CN110553761A - 力量传感器 - Google Patents

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Abstract

一种力量传感器包含一封装基板、一微机电系统装置、一封装体以及一突出件。微机电系统装置设置于封装基板上，并与封装基板电性连接。封装体包覆微机电系统装置。突出件设置于封装体上，其中突出件包含一凸块，其与微机电系统装置相对应。上述的力量传感器能够容许较大组装公差。

Description

力量传感器
【技术领域】
本发明是有关一种力量传感器，特别是一种容许较大组装公差的力量传感器。
【背景技术】
自1970年代微机电系统(Microelectromechanical System，MEMS)装置概念成形起，微机电系统装置已从实验室的探索对象进步至成为高阶系统整合的对象，并已在大众消费性装置中有广泛的应用，展现了惊人且稳定的成长。微机电系统装置包含一可动的微机电系统组件，借由感测或控制可动的微机电系统组件的运动物理量可实现微机电系统装置的各项功能。力量传感器即为一例，其可检测是否产生按压动作及/或按压的力道。
已知的力量传感器主要有压电电阻器式(piezoresistor)压力传感器以及电容式压力传感器。请参照图1，已知的压电电阻器式压力传感器是在可动薄膜11上设置多个压电电阻器12。当按压的应力导致可动薄膜11产生形变时，压电电阻器12即产生相对应的检测信号。请参照图2，已知的电容式压力传感器包含一可动薄膜21以及一固定电极22，其中可动薄膜21与固定电极22相对应，以构成一感测电容。感测电容所产生的检测信号可通过引线输出至一特定应用集成电路芯片(未图标)进行处理。可以理解的是，为了保护装置，上述组件需以封装体23加以封装。而按压所产生的应力则通过封装体23造成可动薄膜21产生形变，并使感测电容输出相对应的检测信号。
请参照图2以及图3，依据上述结构，以相同的力量大小按压力量传感器时，随着不同的接触位置会产生不同大小的检测信号输出值。举例而言，施力F1的接触位置靠近力量传感器的中央，可动薄膜11会产生较大的形变，相对应地产生较大的检测信号输出值。而施力F2、F3的接触位置偏离力量传感器的中央，因此，即使力量相同，可动薄膜11产生的形变仍然较小，并相对应地产生较小的检测信号输出值。检测信号的输出大小不一致对于后续信号处理以及判断是不利的。为了使检测信号的输出较为一致，业界的解决手段是限制按压件的组装位置，亦即靠近力量传感器中央的较小组装范围内，这导致组装困难，或降低了组装的可靠度。有鉴于此，提供一种容许较大组装公差的力量传感器便是目前极需努力的目标。
【发明内容】
本发明提供一种力量传感器，其是在封装体上设置与微机电系统装置相对应的一突出件，按压件与突出件接触即可使按压的应力集中在突出件上，如此本发明的力量传感器即能够容许较大的组装公差。
本发明一实施例的力量传感器包含一封装基板、一微机电系统装置、一封装体以及一突出件。微机电系统装置设置于封装基板上，并与封装基板电性连接。封装体包覆微机电系统装置。突出件设置于封装体上，其中突出件包含一凸块，其与微机电系统装置相对应。
以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【附图说明】
图1为一示意图，显示已知的压电电阻器式压力传感器。
图2为一示意图，显示已知的电容式压力传感器。
图3为一示意图，显示施力于已知力量传感器的不同接触位置的对应输出值。
图4为一示意图，显示本发明第一实施例的力量传感器。
图5为一示意图，显示施力于本发明力量传感器的不同接触位置的对应输出值。
图6为一示意图，显示本发明第二实施例的力量传感器。
图7为一示意图，显示本发明第三实施例的力量传感器。
图8为一示意图，显示本发明第四实施例的力量传感器。
图9为一示意图，显示本发明第五实施例的力量传感器。
图10为一示意图，显示本发明第六实施例的力量传感器。
图11为一俯视示意图，显示本发明第六实施例的力量传感器的突出件。
图12为一示意图，显示本发明第七实施例的力量传感器。
【符号说明】
11 可动薄膜
12 压电电阻器
21 可动薄膜
22 固定电极
23 封装体
31 第一基板
311 固定电极
312 第一导电接点
313 第二导电接点
32 第二基板
321 第二连接部
322 导电材料
323 微机电系统组件
33 封装基板
331 外部导电接点
34 引线
35 封装体
351 突出部
36 突出件
361 凸块
362 平板
363 连接脚
37 胶体
A1～A3 按压件
F1～F3 施力
【具体实施方式】
以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。
请参照图4，本发明的一实施例的力量传感器包含一封装基板33、一微机电系统装置、一封装体35以及一突出件36。微机电系统装置设置于封装基板33上，并与封装基板33电性连接。举例而言，微机电系统装置包含一第一基板31以及一第二基板32，其中第一基板31包含一固定电极311、至少一第一导电接点312以及至少一第二导电接点313。于图4所示的实施例中，第一基板31包含多个金属层，且彼此以内连接结构连接而形成所需的电路。最上层的金属层部分暴露于第一基板31的表面，以作为固定电极311、第一导电接点312以及第二导电接点313。于一实施例中，第一基板31可包含驱动电路及/或感测电路等。举例而言，于第一基板31中可使用模拟及/或数字电路，其通常是以特定应用集成电路(Application-specific integrated circuit，ASIC)设计的电路实施。但不限于此，于一实施例中，第一基板31亦可称为电极基板。举例而言，第一基板10可为任何具有适宜机械刚性的基板，包括互补式金氧半导体(CMOS)基板、玻璃基板等。
