CN219064736U - 一种触力传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种触力传感器及电子设备。包括：基板、压力传感芯片、定位外壳和触力结构；所述压力传感芯片绑定连接在所述基板上；所述压力传感芯片在远离所述基板的表面设置有触力传感压膜区域，所述触力传感压膜区域用于检测触力大小；所述定位外壳包括定位孔，所述定位外壳与所述基板粘合；所述触力结构放置在所述定位孔内，所述触力结构与所述触力传感压膜区域相接触；所述触力结构用于将触力反馈至所述压力传感芯片的触力传感压膜区域。本实用新型提供一种触力传感器及电子设备，有利于小型化封装提高了封装效率，并且提高触力传感器的触力检测灵敏度。

Description

一种触力传感器及电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及一种触力传感器及电子设备。

背景技术

随着科技的发展，传感器的应用越来越广泛，其中触力传感器可以应用在医疗、消费电子和工业等终端设备。

但市场现有的触力传感器大部分是基于应变片式的结构设计，其结构尺寸较大，灵敏度很低，不适合智能终端设备的小型化结构设计，无法满足力传感器结构设计的高要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种触力传感器及电子设备，有利于小型化封装提高了封装效率、缩小尺寸以及降低成本，并且提高触力传感器的触力检测灵敏度。

第一方面，本实用新型实施例提供一种触力传感器，包括：基板、压力传感芯片、定位外壳、固定外壳和触力结构；

所述压力传感芯片绑定连接在所述基板上；所述压力传感芯片在远离所述基板的表面设置有触力传感压膜区域，所述触力传感压膜区域用于检测触力大小；

所述定位外壳包括定位孔，所述定位外壳与所述基板粘合；所述触力结构放置在所述定位孔内，所述触力结构与所述触力传感压膜区域相接触；所述触力结构用于将触力反馈至所述压力传感芯片的触力传感压膜区域；

所述固定外壳包括固定孔，所述固定外壳设置在所述定位外壳的外部，所述固定外壳与所述基板粘合，所述固定孔在所述压力传感芯片上的垂直投影落在所述定位孔在所述压力传感芯片上的垂直投影内；所述定位孔、所述固定孔和所述触力球体的几何中心在同一直线上。

可选的，所述触力结构包括：触力球体，所述触力球体与所述触力传感压膜区域相切；所述定位孔在所述压力传感芯片上的垂直投影与所述触力球体在所述传感芯片上的垂直投影重合。

可选的，所述的触力传感器，还包括固定外壳，所述固定外壳包括固定孔，所述固定外壳设置在所述定位外壳的外部，所述固定外壳与所述基板粘合，所述固定孔在所述压力传感芯片上的垂直投影落在所述定位孔在所述压力传感芯片上的垂直投影内；所述定位孔、所述固定孔和所述触力球体的几何中心在同一直线上。

可选的，所述定位外壳和所述固定外壳均通过粘合剂固定在所述基板上，所述粘合剂包括胶水、锡膏或导电胶中至少一种。

可选的，所述定位外壳和所述固定外壳之间的垂直高度差小于所述触力球体的半径。

可选的，所述定位外壳和所述固定外壳材料可为金属、塑料或其它材料。

可选的，所述基板可为PCB板、陶瓷片或其它材质。

可选的，所述压力传感芯片为表压压力传感芯片时，所述基板设置有至少一个进气孔，所述压力传感芯片在所述基板上的投影覆盖所述进气孔，所述进气孔用于所述定位外壳与所述基板组成的空间气体交换。

可选的，所述定位外壳和所述固定外壳有至少一个进气孔，所述进气孔用于所述定位外壳和所述固定外壳与所述基板组成的空间气体交换。

可选的，所述压力传感芯片与所述基板的绑定方式包括金属线键合和贴片键合中至少一种。

可选的，所述基板底部上还设置有焊盘，所述基板通过所述焊盘与外部器件焊接。

可选的，所述压力传感芯片包括MEMS压阻式或电容式压力传感芯片。

第二方面，本实用新型实施例提供一种电子设备，包括本实用新型实施例提供任意所述的触力传感器。

本实用新型实施例通过将压力传感芯片固定连接在基板上，定位外壳根据第一粘接环粘贴，并在定位外壳表面设置有定位孔，触力结构通过定位孔进行放置，使触力结构与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触。因此将触力结构放置在定位孔内，即可实现与压力传感芯片的触力传感压膜区域精确接触，从而提高封装效率，并且利用触力结构直接接触压力传感芯片上的压膜区域，提高触力传感器的触力检测灵敏度。固定外壳根据第二粘接环粘贴，并在固定外壳表面设置有卡位孔，避免触力结构从触力传感器脱离。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种触力传感器的俯视结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的一种触力传感器的侧视结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的又一种触力传感器的侧视结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的一种触力传感器的封装方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种触力传感器的俯视结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种触力传感器的侧视结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的又一种触力传感器的侧视结构示意图，参见图1、图2和图3，包括：基板110、压力传感芯片120、定位外壳130、固定外壳310和触力结构140。

