TWI627391B

TWI627391B - 力量感測器

Info

Publication number: TWI627391B
Application number: TW106106952A
Authority: TW
Inventors: 童璽文; 吳名清
Original assignee: 智動全球股份有限公司
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US10067014B1; TW201833524A; US20180252601A1

Abstract

一種力量感測器，包括一感測元件及一電路板。感測元件具有相對的一頂面及一底面且具有一感測部，其中感測部位於頂面。電路板配置於頂面上且電性連接於感測元件，其中感測部適於藉由從電路板往頂面傳遞的一外力而產生感測訊號。

Description

力量感測器

本發明是有關於一種感測器，且特別是有關於一種力量感測器。

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技術是一種以微小化機電整合結構為出發點的設計。目前常見的微機電技術主要應用於微感測器(Micro sensors)、微制動器(Micro actuators)與微結構(Micro structures)元件等三大領域，其中微感測器可將外界環境變化(如力量、壓力、聲音、速度等)轉換成電訊號(例如電壓或電流等)，而實現環境感測功能，如力量感測、壓力感測、聲音感測、加速度感測等。由於微感測器可利用半導體製程技術製造且可與積體電路整合，因此具有較佳的競爭力。是以，微機電感測器以及應用微機電感測器的感測裝置實為微機電系統之發展趨勢。

以微機電力量感測器而言，其感測元件用以感測實體所施加的按壓力，若感測元件被暴露出並直接承受按壓力，則感測元件容易耗損。若為了解決上述問題而增設用以覆蓋感測元件並承受按壓力的蓋體，則會增加感測器的整體厚度及製造成本。因此，如何在不增加感測器的整體厚度及製造成本的情況下，對力量感測器的感測元件進行保護並維持其感測性能，為微機電力量感測領域的重要議題。

本發明提供一種力量感測器，可在不增加力量感測器的整體厚度及製造成本的情況下，對力量感測器的感測元件進行保護並維持其感測性能。

本發明的力量感測器包括一感測元件及一電路板。感測元件具有相對的一頂面及一底面且具有一感測部，其中感測部位於頂面。電路板配置於頂面上且電性連接於感測元件，其中感測部適於藉由從電路板往頂面傳遞的一外力而產生感測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的電路板包括一周緣部及一中央部，中央部被周緣部圍繞且對位於感測部，感測元件支撐周緣部，感測部適於藉由從中央部往頂面傳遞的外力而產生感測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的力量感測器更包括多個導電凸塊，這些導電凸塊配置於頂面與電路板之間，感測元件藉由這些導電凸塊支撐電路板，且藉由這些導電凸塊而電性連接電路板。

在本發明的一實施例中，上述的力量感測器更包括一膠體，其中膠體覆蓋至少部分感測元件。

在本發明的一實施例中，上述的膠體填充於頂面與電路板之間，外力適於透過膠體而傳遞至感測部。

在本發明的一實施例中，上述的膠體包括一第一膠材及一第二膠材，第一膠材對位於感測部，第二膠材圍繞第一膠材。

在本發明的一實施例中，上述的膠體包括一第三膠材，第三膠材從電路板往底面延伸而包覆感測元件。

在本發明的一實施例中，上述的電路板具有一開口，開口對位於感測部，至少部分膠體位於開口內且適於接受外力。

在本發明的一實施例中，上述的膠體從開口突伸出。

在本發明的一實施例中，上述的電路板適於接受外力。

在本發明的一實施例中，上述的力量感測器更包括一按壓件，按壓件配置於電路板上且對位於感測部，按壓件適於接受外力。

在本發明的一實施例中，上述的力量感測器更包括一訊號處理單元，訊號處理單元配置於電路板且電性連接於電路板。

在本發明的一實施例中，上述的電路板是硬性電路板或軟性電路板。

基於上述，本發明的力量感測器將既有的電路板配置於感測元件的頂面上，使感測元件的感測部被電路板遮蔽。從而，電路板除了用以發揮其電性功能，更可做為覆蓋感測元件並承受按壓力的結構體。據此，不需為了保護感測元件而在感測元件上方額外增設蓋體，以在不增加力量感測器的整體厚度及製造成本的情況下，對力量感測器的感測元件進行保護並維持其感測性能。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200、300、400、500、600、700、800‧‧‧力量感測器

