具有基于印刷电路板的触点的传感器的制作方法

1.本发明涉及一种传感器，其包括具有参数感测元件的印刷电路板。特别地，本发明涉及一种具有温度感测元件的热传感器。


背景技术：

2.为了能够感测探头的物理参数，某些传感器的感测元件需要与探头安全可靠地物理接触。对于包括安装在封装在壳体中的印刷电路板上的温度感测元件的热传感器来说尤其如此。它们广泛用于确定探头或设备的温度。例如，热传感器在车辆中的应用是测量各种部件的温度。例如，使用热传感器来测量挡风玻璃的温度，以便能够预测起雾或结冰的风险，并向空调提供合适的控制信号。
3.为了正常工作，在热传感器的温度感测元件和要进行温度探测的表面之间需要稳定的热接触。在现有技术的传感器设备中，这是通过使用附加部件来实现的，例如将传感器附接到表面的导热垫，或者将温度感测元件推靠在待测表面上的柔性元件，如弹簧。


技术实现要素：

4.由此出发，本发明的目的是提供一种替代方案，确保传感器与待探测表面接触，而不需要附加部件。特别地，本发明的目的是提供一种替代方案，确保传感器与待探测表面接触，而不需要附加部件。
5.这个目的通过根据权利要求1的传感器来实现。该传感器包括具有物理参数感测元件的印刷电路板，其特征在于，印刷电路板包括第一和第二区域，所述第一和第二区域彼此间隔开并通过柔性连接部分连接在一起，使得第一区域的与柔性连接部分相对的自由端部分可相对于第二区域移动，其特征在于，柔性连接部分是印刷电路板的一部分。该目的特别通过包括印刷电路板的温度传感器来实现，其中物理参数感测元件是温度感测元件。通过提供作为印刷电路板本身的一部分的柔性连接部分，不再需要提供附加部件来确保可靠的接触，例如在根据本发明的温度传感器的情况下的热接触。这减少了材料清单以及制造成本。柔性连接部分允许自由端部分相对于第二区域移动，特别是在印刷电路板的平面中。这种弹性可用于确保与待感测表面的安全接触。特别是，这种弹性可用于确保与待温度感测表面的牢固热接触。
6.根据一实施例，印刷电路板可以包括在第一区域和第二区域之间的切口区域，以形成柔性连接部分。通过切除印刷电路板在第一和第二区域之间的一部分，印刷电路板呈现出机械弱化区域。由于印刷电路板材料的弹性，机械弱化区域允许第一区域相对于第二区域的弯曲运动，特别是在由印刷电路板的主表面限定的平面中。优选地，切口被实现为使得柔性连接部分包括具有凹圆形形状的区域，以便于第一区域相对于第二区域的弯曲运动。根据一个示例，印刷电路板可以由通常使用的所谓的fr4环氧层压板(阻燃剂4)制成，但也可以由任何其他合适的材料制成，如酚醛树脂。切口的尺寸将被选择成使得对于给定厚度的印刷电路板和电路板层的限定，获得期望的弹性，使得考虑到应用的振动条件，观察到
预定的电镀力。
7.根据一实施例，第一区域可以包括金属化边缘区域，优选热连接到温度感测元件。金属化边缘区域允许与待温度探测表面的可靠热接触。
8.根据一实施例，金属化边缘区域可以在第一区域的背离第二区域的一侧。通过将金属化边缘区域布置在远离第二区域的一侧，简化了对金属化边缘区域的接近，从而可以实现与任何物体的可靠热接触。
9.根据一实施例，金属化边缘区域可以位于第一区域的与柔性连接部分相对的末端。在第一区域的与柔性连接部分相对的末端，变形后产生的弹力高于靠近柔性连接部分的区域。
10.根据一实施例，第一区域可以包括在印刷电路板的平面中的第一突出区域，其远离第二区域突出并且包括金属化边缘区域。提供这种突出部分可以进一步改善与待探测表面的接触，特别是与待温度探测表面的热接触。
11.根据一实施例，第一区域可以具有锯齿形。这种形状可以进一步改善第一区域相对于第二区域的类似弹簧的行为。
12.根据一实施例，温度传感器可以包括设置在第一区域特别是第一突出区域上的热敏电阻，特别是ntc。在这种布置中，可以实现与待温度探测表面的改善的热接触。
13.根据一实施例，热敏电阻可以电连接到设置在印刷电路板的第二区域上的一个或多个电气部件。通过在空间上将热敏电阻与温度传感器的其他电气部件分开，温度感测较少受到电气部件热量的干扰。
14.根据一实施例，第一区域可以包括在印刷电路板的平面中朝向第二区域突出的第二突出区域。第二突出区域形成止动元件，当止动元件抵靠第二区域时，止动元件限制第一区域相对于第二区域的可能运动程度。
