CN111473893B - 力量传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种力量传感器包括电路板、感测元件以及第一胶体。感测元件配置于电路板上，其中感测元件具有相对的顶面及底面且具有感测部。底面朝向电路板。感测部位于顶面。第一胶体配置于顶面而覆盖感测部，其中感测部适于通过从第一胶体传递至顶面的外力而产生感测信号。

Description

力量传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种力量传感器。
背景技术
微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术是一种以微小化机电整合结构为出发点的设计。目前常见的微机电技术主要应用于微传感器(Microsensors)、微制动器(Micro actuators)与微结构(Micro structures)元件等三大领域，其中微传感器可将外界环境变化(如力量、压力、声音、速度等)转换成电信号(例如电压或电流等)，而实现环境感测功能，如力量感测、压力感测、声音感测、加速度感测等。由于微传感器可利用半导体制程技术制造且可与集成电路整合，因此具有较佳的竞争力。是以，微机电传感器以及应用微机电传感器的感测装置实为微机电系统的发展趋势。
以微机电力量传感器而言，其感测元件用以感测实体所施加的按压力，若感测元件被暴露出并直接承受按压力，则感测元件可能会因为支撑力不足而容易耗损。若为了解决上述问题而增设用以覆盖感测元件并增加支撑力的盖体，则会增加传感器的制造成本。因此，如何在不增加传感器的制造成本的情况下，对力量传感器的感测元件进行保护并维持其感测性能，为微机电力量感测领域的重要议题。
发明内容
本发明提供一种力量传感器，能在提供力量传感器支撑力的同时，也能同时保护力量传感器内的感测元件。
本发明的力量传感器包括电路板、感测元件以及第一胶体。感测元件配置于电路板上，其中感测元件具有相对的顶面及底面且具有感测部。底面朝向电路板。感测部位于顶面。第一胶体配置于顶面而覆盖感测部，其中感测部适于通过从第一胶体传递至顶面的外力而产生感测信号。
在本发明的一实施例中，力量传感器还包括第二胶体，其中第二胶体围绕第一胶体且覆盖感测元件及电路板。
在本发明的一实施例中，其中第二胶体具有开口。开口对位于感测部。第一胶体至少部分地位于开口内。
在本发明的一实施例中，其中第一胶体从第二胶体突出。
在本发明的一实施例中，其中第一胶体的材质不同于第二胶体的材质。
在本发明的一实施例中，力量传感器还包括至少一条焊线，其中至少一条焊线连接于感测元件的顶面与电路板之间。
在本发明的一实施例中，其中至少一条焊线位于第一胶体外。
在本发明的一实施例中，力量传感器还包括接合层，其中接合层配置于电路板与感测元件的底面之间。
在本发明的一实施例中，力量传感器还包括信号处理单元，其中信号处理单元配置于电路板上且通过电路板而电性连接于感测元件。
在本发明的一实施例中，其中第一胶体的宽度沿远离感测元件的方向渐增。
基于上述，本发明的力量传感器包括覆盖于感测元件的感测部的第一胶体，用以保护感测元件不会直接受到外力接触而耗损。据此，无须为了保护感测元件而另外增设盖体，以在不增加制造成本的情况下，对力量传感器的感测元件进行保护并维持其感测性能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的力量传感器的剖面图；
图2至图4是本发明一实施例的力量传感器的制造过程的剖面图；
图5是本发明的另一实施例的力量传感器的剖面图。
附图标记说明
100、200：力量传感器
110、210：电路板
110a、210a：电性表面
120：接合层
130、230：感测元件
130a、230a：顶面
130b、230b：底面
131、231：感测部
140、240：第一胶体
150、250：第二胶体
150a、250a：斜面
160：焊线
220：第一接合层
260：第一焊线
270：第二接合层
280：信号处理单元
290：第二焊线
F：外力
O：开口
W：宽度
具体实施方式
