CN103052871A - 用于容纳压力传感器芯片并装配在传感器壳体中的传感器模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于容纳压力传感器芯片（104、122；204）并且用于装配在传感器壳体（102、117；202、217）中的传感器模块（101；201；301；401）。所述传感器模块用于容纳压力传感器芯片，其中设置与模块底部整体连接的并且围绕所述压力传感芯片的模块壁（105）。多个穿过所述模块壁通向外部的连接元件（106；206；306；406）至少在整个外部区域中直线地延伸。此外所述连接元件在其上侧面和下侧面至少部分地显露用于安装和电连接至少一个电气部件（113；213；313；413）并且显露用于将所述传感器模块电气安装到所述传感器壳体中。由此具有相同外部几何形状和相同接头的传感器模块可以根据将所述传感器模块插入到什么样的传感器类型中而在两侧应用。

Description

用于容纳压力传感器芯片并装配在传感器壳体中的传感器模块

技术领域

本发明涉及一种用于容纳压力传感器芯片并且用于装配在传感器壳体中的传感器模块，根据独立权利要求所述类别。

本发明的主题此外还是一种包括这种传感器模块和至少两个传感器壳体的系统。

背景技术

由文献DE 10 2004 012 593 A1已知一种可装配在传感器壳体中的传感器模块。所述传感器壳体具有两个相互分离的内腔并且设有在其中嵌入的导电体。所述内腔中的一个设有至少一个电容器，其中所述传感器模块布置在另一个内腔中。在所述传感器模块中装配了作为半导体压力检测器起作用的硅芯片，在所述硅芯片上布置有压力敏感的元件。所述传感器模块是上方敞开的、箱形的罩壳，该罩壳由底部和围绕所述传感器芯片的壁构成。所述传感器模块例如由塑料构成并且具有连接元件，该连接元件由内侧面起穿过所述围绕的壁向外伸入到传感器壳体的内腔中并且在那里通过钎焊或者挤压接触与所述嵌入的导电体连接。所述连接元件在连接后覆盖胶粘剂。为了保护传感器芯片用凝胶填充所述传感器模块并且由此传感器芯片嵌入在其中。

发明内容

用于容纳压力传感器芯片并且用于装配在传感器壳体中的根据本发明的传感器模块具有模块底部，其中所述模块底部具有芯片装配区域，在所述芯片装配区域上可以装配所述压力传感器芯片。此外所述模块底部具有与所述模块底部整体构造并且围绕所述芯片装配区域的模块壁。多个通向外部的连接元件延伸穿过所述模块壁。所述连接元件至少在整个外部区域中直线地延伸。在此所述连接元件在沿着模块底部的法线指向相反方向的两侧上至少部分地显露，用于安装和电连接至少一个电气部件并且用于将所述传感器模块电气安装到所述传感器壳体中。对于所述至少一个电气部件优选涉及至少一个电容器，但是也可以替代地或者附加地设置一个或者多个电阻、二极管或者其他电气部件，所述其他电气部件具有两个接头并且作为SMD电子部件可以得到。这种传感器模块相对于背景技术具有以下优点，即所述传感器模块在两个方位上，也就是以敞开侧（凝胶侧）向上或者向下来说，是可以插入和电接通的。由此达到高程度的灵活性，其中可以以相同几何形状和接头的传感器模块并且由此以为此所需的唯一一个铸模实现不同传感器用途的全部分类。因此可以按照模块原理实现用于不同应用的传感器。通过对于多个用途仅一个铸模是必需的（仅预成型工具），可以降低制造成本。此外通过以所述敞开侧（凝胶侧）向下的安装方案可以达到更高的介质耐抗性，因为在凝胶上的流体聚集可以无阻碍地排出或者说滴下。此外由于降低了流体聚集的危险，可以降低冻结危险。

用具有并列的权利要求的特征的根据本发明的系统同样能够达到所提出的优点。

通过在从属权利要求中提出的措施提供对在独立权利要求中以及在并列的权利要求中规定的装置的有利的改进和改善。

在此根据一个实施例所述传感器模块此外设有开口，所述开口穿过所述模块底部延伸并且在芯片装配区域中通入所述传感器模块。由此例如可以利用所述凝胶侧向上来插入所述传感器模块并且测量施加在所述模块底部上的压力。此外所述措施提出了测量施加在所述凝胶侧和在所述模块底部上的压力之间的压差的方案。因此能够将压力输入和电连接分别定位在传感器模块的不同的侧面上，由此在变化多样性方面实现提高的介质鲁棒性和更高的灵活性。

