CN106997031B - 一种传感器模组及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器模组以及封装方法，其中，传感器模组包括底座、设置在底座正面的多块磁铁、设置在磁铁表面的TMR磁阻芯片、设置在底座的上面与TMR磁阻芯片连接的内部焊盘和设置在底座的背面与内部焊盘连接的外部焊盘。通过将磁铁、TMR磁阻芯片装配后设置在底座内然后进行封装，多个磁铁、TMR磁阻芯片组成的传感器单元之间可以是分别独立供电独立工作，可同时输出多组差分信号，与相应的齿轮配合使用，可将其中的一路信号作为编码器的零位信号输出，由于是多个传感器单元集成在同一底座，使得占用的空间减小，有利于电器件的布局，如有需要可以通过将多个传感器单元之间进行切割，变为多个独立的传感器单元，适应编码器的使用环境。

Description

一种传感器模组及其封装方法

技术领域

本发明涉及磁阻芯片技术领域，特别是涉及一种传感器模组及其封装方法。

背景技术

磁感应探测主要利用磁阻效应原理，由于相较于压敏电阻等接触性测量元器件，磁敏感传感器无需接触就可对被测物检测，具有敏感度高、无损伤检测、对油污环境不敏感，广泛应用于工业生产中，在车辆的诸如速度检测、角度检测、位置检测、电流检测等也有广泛应用。

依据磁阻效应产生的不同原理，分为各项异性磁阻效应(Anisotropic MagnetoResistance，AMR)、巨磁阻效应(Giant Magneto Resistance，GMR)、隧道磁阻效应(TunnelMagneto Resistance，TMR)。

TMR(Tunnel MagnetoResistance)传感器芯片，利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，比AMR芯片和GMR芯片具有更大的电阻变化率，相对于GMR芯片具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更宽的线性范围。

目前市场中的磁阻芯片通常有两种。一种是采用在芯片背面放置磁体的方式布局，信号引出点在芯片两侧，类似三明治结构，从上到下依次为磁阻芯片、承载线路板和背磁铁，该结构中，磁阻芯片只能摆放在磁体正中间，后背磁的磁铁体积庞大，导致组合后的传感器体积大，占用空间多，不利于后续产品开发。而且磁体辐射的磁场要穿过中间线路板才能作用在磁阻芯片上，芯片接收到的磁场被弱化，也不够稳定(磁场大小随距离增大呈幂指数减小)，在磁阻芯片与磁场组合时，稍有偏差，磁阻芯片接收的磁场就会发生变化，造成差异性。在产业化的过程中无法控制产品的一致性，不适合应用于精密仪器设备。

另一种结构为将磁阻芯片直接贴在磁铁上，在后端引出绑钉线，整体结构图二所示。磁阻芯片紧贴在磁场表面，可接受均匀的磁场，而且磁铁和芯片都在封装外壳内，结构紧凑，适应性广。但是其使用的是GMR磁阻芯片，这样的摆放布局对于GMR芯片来说，无法增大传感器与齿轮的间隙，也就是测量距离，一般测量间隙在0.2mm左右，无法满足工业上的要求。

综上可知，现有的GMR、TMR磁阻芯片中只能是在封装内部集成一个磁阻芯片，只能输出一组电信号，无法输出编码器的零位信号。在使用时就要使用两个同样的传感器。增大了成本同时，也占用了过大的空间，不利于电器件的排版布局，而且信号质量不稳定或测量间隙小，不适用于工业生产。

发明内容

本发明提出了一种传感器模组及其封装方法，使得传感器模组集成有多个传感器单元，容易实现输出编码器的零位信号。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种传感器模组，包括底座、设置在所述底座正面的多块磁铁、设置在所述磁铁表面的TMR磁阻芯片、设置在所述底座的上面与所述TMR磁阻芯片连接的内部焊盘和设置在所述底座的背面与所述内部焊盘连接的外部焊盘。

其中，还包括与所述磁阻芯片同侧设置在所述磁铁表面的防静电击穿器件，所述磁阻芯片通过金线与所述防静电击穿器件连接后再与所述内部焊盘连接。

其中，所述底座的正面设置有用于安装所述磁铁并与所述磁铁一一对应的凹槽和位于所述凹槽之间的形成的孤岛，所述内部焊盘设置在所述孤岛的表面，多块所述磁铁以及设置在所述孤岛与所述磁阻芯片对应的内部焊盘关于所述孤岛的中线对称设置。

