接近傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種接近傳感器，其具有用于產生磁場的線圈（15）和用于檢測由外部物體引起的磁場變化的傳感器電路（62），傳感器電路（62）包括至少一個半導體部件（36、37、67、69、70及71），所述至少一個半導體部件安裝在電路板（17）上，其中線圈（15）和電路板（17）布置在外殼（2）中，磁場可發(fā)射穿過所述外殼。為了改善接近傳感器對有害外部影響（例如高溫）的抵抗力和延長其壽命周期，本發(fā)明建議在密封的并且固定在電路板（17）的表面（18、19）上的包罩（20）中包括半導體部件（36、37、67、69、70及71）。
【專利說明】接近傳感器【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種接近傳感器，其具有用于產生磁場的線圈和用于檢測由外部物體引起的磁場變化的傳感器電路。傳感器電路包括安裝在電路板上的至少一個半導體部件，其中線圈和電路板布置在磁場可透過的外殼中。
【背景技術】
[0002]所述類型的傳統(tǒng)電感式接近傳感器包括振蕩器電路中的線圈，所述線圈產生出從傳感器外殼的感測面散發(fā)到期望感測區(qū)域中的磁場。外部物體在感測區(qū)域內或進入感測區(qū)域中的運動可由傳感器電路基于由該物體引起的磁場變化來檢測。更準確來說，由物體吸收的磁能和/或散發(fā)的磁場與物體中產生的渦電流所引起的磁場之間的相互作用被利用來檢測物體。
[0003]另一式樣的這種電感式接近在EP - A0492029中公開。接近傳感器包括線圈，所述線圈被供給周期性電流脈沖以產生出散發(fā)到感測區(qū)域中的磁場。該散發(fā)的磁場可以引起在外部物體中的電壓，在接近傳感器中的周期性電流脈沖結束后，所述電壓激發(fā)物體中的衰減電流。在相應的周期性電流脈沖后，外部物體中的衰減電流又引起接近傳感器線圈中的電壓。這些感應電壓的相應測量信號允許對外部物體在感測區(qū)域內或進入感測區(qū)域中的運動進行檢測。
[0004]這些傳感器廣泛用于各種感測功能(尤其是有關工廠或機械設備，諸如機器人系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)、材料搬運系統(tǒng)等)，使得人們希望能夠實現(xiàn)關于各種裝置特征的更優(yōu)性能和可靠性，所述裝置特征 包括耐溫性、污染防護和壽命周期。
[0005]因此，本發(fā)明的目標在于改善至少一個上述缺陷，并提供在本文開篇闡明的接近傳感器以提供對有害外部影響(例如高溫和污染)的更高抵抗性和/或延長其壽命周期和可靠性。
[0006]該目標通過根據(jù)權利要求1所述的接近傳感器實現(xiàn)。附屬權利要求限定優(yōu)選的實施例。
[0007]因此,本發(fā)明提出的半導體部件被包含在氣密地密封包罩(hermetically sealedenclosure)中，該包罩被固定在電路板表面上。所述包罩可以保護半導體部件免受對接近傳感器的外部影響，并且可有助于延長其壽命周期。具體而言，半導體部件的半導體晶體處以及半導體部件配線上的腐蝕作用和/或熱退化可以有利通過設置該包罩而降低。隨后，含有至少一個半導體部件的氣密地密封包罩被稱為包罩。值得注意的是，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中已認識到，接近傳感器部件中對有害外部影響尤為敏感的一個部件可以由被包含在傳感器電路中的半導體部件構成。因此，所提出的具體方案可用于保護該薄弱點免受上述不利的外部影響。

【發(fā)明內容】

[0008]在上下文中，術語半導體部件尤其指的是半導體裝置，例如晶體管或二極管，更普遍地說指的是利用其中所含半導體材料的電子屬性的任何其它部件。例如，術語半導體部件還指的是包括一或多個半導體裝置的集成電路。在優(yōu)選的應用場合中，至少一個半導體部件由代表接近傳感器的特別敏感元件的晶體管提供。
[0009]接下來描述了用于進一步改善接近傳感器和其中所含電子部件的抵抗能力和/或耐用性的各種特征。