压力传感芯片120粘合并绑定连接在基板110上。压力传感芯片120在远离基板110的表面设置有触力传感压膜区域，触力传感压膜区域用于检测触力大小。

定位外壳130包括定位孔150，定位外壳130与基板110粘合。触力结构140放置在定位孔150内，触力结构140与触力传感压膜区域相接触。触力结构140用于将触力反馈至压力传感芯片120的触力传感压膜区域。

固定外壳310包括固定孔320，固定外壳310设置在定位外壳130的外部，固定外壳310与基板110粘合，固定孔320在压力传感芯片上的垂直投影落在定位孔150在压力传感芯片上的垂直投影内。定位孔150、固定孔320和触力球体210的几何中心在同一直线上。

具体的，将压力传感芯片120粘合固定连接在基板110上，基板110用于承载压力传感芯片120、定位外壳130和触力结构140，基板110可以是PCB或陶瓷板，一般情况下，PCB作为基板110，PCB覆铜箔层压板，压力传感芯片120粘合绑定在基板110表面上。示例性的，压力传感芯片包括MEMS压力传感芯片，MEMS压力传感芯片通常尺寸在几百微米到几毫米，传感区域的压力感应膜片厚度在几微米到几十微米之间，传感原理可以是压阻式或电容式，将MEMS压力传感芯片作为主体传感功能有利于小型化触力传感器的应用。在基板110上相应的设置第一粘接环160，第一粘接环160将压力传感芯片120合围起来，定位外壳130根据第一粘接环160粘贴，使定位外壳130和基板110形成保护空间，从而避免外界挤压碰撞压力传感芯片120。进一步的，在定位外壳130表面设置有定位孔150，定位孔150贯穿定位外壳130，触力结构140按照定位孔150进行放置，触力结构140与压力传感芯片120的触力传感压膜区域接触。触力结构140作为力信号传输介质，将所受的外力直接作用在压力传感芯片120的触力传感压膜区域，触力传感压膜区域根据力信号输出传感信号。示例性的，触力传感压膜区域为硅弹性薄膜，硅弹性薄膜硅受力发生形变，压力传感芯片120的电阻桥会产生一个与所加压力成线型比例的差分电压输出信号。其中，定位孔150的形状与触力结构140接触的形状吻合，因此将触力结构140放置在定位孔150内，即可实现与压力传感芯片120的触力传感压膜区域接触，从而提高封装效率，并且利用触力结构140直接接触压力传感芯片120，提高触力检测灵敏度。示例性的，将触力结构140设置为球体或柱体，定位孔150为圆形。

在基板110上相应的设置第二粘接环330，第二粘接环330将第一粘接环160合围起来，固定外壳310沿第二粘接环330粘贴，使固定外壳310和基板110形成的保护空间进一步保护压力传感芯片120。进一步的，在固定外壳310表面设置有固定孔320，固定孔320贯穿固定外壳310，固定孔320与定位孔150的几何中心在同一直线上，因此，定位孔150、固定孔320和触力球体210的几何中心分布在同一直线上，部分触力球体210穿过固定孔320，固定孔320与部分触力球体210接触位置形状吻合为圆形，通过固定外壳310和定位外壳130，可以限制触力球体210水平方向和竖直方向位置，从而起到时刻保持触力球体210与触力传感压膜区域相接触，从而提高了传感器的工作稳定性和传感反馈的灵敏度。

本实用新型实施例通过将压力传感芯片固定连接在基板上，定位外壳根据第一粘接环粘贴，并在定位外壳表面设置有定位孔，触力结构通过定位孔进行放置，使触力结构与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触。因此将触力结构放置在定位孔内，即可实现与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触，利用固定外壳将处理结构固定，从而提高封装效率，并且利用触力结构直接接触压力传感芯片，提高触力传感器的触力检测灵敏度。

继续参见图2和图3，可选的，触力结构140包括：触力球体210，触力球体210与触力传感压膜区域相切。定位孔150在压力传感芯片120上的垂直投影与触力球体210在传感芯片上的垂直投影重合。

