TWI596712B - 感測器模組與感測器模組裝置 - Google Patents

感測器模組與感測器模組裝置 Download PDF

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Description

感測器模組與感測器模組裝置
本發明係關於一種如申請專利範圍1之前序部分所述的感測器模組。
此種感測器模組係眾所周知之習知技術。(例如)公開案DE 103 52 002 A1揭示一種特定言之用於測量加速度或轉速的感測器模組，該感測器模組包括一殼體、一穿過該殼體之引線框架、一護蓋與一感測器裝置，其中，該引線框架包括多個引腳，該等引腳具有多個可固定在一印刷電路板上的插腳。
此外，公開案DE 10 2006 022 807 A1揭示一種減振晶片殼體，該晶片殼體包括一用於容置晶片結構的預塑殼體，其中，該殼體與該晶片結構相連之部分以可彈性偏轉之方式與該殼體的一其他部分相連，該其他部分固定在一用於承載整個殼體的支承結構上，此外設有用於對該殼體與該晶片結構相連之部分的偏轉運動進行阻尼的構件。
相對於先前技術而言，本發明如各並列申請專利範圍所述之感測器模組及感測器模組裝置的優點在於，殼體不具有用於對組件進行電接觸之引腳，藉由平行於主延伸平面之接觸面對殼體進行電接觸，故該感測器模組包括一可表面黏著的組件(SMD組件，表面黏著式器件)，此種組件之成本特別低廉，且可藉由自動化表面黏著技術(SMT技術，表面黏著技術)結合SMD焊爐在SMD自動裝配機中進行大批安裝。因此，殼體較佳包括一QFN殼體(Quad Flat Pack,No-leads，四邊扁平無引腳封裝)。為此，接觸面特定言之包括多個可焊連接面，該等連接面藉由焊球(焊料凸塊)、焊膏及/或較佳為導電的黏著劑與一印刷電路板或一其他組件之連接面牢固地導電相連。特別有利者在於，無引腳之設計方案可大幅縮小殼體尺寸，進而大幅縮小感測器模組之尺寸。感測器模組所需安裝空間之減小在該感測器模組應用於汽車工程領域時可產生決定性之優勢。此外，第一殼體部件及第二殼體部件彼此機械退耦合，共同起到質量-彈簧阻尼系統(機械式低通濾波器)之作用，藉此使與安裝位置相關的振動受到阻尼，減小此等振動對組件之影響。此點對於包括微機械加速度感測器及/或轉速感測器的組件特別有利，因為振動會對感測器信號產生干擾性影響。但習知殼體上會產生本徵模，此等本徵模會影響該質量-彈簧阻尼系統之阻尼性能，且極其不利地處於轉速感測器之工作範圍內。此等出現在先前技術之殼體上的本徵模特定言之包括產生於該殼體自身內部的第一振動及引腳所引起的整個殼體之第二振動。本發明之感測器模組特別有利地使該等第一及第二振動對組件的影響受到大幅削弱，因為在無引腳之情況下，可澈底避免第二振動之產生，此外，殼體尺寸相對於先前技術之大幅縮小亦可顯著提高殼體之剛度，從而既使第一振動受到阻尼，同時亦使第一振動轉移至對組件影響不大的較高頻率。
本發明之有利設計方案及改良方案可自附屬項及附圖描述中獲得。
根據一種較佳改良方案，藉由該殼體垂直於該主延伸平面之突出部實現對該等接觸面之完全搭接，其中，該等接觸面特定言之嵌在該感測器模組的一底面中，藉此可特別有利地將殼體尺寸及感測器模組尺寸減小至最低程度。
根據另一較佳改良方案，該等接觸元件至少部分布置在該底面上該第二殼體部件的一壁內，其中，該底面較佳具有一凹槽。該第一殼體部件特別有利地布置在該凹槽中，其優點主要在於，在將該感測器模組安裝在一印刷電路板上時，第一殼體部件與該印刷電路板間隔一定距離布置，藉此可避免印刷電路板將振動直接傳遞到第一殼體部件上。
根據另一較佳改良方案，將該第二殼體部件位於該底面上的至少一邊緣設計為接觸元件，其中，該接觸元件較佳具有一基蝕區。將該邊緣設計為接觸元件的優點主要在於，藉此可進一步縮小感測器尺寸。此外亦可降低製造成本，因為除了該等接觸元件外，該第二殼體部件再無其他材料位於該底面上。