[0010]優(yōu)選地，包罩處于真空下，或填充有惰性氣體，并且包罩被密閉地密封以維持惰性氣氛或真空氣氛。以此方式可以實現(xiàn)針對腐蝕和外部污染的良好防護，并且可以改善傳感器在暴露到高溫和熱循環(huán)時的操作壽命和可靠性。優(yōu)選地，包罩填充有氮氣以便提供惰性氣氛?；蛘?，可設想到包罩內的真空氣氛。
[0011]優(yōu)選地，包罩包括蓋。蓋可以用于界定包罩內的密閉密封體積和/或另外提供對半導體部件的上部機械保護。更優(yōu)選地，蓋是金屬的或陶瓷的。金屬蓋或陶瓷蓋的有利之處在于安裝方便以及良好保護和/或密閉密封。
[0012]優(yōu)選地，包罩包括支撐區(qū)段，該支撐區(qū)段的一側固定有半導體部件，并且相對一側固定到電路板。優(yōu)選地，構成支撐區(qū)段的材料與電路板熱膨脹尤其是電路板機械溫度系數(shù)相匹配，匹配偏差最大為50ppm/°C，更優(yōu)選地最大為10ppm/°C?？梢岳脺囟认禂?shù)的匹配來防止在升高的操作溫度下因熱循環(huán)而造成對接近傳感器的損害。
[0013]術語機械溫度系數(shù)也可被稱為熱膨脹系數(shù)或熱膨脹線性系數(shù)，其應理解為在溫度變化IK時相應機械尺寸的相對變化。
[0014]優(yōu)選地，至少在接近傳感器的意定操作溫度范圍上設置包罩支撐區(qū)段與電路板之間的機械溫度系數(shù)匹配。例如，溫度范圍可以包括至少為180°C更優(yōu)選地為至少250°C的上限溫度值，和/或至多為0°C更優(yōu)選地為至多為一 25°C的下限溫度值。優(yōu)選地，例如由機械溫度系數(shù)表示的相應熱膨脹在意定操作溫度范圍上基本恒定。
[0015]優(yōu)選地，包罩材料唯獨包括無機材料，例如陶瓷、金屬和/或玻璃。用于實現(xiàn)包罩支撐區(qū)段與電路板之間的有利熱膨脹匹配的特別優(yōu)選材料包括設置在包罩支撐區(qū)段上的陶瓷。更優(yōu)選地，至少包罩的支撐區(qū)段完全由陶瓷構成。
[0016]用于電路板的適合材料包括耐熱塑料、陶瓷、玻璃和涂漆金屬(enameled metal)。電路板的用于與包罩支撐區(qū)段進行熱膨脹匹配的優(yōu)選材料包括耐熱聚酰亞胺。更優(yōu)選地，使用聚一(二苯醚)一均苯四甲酰亞胺(poly_(diphenyl oxide)-pyromellitimide)(或
poly (4, 4，- oxydiphenylene-pyromellitimide))。這種材料又稱為“KaptOH，，'其提
供了以下優(yōu)點:在大的溫度范圍(例如從低于一 200°C至400°C)上的適用性、無可燃性和無熔點。優(yōu)選地，電路板還包括增強材料(優(yōu)選為玻璃材料)，以提供更合適的熱膨脹及更高的機械穩(wěn)定性。
[0017]優(yōu)選地，傳感器電路包括彼此熱聯(lián)接的至少兩個半導體部件。優(yōu)選地，半導體部件之間的熱聯(lián)接由半導體部件之間的熱連接材料提供，其允許半導體部件之間的溫度交換。優(yōu)選地，包罩包括熱連接材料。優(yōu)選地，熱連接材料是無機材料，更優(yōu)選地為陶瓷。這樣，可抵消在高操作溫度下產生的泄漏電流。
[0018]根據(jù)優(yōu)選構造，至少兩個晶體管彼此熱聯(lián)接。因此，可提供差分晶體管對、三聯(lián)體(triplets)或更多數(shù)目晶體管的平衡電路，或更通常地可提供含有幾個半導體部件的等效電路，以防止因接近傳感器的高操作溫度下的泄漏電流而產生的不利影響。因此，在傳感器電路中優(yōu)選地包括并聯(lián)布置的至少兩個聯(lián)接的半導體部件。更優(yōu)選地，半導體部件經(jīng)由其各自基極端子和/或發(fā)射極端子之間的連接而相互聯(lián)接。特別是，可設想到在傳感器電路中布置平衡的晶體管對，以便抵消在高溫下產生的泄漏電流。例如，一個晶體管的發(fā)射極墊可以連接到隨后晶體管的基極墊。更通常地，可設想到并聯(lián)操作或者串聯(lián)操作或者以并聯(lián)和串聯(lián)連接的混合布置操作的差分對、三聯(lián)體或更多數(shù)目的半導體部件，其中優(yōu)選的是至少兩個半導體部件的并聯(lián)布置以實現(xiàn)更高的溫度穩(wěn)定性。
