述传感器基板上的电子部件的步骤和形成焊接的密封连接可以同时进行。因此，可以缩短和促进组装过程。有利地，在所述焊接步骤期间，导电连接形成在布置在所述电路载体上的至少一个接触垫和布置在所述传感器基板上的至少一个对应的表面安装技术(SMT)端子之间。
根据某些实施例，所述换能器元件通过布置在所述传感器基板上的至少一个引线键合连接和/或至少一个导电迹线连接到所述电子部件。
如上所述，该方法还可以包括附接保护盖以使得其至少部分地包围换能器元件的步骤。
附图说明
附图并入说明书中并形成说明书的一部分以说明本发明的若干实施例。这些附图与描述一起用于解释本发明的原理。这些附图仅仅是为了说明如何制造和使用本发明的优选和替代示例的目的，而不应被解释为将本发明限制为仅示出和描述的实施例。此外，实施例的几个方面可以单独地或以不同的组合以形成根据本发明的解决方案。因此可以将以下描述的实施例单独考虑或以其任意组合考虑。从以下对本发明的各种实施例的更具体的描述中，进一步的特征和优点将变得显而易见，如附图中所示，其中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：
图1是根据本发明第一实施例的传感器组件的示意性透视图；
图2是根据图1的传感器组件的示意性俯视图；
图3是沿着图2所示的切割线的根据图1的传感器组件的示意性剖视图；
图4是图3的细节；
图5是根据本发明另一实施例的传感器组件的示意性透视图；
图6是根据图5的传感器组件的示意性俯视图；
图7是沿着图6所示的切割线的根据图5的传感器组件的示意性剖视图；
图8是图7的细节；
图9是根据本发明另一实施例的传感器组件的示意性透视图；
图10是根据图9的传感器组件的示意性俯视图；
图11是沿着图10所示的切割线的根据图9的传感器组件的示意性剖视图；
图12是图11的细节；
图13是根据本发明另一实施例的传感器组件的示意性透视图；
图14是根据图13的传感器组件的示意性俯视图；
图15是沿着图14所示的切割线的根据图13的传感器组件的示意性剖视图；
图16是根据本发明另一实施例的传感器组件的示意性剖视图；
图17是根据图16的传感器组件的示意性透视图；
图18是根据图16的传感器组件的另一示意性透视图；
图19是根据本发明另一实施例的传感器组件的示意性透视图；
图20是沿着图22所示的切割线的根据图19的传感器组件的示意性剖视图；
图21是根据图19的传感器组件的另一透视图；
图22是根据图19的传感器组件的示意性俯视图；
图23是根据图19的传感器组件的另一示意性俯视图；
图24是根据本发明另一实施例的传感器组件的示意性透视图；
图25是根据图24的传感器组件的另一示意性透视图；
图26是根据图24的传感器组件的另一示意性透视图；
图27是根据图24的传感器组件的剖视图；
图28是根据图24的传感器组件的俯视图；
图29是根据图24的传感器组件的另一剖视图；
图30是根据图24的传感器组件的另一视图；
图31是根据图24的传感器组件的另一示意性透视图；
图32是根据图24的传感器组件的另一示意性透视图；
图33是根据图24的传感器组件的另一示意性透视图。
具体实施方式
现在将参考附图进一步解释本发明，并首先参考图1。图1以示意性透视图示意性地示出了根据本发明第一实施例的传感器系统100。传感器组件102安装在电路载体104上。必须注意的是，电路载体104不是根据本发明的传感器组件102的一部分，而是与传感器组件102一起的传感器系统100的一部分。在附图中，电路载体104被示意性地描绘为方形的刚性材料件，以免不必要地模糊附图。然而，本领域技术人员清楚的是，所示的电路载体104实际上可以仅是较大实体的一小部分，例如印刷电路板(PCB)或柔性板，其具有安装在其上的另外的电引线和电子部件。
传感器组件102包括换能器元件106，其可以例如是微机电(MEMS)压力传感器。换能器元件106安装在传感器基板112上。传感器基板112具有第一表面114，换能器元件106安装在第一表面114上。与第一表面114相反的第二表面116面向电路载体104。传感器基板112包括多个导电引线118，其选择性地连接到换能器元件106和另一个电子部件120，例如信号处理电路和/或通信接口。然而，本领域技术人员清楚的是，所示的传感器基板112实际上可以进一步包括安装在其上的其他电子部件，以及内部和/或外部保护盖138，并且可以通过引线键合、凸块、焊接等来电连接。