根据另一个实施例提出一种传感器模块，其中所述模块底部和所述模块壁整体铸造并且浇铸材料同样处在外部区域中在所述连接元件之间。这有以下优点，即更好的固定并且保持所述连接元件。由此可以避免在插入到所述传感器壳体中时所述连接元件发生弯曲并且实现可靠的接触。此外所述连接元件相互更好地绝缘并且形成紧凑的传感器模块。

有利的是，浇铸材料在外部区域中，在外部区域中的连接元件至少80%的长度上，处在所述连接元件之间。这将进一步改善在前一段中提到的优点。

根据另一个实施例，在此浇铸材料在外部区域中，在外部区域中的连接元件的整个长度上，处在所述连接元件之间。

根据另一个实施例提出一种传感器模块，其中所述连接元件在外部区域中用浇铸材料包围并且仅仅所述连接元件指向外部的端部区域在沿着所述模块底部的法线指向相反的方向的两侧上是显露的，以及用于安装所述至少一个电气部件、优选至少一个电容器而空出的区域是显露的。由此尽可能地嵌入并且保护所述连接元件。这将形成良好的固定和相互绝缘。此外所述连接元件的外周面可以用作模型，从而使所述外周面的形状匹配于所述传感器壳体的内表面的形状，以在插入时引导相应的连接元件的接触面到相应设置的传感器壳体侧的接触面。

根据另一个实施例提出一种传感器模块，其中所述传感器模块的周长由所述模块底部的指向外部的侧面沿着垂直于所述模块底部的方向首先增大并且然后减小。由此所述传感器模块可以以改善的方法和方式插入到相应的传感器壳体侧的凹口中并且对此具有改善的配合。

根据另一个实施例提出具有这种传感器模块和至少两个传感器壳体的系统，其中所述至少两个传感器模块在其内侧面上具有凹陷部，其中所述模块底部的指向外部的侧面在几何形状上匹配于其中一个传感器壳体的凹陷部，并且所述模块壁的指向相反方向的区域在几何形状上匹配于另一个传感器壳体的凹陷部。由此可以实现所述传感器模块的双侧的应用，在此额外地避免了有错误的插入。因此，通过传感器壳体与所述传感器模块的凝胶侧的匹配以及不同的传感器壳体与所述传感器模块的底侧的匹配在所述传感器模块的双侧的应用方案中，每一侧都明确地配属于合适的传感器壳体。

根据另一个实施例实现一种系统，其中所述传感器模块的侧壁相对于所述模块底部的法线关于所述连接元件所在的平面在一侧上具有第一斜度，并且在另一侧上具有第二斜度，并且其中一个传感器壳体的凹陷部的侧壁具有第一斜度并且另一个传感器壳体的凹陷部的侧壁具有第二斜度。这进一步改善了对不同的传感器壳体的配属关系。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施例并且在下面的说明中详细解释。