[0019]優(yōu)選地，在同一包罩中包括至少兩個彼此熱聯(lián)接的半導體部件。更優(yōu)選地，為設置在電路板上的每組相互熱聯(lián)接的半導體部件和/或每單個半導體部件提供單獨的包罩。以此方式，可實現(xiàn)半導體部件在傳感器電路中的緊湊布置，其中可為每一熱聯(lián)接半導體部件布置提供對外部影響的良好防護和高溫不敏感性。
[0020]更通常地，基本所有安裝在電路板上的半導體部件或至少所有溫度和/或污染敏感半導體部件優(yōu)選地被包含在包罩中。因此，一個、幾個或全部的半導體部件可被包含在固定于電路板表面上的單個包罩或幾個包罩中。優(yōu)選地，包含有至少一個半導體部件的至少兩個包罩固定于電路板表面上。更優(yōu)選地，在電路板表面上為基本上每個溫度和/或污染敏感半導體部件和/或每組相互熱聯(lián)接的半導體部件設置單獨的包罩。以此方式，可以實現(xiàn)對各個半導體裝置布置的單獨保護，以允許降低整個傳感器電路在局部點處對污染和溫度影響的敏感性以及對損害的較高易感性。
[0021]優(yōu)選地，傳感器電路進一步包括從半導體部件包罩外部安裝在電路板上的電子部件，例如電阻器、電容器、熱敏電阻等。外部電子部件優(yōu)選地包括無機材料，特別是陶瓷。尤其由于電路板與傳感器電路之間的溫度系數(shù)匹配，這可進一步有助于改善接近傳感器對溫度的不敏感性。
[0022]優(yōu)選地，在電路板上和/或包罩內基本上只提供有無機部件。更優(yōu)選地，在電路板上和/或包罩內沒有設置合成或塑料部件。最優(yōu)選地，在電路板上和/或包罩內唯獨布置有陶瓷和/或半導體和/或金屬部件。優(yōu)選地，電路板本身僅由耐熱材料部件構成。優(yōu)選地，連接電子板上的部件的電導體至少部分地附接到電路板表面并且鍍有優(yōu)選為金的貴金屬。
[0023]為了將包含在包罩中的至少一個半導體部件電連接到電路板，包罩優(yōu)選地包括與電路板上的導體電連接的至少兩個連接墊。具體而言，包罩底部上與包罩內部的連接墊電接觸的相應觸點優(yōu)選地附接到電路板上的各觸點。
[0024]優(yōu)選地，在包罩內在半導體部件的至少一個墊與包罩連接墊之間的電連接通過熱壓接合(thermocompression bonding)來建立。優(yōu)選用金絲作為連接件。優(yōu)選地，至少一個連接墊包括金的金屬化層。這些關于半導體部件與電路板電連接的措施可進一步有助于改善接近傳感器的耐高溫性，并且尤其可有助于電路板和包罩的溫度系數(shù)與包含在包罩內的至少一個半導體部件的匹配。另外，使用單一類型的金屬可以降低在金屬零件接合處的離子遷移效應。
[0025]優(yōu)選地，電路板由模制化合物包圍。另一方面，模制化合物可以提供對電路板的封裝以用于對高溫、污染和機械沖擊的額外防護。另一方面，模制化合物還可用于將包罩和/或其它部件固定在電路板上。此外，模制化合物可防止或延緩金屬零件(尤其是金屬連接件)因高溫下的存在氣體而發(fā)生氧化。優(yōu)選地施加撓性模制化合物。更優(yōu)選地，模制化合物是環(huán)氧樹脂。更優(yōu)選地施加尤其具有至少150°C的玻璃轉換溫度Tg的高溫環(huán)氧樹脂。
[0026]為提供對固定在電路板上的包罩和/或其它電子部件的額外保護，優(yōu)選地在模制化合物與至少一部分電路板表面之間中布置有體積填充物。優(yōu)選地，體積填充物布置在電路板兩側的表面上。體積填充物優(yōu)選地由可壓縮的空間擴展物體構成，以便填滿模制化合物與電路板相應表面的至少一部分之間的內體積。優(yōu)選地，體積填充物包括超出從電路板表面伸出的包罩和/或其它電子部件的垂直高度優(yōu)選為至少兩倍的厚度。更優(yōu)選地，體積填充料包括超出電路板和從電路板表面伸出的包罩和/或其它電子部件的組合厚度優(yōu)選為至少兩倍的厚度。
[0027]優(yōu)選地，至少一個含有半導體部件的包罩的外表面或幾個含有半導體部件的包罩的外表面或每個含有半導體部件的包罩的外表面覆蓋有體積填充物。更優(yōu)選地，設有電子部件的電路板的基本整個表面部分覆蓋有體積填充物。