110、210、310、410、510、610、710、810‧‧‧感測元件

110a、210a、310a、410a、510a、610a、710a、810a‧‧‧頂面

110b、210b、310b、410b、510b、610b、710b、810b‧‧‧底面

112、212、312、412、512、612、712、812‧‧‧感測部

120、220、320、420、520、620、720、820‧‧‧電路板

122‧‧‧周緣部

124‧‧‧中央部

130、230、330、430、530、630、730、830‧‧‧導電凸塊

240、340、440、540、640、740、840‧‧‧膠體

342、442、742‧‧‧第一膠材

344、444、744‧‧‧第二膠材

446、746‧‧‧第三膠材

550‧‧‧按壓件

620a、720a‧‧‧開口

860‧‧‧訊號處理單元

F‧‧‧外力

圖1是本發明一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖2是圖1的電路板的俯視圖。

圖3是圖1的感測元件及導電凸塊的俯視圖。

圖4是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖5是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖6是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖7是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖8是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖9是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖10是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。

圖11A至圖11C是本發明一實施例的力量感測器的製造流程圖。

圖1是本發明一實施例的力量感測器的剖面圖。請參考圖1，本實施例的力量感測器100例如是微機電力量感測器且包括一感測元件110及一電路板120。感測元件110具有相對的一頂面110a及一底面110b且具有一感測部112，感測部112位於頂面110a。感測元件110可為壓阻式感測元件(piezoresistive sensing element)、電容式感測元件(capacitive sensing element)或其他適當種類的感測元件，本發明不對此加以限制。電路板120配置於感測元件110的頂面110a上且電性連接於感測元件110。感測元件110的感測部112適於藉由從電路板120往感測元件110的頂面110a傳遞的一外力F而產生感測訊號。力量感測器100可應用於具有觸控功能的裝置，用以藉其力量感測功能來判斷使用者的觸控力道。然本發明不以此為限，力量感測器100可應用於其他種類的裝置。此外，電路板120可為硬性電路板或軟性電路板，本發明亦不對此加以限制。

在上述配置方式之下，力量感測器100將既有的電路板120配置於感測元件110的頂面110a上，使感測元件110的感測部112被電路板120遮蔽。從而，電路板120除了用以發揮其電性功能，更可做為覆蓋感測元件110並承受按壓力的結構體。據此，不需為了保護感測元件110而在感測元件110上方額外增設蓋體，以在不增加力量感測器100的整體厚度及製造成本的情況下，對力量感測器100的感測元件110進行保護並維持其感測性能。

以下更詳細說明本實施例的力量感測器100的具體結構。圖2是圖1的電路板的俯視圖。圖3是圖1的感測元件及導電凸塊的俯視圖。本實施例的電路板120如圖1及圖2所示包括一周緣部122及一中央部124，中央部124被周緣部122圍繞且對位於圖1及圖3所示的感測部112。力量感測器100更包括多個導電凸塊130，這些導電凸塊130配置於感測元件110的頂面110a與電路板120之間。感測元件110藉由這些導電凸塊130支撐電路板120的周緣部122，且藉由這些導電凸塊130而電性連接電路板120，使所述感測訊號能夠從感測元件110傳遞至電路板120。電路板120的中央部124適於接受外力F，感測元件110的感測部112適於藉由從電路板120的中央部124往感測元件110的頂面110a傳遞的外力F而產生所述感測訊號。