根據另一較佳改良方案，在該第一殼體部件與該第二殼體部件之間，在該平面內布置有一溝槽及/或一可逆向變形的彈性元件，其中，較佳由該溝槽及/或該彈性元件在該平面內將該第一殼體部件完全包圍，以及/抑或該彈性元件至少部分充填該溝槽。該第一殼體部件尤佳藉由該溝槽與該第二殼體部件機械退耦合。藉由將彈性元件至少部分布置在溝槽中，可將第一殼體部件固定在第二殼體部件上，其中，第一殼體部件與彈性元件共同包括該質量-彈簧阻尼系統，其中，彈性元件與溝槽共同包括該質量-彈簧阻尼系統的彈簧，第一殼體部件包括該質量-彈簧阻尼系統的質量。在彈性元件僅部分充填溝槽之情況下，可有利地根據溝槽之具體充填程度對該彈簧之彈簧勁度進行可變調節，以便使該質量-彈簧阻尼系統之諧振頻率與該組件之工作頻率匹配。該第一殼體部件較佳具有一用於增大該質量的金屬板，該彈性元件較佳具有一彈性塑膠，尤佳含矽，其中，該金屬板尤佳自該底面起固定在第一殼體部件上，此外對該質量進行適當選擇，以便使該質量-彈簧阻尼系統之阻尼性能與該工作頻率匹配。該彈性元件在工作溫度之範圍內較佳具有近乎恆定的阻尼性能，此意為，該彈性元件之彈性模數在工作溫度之範圍內不受溫度影響或受溫度影響較小。
根據另一較佳改良方案，該彈性元件在一搭接區內沿垂直於該主延伸平面之方向至少部分搭接該第一殼體部件及/或該第二殼體部件，其優點主要在於，藉此可以較簡單之方式避免該彈性元件自該溝槽中脫落。
根據另一較佳改良方案，該組件藉由多個接線連接與該等接觸元件導電相連，藉此可特別簡單地藉由一標準方法在該等接觸元件與該組件之間建立一電接觸，其中，該接線較佳採用透過該接線不會有振動或僅有輕微振動自第二組件傳遞到第一組件上的柔性及薄型設計。
根據另一較佳改良方案，該殼體(特定言之為該第二殼體部件)包括一殼蓋，藉此可在該感測器模組之製造過程中簡單地自處於開啟狀態的殼蓋將第一殼體部件、彈性元件、組件及/或接線連接布置在第二殼體部件中，隨後將該殼蓋關閉，以免組件及接線連接因受外部因素影響而受損。該第二殼體部件尤佳僅包括該殼蓋及該等接觸元件，其中，該等接觸元件在該感測器模組之底面上布置在一採用平面設計的彈性元件中，該等接觸元件尤佳被該平面彈性元件完全包圍，該第一殼體部件以被該平面彈性元件包圍的狀態布置在該底面上。在此情況下，該殼蓋尤佳與該平面彈性元件相連。
根據另一較佳改良方案，該第一殼體部件包括一金屬，該彈性元件含矽及/或該第二殼體部件包括一塑膠，以及/抑或該第二殼體部件至少部分包括一預塑殼體或一陶瓷殼體。
本發明此外亦關於一種如上述申請專利範圍中任一項之感測器模組的裝置，該感測器模組藉由該底面焊接及/或黏接在一印刷電路板上。藉由將該感測器模組焊接及/或黏接在該印刷電路板上，可如上文所述藉由自動化表面黏著技術(SMT)以特別低的成本製造該裝置，且該裝置之阻尼特性亦優於先前技術。
根據一種較佳改良方案，該第一殼體部件在垂直於該主延伸平面之方向上與該印刷電路板間隔一定距離，其優 點主要在於，藉此可避免印刷電路板將振動直接傳遞到第一殼體部件上。
圖1a、圖1b及圖1c展示一採用本發明之第一實施方式之感測器模組1的示意圖，其中，圖1b為該包括一殼體2與一組件3之感測器模組1的側視圖，其中，組件3具有一主延伸平面100，且被殼體2包圍，殼體2在一平行於主延伸平面100之平面100'內包括一第一殼體部件20與一第二殼體部件21，組件3布置在第一殼體部件20上，第一殼體部件20藉由一彈性元件7與第二殼體部件21機械退耦合。在平面100'內，第一殼體部件20被一溝槽6完全包圍，彈性元件7布置在該溝槽中。彈性元件7、溝槽6與第一殼體部件20共同構成一質量-彈簧阻尼系統，從而對自第二殼體部件21傳遞到第一殼體部件20上的振動進行阻尼。第二殼體部件21具有多個接觸元件22，該等接觸元件具有平行於主延伸平面100定向的接觸面23，其中，接觸元件22布置在感測器模組1之底面4上第二殼體部件21的壁24中。亦即，殼體2包括一QFN殼體，此殼體在自動化表面黏著技術中可藉由底面4安裝在一附圖未作圖示的印刷電路板上。