用于微機(jī)械傳感器元件的、具有減振元件的殼體的制作方法
【專利摘要】用于微機(jī)械傳感器元件(10)的殼體(100)，具有：?空腔(30)，所述傳感器元件(10)能布置在該空腔中；?和減振元件(20)，其中，所述微機(jī)械傳感器元件(10)在所述空腔(30)中能借助所述減振元件(20)這樣固定，使得所述減振元件(20)和所述傳感器元件(10)共同具有一個基本上共同的質(zhì)心。
【專利說明】
用于微機(jī)械傳感器元件的、具有減振元件的殼體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于微機(jī)械傳感器元件的殼體。本發(fā)明還涉及一種用于制造傳感 器裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 需要通向介質(zhì)（例如，空氣、水、流體等）的通道的傳感器模塊，例如壓力傳感器，典 型地被封裝在所謂的預(yù)模制(Premold)殼體中或構(gòu)造在電路板基板上并用例如由鋼或塑料 制成的蓋封閉。這類殼體的制造會在技術(shù)上很費(fèi)事，因此件數(shù)小時會很貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種改進(jìn)的用于傳感器元件的殼體。
[0004] 根據(jù)第一方面，該任務(wù)借助一種用于微機(jī)械傳感器元件的殼體來解決，所述殼體 具有：
[0005] _空腔，所述傳感器元件能布置在該空腔中，和
[0006] -減振元件，其中，所述微機(jī)械傳感器元件在所述空腔中能借助所述減振元件這樣 固定，使得所述減振元件和所述傳感器元件共同具有一個基本上共同的質(zhì)心。
[0007] 根據(jù)第二方面，該任務(wù)借助一種用于制造具有微機(jī)械傳感器元件的傳感器裝置的 方法來解決，所述方法具有以下步驟：
[0008] -構(gòu)造具有導(dǎo)線框架的殼體，其中，在殼體中構(gòu)造空腔；
[0009] -將傳感器元件在空腔中布置在導(dǎo)線框架上；
[0010] -將凝膠狀的減振材料接合到所述傳感器元件和所述殼體之間的空間中；
[0011]-硬化所述減振材料；以及
[0012] -移除所述傳感器元件下方的導(dǎo)線框架。
[0013] 通過這種方式提供一種傳感器殼體，該傳感器殼體"可振動地釋放（ schwingfUhig f rei ste 111)"被殼體包著的微機(jī)械傳感器元件。這意味著，根據(jù)本發(fā)明布置 在殼體中的微機(jī)械傳感器元件在橫向激勵的情況下借助所述減振元件剛好在激勵平面中 被減振。另外，通過所述傳感器元件在殼體中的該特殊布置而可能的是，所述微機(jī)械傳感器 元件可沿任意空間方向運(yùn)動，而在此一個方向不會過臨界點耦合(ilberkoppelt)到另一方 向上。所述傳感器元件通過這種方式在沿一個方向的激勵的情況下有利地不會傾斜偏出激 勵方向的軸線。
[0014] 提到的該效果基于減振元件和傳感器元件的共同的質(zhì)心來實現(xiàn)。對應(yīng)力敏感的微 機(jī)械傳感器元件可有利地通過該方式提供準(zhǔn)確的傳感器信號。
[0015] 所述殼體和所述方法的優(yōu)選實施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
[0016] 所述殼體的一種實施方式的特征在于，所述減振元件在所述殼體的制造過程中可 作為凝膠狀材料在空間上被限定地接合到殼體的空腔中。所述減振材料可通過這種方式簡 單準(zhǔn)確地接合到所述殼體中。有利地，對減振元件的制造不需要任何費(fèi)事的注塑模具。
[0017] 所述殼體的另一實施方式設(shè)置，所述減振材料具有限定的特性，其中，所述特性包 括下組中的至少一個:彈性模量和復(fù)彈性模量(komplexer E-Modul)。通過這種方式可這樣 構(gòu)造所述減振元件，使得其具有對所述微機(jī)械傳感器元件最佳的減振特性。在此，彈性模量 (E-Modul)限定諧振位態(tài)，復(fù)彈性模量限定減振材料的減振特性。
