CN111473894B - 力量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种力量传感器包括感测元件、第一电路板以及至少一个第二电路板。感测元件具有相对的顶面及底面且具有感测部，其中感测部位于顶面。第一电路板配置于顶面上且电性连接于感测元件。至少第二电路板连接于第一电路板，其中至少一个第二电路板遮蔽感测元件。感测部适于通过往顶面传递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，通常需要加装壳体来保护力量传感器内的感测元件且提升力量感测元件整体的结构强度，以避免感测元件被暴露出并直接承受按压力，而造成感测元件容易耗损。但若为了解决上述问题而增设用以覆盖感测元件的盖体，则会增加传感器的整体厚度及制造成本。因此，如何在不增加传感器的整体厚度及制造成本的情况下，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，其感测元件受到良好的保护且具有良好的感测性能。

本发明的力量传感器包括感测元件、第一电路板以及至少一个第二电路板。感测元件具有相对的顶面及底面且具有感测部，其中感测部位于顶面。第一电路板配置于顶面上且电性连接于感测元件。至少一个第二电路板连接于第一电路板，其中至少一个第二电路板遮蔽感测元件。感测部适于通过往顶面传递的外力而产生感测信号。

在本发明的一实施例中，其中感测元件与至少一个第二电路板位于第一电路板的同一侧。

在本发明的一实施例中，其中至少一个第二电路板围绕感测元件。

在本发明的一实施例中，力量传感器还包括第一胶体，其中第一胶体填充于第一电路板、至少一个第二电路板与感测元件之间且覆盖感测元件。

在本发明的一实施例中，力量传感器还包括第二胶体，其中第一电路板具有开口。感测部对位于开口。第二胶体至少部分地配置于开口内并覆盖感测部。第二胶体适于接受外力。

在本发明的一实施例中，其中第二胶体从开口突出。

在本发明的一实施例中，力量传感器还包括至少一个导电凸块，其中至少一个导电凸块配置于顶面与第一电路板之间。感测元件通过至少一个导电凸块而电性连接于第一电路板。

在本发明的一实施例中，力量传感器还包括至少第三胶体，其中第三胶体包覆至少一个导电凸块。

在本发明的一实施例中，其中第一电路板内具有第一线路并通过第一线路而电性连接于感测元件。至少一个第二电路板内具有第二线路。第二线路的一端连接于第一线路。第二线路的另一端延伸至至少一个第二电路板的末端而构成电性接点。

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第一电路板且通过第一电路板而电性连接于感测元件。

基于上述，本发明的力量传感器具有第一电路板与第二电路板，感测元件与第一电路板相连接且被第二电路板遮蔽，以通过第一电路板与第二电路板提供力量传感器良好的结构强度并将感测元件保护于其内。

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5是本发明一实施例的力量传感器的制造过程的剖面图；

图6是本发明的另一实施例的力量传感器的剖面图。

附图标号说明：

100、200：力量传感器

110、210：感测元件

110a、210a：顶面

110b、210b：底面

111、211：感测部

120、220：第一电路板

120a、220a：开口

121、221：第一线路

130、230：第二电路板

130a、230a：凹槽

130b、230b：末端

131、231：第二线路

131a、231a：电性接点

140、240：第一胶体

140a、240a：表面

150、250：第二胶体

160、260：第三胶体

170：导电凸块

270：第一导电凸块

280：信号处理单元

290：第二导电凸块

F：外力

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感测元件110、第一电路板120、至少一个第二电路板130、第一胶体140、第二胶体150、第三胶体160以及至少一个导电凸块170。感测元件110具有相对的顶面110a及底面110b且具有感测部111，感测部111位于顶面110a。感测元件110可为压阻式感测元件(piezoresistive sensing element)、电容式感测元件(capacitivesensing element)或其他适当种类的感测元件，本发明不对此加以限制。第一电路板120配置于顶面110a上且通过至少一个导电凸块170电性连接于感测元件110。

至少一个第二电路板130连接于第一电路板120并与感测元件110位于第一电路板120的同一测。至少一个第二电路板130构成一个凹槽130a。感测元件110位于凹槽130a中且受到至少一个第二电路板130的遮蔽。在本实施例中，第二电路板130的数量为一个，并且第二电路板130围绕着感测元件110设置而构成用以容纳感测元件110的凹槽130a。第一胶体140被填充于凹槽130a当中。详细而言，第一胶体140填充于第一电路板120、至少一个第二电路板130与感测元件110之间且覆盖感测元件110。在一些实施例中，第二电路板的数量可为多个，这些第二电路板拼凑形成凹槽并使感测元件位于其中，以使这些第二电路板围绕着感测元件设置，然本发明并不以此为限。