此外，底面4具有一凹槽，該凹槽使彈性元件7及第一殼體部件20在垂直於主延伸平面100之方向上與底面4間隔一定距離布置。接觸元件22藉由接線8與組件3導電相連。第二殼體部件21具有一用於密封封閉殼體內部的殼蓋27，該殼蓋在垂直於主延伸平面100之方向上與第一殼體部件20相對布置。較佳在殼蓋27與第二殼體部件21之其餘部分之間至少局部布置一密封劑及/或黏著劑101。彈性元件7具有多個搭接區7'，該等搭接區沿垂直於主延伸平面100之方向分別搭接鄰接之第一及第二殼體部件20、21。圖1b為該採用第一實施方式之感測器模組1的俯視圖，自此角度可看到布置在第一殼體部件20上的一其他組件3'，其中，組件3與其他組件3'藉由多個其他接線連接8'彼此導電相連。圖1c為該採用本發明第一實施方式之感測器模組1之底面4的正視圖，自此角度僅能看到第一與第二殼體部件20與21、接觸面23及布置在溝槽6中的彈性元件7。第一殼體部件20特定言之含一金屬，第二殼體部件21較佳包括一預塑殼體，較佳由銅構成的接觸元件22在該預塑殼體之製造過程中被嵌入該預塑殼體。尤佳以射出成型法在溝槽6中產生特定言之含矽的彈性元件7。組件3及/或其他組件3'特定言之包括一微機械加速度感測器及/或轉速感測器及/或一用於微機械加速度感測器及/或轉速感測器的微電子分析電路。
圖2a及圖2b展示一採用本發明之第二實施方式之感測器模組1的示意圖，該第二實施方式與圖1a、圖1b及圖1c所示之第一實施方式基本一致，其中，彈性元件7僅部分充填溝槽6，以便達到改良該質量-彈簧阻尼系統之阻尼性能的目的。圖2a為該採用第二實施方式之感測器模組1的俯視圖，圖2a與圖1b基本一致，其中，溝槽6具有一溝槽分區6'，此溝槽分區6'內不布置任何彈性元件7。在圖2b中亦可看到該溝槽分區6'，其中，除了該未布置彈性元件7的溝槽分區6'外，圖2b與圖1c基本一致。
圖3a、圖3b及圖3c展示一採用本發明之第三實施方式之感測器模組1的示意圖，該第三實施方式與圖1a、圖1b及圖1c所示之第一實施方式基本一致，其中，圖3a為感測器模組1與圖1a相似之側視圖，圖3b為感測器模組1與圖1b相似之俯視圖，圖3c為該感測器模組之底面4與圖1c相似之正視圖，其中，接觸元件22並非嵌在第二殼體部件21的壁24中，而是包括第二殼體部件21在底面4上的一邊緣25，彈性元件6設計為布置在底面4上的平面彈性元件6。因此，底面4上僅布置有接觸元件22形式之第二殼體部件21、採用平面設計之彈性元件6及第一殼體部件22。第二殼體部件2之其餘部分較佳包括殼蓋27，該殼蓋與接觸元件22及平面彈性元件6直接相連。接觸元件22具有一用於在底面4上形成凹槽5(平面彈性元件6及第一殼體部件20布置在該凹槽內)的基蝕區26，該基蝕區的形式較佳為一以底面4之側邊為起點的階梯結構。底面4上的兩個邊緣24較佳各具有一接觸元件102，該接觸元件在感測器模組1之整個寬度上沿此兩個邊緣延伸。
1．．．感測器模組
2．．．殼體
3．．．組件
3'．．．其他組件
4．．．底面
5．．．凹槽
6．．．溝槽
6'．．．溝槽分區
7．．．彈性元件
8．．．接線
8'．．．其他接線連接
20．．．第一殼體部件
21．．．第二殼體部件
22．．．接觸元件
23．．．接觸面
24．．．壁
25．．．邊緣
26．．．基蝕區
27．．．殼蓋
100．．．主延伸平面
100'．．．平面
101．．．密封劑及/或黏著劑
102．．．接觸元件
圖1a、圖1b及圖1c為一採用本發明之第一實施方式之感測器模組的示意圖；
圖2a及圖2b為一採用本發明之第二實施方式之感測器模組的示意圖；及
圖3a、圖3b及圖3c為一採用本發明之第三實施方式之感測器模組的示意圖。
1．．．感測器模組
2．．．殼體
3．．．組件
4．．．底面
5．．．凹槽
6．．．溝槽
7．．．彈性元件
8．．．接線
20．．．第一殼體部件
21．．．第二殼體部件
22．．．接觸元件
23．．．接觸面
24．．．壁
27．．．殼蓋