[0018] 所述殼體的另一實施方式的特征在于，所述減振元件的固有頻率是這樣的，使得 在減振元件的固有頻率分布與傳感器元件的固有頻率分布之間的頻域中不存在重疊。通過 這種方式能夠最佳地阻尼作用于具有傳感器元件的殼體上的外部頻率。
[0019]所述殼體的另一實施方式的特征在于，所述殼體是QFN殼體或S0IC殼體。通過該方 式，可針對不同的、普遍的電子部件殼體構(gòu)造方式實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的殼體。
[0020] 所述殼體的另一實施方式設(shè)置，所述殼體是預(yù)模制殼體。通過該方式可將普遍的、 用于制造具有介質(zhì)通道的傳感器的制造方法用于本發(fā)明。
【附圖說明】
[0021] 在后面根據(jù)附圖以其他特征和優(yōu)點在細(xì)節(jié)上描述本發(fā)明。在此，所描述的或所示 出的所有特征對其自身或以任意組合形成本發(fā)明的主題，與它們在權(quán)利要求中的概括或權(quán) 利要求的引用關(guān)系無關(guān)，以及也與它們在說明書或在附圖中的表述或圖示無關(guān)。在附圖中， 相同或功能相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記。
[0022] 附圖示出：
[0023] 圖1:傳統(tǒng)的用于微機(jī)械傳感器元件的傳感器殼體；
[0024] 圖2:另一種傳統(tǒng)的用于微機(jī)械傳感器元件的傳感器殼體；
[0025]圖3:根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實施方式的原理流程；
[0026]圖4:根據(jù)本發(fā)明的殼體的實施方式；
[0027]圖5:根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實施方式的原理流程；
[0028] 圖6:具有根據(jù)本發(fā)明的殼體的傳感器裝置的原理圖。
【具體實施方式】
[0029] 圖1示例性地以兩個立體圖示出構(gòu)造為預(yù)模制殼體的殼體100,其用于壓力傳感 器，其中，微機(jī)械傳感器元件10布置在殼體100內(nèi)。
[0030]圖2示例性地示出構(gòu)造在電路板基板上的壓力傳感器，其具有微機(jī)械傳感器元件 10和專用集成電路40(ASIC英文application specific integrated circuit)。在殼體 100 的上側(cè)可以看到用于介質(zhì)補(bǔ)償?shù)拈_口。
[0031]圖1和圖2中的殼體100例如使用在加速度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器中。后者視驅(qū)動方 案而定具有振動器結(jié)構(gòu)，該振動器結(jié)構(gòu)在驅(qū)動頻率fA的情況下振蕩。同樣在該頻率fA的情況 下進(jìn)行相移探測。如果所述傳感器的殼體1〇〇具有在驅(qū)動頻率f A范圍內(nèi)的本征模，則不利地 在沒有外部激勵的情況下發(fā)生信號存儲。該問題尤其就以下方面而言是緊要的：雖然fA很 大程度上與溫度不相關(guān)，但本征?？赡芫哂酗@著的溫度依賴性。傳感器元件10本身以及外 部影響，例如控制設(shè)備(未示出）中的振動，可能激勵殼體模式(GehSusemoden)。在此，有 害的外部振動一般在機(jī)動車框架中生成(例如，通過碎石的激勵）。
[0032]為了將所述傳感器構(gòu)造得在很大程度上對于外部震動穩(wěn)健，使用具有減振器的預(yù) 模制殼體。在此，所有測量元件典型地安置在相同的減振器上。具有減振器的預(yù)模制殼體在 此是塑料殼體，其中底板(一般由鋼制成)替代塑料底部。在此，所述底板例如通過硅酮附接 到塑料框架上。底板和硅酮的組合產(chǎn)生減振功能。具有減振器的預(yù)模制殼體的另一變型方 案為了降低成本而使用基于電路板的減振器殼體。在此，在該電路板中實現(xiàn)可用減振凝膠 注塑包封的彈簧結(jié)構(gòu)。