图1a示出在进气管压力-传感器壳体中的传感器模块的第一个实施例，

图1b示出在具有罩帽式芯片的绝对压力-传感器壳体中的传感器模块的第一个实施例，

图1c示出在制动力放大器-传感器壳体中的传感器模块的第一个实施例，

图1d示出在油箱压力-传感器壳体中的传感器模块的第一个实施例，

图2示出根据本发明的第一个实施例的传感器模块的三维视图，

图3示出具有装入根据本发明的第一个实施例的传感器模块的传感器壳体的三维视图，

图4示出根据本发明的第二个实施例的传感器模块的三维视图，

图5示出具有装入根据本发明的第二个实施例的传感器模块的传感器壳体的三维视图，

图6示出具有装入根据本发明的第二个实施例的传感器模块的传感器壳体的三维视图，

图7示出根据本发明的第三个实施例的传感器模块的三维视图，

图8a三维地示出根据本发明的第四个实施例的传感器模块的下侧面，

图8b三维地示出根据本发明的第四个实施例的传感器模块的上侧面。

具体实施方式

在下面的附图说明中相同的附图标记描述的也是相同的部件。当元件具有同一附图标记并且/或者以相同的方式示出时，关于一个附图对该元件的说明由此也适用于其他附图。

图1a到1d示出了穿过在传感器模块的底部中的下面说明的开口的中心并且平行于连接元件的纵向的剖视图。图1a示出了在进气管压力-传感器壳体102中的传感器模块101的第一个实施例。在此涉及压力传感器，对于内燃机所述压力传感器测量进气管绝对压力。所述传感器模块101是一种具有正方形的模块底部103的箱形的罩壳。在所述模块底部103的面向内部的侧面上，例如借助硅胶粘剂在为此设置的芯片装配区域上固定压力传感器芯片104。所述压力传感器芯片104优选是多孔的硅芯片。由模块底部103延伸出与所述模块底部整体构造的并且围绕压力传感器芯片104的模块壁105。因此所述传感器模块101构造为具有正方形基面的一侧敞开的罩壳。传感器模块101的侧面109以相对于模块底部103的法线（即在图1a中的垂直线）的斜度构造，从而传感器模块101的周长在平行于模块底部103的平面之内，由所述模块底部103开始首先增大并且然后减小。在最大的周长的区域中设置连接元件106，所述连接元件由传感器模块101的空心的内腔穿过模块壁105向外延伸。在整个外部区域中，也就是说在所述模块壁105以外，所述连接元件106直线地延伸（没有弯曲并且没有折弯），优选平行于模块底部103。所述连接元件由导电材料例如铜构成。所述连接元件106内侧的端部导入所述传感器模块101的内部的空心腔并且在内腔底部的区域内显露。所述压力传感器芯片104借助于焊线107或者直接地或者经由未示出的ASIC芯片与所述连接元件106连接。在建立这种连接以后所述传感器模块101的内腔至少部分地用凝胶108填充，从而使所述焊线107和所述压力传感器芯片104嵌入凝胶中。所述传感器壳体102设有凹陷部110，所述凹陷部在背离模块底部103的侧面的区域内匹配于传感器模块101的形状。尤其所述凹陷部110具有相当于从连接元件106到背离所述模块底部103的侧面（沿法线）的距离的深度。所述凹陷部110的侧翼的斜度相当于传感器模块101的处于凹陷部110中的侧面109（在插入状态中）的斜度。所述凹陷部110的底面在面积和形状方面大约相当于所述背离模块底部103的侧面。测量通道111通入所述凹陷部110的底部的中心，在所述测量通道中存在待测压力。将所述传感器模块101以其敞开侧面面向凹陷部（面向凹陷部的底部）地插入到所述凹陷部中。测量通道的横截面（即垂直于其纵向）相当于例如传感器模块101的敞开的内腔的横截面，从而在传感器模块101的插入状态中所述传感器模块101的内腔与所述测量通道111是齐平的。传感器模块101的施加在凹陷部110的内侧面上的表面构造为胶粘面，所述胶粘面通过胶粘物质112，优选硅胶粘剂，粘在所述凹陷部中。在连接元件106的背离所述胶粘面的侧面上装有电容器113作为优选的电气部件，其中所述电容器113与一个连接元件的连接是电连接并且同一个电容器113与相邻的连接元件106的另一个连接是电连接。借助于焊线114所述连接元件106与传感器壳体侧的电触头115电连接并且由此电气安装在所述传感器壳体102中。所述壳体侧的电触头115在传感器壳体102中延伸到其他电气元件或者传感器壳体外部的元件。

图1b示出了在绝对压力-传感器壳体中的传感器模块101的第一个实施例，该绝对压力-传感器壳体具有罩帽式芯片（具有在罩帽下的基准真空和下面的作用压力的传感器元件）。与图1a不同，在图1b中所述传感器模块101以相反的定向，即其敞开侧面从传感器壳体117的凹陷部116指向外地插入所述凹陷部中。所述传感器壳体117以以下方式不同于传感器壳体102，即所述凹陷部在模块底部103的区域中匹配于传感器模块101的形状。所述凹陷部116具有相当于（沿着模块底部的法线）由所述连接元件106到模块底部103的外侧面的距离的深度。所述凹陷部116的侧翼具有与传感器模块101的处在所述凹陷部中的侧面一样的斜度。所述模块底部103的外侧面在这种应用中作为胶粘面起作用并且用胶粘物质112固定在所述凹陷部116中。与图1a中的传感器模块101不同，在图1b中的传感器模块101具有开口118，所述开口通向传感器模块101的内腔中的传感器芯片装配区域中。图1a和1b的传感器模块101在其几何形状方面彼此相应，从而对于这两者能够使用同样的铸模。所述传感器模块由塑料制成。对于图1b的设计方案仅在浇铸时设置销栓作为插入物，从而形成开口118。对此可替代的方案可以是一直设置所述开口118并且在图1a的应用的情况下用销栓或者胶粘物质封闭。在图1b中在压力传感器芯片104上（即在芯片的背离开口118的侧面上）装有具有基准真空的罩帽119。由此在测量通道中存在的压力可以经由所述开口118施加在所述压力传感器芯片104上并且测量。这种经由开口118测量的优点在于，待测流体可以与在传感器壳体117的内腔中的电子装置和处于其中的电触头106、114、115完全分离。所述电容器113同样在连接元件106的背离胶粘面的侧面上安装在所述连接元件上并且与所述连接元件电连接。