其中，多块所述磁铁的尺寸和磁场强度相等。

其中，多块所述磁铁的相同磁极同时背离所述底座或紧贴所述底座。

其中，还包括设置在所述底座正面的灌封胶层，所述灌封胶层将所述磁铁、所述内部焊盘、所述TMR磁阻芯片、所述防静电击穿器件和所述金线覆盖。

其中，还包括可拆卸设置在所述底座的正面与所述底座形成密封空间的封装外壳。

其中，还包括设置在所述底座的背面用于固定所述底座的固定焊盘。

除此之外，本发明实施例还提供了一种传感器模组封装方法，包括：

步骤1，将多块表面设置有TMR磁阻芯片、防静电击穿器件的磁铁一一对应设置在正面设置有凹槽的底座内；

步骤2，通过金线连接所述TMR磁阻芯片和所述防静电击穿器件以及连接所述防静电击穿器件和设置在所述底座的凹槽之间的孤岛的内部焊盘；

步骤3，对所述底座的正面设置灌装胶层，使得所述灌装胶层将所述磁铁、所述内部焊盘、所述TMR磁阻芯片、所述防静电击穿器件和所述金线覆盖。

其中，所述步骤1，包括:多块所述磁铁以及设置在所述孤岛与所述磁阻芯片对应的内部焊盘关于所述孤岛的中线对称设置。

本发明实施例所提供的传感器模组及其封装方法，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例提供的传感器模组，包括底座、设置在所述底座正面的多块磁铁、设置在所述磁铁表面的TMR磁阻芯片、设置在所述底座的上面与所述TMR磁阻芯片连接的内部焊盘和设置在所述底座的背面与所述内部焊盘连接的外部焊盘。

本发明实施例提供的传感器模组封装方法，包括：

步骤1，将多块表面设置有TMR磁阻芯片、防静电击穿器件的磁铁一一对应设置在正面设置有凹槽的底座内；

步骤2，通过金线连接所述TMR磁阻芯片和所述防静电击穿器件以及连接所述防静电击穿器件和设置在所述底座的凹槽之间的孤岛的内部焊盘；

步骤3，对所述底座的正面设置灌装胶层，使得所述灌装胶层将所述磁铁、所述内部焊盘、所述TMR磁阻芯片、所述防静电击穿器件和所述金线覆盖。

所述传感器模组及其封装方法，通过将磁铁、TMR磁阻芯片装配后设置在底座内然后进行封装，每个磁铁与TMR磁阻芯片与设置在底座的内部焊盘连接形成传感器单元，多个磁铁、TMR磁阻芯片组成的传感器单元之间可以是分别独立供电独立工作，可同时输出多组差分信号，与相应的齿轮配合使用，可将其中的一路信号作为编码器的零位信号输出。由于多个传感器单元集成在同一底座，使得占用的空间减小，有利于电器件的布局，如有需要可以通过将多个传感器单元之间进行切割，变为多个独立的传感器单元，适应使用应编码器的使用环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式的正面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式的背面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式中切割为单个的传感器单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的传感器模组封装方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1～图5，图1为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式的正面结构示意图；图3为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式的背面结构示意图；图4为本发明实施例提供的传感器模组的一种具体实施方式中切割为单个的传感器单元的结构示意图；图5为本发明实施例提供的传感器模组封装方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图。

在一种具体实施方式中，所述传感器模组，包括底座10、设置在所述底座10正面的多块磁铁20、设置在所述磁铁20表面的TMR磁阻芯片30、设置在所述底座10的上面与所述TMR磁阻芯片30连接的内部焊盘60和设置在所述底座10的背面与所述内部焊盘60连接的外部焊盘70。

通过将磁铁20、TMR磁阻芯片30装配后设置在底座10内然后进行封装，每个磁铁20与TMR磁阻芯片30与设置在底座10的内部焊盘60连接形成传感器单元，多个磁铁20、TMR磁阻芯片30组成的传感器单元之间可以是分别独立供电独立工作，可同时输出多组差分信号，与相应的齿轮配合使用，可将其中的一路信号作为编码器的零位信号输出。由于多个传感器单元集成在同一底座，使得占用的空间减小，有利于电器件的布局，如有需要可以通过将多个传感器单元之间进行切割，变为多个独立的传感器单元，适应编码器的使用环境。

