系统级封装的汽车轮胎压力传感器轮胎模块核心组件 【技术领域】
本发明涉及一种轮胎压力监测装置，具体涉及轮胎压力传感器技术。
背景技术
汽车轮胎独特的工作环境条件，决定了胎压实时监测的压力传感器的高技术要求，包括：宽温区、宽电源电压范围内较高的精度和可靠性要求、低功耗要求以及恶劣环境无线信号传输的稳定性要求，因此轮胎气压监测系统的核心是轮胎模块，即微控制器芯片和压力温度传感器，两者一般集成在一起。国外因立法较早其开发生产的轮胎压力传感器亦较为成熟，而国内在这一生产领域处于空白，目前主要由国外三家大公司生产和供货：
(1)Freescale MPXY80X0 series TPMS系统开发平台
MPXY80x0，称为Daytona，这是一种表面微机械加工的电容性微机电系统(microelectromechanical system MEMS)压力传感器。Daytona包括压力变换器、正温度系数扩散电阻温度传感器及其他所有必需的电路。使之能输出经过校准的8位数字压力和温度数据。所有这些都在一个芯片上。MC68HC908RF2，也称RF2，它包括两个部分，第一个是2KB的闪速HC08微控制单元(与MC68HC908RK2相同)，第二部分是一个可以发射UHF频段数字数据的RF发射器，其发射距离可达数百米(与MC33493相同，又称Tango 3)。MC33594称Romeo2，接收RF2发射信号的接收器。Romeo2可以接收和解调曼彻斯特编码的数据并通过普通串行外设接口(SPI)输出。MC68HC908KX8，简称KX8，作为接受器微控制器，也可以使用MC9S12DP256替代KX8。摩托罗拉MPXY80X0series轮胎压力监测系统参考设计包括5个模块：4个轮胎模块和1个接收模块。轮胎模块包括Daytona、RF2、电池、分立元件和印制天线。接收模块有Romeo2、KX8、5个指示状态的LED、电池、电源接插件和RS-232串行接口。
(2)通用GE Novasensor的NPX开发系统
NPX开发系统有两种，一种是NPX I，另一种是NPX II。NPX II比NPX I多集成了一个加速度传感器。NPX开发系统的特点是：所有传感器都集成到一个芯片上；能够准确测量轮胎内部的温度、气压和电池电压，同时具有温度补偿功能，使测量更准确。NPX II还可测量汽车的加速度。此外还有LF唤醒、离心开关唤醒及加速唤醒(NPX II)等功能。
(3)Infineon Sensor公司的SP12开发系统
Infineon英飞凌科技的TPMS开发系统中，Sensor是采用收购的挪威专业胎压传感器制造商SensoNor的产品，它采用了基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元，英飞凌SP12和SP12T可以同时传输四组不同的数据(温度、压力、加速度和供电)，并配有一个能完成测量、信号补偿与调整及SPI串行通信接口CMOS大规模集成电路。英飞凌SP12和SP12T设有补偿功能，可以对压力、加速度、温度和供电电压信号进行检测和补偿，准确提供不同型号轮胎在不同环境时的补偿值，有效地保证了测量可靠性。SP12传感器采用了LF唤醒瞬态工作模式，并在传感器模块中增加了加速度传感器，利用其质量块对运动的敏感性，可以实现汽车启动自动开机才进入系统自检，而如果检测到加速度很小时(表示汽车没有运动)，让系统进入睡眠状态，大大地降低系统功耗。LF方式还具有自动轮胎定位功能。TDK510XF系列是工作在433-435MHZ(TDK5100F)和311-317MHZ(TDK5101F)频带内的单片FSK/ASK发射器，该器件含有一个集成的PLL(锁相环)合成器，以及一个高效率功放以驱动环形天线。RF的信号接收可用TDA5210(FSK/ASK)接收器。
除了上述三种主流开发系统外，还有ATMEL轮胎压力监测系统开发平台、飞利浦P2SC开发系统以及SmarTire公司提供的TPMS芯片组及相应的解决方案等。
由这些平台开发出来的典型产品有飞思卡尔MPXY80XX系列(控制器+射频)、英飞凌SP30(传感器+控制器)以及通用电子NPXII系列(传感器+控制器)等。