具体的，触力球体210作为外力或触力的检测点，外部物体接触到触力球体210对触力球体210施加压力，通过触力球体210反馈给压力传感芯片120压力敏感的压膜部位，从而实现触力传感。示例性的，触力球体210可以采用金属钢球或其它质地坚硬材料，不易发生微形变可以更好的反馈触力大小，从而提高传感精度。其中，定位孔150在触力传感压膜区域的垂直投影落入触力传感压膜区域，定位孔150的直径等于触力球体210的直径，因此将触力球体210放置在定位孔150中时，触力球体210与触力传感压膜区域相切。通过定位孔150对触力球体210的定位可以时刻保持触力球体210与触力传感压膜区域相接触，并且在封装过程中只需要将触力球体210放置在定位孔150内，即可完成对触力球体210的定位封装，提高封装效率。

可选的，定位外壳130和固定外壳310均通过粘合剂固定在基板110上，粘合剂包括胶水、锡膏或导电胶中的至少一种。具体的，定位外壳130和固定外壳310分别通过粘合剂沿基板110的对应粘接环粘结固定，其中，粘合剂可以为胶水、锡膏或者导电胶，在实际应用中，根据需要选择粘剂实现粘结固定。

可选的，定位外壳130和固定外壳310之间的垂直高度差小于触力球体210的半径。

具体的，继续参见图2和图3，假设固定外壳310和定位外壳130的高度差为X，触力球体210的半径为R，则固定孔320的半径r应该满足R²-X²＝r²。其中，高度差X的长度范围在0到R之间。也就是说，将固定外壳310的高度设置在触力球体210远离压力传感芯片120一侧的半球体高度内，从而可以使部分触力球体210通过固定孔320，通过固定孔320的部分触力球体210作为外界压力的检测点。并且可以限制触力球体210在竖直方向的移动，从而保证触力球体210的位置稳定性。

参见图2，可选的，压力传感芯片为表压压力传感芯片时，基板110设置有至少一个进气孔340，压力传感芯片在基板110上的投影覆盖进气孔340，进气孔340用于定位外壳130与基板110组成的空间气体交换。

具体的，进气孔设置在基板上，与压力传感芯片的背面相对，外界气体可以通过进气孔340与触力传感器内部，形成空气流通，保证触力传感器内外部气压相等，减少气体压力对触力传感的影响。

参见图3，可选的，压力传感芯片为绝压压力传感芯片时基板110不需要设置进气孔340。

可选的，压力传感芯片120与基板110的绑定方式包括金属线键合和贴片键合中至少一种。

具体的，根据压力传感芯片120和基板110的引脚位置和引脚类型，可以选择绑定方式为贴片连接或金属线(金线、铝线或合金线等)键合连接。示例性的，参见图2和图3，本实用新型实施例选择金属线键合的方式进行绑定连接，金属线键合是用导线将压力传感芯片120上的电极与外部引脚相连接的工艺。将压力传感芯片120通过粘结胶121先粘接在基板110上，再采用导线360将压力传感芯片120上的电极与外部引脚相连接。可选的，基板110底部上还设置有焊盘，基板110通过焊盘与外部器件电连接。具体的，力信号通过触力球体210传输到压力传感芯片120上的触力传感压膜区域，例如，触力传感压膜区域设置为硅弹性薄膜，硅弹性薄膜硅受力发生形变，在外部电压或电流激励下，集成在压力传感芯片120硅弹性薄膜上的压阻电桥会产生一个与所加压力成线型比例的差分电压输出信号，此信号通过基板110的引脚220与外部电路连接，进而传输传感信号。

本实用新型实施例还提供一种电子设备，包括本实用新型实施例提供的任意的触力传感器。具体的，电子设备是指由集成电路、PCB电路板、晶体管、电阻和电容等电子元器件组成的应用设备，电子设备在生产中，因其包括本实实用新型的触力传感器，因而也具有相同的有益效果，在此不再赘述。

图4为本实用新型实施例提供的一种触力传感器的封装方法的流程示意图，具体步骤包括：

S110、将压力传感芯片绑定在基板上。

具体的，将压力传感芯片用胶水等粘结剂固定连接在基板上，基板用于承载压力传感芯片、定位外壳和触力结构，以及压力电信号从压力传感芯片连接到外部应用器件，示例性的，压力传感芯片可以采用微机电系统(Microelectro Mechanical Systems，MEMS)压力传感芯片，MEMS压力传感芯片通常尺寸在几百微米到几毫米，传感区域的压力感应膜片厚度在几微米到几十微米之间，传感原理可以是压阻式或电容式，作为主体传感功能有利于小型化触力传感器的应用。压力传感芯片与基板的绑定方式包括金属线键合和贴片键合中至少一种。其中，根据压力传感芯片和基板的引脚位置和引脚类型，可以选择绑定方式为贴片连接或金属线键合连接。示例性的，当绑定方式为金属线键合时，需先将压力传感芯片通过粘结胶先粘接在基板上，再采用金属线将压力传感芯片上的电极与基板引脚键合相连接。