100．．．主延伸平面
100'．．．平面
101．．．密封劑及/或黏著劑

Claims (11)

  1. 一種感測器模組(1)，該感測器模組包括一殼體(2)與一組件(3)，其中，該組件(3)具有一主延伸平面(100)，且基本被該殼體(2)包圍，該殼體(2)在一平行於該主延伸平面(100)之平面(100')內包括一第一殼體部件(20)與一第二殼體部件(21)，該組件(3)布置在該第一殼體部件(20)上，該第一殼體部件(20)與該第二殼體部件(21)機械退耦合，其特徵在於，該第二殼體部件(21)包括多個接觸元件(22)，該等接觸元件具有用於對該組件(3)進行電接觸的接觸面(23)，其中，該等接觸面(23)平行於該主延伸平面(100)定向。
  2. 如申請專利範圍第1項之感測器模組(1)，其特徵在於，藉由該殼體(2)垂直於該主延伸平面(100)之突出部實現對該等接觸面(23)之完全搭接，其中，該等接觸面(23)特定言之嵌在該感測器模組(1)的一底面(4)中。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之感測器模組(1)，其特徵在於，該等接觸元件(22)至少部分布置在該底面(4)上該第二殼體部件(21)的一壁(24)內，其中，該底面(4)較佳具有一凹槽(5)。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之感測器模組(1)，其 特徵在於，將該第二殼體部件(21)位於該底面(4)上的至少一邊緣(25)設計為接觸元件(22)，其中，該接觸元件(22)較佳具有一基蝕區(26)。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之感測器模組(1)，其特徵在於，在該第一殼體部件(20)與該第二殼體部件(21)之間，在該平面(100')內布置有一溝槽(6)及/或一可逆向變形的彈性元件(7)，其中，較佳由該溝槽(6)及/或該彈性元件(7)在該平面(100')內將該第一殼體部件(20)完全包圍，以及/抑或該彈性元件(7)至少部分充填該溝槽(6)。
  6. 如申請專利範圍第1或第2項之感測器模組(1)，其特徵在於，該彈性元件(7)在一搭接區(7')內沿垂直於該主延伸平面(100)之方向至少部分搭接該第一殼體部件(20)及/或該第二殼體部件(21)。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項之感測器模組(1)，其特徵在於，該組件(3)藉由多個接線連接(8)與該等接觸元件(22)導電相連。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項之感測器模組(1)，其特徵在於，該殼體(2)(特定言之為該第二殼體部件(21))包 括一殼蓋(27)。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之感測器模組(1)，其特徵在於，該第一殼體部件(20)包括一金屬，該彈性元件(7)含矽及/或該第二殼體部件(21)包括一塑膠，以及/抑或該第二殼體部件(21)至少部分包括一預塑殼體或一陶瓷殼體。
  10. 一種如上述申請專利範圍中任一項之感測器模組(1)的裝置，其特徵在於，該感測器模組(1)藉由該底面(4)焊接及/或黏接在一印刷電路板上。
  11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其特微在於，該第一殼體部件(20)在垂直於該主延伸平面(100)之方向上與該印刷電路板間隔一定距離。
TW098124657A 2008-07-24 2009-07-22 感測器模組與感測器模組裝置 TWI596712B (zh)

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