傳感器系統、傳感器組件及使用焊接進行密封的組裝方法技術方案

本發明專利技術涉及傳感器組件、組裝這樣的傳感器組件的對應方法、以及傳感器系統。傳感器組件包括至少一個換能器元件(106，106’，106”；206；306；406)，用于監測至少一個被測變量并生成與至少一個被測變量相關的電輸出信號；以及傳感器基板(112；312；406)，其包括換能器元件。傳感器基板(112；312；406)可安裝在電路載體(104；204；304；404)上，使得穿透電路載體的介質通道(124)允許至少一個被測變量到換能器元件的接取。電路載體具有導電的可焊接的第一密封圖案(132；432)，其至少部分地圍繞介質通道且與布置在傳感器基板上的可焊接的第二密封圖案(134；434)對齊，使得至少部分地圍繞介質通道的焊接的密封連接形成在第一密封圖案和第二密封圖案之間。

Sensor System, Sensor Components and Assembly Method for Sealing by Welding

The invention relates to a sensor assembly, a corresponding method for assembling such a sensor assembly, and a sensor system. The sensor assembly includes at least one transducer element (106, 106', 106\); 206; 306; 406) for monitoring at least one measured variable and generating an electrical output signal related to at least one measured variable; and a sensor substrate (112; 312; 406), including a transducer element. The sensor substrate (112; 312; 406) can be mounted on the circuit carrier (104; 204; 304; 404) so that the medium channel (124) through the circuit carrier allows at least one measured variable to be connected to the transducer element. The circuit carrier has a conductive weldable first seal pattern (132; 432), which at least partially surrounds the medium channel and aligns with the weldable second seal pattern (134; 434) arranged on the sensor substrate, so that the welded seal connection at least partially around the medium channel is formed between the first seal pattern and the second seal pattern.