此外，换能器元件106和另外的电子部件120通过一个或多个导电引线118和/或键合体140彼此电连接。
导电引线118可以布置在第一表面114上并且穿过传感器基板112至第二表面116，在第二表面116那里连接到端子122。必须注意的是，为了清楚起见，在图中仅示出了穿过传感器基板112的一个导电引线118。
如本领域中已知的，这种压力传感器可具有承载例如压电应变仪的硅膜108。由于作用在膜的两个表面上的介质之间的压力差，应变仪检测膜108的位移。为此，存在于测量容积110中的介质需要接取膜108。这由介质通道124确保，该介质通道124由穿透传感器基板112的第一开口126和穿过电路载体104的第二开口128形成。第一开口126和第二开口128同心地对齐，以形成直通道124。通道124沿其纵向长度不一定具有相同的直径。
为了保护并且可选地电屏蔽换能器元件106和电子部件120，可以将保护盖138附接到传感器基板112，使得其包围换能器元件106、电子部件120和导电引线118，只要它们布置在传感器基板112的第一表面114上即可。保护盖138由塑料，陶瓷，玻璃或导电材料(例如金属)制成。
根据本发明，传感器基板112和电路载体104之间的界面借助于焊料密封件130围绕介质通道124来密封。根据本发明的某些实施例由布置在电路载体104上的环形可焊接的第一密封图案132和环形可焊接的第二密封图案134形成，两个密封图案132、134焊接一起。在所示的实施例中，密封图案132、134具有基本相同尺寸的圆形形状，并且相对于彼此和介质通道124同心地对齐。
当然，密封图案132、134不一定必须是圆形的；它们也可以具有多边形或椭圆形轮廓。此外，它们不必具有相同的形状和尺寸，并且也可以偏心地对准，只要它们包围相应的第一开口126和第二开口128以在这些开口周围形成焊接密封。
根据本发明，电路载体104包括接触垫136，每个接触垫136形成与端子122之一的焊接连接。本发明的构思允许在端子122被焊接到接触垫136的相同的处理步骤中形成第一密封图案132和第二密封图案134之间的密封连接。因此，在将传感器基板安装到电路载体时必须执行的处理步骤可以另外用于建立介质通道124的安全密封，从而保护电子部件120免受测量容积110中存在的任何侵蚀性介质的影响。有利地，不必采购其他密封材料，例如垫圈或树脂。
焊接步骤可以通过回流焊接技术来执行。在这种情况下，电路载体104用形成接触垫136和第一密封图案132的可焊接的前体来丝网印刷。在传感器组件102已经在电路载体104上对齐之后，使得可焊接的端子122定位成与接触垫136接触，并且第一密封图案132和第二密封图案134彼此接触，传感器系统100被加热直到前体材料达到液相状态。在冷却之后，建立焊接连接，形成电连接以及提供防止湿气和/或侵蚀性化学物质进入电路载体104和传感器基板112之间的界面的可靠密封。
图2示出了参照图1解释的传感器系统100的俯视图。如已经提到的，电路载体104的方形尺寸仅仅是由于便于图形表示。此外，当然也可以在传感器基板112上设置多于一个具有电子电路的部件120。
图3示出了沿着图2的切割线III-III的剖视图。从该图中可以看出，第一开口126和第二开口128相对于中心轴线142同心对齐，以形成从测量容积110通向换能器元件106的介质通道124，并且其将测量容积110与膜108流体连通。环形焊料密封件130围绕中心轴线142同心布置。因此，它围绕介质通道124并密封电路载体104和传感器基板112之间的界面，以防止存在于测量容积110中的任何物质的侵入。然而，两个开口不一定必须是同心的。如果它们具有不同的尺寸，则不需要同心度，只要形成具有足够大直径的介质通道即可。事实上，在实践中，它们完全同心的可能性非常小，因为在焊接过程期间，部件102将始终在基板104上移动。
在图4中，示出了图3的细节。根据本实施例，换能器元件106被焊接到导电引线118。引线部分地布置在传感器基板112的第一表面114上，借助于通孔144穿过传感器基板112连接到端子122，端子122布置在传感器基板112的第二表面116上。