接续上述说明，第二基板32包含一第一表面(即图4所示的第二基板32的朝下表面)、一相对的第二表面以及一微机电系统组件323。第二基板32以第一表面朝向第一基板31设置于第一基板31，并与第一基板31的第一导电接点312电性连接。举例而言，第二基板32以至少一第二连接部321以及第二连接部321端部的导电材料322与第一基板31的第一导电接点312接合。于一实施例中，第二基板32以及第一基板31的接合能够以共晶键合(eutectic bonding)、熔接、焊接以及粘合至少其中之一加以实现。微机电系统组件323与第一基板31的固定电极311相对应，以形成一感测电容。可以理解的是，随着微机电系统组件323相对于固定电极311运动将造成感测电容的电容值变化，并输出相对应的检测信号，亦即借由量测感测电容的电容值变化量，本发明的力量传感器即可判断是否被按压以及按压的力道。
可以理解的是，第一基板31可包含至少一参考电极(未图示)，而第二基板32可包含至少一参考组件(未图标)，其与第一基板31的参考电极相对应，以形成一参考电容。本发明所属技术领域中具有通常知识者能够以适当的方式将参考电容与感测电容组成一差分电容对来提升量测的精确度。
接续上述说明，接合第一基板31以及第二基板32所形成的微机电系统装置设置于封装基板33上，接着通过打线制程以引线34电性连接第一基板31的第二导电接点313以及封装基板33，最后再以封装体35包覆微机电系统装置以及引线34，以保护上述组件。依据此结构，被封装体35包覆的微机电系统装置即可通过第一基板31的第二导电接点313以及封装基板33之外部导电接点331与外部电性连接。
请继续参照图4，突出件36设置于封装体35上。突出件36包含一凸块361，其与微机电系统装置相对应。举例而言，突出件36的凸块361与微机电系统组件323相对应，更精确而言，突出件36的凸块361与微机电系统组件323的形变区域相对应。于一实施例中，突出件36的凸块361与微机电系统组件323的形变区域的几何中心相对应。请参照图4以及图5，依据此结构，当组装公差导致不同偏移量时，例如图4所示的按压件A1、A2、A3，由于突出件36的凸块361相对于封装体35较为突出，因此，突出件36能够使按压的应力集中于突出件36上，进而使本发明的力量传感器在不同偏移量的组装条件下仍能输出较为一致的检测信号的输出值，如图5所示。
于图4所示的实施例中，凸块361的一顶表面为一平面，但不限于此。请参照图6，于一实施例中，凸块361的顶表面可为一曲面。可以理解的是，凸块361能够以胶体37粘着于封装体35上。
请参照图7，于一实施例中，突出件可为封装体35所延伸的一部分，例如图7所示的突出部351。同样的，突出部351与微机电系统装置相对应，更精确而言，突出部351与微机电系统组件323的形变区域相对应。于一实施例中，突出部351与微机电系统组件323的形变区域的几何中心相对应。
请参照图8，于一实施例中，突出件36包含一凸块361以及一平板362，其中平板362设置于凸块361以及封装体35之间。举例而言，突出件36可为一体成型的组件，亦即凸块361以及平板362为单一组件，其材料可为金属。平板362的一投影区域可等于或小于微机电系统装置。于图8所示的实施例中，平板362对应于微机电系统组件323的形变区域。于一实施例中，请参照图9，平板362的一投影区域可大于微机电系统装置，并覆盖封装体35的上表面。同样的，凸块361的一顶表面可为平面(如图8所示)或为一曲面(如图9所示)。需说明的是，本发明的力量传感器除了可借由调整微机电系统组件323的厚度以及封装体35的厚度或材料来调整不同的量测范围，还能够借由调整平板362的厚度来控制本发明的力量传感器的不同量测范围，例如10牛顿、100牛顿或更高。
于一实施例中，请参照图10以及图11，平板362可设置于凸块361上，亦即凸块361位于封装体35以及平板362之间。依据此结构，按压于平板362时，应力可集中至凸块361上，因此，本发明的力量传感器所容许的组装公差能进一步增加。于一实施例中，平板362包含至少一连接脚363，其连接至封装体35，如此可避免平板362因按压而倾斜。
请参照图12，于一实施例中，凸块361可利用点胶的方式，在封装体35设置由胶体构成的凸块361。可以理解的是，凸块361的材料为高分子聚合物。
综合上述，本发明的力量传感器是在封装体上设置与微机电系统装置相对应的一突出件，按压件与突出件接触即可使按压于按压件上的应力集中在突出件上，依据此结构，本发明的力量传感器即能够容许较大的组装公差。此外，突出件可包含一平板，借由调整平板的厚度亦可控制本发明的力量传感器的不同量测范围。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (8)

1.一种力量传感器，其特征在于，包含：
一封装基板；
一微机电系统装置，其设置于该封装基板上，并与该封装基板电性连接；
一封装体，其包覆该微机电系统装置；以及
一突出件，其设置于该封装体上，其中该突出件包含一凸块，其与该微机电系统装置相对应。
2.如权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，该凸块的一顶表面为平面或曲面。
3.如权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，该凸块的材料为金属或高分子聚合物。
4.如权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，该突出件包含一平板，其设置于该凸块以及该封装体之间或该凸块上。
5.如权利要求4所述的力量传感器，其特征在于，该平板的一投影区域等于或小于该微机电系统装置。
6.如权利要求4所述的力量传感器，其特征在于，该平板设置于该凸块以及该封装体之间，且覆盖该封装体。
7.如权利要求4所述的力量传感器，其特征在于，该平板设置于该凸块上，且该平板包含至少一连接脚，其连接至该封装体。
8.如权利要求1所述的力量传感器，其特征在于，该突出件为该封装体所延伸的一部分。
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