【技術實現步驟摘要】
傳感器系統、傳感器組件及使用焊接進行密封的組裝方法
本專利技術涉及一種傳感器組件，其具有至少一個換能器元件，用于監測至少一個被測變量并用于產生成與所述至少一個被測變量相關的電輸出信號。本專利技術還涉及一種組裝這樣的傳感器組件的對應的方法，以及一種傳感器系統。
技術介紹
特別是對于汽車應用環境，需要監測多個被測變量，例如諸如壓力或溫度的物理被測變量，以及諸如氣體(例如CO2)濃度的電化學被測變量。在任何情況下，待監測的介質必須能夠接取傳感器組件的限定的敏感元件，而另一方面必須確保侵蝕性和潮濕環境不會損壞和/或損害其余部件，特別是傳感器組件的電子部件。此外，汽車行業的一個趨勢是：部件供應商向原始設備制造商(OEM)提供處于尚未完全組裝狀態的傳感器組裝件，因此必須促進提供保護電子部件的密封，并且其必須能夠自動化，且部分的組裝過程在組裝件供應商的場所之外執行。本專利技術的目的是：提供一種傳感器組件和對應的組裝方法，其改善傳感器組件的性能和可靠性，從而克服或至少基本上減少上述問題和缺點。
技術實現思路
上述目的通過獨立權利要求的主題來解決。本專利技術的有利實施例是從屬權利要求的主題。本專利技術基于如下構思：通過使用可焊接的材料作為密封手段來密封敏感區域(包括電子器件)以防止濕氣和侵蝕性化學物質的進入，這種密封可以與組裝其他焊接連接在一個步驟中就位，特別是傳感器裝置的電子元件和安裝傳感器裝置的電路載體之間的電連接。已證明焊接的金屬合金具有高惰性和耐腐蝕性，并且有效地密封相鄰表面之間的界面，因為它們在制造過程中由于呈現液相而形成氣密互連，即使在狹窄的裂縫中也是如此。在本專利技術的上下文中，術語“電路載體”旨在涵蓋具有導電引線的任何種類的基板，在該基板上可以安裝傳感器組件(以及可選地其他電子部件)。特別地，電路載體可包括印刷電路板(PCB)、柔性電路載體(也稱為柔性印刷電路，FPC)、柔性剛性載體(其為FPC或扁平柔性電纜與剛性元件的組合)、陶瓷基板(厚膜、LTCC、HTCC)，玻璃等。特別地，本專利技術提供一種傳感器組件，其包括至少一個換能器元件，用于監測至少一個被測變量并用于生成與所述至少一個被測變量相關的電輸出信號，以及包括所述換能器元件的傳感器基板。所述傳感器基板可以安裝在電路載體上，使得穿透電路載體的介質通道允許至少一個被測變量到所述換能器元件的接取，其中所述電路載體具有導電的可焊接的第一密封圖案，其至少部分地圍繞所述介質通道并且與布置在所述傳感器基板上的可焊接的第二密封圖案對齊，使得至少部分地圍繞所述介質通道的焊接的密封連接形成在所述第一密封圖案和所述第二密封圖案之間。更具體地，所述換能器元件可以安裝在所述傳感器基板的第一表面上，其中所述傳感器基板具有至少一個第一開口，所述被測變量通過所述第一開口接取所述換能器元件。所述傳感器組件還可以包括電路載體，其具有用于安裝所述傳感器基板的至少一個第二開口，使得所述第一和開口第二開口彼此對齊，所述傳感器基板用與所述第一表面相反的第二表面附接到所述電路載體。所述電路載體具有導電的可焊接的第一密封圖案，其至少部分地圍繞所述開口且與布置在所述傳感器基板的第二表面上的可焊接的第二密封圖案對齊，使得至少部分地圍繞所述第一開口的焊接的密封連接形成在所述第一密封圖案和所述第二密封圖案之間。傳感器基板和圍繞通道(待監測的介質必須通過該通道進入)的電路載體之間的界面的焊接連接有效地防止該介質在該界面處侵入。因此，可以避免濕氣和有害侵蝕性化學物質的潛在損害。為了安全地連接傳感器基板和電路載體，兩個部件都設置有可焊接的層，例如包含金屬的層。根據本專利技術的有利實施例，布置在電路載體處的第一密封圖案包括回流焊料。回流焊接是集成電路組裝和封裝的成熟技術。通常，該技術基于在電路載體上施加焊膏，例如通過絲網印刷、分配、噴射等。將待焊接到電路載體的表面安裝技術(SMT)部件放置，使其導電引線與焊膏直接接觸。將焊膏加熱直至達到液相狀態(被回流)，然后冷卻直到焊料硬化并在部件的導電引線與電路載體之間形成永久的互連。根據有利的實施例，所述電路載體還包括至少一個接觸墊，且其中所述傳感器基板包括至少一個對應的表面安裝技術(SMT)端子，所述端子互連到所述接觸墊。SMT端子和電路載體之間的電連接有利地可以在執行密封步驟的同時建立。結合回流焊接技術的SMT部件特別容易用于根據本專利技術的構思。然而，根據本專利技術的焊接密封件也可以與任何其他合適的焊接技術一起使用，甚至對于具有穿過模制外殼的開口的包覆模制的引線框架封裝也是如此。在這種情況下，傳感器基板由包覆模制的引線框架形成，可焊接的第二密封圖案布置在外殼材料的外部。為了提供機械保護和/或電屏蔽，換能器元件可以至少部分地被保護蓋包圍，該保護蓋附接到傳感器基板的第一表面。根據某些實施例，所述保護蓋包括圓形金屬環，和/或包覆模制的塑料外殼。另外，可以布置以導電或絕緣的蓋(或蓋子)以覆蓋換能器元件。此外，還可以通過保護蓋覆蓋和/或屏蔽諸如信號處理電路和通信接口之類的電子部件。然而，必須注意的是，本專利技術的許多應用不需要保護蓋。特別是，當使用球柵陣列(BGA)和凸塊連接來附接傳感器或MEMS時，可以省去保護蓋。當存在引線鍵合等時，保護蓋主要是有利的。本專利技術的原理可以有利地應用于所有的傳感器組件，其中必須提供對要監測的介質的接取，并且同時必須保護敏感的電子部件免受該介質的影響。例如，換能器元件可包括微機電系統(MEMS)氣體傳感器和/或MEMS壓力傳感器。具有需要與待監測介質直接接觸的換能器的任何其他傳感器組件當然也可以從根據本專利技術的密封技術中獲益。根據某些實施例，所述傳感器基板包括陶瓷芯片載體。然而，對于本領域技術人員顯而易見的是，根據本專利技術，也可以使用任何其他類型的基板，例如PCB、柔性電路板、引線框架等。根據某些實施例的傳感器組件還包括內部密封件，其布置在所述傳感器基板和所述換能器元件之間的界面處，至少部分地包圍所述換能器元件。這種內部密封件可以例如包括硅樹脂等。本專利技術還涉及一種組裝傳感器系統的方法，所述方法包括以下步驟：提供至少一個換能器元件，其可操作為監測至少一個被測變量并生成與所述至少一個被測變量相關的電輸出信號，其中：(a)所述換能器元件形成傳感器基板，或者(b)其中所述傳感器基板安裝在傳感器基板的第一表面上，所述傳感器基板具有至少一個第一開口，所述被測變量通過所述第一開口接取所述換能器元件；提供用于安裝所述傳感器基板的電路載體，所述電路載體具有至少一個第二開口和至少部分地圍繞所述至少一個第二開口的導電的可焊接的第一密封圖案；將所述電路載體與所述傳感器基板對齊，使得通過介質通道允許所述至少一個被測變量到所述換能器元件的接取，所述介質通道穿透所述電路載體且至少由所述第二開口形成，且所述導電的可焊接的第一密封圖案與布置在所述傳感器基板上的可焊接的第二密封圖案對齊；執行焊接步驟，使得至少部分地圍繞所述介質通道的焊接的密封連接形成在所述第一密封圖案和所述第二密封圖案之間。根據某些實施例，換能器元件安裝在傳感器基板的第一表面上，其中傳感器基板具有至少一個第一開口，被測變量可以通過該第一開口接取換能器元件，并且電路載體具有至少一個第二開口和至少部分地圍繞所述至少一個第二開口的導電的可焊接的第一密封圖案本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種傳感器組件，包括：至少一個換能器元件(106，106’，106”；206；306；406)，用于監測至少一個被測變量并生成與所述至少一個被測變量相關的電輸出信號；傳感器基板(112；312；406)，包括所述換能器元件；其中所述傳感器基板(112；312；406)可安裝在電路載體(104；204；304；404)上，使得穿透所述電路載體的介質通道(124)允許所述至少一個被測變量到所述換能器元件的接取；其中所述電路載體具有導電的可焊接的第一密封圖案(132；432)，其至少部分地圍繞所述介質通道且與布置在所述傳感器基板上的可焊接的第二密封圖案(134；434)對齊，使得至少部分地圍繞所述介質通道的焊接的密封連接形成在所述第一密封圖案和所述第二密封圖案之間。