焊料密封件130形成在第一密封图案132和第二密封图案134之间。因此，可以有效地避免任何侵蚀性化学物质和/或湿气朝向端子122和接触垫136的侵入(insurance)。
本领域技术人员已知的是，存在可用于监测压力的不同传感器技术。此外，本发明的原理也适用于任何化学传感器，例如CO2传感器，其具有布置在外部芯片表面上的敏感层。本发明还可应用于任何其他类型的传感器，例如湿度传感器、力和加速度传感器、流量传感器等。本发明还可以与光学传感器和光和声发射装置一起使用，其例如用于测量液体的液位或其他参数，例如汽车中的尿素溶液的液位和性质。
图5至图8示出了这种替代的传感器系统100，其具有没有如先前的图1至图4所示的膜的换能器元件106’。从图8中所示的细节可以看出，换能器元件106’没有电连接到导电引线118。它仅经由引线键合(优选多于一个)140来电连接。
所有其他功能保持不变，且将不会在此处重复。
利用图1至8中所示的组件，可能产生在换能器元件106、106’与传感器基板112的上表面114之间的界面处缺乏密封的问题。因此，本发明还提出了一种可选的附加密封装置146，其布置在传感器基板和换能器元件106”之间的界面处，并且至少部分地包围换能器元件106”。在图9至12中更详细地示出了这种改进。
特别是当参考图12时，内部密封件146可以例如由在换能器元件和导电引线118之间的电连接(例如，通过焊接连接148)建立之后施加在换能器元件106”周围的硅树脂形成。对于本领域技术人员显而易见的是，内部密封件146也可以与图1至图8中的任何先前示出的组件一起使用。内部密封件有效地防止从介质通道124进入的任何侵蚀性化学物质或湿气与传感器基板112的上表面114接触。因此，可以有效地避免内部区域150的腐蚀和/或污染。
图1至图12总是示出环形保护盖138。然而，也可以提供封闭的盖子138’作为保护盖以完全封闭内部区域150。图13至15示出了该变型。所有其他特征可以与参考图1至12所解释的相同，因此不再重复。
现在将参考图16至18解释根据本发明的传感器组件202的另一有利实施例。
传感器组件202包括具有膜208的换能器元件206。膜208经由开口226与待测介质接触。此外，参考开口227允许膜208的另一侧与参考压力接触。换能器元件206附接到引线框212，引线框212用作传感器基板并且还提供到电路载体的连接(图16到18中未示出)，因为这对于这种类型的传感器封装通常是已知的。引线键合240将换能器元件206电连接到端子222。
根据本发明，可焊接的环形材料234附接到引线框架212的下侧。当包覆模制引线框架212和引线接合240以形成保护盖238时，可焊接的表面235保持清洁，使得它可以焊接到电路载体上的对应的密封图案(图16到18中未示出)。
因此，确保待测量介质对膜208的接取的开口226在引线框架112和电路载体之间的界面处被密封。有利地，密封可以在与端子222的焊接相同的步骤中执行。
现在将参考图19至23解释本发明的另一有利实施例。
图19以示意性透视图示意性地示出了根据本发明另一有利实施例的传感器系统300。图20示出为了传感器系统300的剖视图。传感器组件302安装在电路载体304上。必须注意的是，电路载体304仍不是根据本发明的传感器组件302的一部分，而是与传感器组件302一起的传感器系统300的一部分。在附图中，电路载体304被示意性地描绘为方形的刚性材料件，以免不必要地模糊附图。然而，本领域技术人员清楚的是，所示的电路载体304实际上可以仅是较大实体的一小部分，例如印刷电路板(PCB)或柔性板，其具有安装在其上的另外的电引线和电子部件。
图20示意性地示出了包括换能器元件306的传感器组件302，换能器元件306例如可以是根据所示实施例的电容式压力传感器。这种电容式压力传感器可以例如基于低温(how-temperature)共烧陶瓷(LTCC)技术制造为陶瓷压力传感器。LTCC是一种用于制造不同电子模块的三维陶瓷技术。它是厚膜和陶瓷技术的混合物。厚膜技术有助于横向和纵向电气互连，以及嵌入式和表面无源电子部件(电阻器、热敏电阻、电感器、电容器)。层压陶瓷技术有助于电气、机械和介电性质以及不同的三维(3D)结构，例如悬臂、桥梁、隔膜、通道和空腔。当然，也可以使用其他技术，例如高温共烧陶瓷(HTCC)技术、陶瓷或玻璃上的薄膜等。