[0033]然而，所提到的特殊殼體需要多個特殊過程，這些特殊過程一般也會很大地提高 成本。在一個注塑過程中始終需要一個專用的模具，其中，不同的殼體尺寸在此每次都需要 一個新的模具。當(dāng)由于有多個不同的傳感器尺寸而需要多個不同的注塑模具時，這尤其帶 來很大影響。
[0034]控制裝置(未示出）中的外部震動可能導(dǎo)致電測量信號受干擾，其中，一般來自機(jī) 動車框架的外部震動一般處于約10kHz到約15kHz之間的頻率范圍內(nèi)。在具有減振材料的預(yù) 模制殼體中，僅在確定的頻率的情況下所述減振才起作用。在此，所述減振通過減振材料 (例如硅酮)的材料參數(shù)確定。
[0035] 對減振材料的所述要求極大地限制可用的材料。其他制造框架條件基于成本而將 具有減振器的預(yù)模制殼體的使用局限于少數(shù)應(yīng)用中。
[0036] 未在圖中示出的是一種傳統(tǒng)的傳感器殼體，其在電路板中具有環(huán)繞傳感器元件布 置的銑削小臂（Armchen)。這些小臂用作彈簧，其中，整個結(jié)構(gòu)還被硅化處理。該布置由于 結(jié)構(gòu)而是有缺點的，因為它不均衡。
[0037] 附加地，為制造用于脫耦不同頻率的預(yù)模制件而分別需要制造高復(fù)雜度的特殊模 具。
[0038] 圖3以八個圖示a)至h)中示出根據(jù)本發(fā)明的殼體100的制造過程。
[0039]圖3a示出彎曲的導(dǎo)線框架（英語leadframe)或者說"沖壓格柵"50的示意性側(cè)視 圖，所述導(dǎo)線框架一般由銅制成并用于預(yù)模制殼體。
[0040] 圖3b示出，在另一步驟中，給所述導(dǎo)線框架50裝備電分析處理電路40,即以鍵合過 程通過鍵合線來電接觸。在此，一個鍵合組確保朝外的電接觸。其他鍵合在導(dǎo)線框架50上進(jìn) 行，以便保證與之后裝備的微機(jī)械傳感器10和/或另一回路(未示出）的電連接。
[0041] 圖3c示出，以標(biāo)準(zhǔn)方法模制所述殼體100，即借助注塑模具用塑料材料注塑包封導(dǎo) 線框架50。電分析處理電路40及其鍵合由此完全被用陰影線標(biāo)記的模制物料包圍。附加地， 借助模具中的凸模在模制物料中產(chǎn)生空腔30,其中，該空腔30的底部通過導(dǎo)線框架50實現(xiàn)。 在所述空腔30的側(cè)面借助模具產(chǎn)生起凝膠阻擋棱邊功能的棱邊。
[0042]圖3d在原理上示出微機(jī)械傳感器元件10在空腔30中的布置，其中，所述傳感器元 件10坐置在導(dǎo)線框架50上。
[0043]圖3e示出，借助線鍵合使所述微機(jī)械傳感器元件10接觸到導(dǎo)線框架50上。
[0044]圖3f示出，在另一制造步驟中，用凝膠狀減振材料20填充所述空腔30。在此，將凝 膠狀減振材料20施加或注射或壓或噴或位置限定地布置到所述傳感器元件10與模制物料 的凝膠阻擋棱邊20之間的縫隙中，由此所述微機(jī)械傳感器10全面地被凝膠環(huán)繞。所述空腔 30向下通過導(dǎo)線框架50被封閉，由此減振材料20不能夠流出。
[0045]所述凝膠的特性確定硬化的減振材料20對所述殼體100中的傳感器元件10的、與 頻率相關(guān)的后續(xù)減振效果。因此，借助特定參數(shù)可以使所述傳感器元件10的減振特性適配 于外部的驅(qū)動或激勵頻率。這些參數(shù)例如包括確定諧振頻率的彈性模量和特征化減振特性 的復(fù)彈性模量。
[0046]然后，將所述減振材料20加熱限定的時間，由此所述減振材料硬化。為此使用的溫 度在硅酮的情況下典型地在約150°C的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，所述傳感器元件10在一定程度上 "懸"在"空氣中"，并在上面限定的意義上被可振動地釋放。
[0047]圖3g在原理上示出，在可選的蝕刻步驟中移除空腔30區(qū)域中的以及分析處理電路 40區(qū)域中的導(dǎo)線框架50。由此，所述微機(jī)械傳感器10被釋放并自由地"懸"在硬化的彈性減 振元件20中。相應(yīng)的蝕刻方法廣泛應(yīng)用于QFN殼體(英語Quad Flat No Leads Package)，因 此成本有利。使用所提到的蝕刻方法來在QFN殼體中實現(xiàn)最小重新布線。