图1是本发明一实施例的力量传感器的剖面图。请参考图1，本实施例的力量传感器100例如是微机电力量传感器且包括电路板110、接合层120、感测元件130、第一胶体140、第二胶体150以及至少一条焊线160。感测元件130具有相对的顶面130a及底面130b且具有感测部131，感测部131位于顶面130a。感测元件130可为压阻式感测元件(piezoresistivesensing element)、电容式感测元件(capacitive sensing element)或其他适当种类的感测元件，本发明不对此加以限制。
第一胶体140配置于感测元件的顶面130a上且覆盖感测部131。感测部131适于通过从第一胶体140传递至顶面130a的外力F而使感测元件130产生感测信号。感测元件130配置于电路板110的电性表面110a上。至少一条焊线160连接于感测元件130的顶面130a与电路板110的电性表面110a，提供了感测元件130与电路板110之间的电性连接。电路板110可连接于其他的元件并将感测元件130所产生的感测信号与其他的元件的功能进行整合。力量传感器100可应用于具有触控功能的装置，用以藉其力量感测功能来判断使用者的触控力道。然本发明不以此为限，力量传感器100可应用于其他种类的装置。
详细而言，感测元件130例如是压阻式传感器(piezoresistive sensor)，其主体的材质例如为硅且其上的感测部131设有压阻材料，压阻材料电性连接至对应的至少一条焊线160。
接合层120配置于电路板110的电性表面110a与感测元件130的底面130b之间，并可调整其厚度来改变电路板110与感测元件130之间的距离。在需要制作固定尺寸或不同尺寸的力量传感器时，接合层120的存在能方便使用者在设计上进行变更。在本实施例中，由于感测元件130与电路板110之间是通过至少一条导线160来进行电性连接，因此接合层120可使用例如是环氧树脂等热固性聚合物或是紫外线固化树脂等黏着性强的材料进行电路板110与感测元件130之间的接合，而无须具备导电特征。
至少一条焊线160并未被第一胶体140覆盖而位于第一胶体140外，并且，至少一条焊线160是由环绕第一胶体140的第二胶体150所包覆。详细而言，第二胶体150环绕第一胶体140，并且覆盖感测元件130、电路板110以及至少一条焊线160，使得感测元件130与接合层120被围封于第一胶体140、第二胶体150以及电路板110所构成的空间内，防止感测元件130接触到外部环境的水气与灰尘而降低了力量传感器100的敏感度。
在一些实施例中，第二胶体150可例如是通过固定尺寸的模具进行射出成形制程而形成，方便第二胶体150的固化以及形状上的控制。因此，接合层120可通过改变其厚度以控制电路板110与不同尺寸的感测元件130堆叠在一起的厚度在一个固定的范围内，使得第二胶体150的形成所使用的模具可用在不同尺寸的感测元件130上，来降低制造的成本。然而，本发明的第二胶体150的成形方式并不以此为限。值得一提的是，第二胶体150同时将至少一条焊线160包覆于其中，目的是为了稳固焊线160的接合并防止脱线。第二胶体150在开口O(示出于图4)处可具有倾斜于感测元件130的顶面130a的斜面150a，使第二胶体150在脱模的过程可以更加顺利。
由于第二胶体150的斜面150a，第一胶体140的宽度W沿远离感测元件130的方向渐增。力量传感器100利用第一胶体140与第二胶体150来完全地包覆感测元件130，使感测元件130受到良好的保护，从而避免感测元件130被暴露出而易耗损。第一胶体140的顶部适于受力(标示为外力F)而使第一胶体140产生弹性变形，感测元件130适于感测第一胶体140的弹性变形而产生感测信号。同时，第一胶体140从第二胶体150突出而适于接受外力。
在本实施例中，第一胶体140与第二胶体150的材料不相同。第二胶体150的硬度例如大于第一胶体140的硬度，从而第一胶体140较为柔软而具有较佳的弹性变形能力，以有效地将外力传递至感测元件130的感测部131。此外，具有较大硬度的第二胶体150可稳固地包覆感测元件130并增加力量传感器100的结构强度。在第二胶体150硬度足够的情况下，电路板110可为硬性电路板或软性电路板而在设计上具有更大的变更性，然本发明不对此加以限制。在其他实施例中，第二胶体的材料可与第一胶体的材料相同，本发明不对此加以限制。第一胶体140及第二胶体150可为热固化胶、光固化胶或其他适当种类的胶材固化而成，本发明亦不对此加以限制。