由于传感器单元的体积较小，灵敏度很高，因此一旦为外界刺激，其相应速度非常快，为了减少外界干扰可能造成的检测不准确性，所述传感器模组还包括与所述磁阻芯片30同侧设置在所述磁铁20表面的防静电击穿器件40，所述磁阻芯片30通过金线50与所述防静电击穿器件40连接后再与所述内部焊盘60连接。通过设置防静电击穿器件40，使得在使用过程中，能够去除静电作用造成的传感器的检测的干扰，提高检测的精确度。

为进一步提高整个传感器模组的集成度，降低体积，而且为了便于后续方便将传感器模组分割为一个个传感器单元，所述底座10的正面设置有用于安装所述磁铁20并与所述磁铁20一一对应的凹槽和位于所述凹槽之间的形成的孤岛，所述内部焊盘60设置在所述孤岛的表面，多块所述磁铁20以及设置在所述孤岛与所述磁阻芯片30对应的内部焊盘30关于所述孤岛的中线对称设置。

在实际应用中，在一个传感器模组中集成有两个传感器即可完成两组电信号的输出，与相应的齿轮配合使用，可将其中的一路信号作为编码器的零位信号输出。

因此，在本发明的一个实施例中，所述磁铁20的数量为两块，所述底座10的正面设置有两个用于设置所述磁铁20的凹槽和位于两个所述凹槽之间的形成的孤岛，所述内部焊盘60设置在所述孤岛的表面，两个所述磁铁20以及设置在所述孤岛与所述磁阻芯片30对应的内部焊盘60关于所述孤岛的中线对称设置。传感器模组中集成两组磁阻芯片30的接受区域，两组磁阻芯片30间隔一定的距离，每组磁传感器对应一个齿轮，可输出2组相差90度的正余弦信号。由于两组磁阻芯片30分别供电，二者相互独立，在必要时可从中间切断，变为两个输出一组相差90度的正余弦差分信号的传感器单元。信号经过后续电路的处理后输出。由于集成两组相差90度的正余弦差分信号，可满足编码器产品对扫描信号和参考信号的需求，因此，一个传感器模组就可解决所有信号输入的问题，使得产品封装的体积小，且采用高灵敏度的TMR磁阻芯片30，相对于以往的GMR芯片，灵敏度高，接收距离大。可实现对齿轮的大间隙测量。

若只需要一组相差90度的正余弦差分信号，可将传感器模组的磁传感器从中间切断，成为包含单个TMR磁阻芯片30的传感器单元，如图4所示，每个传感器单元中，同样包含有磁铁20、安装磁铁20用的凹槽，用于设置内部焊盘60的孤岛，磁铁20上设置有TMR磁阻芯片30，设置在所述磁铁20表面的防静电击穿器件40，所述磁阻芯片30通过金线50与所述防静电击穿器件40连接后再与所述内部焊盘60连接，这样的结构设计，使得本发明中的传感器模组，既可以将多个传感器单元集成使用，相比较现有技术中使用多个的单立传感器而言，减小了体积，而由于集成制造，又降低了成本，如果需要使用单个的传感器单元，需要沿着孤岛的中线进行切割，成为单个的如图4所示的单立的传感器单元，便于大规模制作，降低成本。

在本发明中，对于相邻所述磁铁20之间的间距不做具体限定，对于所述磁铁20表面的磁场强度不做具体限定，可以根据使用要求设计不同间距、磁场强度的传感器模组。

需要指出的是，在本发明中TMR磁阻芯片30设置中的位置必须是磁铁20的磁极，可以为S极，也可以是N即，性能会不同。

在本发明中，多块磁铁20的磁场强度可以相同，也可以不相同，但考虑到可能在以后会切割后为性能一样的传感器单元，生产过程中要求磁场强度是相同的，对于两块条形铁磁的尺寸也要求相同。

而对于多块磁铁20的放置方向，可以是相同的磁极纸箱相同的方向，也可以是不同的方向。只要多块磁铁20之间的间距足够远，可以极性相反放置，但是这样就增加了整个触感器模组的体积，因此为了尽量减少整个传感器的体积，多块所述磁铁20的相同磁极同时背离所述底座10或紧贴所述底座10。即多个TMR磁阻芯片30都是同一设置在磁铁20的N极或S极。