[0048]圖3h示出，在上一步驟中所述殼體100被隔開，并且所述導(dǎo)線框架50的指部被彎向 腿部。這些腿部引起所述殼體100的附加減振和關(guān)于未示出的電路板的應(yīng)力脫耦。
[0049] 圖4以平面圖和仰視圖示出所述殼體100的一種實施方式?？梢钥吹?，空腔30中的 微機(jī)械傳感器10被減振元件20對稱環(huán)繞，并且通過這種方式最佳地針對外部振動激勵受阻 尼。其結(jié)果是借助傳感器元件10在殼體100的空腔30內(nèi)的這種特殊均衡固定有助于：當(dāng)傳感 器元件10在某一限定方向上受線性激勵時，對傳感器元件10不產(chǎn)生任何旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或傾斜運(yùn) 動。為此的前提條件是，所述傳感器元件10和減振元件20的質(zhì)心重合。
[0050] 盡管用僅僅橫向于傳感器元件10布置的減振元件20實現(xiàn)所述效果，但是當(dāng)所述減 振元件20附加地布置在傳感器元件10的上面和下面時當(dāng)然也能夠?qū)崿F(xiàn)所提到的效果，從而 由此在一定程度上實現(xiàn)"全封裝的"傳感器元件10。
[00511這有利地適用于所有空間方向。其結(jié)果是，對于理論物理學(xué)意義上的每個運(yùn)動方 向，對于不耦合在其他空間方向上的任意空間方向都可以獲得數(shù)學(xué)特解（Eigenldsung)。 其理由是，傳感器元件10的質(zhì)心對稱地安置在減振元件20中或者說減振元件20和傳感器元 件10的質(zhì)心基本上重合。
[0052]有利地設(shè)置:在振動模式的分布之間的頻域中或者說在減振材料20的固有頻率分 布與傳感器元件10的固有頻率分布之間的頻域中不存在重疊。換句話說這意味著，減振元 件20和傳感器元件10的振動模式在頻域方面不相交。通過這種方式可實現(xiàn)減振元件20的極 好的減振效果。
[0053]圖5在原理上示出用于制造具有微機(jī)械傳感器的傳感器裝置的方法的一種實施方 式的流程。
[0054]在第一步驟S1中構(gòu)造具有導(dǎo)線框架50的殼體100,其中，在殼體100中構(gòu)造空腔30。 [0055]在第二步驟S2中將傳感器元件10在空腔30中布置在導(dǎo)線框架50上。
[0056]在第三步驟S3中將凝膠狀的減振材料接合到傳感器元件10與殼體100之間的空間 中。
[0057]在第四步驟S4中硬化所述減振材料。
[0058]最后在第五步驟中將傳感器元件10下面的導(dǎo)線框架50移除。
[0059] 在一種未在附圖中示出的殼體100實施方式中也可以設(shè)置，將另一電回路附加地 裝備在分析處理電路40的上方或側(cè)面，然后模制包住(ummoldet)或注塑包封該布置。對于 組合傳感器集群，該附加的傳感器例如可以是加速度傳感器。
[0060] 除了在此所述的、基于S0IC(英語small outline integrated circuit)殼體的實 施方式之外，也可以使用相同的方法實現(xiàn)任意QFN類型的殼體。在此，優(yōu)勢在于，與SOIC殼體 實施方案相比，對導(dǎo)線框架50的面積利用更好。
[0061] 圖6簡化示出傳感器裝置200,其具有殼體100,該殼體具有布置在該殼體中的微機(jī) 械傳感器元件10。
[0062] 通過本發(fā)明有利地消除在殼體制造和進(jìn)一步擴(kuò)展方面的局限性。因此，本發(fā)明有 利地使得能實現(xiàn)通用的低成本方案，該低成本方案可在沒有任何特殊過程的情況下在殼體 封裝機(jī)上實現(xiàn)。
[0063]因此，本發(fā)明使得能簡單地適配傳感器殼體的減振器特性，使得可顯著縮短開發(fā) 時間。
[0064] 概括地說，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的、用于應(yīng)力或震動敏感的微機(jī)械傳感器或其他 結(jié)構(gòu)元件的殼體。由于相對于已知方法僅需稍微改變模具，因此可成本有利并從而性價比 高地實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的制造方法。由于簡單的模具構(gòu)型可由此實現(xiàn)簡單且成本有利的制造 方法，借助該制造方法可實現(xiàn)高效地以大件數(shù)制造根據(jù)本發(fā)明的具有均衡的傳感器元件的 傳感器殼體。