[0028]優(yōu)選地，體積填充物包括撓性材料，該材料尤其能夠適應伸出有包罩和/或其它部件的電路板不平表面部分，和/或能夠相對于電路板不平表面部分成形。體積填充物的這種定制形狀之利處在于，通過體積填充物來基本上完全地包圍包罩和/或其它部件，以便減小由模制化合物占據(jù)的體積。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中已認識到需要減小模制化合物體積，因為模制化合物會展示出更大的機械溫度系數(shù)并且因此會讓內部壓力顯著增加。這可通過限制模制化合物所占據(jù)的體積來避免。體積填充物的撓性還會有利于確保對部件熱膨脹應力的吸收，并可更好地保護電子部件免受對接近傳感器的機械沖擊。體積填充物也會包括至少兩層，所述至少兩層尤其在電路板每側上彼此層疊，從而獲得對熱膨脹影響或機械沖擊的更高補償。
[0029]優(yōu)選地，體積填充物包括合成泡沫橡膠，尤其是含氟聚合物彈性體，其目前也已知在“Viton”?名下。就上述優(yōu)點而言，尤其是鑒于可成形性、對熱膨脹應力和溫度的吸收以
及耐溫性、抗污染性和耐沖擊性,這種材料尤其適合用作體積填充物。
[0030]根據(jù)優(yōu)選構造，體積填充物直接鄰接電路板上的包罩和/或其它部件。在接近傳感器的制造過程中，體積填充物優(yōu)選地設置在電路板的相應上表面和/或下表面上。然后，優(yōu)選地將低壓施加到體積填充物上，從而實現(xiàn)在電路板上在包罩和/或其它部件周圍的緊密配合。優(yōu)選地通過圍繞體積填充物和電路板包覆的箔或帶來將體積填充物固定至其在電
路板上的緊位置中。優(yōu)選地，箔或帶包括聚四氟乙烯(PTFE)(也已知為“Teflon”'?)或具
有類似特性的熱塑性聚合物。在模制工藝后，可由周圍的模制化合物提供對體積填充物在電路板上的另外固定。
[0031]優(yōu)選地，接近傳感器外殼的基本整個內體積皆由在電路板及其上的部件周圍的模制化合物和/或體積填充物填滿。以此方式可以有效地避免對內體積的污染，并且可以實現(xiàn)高的液密性和/或氣密性。尤其在接近開關的高溫操作期間(電路板上的直接固定措施在該期間變弱)，提供模制化合物和/或體積填充物還可用來另外地固定被安裝在電路板上的電子部件和/或印在電路板上的電導體。
[0032]優(yōu)選地，用于產生散發(fā)磁場的線圈布置在接近傳感器的外殼前部分中，更優(yōu)選地與磁場可透過的外殼的前壁直接連接，其中前壁的外表面可構成接近傳感器的有效區(qū)域。電路板優(yōu)選地以在接近傳感器縱向上的電路板假想延伸線與線圈直徑相交的方式布置在線圈后方。
[0033]優(yōu)選地，包括具有高滲透率的磁性材料的芯部(尤其是鐵素體芯部或鐵粉芯部)布置在線圈內。優(yōu)選地，芯部材料具有至少200°C (更優(yōu)選為至少300°C)的居里溫度Tc，以避免在接近傳感器的更高操作溫度下的性能退化。優(yōu)選地，線圈和內芯部為環(huán)形。
[0034]優(yōu)選地，外殼由不銹鋼(更優(yōu)選為奧氏體不銹鋼)構成。這種材料提供對機械沖擊的固態(tài)防護，并且具有可與模制化合物匹配的熱膨脹的另一個優(yōu)點。具體而言，尤其在至少介于0°C與250°C之間的溫度范圍上，外殼會展示出例如由機械溫度系數(shù)表征的熱膨脹，該機械溫度系數(shù)約為15到20ppm/°C，例如約為17ppm/°C?；蛘撸绻鈿ぶ械牡碗姄p耗為首要的，那么優(yōu)選鐵素體不銹鋼。
[0035]優(yōu)選地，外殼為柱形以便提供適合于接收電路板以及為電路板提供良好保護的大量模制化合物和體積填充物的內部幾何形狀。外殼可由單件構成，或可由多件組成。具體而言，外殼可包括大致柱形的外殼主體，所述外殼主體包括閉合的前端或包括敞開的前端。在后一種情況下，優(yōu)選地設置有前蓋，所述前蓋與開關的有效區(qū)域構成前壁。
[0036]上述接近傳感器的優(yōu)選操作溫度范圍可包括至少180°C (更優(yōu)選為至少250°C )的溫度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]后文借助于優(yōu)選實施例參考說明本發(fā)明其他特性和優(yōu)點的附圖來更詳細地解釋本發(fā)明。附圖、說明書和權利要求書所包括的眾多組合特征還可由本領域技術人員單獨地考慮并用在其他適合組合中。在附圖中:
[0038]圖1是根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的分解圖；
