[发明专利]具有集成特征的传感器组件

说明书

一种传感器组件(40)，包括具有第一构件(44)和第二构件(46)的传感器管芯(42)。第一构件(44)包括在第一构件的相反的表面之间延伸的膜片(54)。多个电感测元件(58)设置在第一构件内，并且沿着第一构件表面定位在膜片(54)附近。第二构件(46)沿着包括电感测元件(58)的表面与第一构件(44)附接。第二构件具有与第一构件形成腔室(76)的凹入部分(75)以适应膜片(54)的偏弯。第一构件包括致动元件(47)，该致动元件从表面向外延伸，并且直接定位在膜片(43)上。传感器组件包括金属连接件(56)和触头(60)，用于促进电感测元件(58)与传感器管芯的外表面之间的连接，以提供传感器组件的表面安装电连接(70)。

技术领域

本发明涉及用于感测力的传感器组件和方法。

背景技术

为了确定施加在传感器元件、膜片或薄膜上的力的大小而使用传感器组件在本领域中是已知的。为了确定由物理元件施加的力的大小，使用力传感器。常规的力传感器包括：力传感器管芯，其包括膜片和与其连接的电感测元件；以及致动元件，其与传感器管芯分开制造，并且与传感器管芯结合，使得致动元件接触膜片的一部分。致动元件从力传感器延伸以接收外力，该外力然后由致动元件传递到传感器管芯的膜片上，引起膜片偏弯，该偏弯由电感测元件测量。

尽管此类常规力传感器可用于确定施加在其中的力的大小，但是，这种力传感器包括的传感器管芯和致动元件单独制造，然后在后续步骤中组装在一起，这一构造需要必须严格地控制封装公差，并且这种构造的进一步减小尺寸受到限制。此外，在力传感器的重复操作期间，放置在传感器管芯膜片的顶部上的分离的致动元件的布置以及在它们之间的重复接触可能导致传感器膜片接触疲劳问题，这可能会缩短这种力传感器的有效使用寿命。此外，这种已知的力传感器的感测元件可能暴露于外部环境，这可能影响力传感器的性能。更进一步，这种已知的力传感器可能不包括限制膜片偏弯的特征，如果在操作期间暴露于过载外力，则偏弯可能导致膜片破裂或以其他方式损坏。

要解决的问题是提供一种传感器组件，该传感器组件构造成使得不同构件和元件的制造和组装能够一起进行。期望这样的传感器组件被构造为减少或消除由于致动元件的反复接触而引起的传感器管芯表面疲劳的可能性。进一步期望这样的传感器组件被构造为保护电感测元件免受外部环境影响。还希望传感器组件被构造为限制总膜片偏弯，从而减少或消除由于力过载而引起的不希望的膜片损坏。

发明内容

根据本发明，本文公开的传感器组件包括传感器管芯，该传感器管芯可以包括第一构件和第二构件。第一构件包括在第一构件的第一表面和第一构件的相反的第二表面之间延伸的膜片。多个电感测元件设置在第一构件内并且沿着第一表面位于膜片附近。第二构件沿着第一表面与第一构件附接，第二构件包括与第一构件第一表面形成腔室的凹入部分。在一个示例中，该凹入部分直接位于膜片的对面。在一个示例中，该凹入部分的尺寸被确定为限制膜片的总偏弯量。传感器管芯的第一和第二构件可以各自由硅形成并且结合在一起。第一构件包括附接到其上并且从第一构件第二表面向外延伸的致动元件。在一个示例中，该致动元件直接位于膜片的对面。在一个示例中，致动元件和膜片各自与第一构件成一体。传感器组件可以包括与第二构件的与第一构件相对的表面连接的一个或多个金属接触件，其中所述一个或多个金属接触件与第一构件中的电感测元件电连接，并且其中所述金属接触件有助于传感器组件的表面安装电连接。在一个示例中，传感器组件可以是力传感器。

如本文所公开的使用传感器组件感测力的方法包括：将来自外部对象的力施加到致动元件上，使得该力通过第一构件传递至膜片，导致膜片偏弯。施加在致动元件上的力的大小可以由膜片偏弯的量来确定，该膜片偏弯的量是由封装在传感器芯片中的电感测元件测得的。电感测元件提供输出信号，该信号从传感器管芯通过电触头传递到传感器管芯的表面。其中，可以通过使用电连接接收输出信号的外部设备从该输出信号确定力。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本文所公开的传感器组件，其中：