第一电路板120上具有开口120a。感测元件110的感测部111对位于开口120a。第二胶体150填充于开口120a中并从开口120a中突出于第一电路板120。感测部111适于通过从第二胶体150传递至顶面110a的外力F而使感测元件110产生感测信号。第一电路板120内具有第一线路121。至少一个第二电路板130内具有一第二线路131。第二线路131的一端连接于第一线路121。第二线路131的另一端延伸至至少一个第二电路板130的末端130b而构成电性接点131a。感测元件110是通过至少一个导电凸块170电性连接至第一电路板120内的第一线路121。亦即，感测元件110所产生的感测信号可通过第一线路121与第二线路131而传递至至少一个第二电路板130的末端130b的电性接点131a。至少一个第二电路板130可连接于其他的元件并将感测元件110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。

感测元件110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111设有压阻材料，压阻材料电性连接至对应的至少一个导电凸块170。

在本实施例中，第三胶体160围绕在至少一个导电凸块170的周围，目的是为了保护导电凸块170确保感测元件110与第一线路131之间的接合，防止导电凸块170在制程及使用当中脱落而降低力量传感器100无法作用。如此一来，力量传感器100利用第一胶体140、第二胶体150以及第三胶体160来完全地包覆感测元件110，使感测元件110受到良好的保护，从而防止感测元件110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。

在本实施例中，第二胶体150可与第一胶体140和第三胶体160的材料不相同。第一胶体140和第三胶体160的硬度例如大于第二胶体150的硬度，从而第二胶体150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110的感测部111。此外，具有较大硬度的第一胶体140和第三胶体160可稳固地包覆感测元件110与至少一个导电凸块170并增加力量传感器100的结构强度。在其他实施例中，第二胶体150的材料可与第一胶体140和第三胶体160的材料相同，本发明不对此加以限制。第一胶体140、第二胶体150以及第三胶体160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。

值得一提的是，第一胶体140远离第一电路板120的一表面140a适于与第二电路板130的末端130b齐平或凹陷于末端130b，其目的是为了方便在末端130b上的电性接点131a与力量传感器100以外的电子装置的电性连接。第一胶体140例如可利用模具来达到此效果，亦或者是在第一胶体140成形后以表面研磨制程(例如，化学机械研磨制程)来达成此效果，本发明不对此加以限制。

上述的力量传感器100通过第一电路板120与第二电路板130的配置于感测元件110的周围，而提高了力量传感器100的整体结构强度，因此无须在另外设置壳体在周围来保护力量传感器100，减少了制造成本。

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5是本发明一实施例的力量传感器的制造过程的剖面图。请先参考图2。第一电路板120与至少一个第二电路板130相互连接，且第一电路板120内的第一电路121与至少一个第二电路板130内的第二电路131被电性连接在一起。值得一提的是，第一电路板120上形成的开口120a与至少一个第二电路板130所构成的凹槽130a是互相连通的。并且，第一电路板120还具有多个第一线路121的导电接点位于凹槽130a中，方便第一电路板120与后续将设置的感测元件110(图3)电性连接。

请接着参考图3。感测元件110在其顶面110a通过例如是焊料接合的方式在凹槽130a中形成导电凸块170而与第一电路板120的第一线路121电性连接。导电凸块170亦或例如是以电镀、印刷、或植球方式形成于感测元件110顶面，再与第一电路板120的第一线路121电性连接，本发明并不以此为限。并且，感测元件110的感测部111会对位于开口120a。值得一提的是，至少一个第二电路板130具有电性接点131a的末端130b与第一电路板120之间的距离大于感测元件110的底面110b与第一电路板120之间的距离，使得感测元件110能完全位于凹槽130a内而被至少一个第二电路板130所遮蔽。

请参考图4。为了保护导电凸块170不受到后续制程的影响而毁损并为了稳固第一电路板120与感测元件110之间的连结，而将第三胶体160以例如是点胶的形式形成而包覆至少一个导电凸块170。