而对于多个TMR磁阻芯片30相对于底座10的高度，可以相同，也可以不相同，但考虑到切割后的性能一样的单体传感器单元以及对于产品的质量的要求，一般要求高度是相同的。

本发明对于TMR磁阻芯片30摆放在磁铁20的具***置不做具体限定，为了尽量减少对空间的占用，不与其它的器件发生冲突，TMR磁阻芯片30的摆放在磁铁20的中心位置。如TMR磁阻芯片30的数量为两个，两个TMR磁阻芯片30没有相对位置关系。

而为了在使用过程中，传感器模组中的金线50或者TMR磁阻芯片30等不易被外界接触或被灰尘污染，所述传感器模组还包括设置在所述底座10正面的灌封胶层，所述灌封胶层将所述磁铁20、所述内部焊盘60、所述TMR磁阻芯片30、所述防静电击穿器件40和所述金线50覆盖。

需要指出的是，本发明对于灌封胶层的类型、沉积工艺方式以及厚度不做限定。

而为了便于运输，进一步对传感器模组形成保护，所述传感器模组还包括可拆卸设置在所述底座10的正面与所述底座10形成密封空间的封装外壳。

在本发明中的传感器模组的背面的外部焊盘70是与为了与后续的电器件焊接，本发明对外部焊盘70的位置不做限定，由于传感器模组在使用过程中一般不是独立使用，而是与其它的器件联合使用，因此一般需要将其集成在其它的电路板上，因此为了方便焊接，所述传感器模组还包括设置在所述底座10的背面用于固定所述底座10的固定焊盘80。

本发明对于固定焊盘80的位置不做限定，但是为了方便与外部焊盘70区分，快速识别，一般二者分别独立设置。例如底座10的横截面为矩形，外部焊盘70和固定焊盘80分别占据底座10背面的两条对边。

在一实施例中，所述传感器模组由多层结构组成，第一层为外部焊盘70，主要是用于与后续电器件焊接，焊盘在底面层，焊盘的外边缘在整个封装外形内，每个焊盘区的底面以及与底面垂直的面上镀金。内部焊盘60放置在整个底座10的中间孤岛部分，两个磁铁20对称放置在孤岛两侧，磁极同向，TMR磁阻芯片30紧贴在磁铁20表面，相对于中间的孤岛对称放置，TMR磁阻芯片30与内部焊盘60之间有防静电击穿的器件，使用金线50绑定，最外一层为灌封胶，将全部器件包裹。

除此之外，本发明实施例还提供了一种传感器模组封装方法，如图5所示，包括：

步骤1，将多块表面设置有TMR磁阻芯片、防静电击穿器件的磁铁设置在正面设置有凹槽的底座内；通过设置凹槽，将磁铁设置在凹槽内，方便对于磁铁的固定。

步骤2，通过金线连接所述TMR磁阻芯片和所述防静电击穿器件以及连接所述防静电击穿器件和设置在所述底座的凹槽之间的孤岛的内部焊盘；通过在凹槽之间的孤岛上设置内部焊盘，将TMR磁阻芯片的电信号通过内部焊盘输出。

步骤3，对所述底座的正面设置灌装胶层，使得所述灌装胶层将所述磁铁、所述内部焊盘、所述TMR磁阻芯片、所述防静电击穿器件和所述金线覆盖，为了对TMR磁阻芯片以及相关的器件及西宁保护，通过设置灌装胶层实现，本发明对于灌装胶层的厚度以及工艺不做限定。

本发明中的传感器模组中集成多组磁阻芯片的接受区域，磁阻芯片间隔一定的距离，每组磁传感器对应一个齿轮，可输出多组相差90度的正余弦差分信号。由于磁阻芯片分别独立供电，在必要时可从中间切断，变为多个输出一组相差90度的正余弦信号的传感器单元。信号经过后续电路的处理后输出。由于集成多组相差90度的正余弦差分信号，可满足编码器产品对扫描信号和参考信号的需求，一个传感器模组就可解决所有信号输入的问题，产品封装的体积小，且采用高灵敏度的TMR磁阻芯片，相对于以往的GMR芯片，灵敏度高，接收距离大。可实现对齿轮的大间隙测量。