圖4是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。在圖4所示的力量感測器200中，感測元件210、頂面210a、底面210b、感測部212、電路板220、導電凸塊230的配置與作用方式類似圖1的感測元件110、頂面110a、底面110b、感測部112、電路板120、導電凸塊130的配置與作用方式，於此不再贅述。力量感測器200與力量感測器100的不同處在於，力量感測器200更包括一膠體240，膠體240覆蓋部分感測元件210。詳細而言，膠體240填充於感測元件210的頂面210a與電路板220之間，外力適於依序透過電路板220及膠體240而傳遞至感測元件210的感測部212。膠體240可為熱固化膠、光固化膠或其他適當種類的膠材固化而成，本發明不對此加以限制。

圖5是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。在圖5所示的力量感測器300中，感測元件310、頂面310a、底面310b、感測部312、電路板320、導電凸塊330、膠體340的配置與作用方式類似圖4的感測元件210、頂面210a、底面210b、感測部212、電路板220、導電凸塊230、膠體240的配置與作用方式，於此不再贅述。力量感測器300與力量感測器200的不同處在於，膠體340包括一第一膠材342及一第二膠材344，第一膠材342對位於感測元件310的感測部312，第二膠材344圍繞第一膠材342。其中，第二膠材344的硬度例如大於第一膠材342的硬度，從而第一膠材342較為柔軟而具有較佳的彈性變形能力，以有效地將外力傳遞至感測元件310的感測部312。此外，具有較大硬度的第二膠材344可穩固地包覆導電凸塊330。在其他實施例中，第二膠材344的硬度可不大於第一膠材342的硬度，本發明不對此加以限制。第一膠材342及第二膠材344可為熱固化膠、光固化膠或其他適當種類的膠材固化而成，本發明不對此加以限制。

圖6是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。在圖6所示的力量感測器400中，感測元件410、頂面410a、底面410b、感測部412、電路板420、導電凸塊430、膠體440、第一膠材442、第二膠材444的配置與作用方式類似圖5的感測元件310、頂面310a、底面310b、感測部312、電路板320、導電凸塊330、膠體340、第一膠材342、第二膠材344的配置與作用方式，於此不再贅述。力量感測器400與力量感測器300的不同處在於，膠體440 更包括一第三膠材446，第三膠材446從電路板440往感測元件410的底面410b延伸而包覆感測元件410，以達到保護感測元件410的效果。第三膠材446可為熱固化膠、光固化膠或其他適當種類的膠材固化而成，本發明不對此加以限制。

圖7是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。在圖7所示的力量感測器500中，感測元件510、頂面510a、底面510b、感測部512、電路板520、導電凸塊530、膠體540的配置與作用方式類似圖4的感測元件210、頂面210a、底面210b、感測部212、電路板220、導電凸塊230、膠體240的配置與作用方式，於此不再贅述。力量感測器500與力量感測器200的不同處在於，力量感測器100更包括一按壓件550，按壓件550配置於電路板520上且對位於感測元件510的感測部512，按壓件550適於接受外力並將外力透過電路板520及膠體540傳遞至感測元件510的感測部512。

圖8是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。在圖8所示的力量感測器600中，感測元件610、頂面610a、底面610b、感測部612、電路板620、導電凸塊630、膠體640的配置與作用方式類似圖4的感測元件210、頂面210a、底面210b、感測部212、電路板220、導電凸塊230、膠體240的配置與作用方式，於此不再贅述。力量感測器600與力量感測器200的不同處在於，電路板620具有一開口620a，開口620a對位於感測元件610的感測部612，部分膠體640位於電路板620的開口620a內並從開口620a 突伸出。從開口620a突伸出的膠體640適於接受外力，使此外力從電路板620的開口620a處往感測元件610的頂面610a傳遞而到達感測部612。

圖9是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。在圖9所示的力量感測器700中，感測元件710、頂面710a、底面710b、感測部712、電路板720、導電凸塊730、膠體740、第一膠材742、第二膠材744的配置與作用方式類似圖5的感測元件310、頂面310a、底面310b、感測部312、電路板320、導電凸塊330、膠體340、第一膠材342、第二膠材344的配置與作用方式，於此不再贅述。力量感測器700與力量感測器300的不同處在於，電路板720具有一開口720a，開口720a對位於感測元件710的感測部712，部分膠體740(繪示為部分第一膠材742)位於電路板720的開口720a內並從開口720a突伸出。從開口720a突伸出的膠體740適於接受外力，使此外力從電路板720的開口720a處往感測元件710的頂面710a傳遞而到達感測部712。