[0039]圖2是穿過圖1所示接近傳感器的縱向相交面的立體圖；
[0040]圖3是圖1和圖2所示接近傳感器的縱向截面圖；
[0041]圖4是沒有蓋的用于半導體部件的包罩的俯視圖；
[0042]圖5是包括蓋的圖4所示包罩的俯視圖；
[0043]圖6是圖4和圖5所不包罩沿VI的橫截面視圖；和
[0044]圖7是一部分傳感器電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0045]圖1到圖3展示電感式接近傳感器1，也稱為接近開關，其包括由前蓋3閉合的外殼2。外殼2包括大致柱形的主體部分4，該主體部分帶有允許通向內空間6以接納接近傳感器I的電子組成部件10的敞開的前端5。
[0046]外殼2的后端由后部7構成，所述后部具有限定出中心孔的減小的直徑，從內空間6導出的數(shù)根電線8可經(jīng)所述中心孔通向外部區(qū)域。外殼主體4由奧氏體不銹鋼構成，所述奧氏體不銹鋼具有由機械溫度系數(shù)(約17ppm/°C)表征的熱膨脹，該熱膨脹基本上匹配設置在外殼2內的模制化合物9的熱膨脹。
[0047]前蓋3具有柱形側壁11，所述柱形側壁具有大致對應于主體部分4的內徑以允許精確地配合到外殼2的前端5中的外徑。由模制化合物提供前蓋3在主體部分4內的永久固定。前蓋4的前端由前壁12覆蓋。前壁12的外表面構成接近傳感器I的有效區(qū)域，磁場可經(jīng)所述有效區(qū)域散發(fā)。所述有效區(qū)域在外殼2的縱向上與外殼2的前端5對齊。
[0048]接近傳感器I的電子組成部件10包括具有鐵素體芯部16的線圈15和具有布置有傳感器電路的上表面18及下表面19的電路板17。
[0049]線圈15為環(huán)形，并且基本上直接地鄰接前壁12的內表面。鐵素體芯部16也為環(huán)形，并且其外徑大致對應于線圈15的內徑。鐵素體芯部16的縱向長度略超過線圈15的縱向長度，以使得鐵素體芯部16自線圈15的內圓周朝向外殼2的后側突出。芯部16的鐵素體材料展示出高于300°C的居里溫度Tc。以此方式可避免鐵素體芯部16在較高操作溫度下的性能退化。
[0050]電路板17上設置的傳感器電路包括分離的包罩20，所述包罩各固定在電路板17的上表面18或下表面19上，并且不均勻地分布在表面18、19之上。以此方式，每個包罩20中含有的至少一個半導體部件安裝在電路板17上。在本實例中，包罩20中的至少一個半導體部件由晶體管提供。
[0051]在電路板17的表面18、19上設有幾個觸點區(qū)域22、23，從而允許建立與傳感器電路的電連接。具體而言，后觸點22居中地布置在表面18的后部上，而前觸點23側向地布置在表面18的前部上。觸點區(qū)域22、23包括金的金屬化層以避免與觸點22、23的電連接在更高操作溫度下發(fā)生性能退化。
[0052]后觸點22連接到電線8。電線8用于為電路板17上的傳感器電路供應電力，并且傳輸傳感器電路中基于檢測到的線圈15發(fā)出磁場的變化(尤其是由在所發(fā)出磁場的感測區(qū)域中的外部物體引起的磁變)而產生的輸出信號。電線8包括三條電纜。在電線8的另一優(yōu)選實施例中，可設置兩條或四條纜線。
[0053]前觸點23用于建立電路板17上的傳感器電路與線圈15的電連接，尤其用于為線圈15供應電力以產生磁場，并用于允許檢測外部物體引起的磁場變化。
[0054]電路板17上的傳感器電路包括圖1到圖3中未展示的其他電氣部件。在圖7中說明和在下文進一步描述傳感器電路示范電路圖的一部分，其中布置在電路板17上的電氣部件實體被示意性地描繪出。除了將電子部件相互連接的導體外，基本上所有布置在電路板17上在包罩20外的傳感器電路電子部件由陶瓷或導體材料構成。以此方式可進一步將接近傳感器I在更高操作溫度下的性能退化減到最小。
[0055]電路板17由聚一(二苯醚)一均苯四甲酰亞胺(也稱“Kapton”_? )構成，所述電
路板用玻璃纖維材料加強以提供更高的機械穩(wěn)定性。使用這些耐熱材料允許進一步改善以避免溫度引起的退化效果，并且其允許電路板17的熱膨脹與布置在電路板17上的電子部件的溫度系數(shù)尤其是包罩20的溫度系數(shù)相匹配。特別是，由此可在廣的溫度范圍上提供約I Oppm/0C的均勻機械溫度系數(shù)。