15.根据一实施例，印刷电路板的第一区域可以至少部分地延伸穿过并超出包围印刷电路板的其余部分的壳体中的通孔。一旦传感器安装到待感测表面，例如温度传感器安装到待温度感测表面，延伸超过通孔的第一区域的部分将确保可靠的热接触。
16.根据一实施例，金属化边缘区域可以至少部分延伸超过壳体中的通孔。因此，可以确保可靠的接触，特别是热接触。
17.根据一实施例，柔性连接部分可以配置为允许第一区域相对于第二区域在由印刷电路板限定的平面中运动。印刷电路板的柔性材料特性可用于实现与待探测表面的可靠接触，而不需要任何附加元件。当将本发明用于温度传感器时，特别有可能实现与待温度探测表面的可靠热接触。
18.根据一实施例，从柔性连接部分延伸到自由端部分的末端的第一区域的长度可以大于第一区域在与柔性连接部分的相交处的宽度。这进一步提高了第一区域的柔性，并因此提高了接触的可靠性。
19.根据一实施例，第一区域可以包括位于柔性连接部分和自由端部分之间的臂区域，其中臂区域具有锥形形状，使得其在与柔性连接部分的相交处的宽度大于其在与自由端部分的相交处的宽度。锥形形状可以将机械应力分布在臂区域的延伸范围上。
20.本发明的目的还通过用于传感器的印刷电路板来实现，其特征在于包括由柔性连接部分连接的第一和第二区域。利用这种印刷电路板，可以实现如上所述的所有技术效果
和优点。
21.本发明的目的还通过根据权利要求17的设备来实现，该设备包括根据如上所述的任何一种实现方式的传感器，其中传感器安装到设备元件的表面，其特征在于传感器的壳体相对于元件表面定位成使得第一区域处于预加载状态，从而压靠元件表面。因此，使用本发明的传感器，可以可靠地实现与元件表面的接触，而不需要除了根据本发明成形的印刷电路板之外的附加元件。当传感器配置为使用温度感测元件的温度传感器时，这在探测温度时特别有利。
附图说明
22.通过结合附图参考下面的描述，可以理解本发明，在附图中，附图标记表示本发明的特征。
23.图1示出了根据本发明的温度传感器的第一实施例，该温度传感器还没有安装到待温度感测的物体上。
24.图2示出了根据本发明的温度传感器的第一实施例，该温度传感器安装到待温度感测的物体上。
25.图3示出了根据本发明第二实施例的温度传感器在安装到壳体中之前的印刷电路板3。
26.图4示出了根据本发明的印刷电路板的第二实施例。
具体实施方式
27.图1示出了根据本发明的传感器的第一实施例。将针对温度传感器1详细描述本发明。然而，确保传感器和待探测表面之间的可靠接触的概念可以应用于感测一个或多个其他物理参数的其他种类的传感器。
28.温度传感器1包括位于壳体5内部的印刷电路板3。图1示出了放置到壳体3中的印刷电路板3的一个主表面上的视图，该视图以穿过其侧壁3a的剖视图示出。在图1中，温度传感器1还没有安装到待温度感测物体上。
29.印刷电路板3包括第一区域7和第二区域9，这两个区域在一侧彼此隔开，并通过柔性连接部分11连接在一起。根据本发明，柔性连接部分11是印刷电路板3的整体部分。
30.为了形成柔性连接部分11，在印刷电路板3中设置切口区域13。切口区域13被实现为使得柔性连接部分11包括具有凹圆形形状的区域15。
31.第一区域7包括头部17和臂部19，臂部19在第一区域7的端部将头部17连接到柔性连接部分11。位于第一区域7末端的头部17，也称为自由端部分，因此与柔性连接部分11相对。
32.切口区域13在机械上削弱了印刷电路板3，并提供了必要的弹性，使得第一区域7的末端处的头部17可以在由印刷电路板3形成的平面中相对于第二区域9移动。换句话说，第一区域7表现得像弹簧，如箭头21所示。机械原理可以用很多材料实现。印刷电路板可以例如由广泛使用的fr4环氧层压板(纤维增强4)制成，但也可以由任何其他合适的材料如酚醛树脂制成。切口区域13的尺寸和所用的材料决定了合力和振动阻力。材料的杨氏模量优选在2gpa至300gpa的范围内。还可以考虑散热和传导的需要。
33.头部17包括温度感测元件23，例如热敏电阻的形式，如负温度系数(ntc)热敏电阻。
34.头部17在印刷电路板的平面中具有远离第二区域9突出并且包括金属化边缘区域27的第一突出区域25。温度感测元件23与背离第二区域9的金属化边缘区域27热接触。
35.温度感测元件23经由金属轨道29电连接到设置在印刷电路板3的第二区域9上的一个或多个电气部件31。
36.头部17还包括在印刷电路板3的平面中朝向第二区域9突出的第二突出区域33，其用作限制头部17朝向第二区域9的运动过程的止动元件，这将在下面进一步描述。