若只需要一组相差90度的正余弦差分信号，可将传感器模组的磁传感器从中间切断，成为包含单个TMR磁阻芯片的传感器单元，既减小了体积，又降低了成本。

而为了方便将传感器模组进行分割，所述步骤1，包括:多个所述磁铁以及设置在所述孤岛与所述磁阻芯片对应的内部焊盘关于所述孤岛的中线对称设置，通过将多个传感器单元进行对称设置，只需要沿着中线切割即可。

需要指出的是，本发明中的传感器模组的外部焊盘与TMR磁阻芯片也是有对应关系的，同一传感器的外部焊盘和TMR磁阻芯片位于孤岛的同侧。

综上所述，本发明实施例提供的传感器模组及其封装方法，通过将磁铁、TMR磁阻芯片装配后设置在底座内然后进行封装，每个磁铁与TMR磁阻芯片与设置在底座的内部焊盘连接形成传感器单元，多个磁铁、TMR磁阻芯片组成的传感器单元之间可以是分别独立供电独立工作，可同时输出多组信号与相应的齿轮配合使用，可将其中的一路信号作为编码器的零位信号输出。由于多个传感器单元集成在同一底座，使得占用的空间减小，有利于电器件的布局，如有需要可以通过将多个传感器单元之间进行切割，变为多个独立的传感器单元，适应编码器的使用环境。

以上对本发明所提供的传感器模组及其封装方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种传感器模组，其特征在于，包括底座、设置在所述底座正面的多块磁铁、设置在所述磁铁表面的TMR磁阻芯片、设置在所述底座的上面与所述TMR磁阻芯片连接的内部焊盘和设置在所述底座的背面与所述内部焊盘连接的外部焊盘，还包括与所述磁阻芯片同侧设置在所述磁铁表面的防静电击穿器件，所述磁阻芯片通过金线与所述防静电击穿器件连接后再与所述内部焊盘连接。

2.如权利要求1所述传感器模组，其特征在于，所述底座的正面设置有用于安装所述磁铁并与所述磁铁一一对应的凹槽和位于所述凹槽之间的形成的孤岛，所述内部焊盘设置在所述孤岛的表面，多块所述磁铁以及设置在所述孤岛与所述磁阻芯片对应的内部焊盘关于所述孤岛的中线对称设置。

3.如权利要求2所述传感器模组，其特征在于，多块所述磁铁的尺寸和磁场强度相等。

4.如权利要求3所述传感器模组，其特征在于，多块所述磁铁的相同磁极同时背离所述底座或紧贴所述底座。

5.如权利要求4所述传感器模组，其特征在于，还包括设置在所述底座正面的灌封胶层，所述灌封胶层将所述磁铁、所述内部焊盘、所述TMR磁阻芯片、所述防静电击穿器件和所述金线覆盖。

6.如权利要求5所述传感器模组，其特征在于，还包括可拆卸设置在所述底座的正面与所述底座形成密封空间的封装外壳。

7.如权利要求6所述传感器模组，其特征在于，还包括设置在所述底座的背面用于固定所述底座的固定焊盘。

8.一种传感器模组封装方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任一项所述传感器模组，包括：

步骤1，将多块表面设置有TMR磁阻芯片、防静电击穿器件的磁铁一一对应设置在正面设置有凹槽的底座内；

步骤2，通过金线连接所述TMR磁阻芯片和所述防静电击穿器件以及连接所述防静电击穿器件和设置在所述底座的凹槽之间的孤岛的内部焊盘；

步骤3，对所述底座的正面设置灌装胶层，使得所述灌装胶层将所述磁铁、所述内部焊盘、所述TMR磁阻芯片、所述防静电击穿器件和所述金线覆盖；

其中，与所述磁阻芯片同侧设置在所述磁铁表面设置有防静电击穿器件，所述磁阻芯片通过金线与所述防静电击穿器件连接后再与所述内部焊盘连接。

9.如权利要求8所述传感器模组封装方法，其特征在于，所述步骤1，包括:多块所述磁铁以及设置在所述孤岛与所述磁阻芯片对应的内部焊盘关于所述孤岛的中线对称设置。