[0056]在電路板17的上表面18和下表面19上布置有相應的體積填充物27、28。體積填充物27、28的長度和寬度基本對應于其上設有電子部件的表面18、19的長度和寬度。因此，基本上所有傳感器電路電子部件(尤其是包罩20)由體積填充物27、28覆蓋。各體積填充物27、28的厚度比電路板17和從相應表面18、19豎直突出的包罩20的組合厚度大兩倍。由此，在豎直方向(電子部件沿該方向從電路板17伸出)上設置了體積填充物27、28的空間延伸，從而允許對機械沖擊、熱和污染的良好防護。[0057]上體積填充物27和下體積填充物28由含氟聚合物彈性體形式的合成橡膠(也稱
“Viton”_? )構成。該材料特性之一是其撓性，在電子部件(包括包罩20)被安裝在非均
勻的表面18、19上時，所述撓性能夠適應該表面的形狀。這允許體積填充物27、28不僅在電路板17上的包罩20和其他電子部件的頂面處還在其側面處與電路板17上的包罩20和其他電子部件基本直接鄰接。此外，這允許體積填充物27、28與電路板17在中間表面部分(從該部分沒有伸出包罩20和其他電子部件)處基本上直接鄰接。
[0058]體積填充物27、28中所包括的含氟聚合物撓性體的其他優(yōu)點在于電路板17上的電子部件在較高操作溫度下對熱、沖擊和污染的良好隔離特性以及吸收熱膨脹應力的能力。為了提供體積填充物27、28相對于電路板17的表面18、19的有利的形狀適應性，體積
填充物27、28受到對著表面18、19施加的壓力，并且通過施加“Teflon”?,膠帶固定到位。
[0059]體積填充物27、28在電路板17上的的進一步固定通過后續(xù)地施用模制化合物9對體積填充物27、28以及夾在其間的電路板17加以包覆模制來實現(xiàn)。在包覆模制程序期間，體積填充物27、28可以已經(jīng)用來對電路板17上的電子部件進行機械保護。相反，如果對電路板17上的電子部件直接施加模制化合物9，那么包覆模制程序會帶來可能的損壞風險。
[0060]模制化合物9為高溫環(huán)氧樹脂，具有超過150°C的玻璃轉換溫度Tg以便進一步提高對高溫沖擊的抵抗能力。在模制工藝后，基本整個外殼2的內體積3由圍繞電路板17及其上部件的模制化合物9和體積填充物27、28填滿。
[0061]與電路板13的扁平形狀相比，外殼2為柱形的幾何形狀，由此為模制化合物9和體積填充物27、28提供的容積量相對地大。因此，污染內體積3的風險大幅地減小，并且提供了良好的熱隔離。
[0062]圖4描繪出包罩20，其中移除了包罩20頂部上的蓋32 (如圖5中所示)，以便示出包罩20的內部構造。包罩20包括陶瓷主體31。陶瓷主體31的基部由扁平支撐區(qū)段33形成。外側壁34豎直地界定出包罩20中的內體積35。陶瓷主體31具有大致方形的橫截面。
[0063]支撐區(qū)段33用作兩個半導體裝置36、37 (特別是晶體管)的支撐件。晶體管36、37彼此鄰近，并且固定在支撐區(qū)段33的上表面上。三個第一連接墊41、42及43貼近第一晶體管36布置在支撐區(qū)段33上。三個第二連接墊44、45及46貼近第二晶體管37布置在支撐區(qū)段33上。第一連接墊41、42及43和第二連接墊44、45及46各自相繼地布置在支撐區(qū)段33的相對側，以在其之間布置晶體管36、37。所有連接墊41、42、43、44、45及46包括金的金屬化層。
[0064]第一晶體管36的集電極端子和基極端子經(jīng)由相應的金絲51、52連接到第一連接墊41、42及43中的兩個外連接墊41、43。第二晶體管37的集電極端子和基極端子經(jīng)由相應的金絲53、54連接到第二連接墊44、45及46的兩個外連接墊44、46。以此方式實現(xiàn)了對設在電路板17上的傳感器電路晶體管對36、37的并聯(lián)電路布置。
[0065]兩個晶體管36、37的射極端子彼此相互聯(lián)接，并且該相互連接布置成與電路板17上的傳感器電路串聯(lián)連接。兩個晶體管36、37布置在陶瓷主體31的支撐區(qū)段33上。因此，陶瓷主體31構成晶體管36、37之間的熱連接材料。以此方式在包罩20內設置平衡的晶體管對電路，其能夠防止在傳感器電路的較高操作溫度下產生的高泄漏電流的不利影響。