换能器元件306具有承载电连接和厚膜电极319的有源表面315。有利地，换能器元件306的相反的表面317没有承载任何有源部件，从而不需要保护盖。
换能器元件306安装在传感器基板312上，有源表面315朝向传感器基板312布置。传感器基板312具有第一表面314，换能器元件306安装在第一表面114上。与第一表面314相反的第二表面316面向电路载体304。传感器基板312包括多个导电引线318，其选择性地连接到换能器元件306。然而，与先前示出的实施例相反，第一表面314没有承载任何导电引线，而是仅承载至少一个侧壁321。替代地，导电引线318设置在换能器元件306上。
如本领域中已知的，存在于测量容积110中的介质需要接取有源表面315，特别是电极319。这由介质通道124确保，该介质通道124由穿透传感器基板312的第一开口126和穿过电路载体304的第二开口128形成。第一开口126和第二开口128同心地对齐，以形成直通道124。
根据本发明，传感器基板312和电路载体304之间的界面借助于焊料密封件330围绕介质通道124来密封。根据本发明的某些实施例由布置在电路载体304上的环形可焊接的第一密封图案332和第二传感器基板上的环形可焊接的第二密封图案334形成，两个密封图案332、334焊接一起。在所示的实施例中，密封图案332、334具有基本相同尺寸的圆形形状，并且相对于彼此和介质通道124同心地对齐。
当然，密封图案332、334不一定必须是圆形的；它们也可以具有多边形或椭圆形轮廓。此外，它们不必具有相同的形状和尺寸，并且也可以偏心地对准，只要它们包围相应的第一开口126和第二开口128以在这些开口周围形成焊接密封330。
根据本发明，电路载体304包括接触垫336，每个接触垫136形成与侧壁端子322之一的焊接连接。本发明的构思允许在端子322被焊接到接触垫336的相同的处理步骤中形成第一密封图案332和第二密封图案334之间的密封连接。因此，在将传感器基板安装到电路载体时必须执行的处理步骤可以另外用于建立介质通道124的安全密封，从而保护触头免受测量容积110中存在的任何侵蚀性介质的影响。有利地，在安装传感器组件302时不必采购其他密封材料，例如垫圈或树脂。
有利地，可选的内部密封件346可以设置在换能器元件306和传感器基板312之间。内部密封件346仅将要测量的介质的轴线限制到允许接触的那些活动区域。
焊接步骤可以通过回流焊接技术来执行。在这种情况下，电路载体304用形成接触垫336和第一密封图案332的可焊接的前体来丝网印刷。在传感器组件302已经在电路载体304上对齐之后，使得可焊接的侧壁端子322定位成与接触垫336接触，并且第一密封图案332和第二密封图案334彼此接触，传感器系统300被加热直到前体材料达到液相状态。在冷却之后，建立焊接连接，形成电连接以及提供防止湿气和/或侵蚀性化学物质进入电路载体304和传感器基板312之间的界面的可靠密封。
附加垫圈152可以密封电路载体304的下侧。这种垫圈152当然也可以用于参照图1至18解释的传感器系统。
图21至23示出了图19中描绘的传感器系统300的另外的视图。
现在将参考图24至33解释传感器系统400的另一个有利实施例。
传感器组件402安装在电路载体404上。再次，必须注意的是，电路载体404不是根据本发明的传感器组件402的一部分，而是与传感器组件402一起的传感器系统400的一部分。在附图中，电路载体404被示意性地描绘为方形的刚性材料件，以免不必要地模糊附图。然而，本领域技术人员清楚的是，所示的电路载体404实际上可以仅是较大实体的一小部分，例如印刷电路板(PCB)或柔性板。此外，电路载体不必是方形的，而是可以具有任何其他合适的多边形或圆形(例如圆形，椭圆形)轮廓。如图24至33所示，电路载体404设置有电引线423和至少一个电子部件420，其包括例如信号处理电路和/或通信接口。
此外，换能器元件406和另外的电子部件420通过导电引线423彼此电连接。
根据该实施例，换能器元件406由陶瓷传感器形成，例如LTCC压力传感器，如上面针对换能器元件306所解释的。然而，与先前的传感器系统300相反，如图24至33所示的传感器组件402不包括单独的传感器基板，而是使用LTCC基板412作为根据本发明的基板。与参照图19至图23所解释的之前的实施例相比，换能器元件406安装在转向180°的电路载体404上，使得导电的有源表面415远离电路载体404取向。因为换能器元件足够薄以对其作为整体的两个表面之间的压力差压力敏感，所以换能器元件406仍然可以监测测量容积110中存在的压力。