圖10是本發明另一實施例的力量感測器的剖面圖。在圖10所示的力量感測器800中，感測元件810、頂面810a、底面810b、感測部812、電路板820、導電凸塊830、膠體840的配置與作用方式類似圖4的感測元件210、頂面210a、底面210b、感測部212、電路板220、導電凸塊230、膠體240的配置與作用方式，於此不再贅述。力量感測器800與力量感測器200的不同處在於，力量感測器800更包括一訊號處理單元860，訊號處理單元860配置於電路板820且電性連接於電路板820。其中，部分導電凸塊830配置於電路板820與訊號處理單元860之間以使訊號處理單元860電性連接於電路板820，部分膠體840亦配置於電路板820與訊號處理單元860之間以包覆所述導電凸塊830。來自感測元件810之感測部812的感測訊號可經由電路板820傳遞至處理單元860，並在處理單元860進行轉換或過濾雜訊等處理。

以下以圖9的力量感測器700為例，藉由圖式舉例說明本發明的力量感測器的製造流程。圖11A至圖11C是本發明一實施例的力量感測器的製造流程圖。首先，如圖11A所示提供具有開口720a的電路板720，並在電路板720的下側形成導電凸塊730。接著，如圖11B所示將具有感測部712的感測元件710連接至導電凸塊730。然後，將包含第一膠材742及第二膠材744的膠體740形成於電路板720與感測元件710之間，而使其成為圖9所示的力量感測器700。此外，更可如圖11C所示形成包覆感測元件710的第三膠材746。

綜上所述，本發明的力量感測器將既有的電路板配置於感測元件的頂面上，使感測元件的感測部被電路板遮蔽。從而，電路板除了用以發揮其電性功能，更可做為覆蓋感測元件並承受按壓力的結構體。據此，不需為了保護感測元件而在感測元件上方額外增設蓋體，以在不增加力量感測器的整體厚度及製造成本的情況下，對力量感測器的感測元件進行保護並維持其感測性能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種力量感測器，包括：一感測元件，具有相對的一頂面及一底面且具有一感測部，其中該感測部位於該頂面；一電路板，配置於該頂面上且電性連接於該感測元件，其中該感測部適於藉由從該電路板往該頂面傳遞的一外力而產生感測訊號；以及一膠體，覆蓋至少部分該感測元件，其中該膠體包括一第一膠材及一第二膠材，該第一膠材對位於該感測部，該第二膠材圍繞該第一膠材。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，其中該電路板包括一周緣部及一中央部，該中央部被該周緣部圍繞且對位於該感測部，該感測元件支撐該周緣部，該感測部適於藉由從該中央部往該頂面傳遞的該外力而產生感測訊號。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，更包括多個導電凸塊，該些導電凸塊配置於該頂面與該電路板之間，該感測元件藉由該些導電凸塊支撐該電路板，且藉由該些導電凸塊而電性連接該電路板。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，其中該膠體填充於該頂面與該電路板之間，該外力適於透過該膠體而傳遞至該感測部。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，其中該膠體包括一第三膠材，該第三膠材從該電路板往該底面延伸而包覆該感測元件。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，其中該電路板具有一開口，該開口對位於該感測部，至少部分該膠體位於該開口內且適於接受該外力。
如申請專利範圍第6項所述的力量感測器，其中該膠體從該開口突伸出。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，其中該電路板適於接受該外力。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，更包括一按壓件，該按壓件配置於該電路板上且對位於該感測部，該按壓件適於接受該外力。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，更包括一訊號處理單元，該訊號處理單元配置於該電路板且電性連接於該電路板。
如申請專利範圍第1項所述的力量感測器，其中該電路板是硬性電路板或軟性電路板。