S120、在基板上粘合定位外壳。

具体的，在基板上相应的设置第一粘接环，第一粘接环将压力传感芯片合围起来，定位外壳沿第一粘接环粘贴，使定位外壳和基板形成保护空间，从而避免外界挤压碰撞压力传感芯片。在定位外壳表面设置定位孔，其中，定位孔的形状及尺寸与触力结构的形状及尺寸吻合，因此将触力结构放置在定位孔内，即可实现与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触，示例性的，将触力结构可为球体、柱体或其它结构，定位孔为与触力外部结构相吻合的形状，将触力结构放置在定位孔内，触力结构与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触，同时从而提高封装效率，并且利用触力结构直接接触压力传感芯片的膜片，提高触力检测灵敏度。

S130、在定位外壳的定位孔内放置触力结构。

具体的，定位孔贯穿定位外壳，触力结构按照定位孔进行放置，触力结构与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触。触力结构作为力信号传输介质，将所受的外力直接作用在压力传感芯片的触力传感压膜区域，触力传感压膜区域按力信号引起压膜变形，然后根据压阻或电容原理输出传感信号。

S140、在基板上粘合固定外壳。

具体的，在基板上相应的设置第二粘接环，第二粘接环将第一粘接环合围起来，固定外壳沿第二粘接环粘贴，使固定外壳和基板形成的保护空间进一步保护压力传感芯片。进一步的，在固定外壳表面设置有固定孔，固定孔贯穿固定外壳，固定孔与定位孔的几何中心在同一直线上，因此，定位孔、固定孔和触力球体的几何中心分布在同一直线上，当触力结构为球形时，固定孔的直径小于触力球体直径，部分触力球体穿过固定孔，固定孔与部分触力球体接触位置形状吻合，通过固定外壳和定位外壳，可以限制触力球体水平方向和竖直方向位置，从而起到时刻保持触力球体与触力传感压膜区域相接触，从而提高了传感器的工作稳定性和传感反馈的灵敏度。其中，步骤S140可以根据实际的结构进行选择或省去此步骤。

本实用新型实施例通过将压力传感芯片固定连接在基板上，定位外壳根据第一粘接环粘贴，并在定位外壳表面设置有定位孔，触力结构通过定位孔进行放置，使触力结构与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触。因此将触力结构放置在定位孔内，即可实现与压力传感芯片的触力传感压膜区域接触，从而提高封装效率，并且利用触力结构直接接触压力传感芯片，提高触力传感器的触力检测灵敏度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种触力传感器，其特征在于，包括：基板、压力传感芯片、定位外壳、触力结构和固定外壳；

所述压力传感芯片绑定连接在所述基板上；所述压力传感芯片在远离所述基板的表面设置有触力传感压膜区域，所述触力传感压膜区域用于检测触力大小；

所述定位外壳包括定位孔，所述定位外壳与所述基板粘合；所述触力结构放置在所述定位孔内，所述触力结构与所述触力传感压膜区域相接触；所述触力结构用于将触力反馈至所述压力传感芯片的触力传感压膜区域；

所述固定外壳包括固定孔，所述固定外壳设置在所述定位外壳的外部，所述固定外壳与所述基板粘合，所述固定孔在所述压力传感芯片上的垂直投影落在所述定位孔在所述压力传感芯片上的垂直投影内；所述定位孔、所述固定孔和所述触力结构的几何中心在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的触力传感器，其特征在于，所述触力结构包括：触力球体，所述触力球体与所述触力传感压膜区域相切；所述定位孔在所述压力传感芯片上的垂直投影与所述触力球体在所述传感芯片上的垂直投影重合。

3.根据权利要求1所述触力传感器，其特征在于，所述定位外壳和所述固定外壳均通过粘合剂固定在所述基板上，所述粘合剂为胶水、锡膏或者导电胶。

4.根据权利要求1所述触力传感器，其特征在于，所述定位外壳和所述固定外壳为金属或塑料。

5.根据权利要求2所述的触力传感器，其特征在于，所述定位外壳和所述固定外壳之间的垂直高度差小于所述触力球体的半径。

6.根据权利要求1所述的触力传感器，其特征在于，所述压力传感芯片为表压压力传感芯片时，所述基板设置有至少一个进气孔，所述压力传感芯片在所述基板上的投影覆盖所述进气孔，所述进气孔用于所述定位外壳与所述基板组成的空间气体交换。

7.根据权利要求1所述的触力传感器，其特征在于，所述压力传感芯片与所述基板的绑定方式包括金属线键合和贴片键合中至少一种。

8.根据权利要求1所述触力传感器，其特征在于，所述基板底部上还设置有焊盘，所述基板通过所述焊盘与外部器件焊接。

9.根据权利要求1所述触力传感器，其特征在于，所述压力传感芯片包括MEMS压阻式或电容式压力传感芯片。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的触力传感器。

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