[0066]圖5描繪包罩20，其中蓋32附接在包罩20之上。蓋32是金屬的，并且在已經(jīng)實現(xiàn)對晶體管對36、37的內部接線后施加在包罩20上。蓋32的金屬組成適于方便安裝，并可提供對包罩20的內體積35的良好機械保護和緊密密封。
[0067]圖6示出圖5所示包罩20的橫截面視圖，在此位置處金絲53、54附接在圖4所示連接墊44、46上。金絲53、54經(jīng)由熱壓接合部55、56附接至連接墊44、46的金的金屬化層。以此方式進一步改善了對加熱引起的退化和腐蝕的抵抗能力。
[0068]第二連接墊44、45及46電連接到在支撐區(qū)段31的下表面上的相應底觸點57、58及59。為第一連接墊41、42及43設置對應的底觸點。包罩20固定在電路板17的相應表面18、19上。由此，底觸點57、58及59通過高溫焊料附接至電路板17上的相應觸點。以此方式提供了包罩20在電路板17上的、耐腐蝕和耐熱的良好固定。在電路板17的周圍施加體積填充物27、28和模制化合物9之后，電路板17上的固定(特別是在接近傳感器I的高溫操作期間)進一步得以改善。
[0069]在電路板17上固定好包罩20之后，基本上僅包罩20的支撐區(qū)段34與電路板17的表面18、19直接接觸。因此，由于對電路板17和包罩20的有利材料選擇，包罩20與電路板17之間的熱膨脹可得到有利匹配。此外，陶瓷主體31提供了晶體管36、37之間的有利熱聯(lián)接。包罩20的內部空間35填充有氮氣。由于設在陶瓷主體31與金屬蓋32之間的緊密封閉，可以在內部空間35中保持較長時間段的惰性氣氛。惰性氣氛35使得進一步改善了避免腐蝕、污染和熱引起的退化的效果，并且有助于延長接近傳感器I的壽命。
[0070]圖7描繪傳感器電路62的電路圖，所述傳感器電路可設置在圖1到圖3所示的接近傳感器I的電路板17上。傳感器電路62包括從包罩20外部安裝在電路板17上的電子部件。如圖7中以示意性方式示出地，這些部件包括熱敏電阻、電阻64、66和電容65。所有這些部件64、65及66由陶瓷和/或導體組成。在包罩20其中之一中布置有其他部件，包括半導體晶體，例如單晶體管67和耦聯(lián)晶體管對69、70及71。
[0071]因此，除了相互連接電路板17上的電子部件64、65、66、69、70及71的導體68和布置在電子部件內的導體(諸如在感應元件中的導體等)之外，電路板17上從包罩20外部沒有設置塑料部件而絕大部分為陶瓷部件。相互連接電子部件64、65、66、69、70及71的導體68被印在電路板17上。
[0072]如圖7中以示意性方式所示地，熱聯(lián)接的晶體管對69、70及71以并聯(lián)布置包含在傳感器電路62中。晶體管對69、70及71經(jīng)由其射極端子的連接而耦聯(lián)。在晶體管對69、71中，射極端子的各相互連接處以串聯(lián)的方式與傳感器電路62連接。晶體管對70的耦聯(lián)還包括各基極端子之間的相互連接。晶體管對69、70及71在傳感器電路62內的布置設有各集電極端子和/或基極端子與傳感器電路62的相應連接處。
[0073]晶體管電路69、70及71構成差分對，其中晶體管受到平衡以便對接近傳感器I的高操作溫度下產生的泄漏電流較不敏感。傳感器電路62的所有差分對69、70及71被包含在一個單獨的相應包罩20中。以此方式將傳感器電路62的極大地降低的溫度敏感性與緊密電路設計相結合起來。此外，傳感器電路62的尤為敏感部件69、70及71被各個保護起來以免受熱、腐蝕污染和機械沖擊的影響。
[0074]根據(jù)前文的描述，根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的多種改型在不脫離僅由權利要求書所定義的本發(fā)明保護范圍的情況下對所屬領域技術人員而言是明顯的。
【權利要求】