最近进行的一次专利调研表明，迄今为止总共有63项与轮胎压力感应器相关的专利在美国国家专利局注册，其中大部分专利集中在传感器的研制、封装和整体设计上，而国内则无任何TPMS领域的相关自主知识产权。
【发明内容】
本发明的技术目的是通过进一步整合轮胎压力传感器的关键组件，使得整个模组只包含2个甚至1个部件，减小模组体积的同时节省工艺制作成本，提高轮胎压力传感器的应用范围。
为达到上述目的，本发明的第一目的在于提供系统级封装的汽车轮胎压力传感器轮胎模块核心组件，能同时发射包括315MHz或434MHz两种频率的信号，以适应不同区域的标准，其包括有PCB板以及引线框架，通过引入系统级封装技术，将微处理器芯片、射频芯片和压力传感器以及包含谐振器、电阻和电容在内的被动元件，塑封组装于同一封装内，所述的微处理器芯片和射频芯片通过3D封装技术叠栈在PCB板的一面上，所述压力传感器和谐振器利用SMT技术塑封在PCB板的另一面，最终塑封为一个压力传感器。
塑封时，采用全自动塑封机，增加薄膜卷带来保护传感器开口，利用真空吸附以及特殊设计来使薄膜紧贴传感器表面。每塑封一模，卷带也滚动更换新的薄膜，以保证塑封过后传感器的完整。
本发明的另一目的还在于提供上述压力传感器轮胎模块核心组件的塑封工艺，通过引入系统级封装技术，将微处理器芯片、射频芯片和压力传感器以及包含谐振器、电阻和电容在内的被动元件塑封组装在同一封装内，其由以下步骤构成：
(1)、将双面PCB板焊接在引线框架上；
(2)、将PCB和引线框架做围坝式一次塑封；
(3)、在PCB板的一面使用3D封装技术叠栈微处理器芯片和射频芯片；
(4)、在PCB板地另一面使用SMT技术，贴装压力传感器和谐振器；
(5)、最后进行点塑封、表面处理和测试检验。
本发明与现有技术相比，具有以下显著的进步和突出的特点：该发明的原型产品已经通过电磁性兼容、干扰及可靠性模拟与仿真等手段的测试，严格按照美国汽车电子可靠性要求制造，是目前世界上同类产品中集成度最高的产品。
另外，该产品可同时发射315MHz(在欧洲使用的TPMS产品)和434MHz(在美国使用的TPMS产品)两种不同频率的信号，同时满足欧洲和美国两个国家的标准。并且，通过编程可以改变发射频率，以利于将来适用于国内的TPMS标准。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是汽车轮胎压力传感器的仰视结构示意图；
图2是汽车轮胎压力传感器的俯视结构示意图；
图3是图2的立体示意图；
图4是本发明的封装成品外形图；
图5是本发明的塑封工艺实现流程图。
图中：1、微处理器芯片，2、射频芯片，3、压力传感器，4、谐振器，5、PCB板，6、引线框架。
【具体实施方式】
参见图1-图4所示，系统级封装的汽车轮胎压力传感器轮胎模块核心组件，利用引入系统级封装技术，将微处理器芯片1、射频芯片2和压力传感器3以及包含谐振器4、电阻和电容在内的被动元件，塑封组装于同一封装内，微处理器芯片1和射频芯片2通过3D封装技术叠栈在PCB板5的一面上，压力传感器3和谐振器4利用SMT技术塑封在PCB板5的另一面，最终塑封为一个汽车轮胎压力传感器。其中的压力传感器3在塑封时采用全自动塑封机，增加薄膜卷带来保护传感器开口，利用真空吸附以及特殊设计来使薄膜紧贴传感器表面。每塑封一模，卷带也滚动更换新的薄膜，以保证塑封过后传感器的完整。
参见图5所示，本发明压力传感器3轮胎模块核心组件的塑封工艺实现流程如下：(1)、首先将双面PCB板5焊接在引线框架6上；(2)、将PCB板5和引线框架6采用围坝式一次塑封；(3)、在PCB板5的一面使用3D封装技术叠栈微处理器芯片1以及射频芯片2；(4)、在PCB板5的另一面使用SMT技术，贴装压力传感器3和谐振器4；(5)、最后进行点塑封、表面处理和测试检验，得到本技术集合度高的系统级封装的汽车轮胎压力传感器。使用具有双发射频率的RF芯片以及内置式谐振器4，通过电路设计可以同时输出315MHz和434MHz两种不同频率的信号。