图1c示出了在制动力放大器-传感器壳体中的传感器模块的第一个实施例。该定向相应于图1a中所说明的。与图1a不同的是，对在图1c中的传感器模块101设置在图1b中说明的开口118。因此在测量通道111中存在的压力施加在所述传感器模块101的敞开侧面上，而大气压力施加在所述开口118上，从而能够检测这些压力之间的压差。所述大气压力可以经由传感器壳体102的壳体开口121引导到传感器壳体102的围绕所述模块底部103的内腔120中。为压差测量设置相应的用于压差测量的压力传感器芯片122。

图1d示出了在油箱压力-传感器壳体中的传感器模块的第一个实施例。该定向相应于图1b中所说明的。在测量通道111中存在的压力施加在所述传感器模块101的开口118上，而大气压力施加在所述传感器模块101的敞开侧上，从而能够检测这些压力之间的油箱压力（压差）。所述大气压力可以经由传感器壳体117的壳体开口123引导到传感器壳体117的围绕所述传感器模块的凝胶侧的内腔124中。为压差测量设置相应的用于压差测量的压力传感器芯片122。通过经由所述开口118进行测量可以将待测的燃料蒸汽与在传感器壳体的内腔中的电子装置以及与处于其中的电触头106、114、115完全分离。此外非常具有侵蚀性的燃料蒸汽不与所述凝胶108接触，是有利的。

图2示出了根据本发明的第一个实施例的传感器模块101的三维视图。在这个视图中可以容易清楚的看出安装在所述连接元件106上的电容器113。在模块底部103中存在两个槽缝125，所述槽缝是因制造而形成的。所述槽缝125用于容纳封铸材料，以保持并且保护处在其下的导体梳（Leiterkamm）。

图3示出具有装入根据本发明的第一个实施例的传感器模块101的传感器壳体102的三维视图。在图3中示出了传感器模块102的安装位置，其中传感器模块101的敞开侧指向传感器壳体102的凹陷部110中。所述连接元件106经由所述的焊线114与壳体侧的电触头连接。

图4示出根据本发明的第二个实施例的传感器模块201的三维视图。对传感器模块101的上述说明适用于所述传感器模块201并且仅对差别进行说明。在该实施例中在开口118（在图4中遮挡）上方布置压力传感器芯片204，其相当于上述的压力传感器芯片104或者122并且借助于焊线207与ASIC芯片226连接（ASIC=Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung（专用集成电路））。所述ASIC芯片226又用焊线207与连接元件206连接，其相当于上述的连接元件106。在所述连接元件206上安装有电容器213，如同关于电容器113那样说明。所述第二个实施例与本发明的第一个实施例基本上不同的是，所述连接元件206绝大部分用与所述模块底部和所述模块壁相同的浇铸材料包封，也就是说与所述模块底部和所述模块壁整体构造。这更精确的说就是，铸造材料处于连接元件206之间并且仅仅连接元件206的指向外部的端部区域在（沿着所述连接元件206的纵向）0.5到2mm的长度上不由浇铸材料包围。在邻接上述区域更靠内部的具有0.5到2mm的长度的区域上，在所述连接元件206之间设置浇铸材料，但是上侧面和下侧面显露。在这个区域中所述处于连接元件206之间的浇铸材料具有如在下列区域中相同的高度，在所述下列区域中所述连接元件被完全包围。在此所述上侧面和下侧面相当于沿着模块底部的法线指向相反的方向的侧面。所述连接元件206的其他区域完全由浇铸材料包裹，除了在设置电容器213的位置上之外。为了安装所述电容器213空出这些区域并且所述连接元件206在所述区域中是显露的。