【技術特征摘要】
2017.09.15 EP 17191236.31.一種傳感器組件，包括：至少一個換能器元件(106，106’，106”；206；306；406)，用于監測至少一個被測變量并生成與所述至少一個被測變量相關的電輸出信號；傳感器基板(112；312；406)，包括所述換能器元件；其中所述傳感器基板(112；312；406)可安裝在電路載體(104；204；304；404)上，使得穿透所述電路載體的介質通道(124)允許所述至少一個被測變量到所述換能器元件的接取；其中所述電路載體具有導電的可焊接的第一密封圖案(132；432)，其至少部分地圍繞所述介質通道且與布置在所述傳感器基板上的可焊接的第二密封圖案(134；434)對齊，使得至少部分地圍繞所述介質通道的焊接的密封連接形成在所述第一密封圖案和所述第二密封圖案之間。2.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中所述傳感器基板(112；312)具有至少一個第一開口(126，226)且所述電路載體(104；204；304；404)具有用于安裝所述傳感器基板的至少一個第二開口(128)，使得所述第一開口和所述第二開口彼此流體連接，所述傳感器基板以第二表面(116；316)附接到所述電路載體，所述第二表面與所述換能器元件所安裝到的第一表面(114；314)相反；以及其中所述導電的可焊接的第一密封圖案至少部分地圍繞所述第二開口，且與布置在所述傳感器基板的第二表面上的可焊接的第二密封圖案對齊，使得至少部分地圍繞所述第一開口的焊接的密封連接(130)形成在所述第一密封圖案和所述第二密封圖案之間。3.根據權利要求1或2所述的傳感器組件，其中所述第一密封圖案(132；432)包括回流焊料。4.根據前述權利要求中任一項所述的傳感器組件，其中所述電路載體(104；204；304；404)還包括至少一個接觸墊(136；436)，且其中所述傳感器基板包括至少一個對應的表面安裝技術(SMT)端子(122；222；422)，所述端子互連到所述接觸墊。5.根據前述權利要求中任一項所述的傳感器組件，其中所述換能器元件至少部分地被附接到所述傳感器基板的第一表面的保護蓋(138，138’；238；438)包圍。6.根據權利要求5所述的傳感器組件，其中所述保護蓋(138，138’；238；438)是環形的，和/或其中所述保護蓋包括包覆模制的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P德爾雅卡，
申請(專利權)人：梅斯瑞士公司，
類型：發明
國別省市：瑞士,CH