37.图1中的放大区域示出了印刷电路板3的第一区域7的头部17的第一突出部分25至少部分地延伸穿过并超出壳体3中的通孔35，壳体3包围印刷电路板3的其余部分。
38.在该实施例中，金属化边缘区域27向外延伸超过壳体3中的通孔35。
39.优选地，第一区域的长度a，即如图1所示的头部17加上臂部19的长度，可以大于第一区域7在向柔性连接部分11的过渡处的宽度b1，即臂部19的宽度。甚至更优选地，长度a应该满足a》3*b1。优选地，臂区域具有锥形形状，使得臂部19在向柔性连接部分11的过渡处的垂直于长度a的宽度b1大于在向头部17的过渡处的宽度b2，以将机械应力分布在臂部分19的长度上。
40.图2示出了包括第一实施例的温度传感器1的设备41。在设备41(例如车辆)中，温度传感器1安装在设备元件45的表面43上。例如，元件45可以是车辆的挡风玻璃，并且温度传感器1安装在挡风玻璃的内表面43上。
41.在图1所示的温度传感器1的描述中已经使用了附图标记的特征将不再详细描述，但可以参考它们在图1中的描述。
42.当将温度传感器1安装到表面43上时，壳体5的支脚47和49搁置在表面43上。安装可以多种方式实现，例如通过胶合、使用弹簧元件夹持以将传感器保持在适当位置或者通过使用附加锁定元件锁定传感器。在安装温度传感器1的步骤中，第一区域7的第一突出部分25被推向壳体，使得金属化边缘区域27的末端51与支脚49的末端齐平对齐。由于第一区域7的臂部19的弹性，这成为可能。由于第一区域7的弹性，金属化边缘区域27的末端51通过弹性恢复力压靠在表面43上，如箭头f所示。换句话说，第一区域7的头部17处于预加载状态。因此，金属化边缘区域27和待温度感测元件45之间的热接触可以简单可靠的方式被确保。
43.因此，由于由固有柔性材料制成的印刷电路板的柔性形状设计，可以确保温度传感器和待温度感测物体之间的预加载热接触。因此，这种热接触可以在不需要任何附加元件如附加弹簧、柔性元件或热垫的情况下实现，从而降低制造成本并减少材料清单。
44.图3示出了根据本发明的在被安装到如图1和2中由附图标记5所示的壳体中之前的印刷电路板3。图3的印刷电路板3具有已经参考图1和2描述的印刷电路板的所有特征。
45.第二突出部分33降低了印刷电路板破损的风险，因为头部17朝向第二区域9的行程可以保持较小。实际上，当第二突出区域33接触第二区域9的边缘61时，在第一区域7的端部处的头部17的运动停止。
46.这里，印刷电路板3示出为安装有所有元件，例如温度感测元件23、电气部件31以及导电和导热迹线29、27。然而，本发明不限于此，并且还仅涉及印刷电路板3。
47.图4示出了根据本发明的第三实施例。根据第三实施例的印刷电路板71在柔性连接部分11和头部75之间具有锯齿形的第二区域73，而不是像在第一和第二实施例中那样使用臂形部分19。与第一和第二实施例中已经使用的附图标记相同的特征将不再详细描述，但可以参考。
48.这里，锯齿形的第一区域73由一系列u形元件实现，这仅仅是示例形状。其他形状如v形元件或交替的u形和v形元件也可以构成第一区域73。
49.头部75包括延伸超过印刷电路板71的第一区域81的边缘79的突出部分77，这由虚线83表示。在突出部分77的最远离柔性连接部分11的末端，类似于第一和第二实施例，设置金属化边缘区域27。
50.金属化边缘区域27与温度感测元件23热接触，温度感测元件23又经由电连接29与设置在第二区域81上的另外电气元件31电连接。
51.切口部分85a和85b用于去除印刷电路板材料，以机械弱化印刷电路板，从而获得如图4所示的形状，其实现使得u形元件的内侧87a-e上的拐角都具有圆形形状。
52.印刷电路板75可以像在第一实施例中那样定位在壳体5中，使得金属化边缘区域27延伸超过通孔35。在安装状态下，金属化边缘区域27可被推向壳体的内部，与图2所示的情况相当，这是由于锯齿形的第一区域73和柔性连接部分11的类似弹簧的行为。
53.因此，与图3所示的印刷电路板3一样，第三实施例的印刷电路板71可以实现相同的优点。
54.已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解，在不脱离以下权利要求的情况下，可以进行各种修改和增强。