1.一種接近傳感器，其具有用于產生磁場的線圈(15)和用于檢測由外部物體引起的磁場變化的傳感器電路(62)，所述傳感器電路(62)包括至少一個半導體部件(36、37、67、69、70、71)，所述至少一個半導體部件安裝在電路板(17)上，其中所述線圈(15)和所述電路板(17)布置在磁場能夠透過的外殼(2)中，其特征在于，所述至少一個半導體部件(36、37、67、69、70、71)被包含在包罩(20 )中，該包罩被氣密地密封且固定于所述電路板(17 )的表面(18、19)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的接近傳感器，其特征在于，所述包罩(20)處于真空下，或者填充有惰性氣體以維持惰性氣氛。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的接近傳感器，其特征在于，所述包罩(20)包括支撐區(qū)段(34)，該支撐區(qū)段的一側固定有所述半導體部件(36、37、67、69、70、71)，并且該支撐區(qū)段的相對側固定至所述電路板(17)，所述支撐區(qū)段(34)由與所述電路板(17)的溫度系數(shù)相匹配的材料構成，所述溫度系數(shù)小于50ppm/°C，更優(yōu)選為小于10ppm/°C。
4.根據(jù)權利要求1至3中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，所述包罩(20)基本上由一種或更多種無機材料構成。
5.根據(jù)權利要求1至4中至少一項權利要求所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器電路(62)包括至少兩個彼此熱聯(lián)接的半導體部件(36、37、67、69、70、71)，熱聯(lián)接的所述半導體部件(36、37、67、69、70、71)被包含在所述包罩(20)中。
6.根據(jù)權利要求1至5中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，至少兩個其中含有至少一個晶體管(36、37、67、69、70、71)的所述包罩(20)被固定在所述電路板的所述表面(18、19)上。
7.根據(jù)權利要求1至6中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，所述傳感器電路(62)包括從所述包罩(20)外部安裝在所述電路板(17)上的電子部件(64、65、66)，所述電子部件(64、65、66)基本上僅包括無機材料。
8.根據(jù)權利要求1至7中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，所述包罩(20)包括至少兩個與所述電路板(17)的導體(68)電連接的連接墊(41、42、43、44、45、46)，所述半導體部件(36、37、67、69、70、71)電連接到所述連接墊(41、42、43、44、45、46)，其中所述連接墊(41、42、43、44、45、46 )包括金的金屬化層。
9.根據(jù)權利要求1至8中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，所述電路板(17)包括耐熱聚酰亞胺，優(yōu)選地為聚一(二苯醚)一均苯四甲酰亞胺。
10.根據(jù)權利要求1至權利要求9中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，所述電路板(17)由模制化合物(9)包圍。
11.根據(jù)權利要求10所述的接近傳感器，其特征在于，可壓縮的體積填充物(27、28)布置在所述電路板(17)的所述表面(18、19)的至少一部分與所述模制化合物(9)之間。
12.根據(jù)權利要求11所述的接近傳感器，其特征在于，所述體積填充物(27、28)包括合成泡沫橡膠，優(yōu)選地為含氟聚合物彈性體。
13.根據(jù)權利要求1到12中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，所述線圈(15)包括芯部(16)，該芯部的居里溫度至少為200°C，更優(yōu)選地至少為300°C。
14.根據(jù)權利要求1到13中至少一項權利要求所述的接近傳感器，其特征在于，所述外殼(2)包括不銹鋼。
【文檔編號】H03K17/95GK103795389SQ201310514177
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權日:2012年10月29日
【發(fā)明者】P·海姆利希爾 申請人:奧普托塞斯股份有限公司