为了允许存在于测量容积110中的介质对换能器元件406的接取，介质通道124由穿过电路载体404的开口128形成。
为了保护并且可选地电屏蔽换能器元件406，保护盖438可以附接到换能器元件406。保护盖438由塑料、陶瓷、玻璃或导电材料(例如金属)制成。保护盖438可以是完全密封的，例如当与基于陶瓷的绝对压力传感器一起使用时。替代地，保护盖438也可以具有一个或多个开口，例如当与差分或表压传感器(gauge pressure sensors)一起使用时，或者出于其他原因。
根据本发明，换能器元件406和电路载体404之间的界面借助于焊料密封件430围绕介质通道124来密封。根据本发明的某些实施例由布置在电路载体404上的环形可焊接的第一密封图案432和布置在换能器406上的环形可焊接的第二密封图案434形成，两个密封图案432、434焊接一起。在所示的实施例中，密封图案432、434具有基本相同尺寸的圆形形状，并且相对于彼此和介质通道124同心地对齐。如上所述，两个开口不一定必须是同心的。如果它们具有不同的尺寸，则不需要同心度，只要形成具有足够大直径的介质通道即可。
当然，密封图案432、434不一定必须是圆形的；它们也可以具有多边形或椭圆形轮廓。此外，它们不必具有相同的形状和尺寸，并且也可以偏心地对准，只要它们包围开口128以在该开口周围形成焊接密封。
根据本发明，电路载体404包括接触垫436，每个接触垫136形成与侧壁端子422之一的焊接连接。本发明的构思允许在端子422被焊接到接触垫436的相同的处理步骤中形成第一密封图案432和第二密封图案434之间的密封连接。因此，在将传感器基板安装到电路载体时必须执行的处理步骤可以另外用于建立介质通道124的安全密封，从而保护电子部件420免受测量容积110中存在的任何侵蚀性介质的影响。有利地，不必采购其他密封材料，例如垫圈或树脂。
焊接步骤可以通过回流焊接技术来执行。在这种情况下，电路载体404用形成接触垫436和第一密封图案432的可焊接的前体来丝网印刷。在传感器组件402和电子部件420已经在电路载体404上对齐之后，使得可焊接的端子422定位成与接触垫436接触，并且第一密封图案432和第二密封图案434彼此接触，传感器系统400被加热直到前体材料达到液相状态。在冷却之后，建立焊接连接，形成电连接以及提供防止湿气和/或侵蚀性化学物质进入换能器元件的电路载体404和传感器基板412之间的界面的可靠密封。
附加的垫圈152可以密封电路载体404的下侧。
图28至33示出了图24至27中所描绘的传感器系统400的另外的视图，省略了垫圈152。
附图标记列表

Claims (15)

1.一种传感器组件，包括：
至少一个换能器元件(106，106’，106”；206；306；406)，用于监测至少一个被测变量并生成与所述至少一个被测变量相关的电输出信号；
传感器基板(112；312；406)，包括所述换能器元件；
其中所述传感器基板(112；312；406)可安装在电路载体(104；204；304；404)上，使得穿透所述电路载体的介质通道(124)允许所述至少一个被测变量到所述换能器元件的接取；
其中所述电路载体具有导电的可焊接的第一密封图案(132；432)，其至少部分地围绕所述介质通道且与布置在所述传感器基板上的可焊接的第二密封图案(134；434)对齐，使得至少部分地围绕所述介质通道的焊接的密封连接形成在所述第一密封图案和所述第二密封图案之间。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述传感器基板(112；312)具有至少一个第一开口(126，226)且所述电路载体(104；204；304；404)具有用于安装所述传感器基板的至少一个第二开口(128)，使得所述第一开口和所述第二开口彼此流体连接，所述传感器基板以第二表面(116；316)附接到所述电路载体，所述第二表面与所述换能器元件所安装到的第一表面(114；314)相反；以及