以下将针对力量传感器的详细制造流程进行说明。图2至图4是本发明一实施例的力量传感器的制造过程的剖面图。感测元件130的底面130b与电路板110的电性表面110a之间通过芯片接合(die bond)制程彼此接合，而形成接合层120于感测元件130与电路板110之间。
接着，请参考图3。以打线接合(wire bonding)的方式以至少一条焊线160连接感测元件130的顶面130a的感测部131与电路板110的电性表面110a。然电路板110可为电子装置的一部分。
请参考图4。在一些实施例中，为使力量传感器100整体的结构更加的稳固，以第二胶体150覆盖电路板110以及感测元件130的侧边以及顶面130a部分，并在感测元件130的顶面130a的感测部131的上方留下开口O。
请返回参考图1，接着第一胶体140以例如是点胶或是射出成形的方式形成并完全填充于开口O(如图4)内。通过上述步骤，完成了力量传感器100的全部配置。
图5是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。在图5所示的力量传感器200中，电路板210、电性表面210a、第一接合层220、感测元件230、顶面230a、底面230b、感测部231、至少一条第一焊线260、第二胶体250、斜面250a以及第一胶体240的配置与作用方式类似图1的电路板110、电性表面110a、接合层120、感测元件130、顶面130a、底面130b、感测部131、至少一条焊线160、第二胶体150、斜面150a以及第一胶体140的配置与作用方式，于此不再赘述。力量传感器200与力量传感器100的不同处在于，力量传感器200还包括信号处理单元280，信号处理单元280同样配置于电路板210的电性表面210a，并通过第二接合层270接合于电路板210的电性表面210a。第二接合层270可以相同或类似于第一接合层220的材质来进行设置。并且，通过至少一条第二焊线290使信号处理单元280电性连接于电路板210。其中，第二胶体250亦同时包覆信号处理单元280。来自感测元件230的感测部231的感测信号可经由电路板210传递至信号处理单元280，并在信号处理单元280进行转换或过滤噪音等处理。
在一些实施例中，第一焊线260并未如同图1的焊线160连接至电路板110的电性表面。第一焊线260例如是直接连接至信号处理单元280将感测元件230的感测信号直接传递至信号处理单元280，而不是通过电路板210再传递至信号处理单元280，本发明不对此加以限制。
综上所述，本发明的力量传感器具有包封感测元件的第一胶体与第二胶体。在保护感测元件免受外力直接接触而耗损的同时，提供了良好的结构支撑力。据此，不须要为了保护感测元件而另外增设盖体，以在不增加力量传感器的制造成本的情况下，对力量传感器的感测元件进行保护并维持其感测性能。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (6)

1.一种力量传感器，包括：
电路板；
感测元件，配置于所述电路板上，其中所述感测元件具有相对的顶面及底面且具有感测部，所述底面朝向所述电路板，所述感测部位于所述顶面；
第一胶体，配置于所述顶面而覆盖所述感测部，其中所述感测部适于通过从所述第一胶体传递至所述顶面的外力而产生感测信号；
焊线，所述焊线连接于所述感测元件的所述顶面与所述电路板之间，所述焊线并未被所述第一胶体覆盖且位于所述第一胶体外；以及
第二胶体，所述第二胶体围绕所述第一胶体且覆盖所述感测元件、所述电路板及所述焊线，其中所述第一胶体从所述第二胶体突出并覆盖部分的所述第二胶体。
2.根据权利要求1所述的力量传感器，其中所述第二胶体具有开口，所述开口对位于所述感测部，所述第一胶体至少部分地位于所述开口内。
3.根据权利要求1所述的力量传感器，其中所述第一胶体的材质不同于所述第二胶体的材质。
4.根据权利要求1所述的力量传感器，还包括接合层，其中所述接合层配置于所述电路板与所述感测元件的所述底面之间。
5.根据权利要求1所述的力量传感器，还包括信号处理单元，其中所述信号处理单元配置于所述电路板上且通过所述电路板而电性连接于所述感测元件。
6.根据权利要求1所述的力量传感器，其中所述第一胶体的宽度沿远离所述感测元件的方向渐增。
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