请参考图5。接着，在开口120a内填充第二胶体150。第二胶体150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120a内。第二胶体150的顶部适于如图1所示受力(标示为外力F)而使第二胶体150产生弹性变形，感测元件110适于感测第二胶体150的弹性变形而产生感测信号。同时，第二胶体150从第一电路板120突出而适于接受外力。

接着，请返回参考图1。第一胶体140以例如是射出成形的方式填充在至少一个第二电路板130所构成的凹槽130a当中并完全覆盖感测元件110。通过上述的步骤，完成了力量传感器100的全部配置。

图6是本发明另一实施例的力量传感器的剖面图。力量传感器200的感测元件210、顶面210a、底面210b、感测部211、第一电路板220、开口220a、第一线路221、至少一个第二电路板230、凹槽230a、末端230b、第二线路231、电性接点231a、第一胶体240、表面240a、第二胶体250、第三胶体260以及第一导电凸块270的配置与作用方式类似图1的感测元件110、顶面110a、底面110b、感测部111、第一电路板120、开口120a、第一线路121、至少一个第二电路板130、凹槽130a、末端130b、第二线路131、电性接点131a、第一胶体140、表面140a、第二胶体150、第三胶体160以及导电凸块170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，第一电路板220与至少一个第二电路板230接合时，凹槽230a内即预留了一个空间，以使信号处理单元280配置于第一电路板220的与感测元件210的同一侧上，并同时被至少一个第二电路板所遮蔽。并且，第一电路板220预留了多个第一线路221的接点，除了通过至少一个第一导电凸块270与感测元件210电性连接外，通过至少一个第二导电凸块290使信号处理单元280也电性连接于第一电路板220的第一线路221。其中，第一胶体240亦同时包覆信号处理单元280。来自感测元件210的感测部211的感测信号可经由第一电路板220内的第一线路221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，并通过第二线路231而与其他的电子装置进行连接。

综上所述，本发明的力量传感器通过第一电路板与第二电路板所形成的空间容纳感测元件，提供力量传感器良好的结构强度并同时提供感测元件与其他的电子元件之间的电性连接。并且，利用第一胶体、第二胶体以及第三胶体包覆感测元件，使感测元件受到良好的保护，从而避免感测元件被暴露出而易耗损。通过突出于第一电路板的开口的第二胶体的可弹性变形的特性，作用于第二胶体的按压力可顺利地随着第二胶体的变形而传递至感测元件，使感测元件能够准确地对所述按压力进行感测。

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 (8)

1.一种力量传感器，包括：

感测元件，具有相对的顶面及底面且具有感测部，其中所述感测部位于所述顶面；

第一电路板，配置于所述顶面上且电性连接于所述感测元件；以及

至少一个第二电路板，连接于所述第一电路板，其中所述至少一个第二电路板遮蔽所述感测元件，

其中所述感测部适于通过往所述顶面传递的外力而产生感测信号，

其中所述至少一个第二电路板围绕所述感测元件，

其中所述第一电路板内具有第一线路并通过所述第一线路而电性连接于所述感测元件，所述至少一个第二电路板内具有第二线路，所述第二线路的一端连接于所述第一线路，所述第二线路的另一端延伸至所述至少一个第二电路板的末端而构成电性接点。

2.根据权利要求1所述的力量传感器，其中所述感测元件与所述至少一个第二电路板位于所述第一电路板的同一侧。

3.根据权利要求1所述的力量传感器，还包括第一胶体，其中所述第一胶体填充于所述第一电路板、所述至少一个第二电路板与所述感测元件之间且覆盖所述感测元件。

4.根据权利要求1所述的力量传感器，还包括第二胶体，其中所述第一电路板具有开口，所述感测部对位于所述开口，所述第二胶体至少部分地配置于所述开口内并覆盖所述感测部，所述第二胶体适于接受所述外力。

5.根据权利要求4所述的力量传感器，其中所述第二胶体从所述开口突出。

6.根据权利要求1所述的力量传感器，还包括至少一个导电凸块，其中所述至少一个导电凸块配置于所述顶面与所述第一电路板之间，所述感测元件通过所述至少一个导电凸块而电性连接于所述第一电路板。

7.根据权利要求6所述的力量传感器，还包括至少第三胶体，其中所述第三胶体包覆所述至少一个导电凸块。

8.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第一电路板且通过所述第一电路板而电性连接于所述感测元件。

Images