[0065] 對于根據(jù)本發(fā)明的傳感器殼體制造有利的是僅需標(biāo)準(zhǔn)過程。這樣有助于簡單地找 到第二供應(yīng)商（英語second sources)并從而有助于供應(yīng)可靠性?；趯?dǎo)線框架的過程還屬 于市場上可用的最經(jīng)濟(jì)的制造過程。
[0066] 盡管本發(fā)明已根據(jù)【具體實施方式】描述，但其不以任何形式局限于此。因此，專業(yè)人 士可改變上述特征或?qū)⑵湎嗷ソM合，而不會偏離本發(fā)明的核心。
【主權(quán)項】
1. 一種用于微機(jī)械傳感器元件（10)的殼體(100)，具有： -空腔(30)，所述傳感器元件（10)能布置在所述空腔中， -和減振元件(20)，其中，所述微機(jī)械傳感器元件（10)在所述空腔(30)中能借助所述減 振元件(20)這樣固定，使得所述減振元件(20)和所述傳感器元件（10)共同具有一個基本上 共同的質(zhì)心。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼體(100)，其特征在于，所述減振元件(20)在所述殼體（100) 的制造過程中能作為凝膠狀材料在空間上被限定地接合到所述殼體(100)的所述空腔(30) 中。3. 根據(jù)權(quán)利要求2的殼體，其特征在于，所述材料具有限定的特性，其中，所述特性包括 下組中的至少一個:彈性模量，復(fù)彈性模量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的殼體（100)，其特征在于，所述減振元件(20)的固有頻 率是這樣的，使得在所述減振元件(20)的固有頻率分布與所述傳感器(10)的固有頻率分布 之間的頻域中不存在重疊。5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的殼體（100)，其特征在于，所述殼體（100)是QFN殼體或 SO 1C殼體。6. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的殼體（100)，其特征在于，所述殼體（100)是預(yù)模制殼 體。7. 傳感器裝置(200)，其具有根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的殼體（100)，其中，在所述殼 體(100)中布置有微機(jī)械傳感器元件(10)。8. 用于制造具有微機(jī)械傳感器元件（10)的傳感器裝置(200)的方法，該方法具有以下 步驟： -構(gòu)造具有導(dǎo)線框架(50)的殼體(100 )，其中，在所述殼體(100)中構(gòu)造空腔(30); -將所述傳感器元件（1 〇)在所述空腔(30)中布置在所述導(dǎo)線框架(50)上； -將凝膠狀的減振材料接合到所述傳感器元件（10)與所述殼體(100)之間的空間中； -硬化所述減振材料;和 -移除所述傳感器元件（10)下面的導(dǎo)線框架(50)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述凝膠狀的減振材料構(gòu)造成其在硬化狀態(tài)下具有這 樣的固有頻率，使得在所述減振元件(20)的固有頻率分布和所述傳感器(10)的固有頻率分 布之間的頻域中不存在重疊。10. 傳感器裝置（200)的應(yīng)用，該傳感器裝置具有根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的殼體 (100)，所述殼體帶有微機(jī)械傳感器元件(10)。
【文檔編號】B81B7/00GK106029553SQ201480075720
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年12月22日
【發(fā)明人】U·漢森
【申請人】羅伯特·博世有限公司