其中所述导电的可焊接的第一密封图案至少部分地围绕所述第二开口，且与布置在所述传感器基板的第二表面上的可焊接的第二密封图案对齐，使得至少部分地围绕所述第一开口的焊接的密封连接(130)形成在所述第一密封图案和所述第二密封图案之间。
3.根据权利要求1或2所述的传感器组件，其中所述第一密封图案(132；432)包括回流焊料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件，其中所述电路载体(104；204；304；404)还包括至少一个接触垫(136；436)，且其中所述传感器基板包括至少一个对应的表面安装技术(SMT)端子(122；222；422)，所述端子互连到所述接触垫。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件，其中所述换能器元件至少部分地被附接到所述传感器基板的第一表面的保护盖(138，138’；238；438)包围。
6.根据权利要求5所述的传感器组件，其中所述保护盖(138，138’；238；438)是环形的，和/或其中所述保护盖包括包覆模制的塑料外壳，和/或其中所述保护盖包括帽形盖子。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件，其中所述换能器元件包括微机电系统(MEMS)气体传感器和/或MEMS压力传感器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件，其中所述传感器基板包括陶瓷芯片载体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件，还包括内部密封件(146)，其布置在所述传感器基板和所述换能器元件之间的界面处，且至少部分地包围所述换能器元件。
10.一种组装传感器系统的方法，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个换能器元件，其可操作为监测至少一个被测变量并生成与所述至少一个被测变量相关的电输出信号，其中：
(a)所述换能器元件形成传感器基板，或者
(b)其中所述传感器基板安装在传感器基板的第一表面上，所述传感器基板具有至少一个第一开口，所述被测变量通过所述第一开口接取所述换能器元件；
提供用于安装所述传感器基板的电路载体，所述电路载体具有至少一个第二开口和至少部分地围绕所述至少一个第二开口的导电的可焊接的第一密封图案；
将所述电路载体与所述传感器基板对齐，使得通过介质通道允许所述至少一个被测变量到所述换能器元件的接取，所述介质通道穿透所述电路载体且至少由所述第二开口形成，且所述导电的可焊接的第一密封图案与布置在所述传感器基板上的可焊接的第二密封图案对齐；
执行焊接步骤，使得至少部分地围绕所述介质通道的焊接的密封连接形成在所述第一密封图案和所述第二密封图案之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述焊接步骤包括加热传感器组件，使得所述第一密封图案被液化。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括将所述换能器元件电连接到布置在所述传感器基板上的电子部件的步骤和/或还包括附接保护盖使得其至少部分地包围所述换能器元件的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述换能器元件通过布置在所述传感器基板上的至少一个引线键合连接和/或至少一个导电迹线连接到所述电子部件。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中在所述焊接步骤期间，导电连接形成在布置在所述电路载体上的至少一个接触垫和布置在所述传感器基板上的至少一个对应的表面安装技术(SMT)端子之间。
15.一种传感器系统，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的传感器组件(102；202；302；402)，以及电路载体(104；204；304；404)，所述传感器组件安装在所述电路载体上。
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