图5示出具有装入根据本发明的第二个实施例的传感器模块201的传感器壳体202的三维视图。对传感器壳体102的说明适用于所述传感器壳体202。图5示出在安装位置中的传感器模块201，其中传感器模块201的敞开侧指向传感器壳体202的凹陷部中。所述连接元件206经由所述焊线214与壳体侧的电触头227连接。

图6示出具有装入根据本发明的第二个实施例的传感器模块201的传感器壳体217的三维视图。对传感器壳体117的说明适用于所述传感器壳体217。图6示出在安装位置中的传感器模块201，其中传感器模块201的敞开侧从传感器壳体217的凹陷部指向外。所述连接元件206经由所述焊线214与壳体侧的电触头227连接。

图7示出根据本发明的第三个实施例的传感器模块301的三维视图。所述第三个实施例与在图4中示出的第二个实施例不同的是，在相当于连接元件106的连接元件306之间的外部区域中的整个长度上存在浇铸材料。因此不存在连接元件306的四周显露的区域。在连接元件306的指向外部的端部区域中，所述端部区域在0.5到2mm的长度上延伸，在所述连接元件306之间设置浇铸材料，但是上侧面和下侧面显露。在这个区域中所述处于连接元件306之间的浇铸材料具有与在下列区域中相同的高度，在所述下列区域中所述连接元件被浇铸材料完全包围。所述连接元件306的其他区域完全由浇铸材料包裹。为了装配电容器313，在上面提到的连接元件306的外部的端部区域中尽管在连接元件306之间设置铸造材料，但是仅在如所述连接元件306本身的高度之内。

图8a三维地示出根据本发明的第四个实施例的传感器模块401的下侧面，并且图8b三维地示出根据本发明的第四个实施例的传感器模块的上侧面。该实施例仅在安装电容器413上与第三个实施例不同，所述电容器413如在第二个实施例中那样安装。这就是说，所述电容器不是安装在连接元件406的外部的端部区域中，而是在所述连接元件406完全由浇铸材料包裹的区域中空出安装所述电容器413的位置并且与在所述位置上显露的连接元件406电连接。

电容器在上述的实施例中一直以复数说明，但是也可以出现每个传感器模块使用仅一个唯一的电容器。但是此外也可以替代地或者附加地，在所述连接元件上安装选自由电阻、二极管或者其他电气部件所组成集合中的一个或者多个部件，所述其他电气部件具有两个接头并且作为SMD电子部件可以得到。

此外指出，参考上述改进之一描述的特征也可以与其他改进的其他特征结合使用。权利要求中的附图标记不看作限制。

Claims (10)

1.用于容纳压力传感器芯片（104、122；204）并且用于装配在传感器壳体（102、117；202、217）中的传感器模块（101；201；301；401），具有

带有芯片装配区域的模块底部（103），在芯片装配区域上可以装配所述压力传感器芯片；

与所述模块底部整体构造并且围绕所述芯片装配区域的模块壁（105）；

多个穿过所述模块壁通向外部的连接元件（106；206；306；406），

其特征在于，

所述连接元件至少在整个外部区域中直线地延伸，并且

所述连接元件在沿着模块底部的法线指向相反方向的两侧上，至少部分地显露，用于安装和电连接至少一个电气部件（113；213；313；413）并且用于将所述传感器模块电气安装到所述传感器壳体中。

2.按权利要求1所述的传感器模块，此外具有开口（118），所述开口穿过所述模块底部延伸并且在芯片装配区域中通入所述传感器模块中。

3.按权利要求1或者2所述的传感器模块，其中所述模块底部和所述模块壁整体铸造并且浇铸材料同样处在外部区域中在所述连接元件之间。

4.按权利要求3所述的传感器模块，其中浇铸材料在外部区域中，在外部区域中的连接元件的至少80%的长度上，处在所述连接元件之间。

5.按权利要求3所述的传感器模块，其中浇铸材料在外部区域中，在外部区域中的连接元件的整个长度上，处在所述连接元件之间。

6.按权利要求4所述的传感器模块，其中所述连接元件在外部区域中用浇铸材料包围并且仅仅所述连接元件的指向外部的端部区域在沿着所述模块底部的法线指向相反的方向的两侧上是显露的，以及用于安装所述至少一个电气部件而空出的区域是显露的。

7.按权利要求1所述的传感器模块，其中所述传感器模块的周长由所述模块底部的指向外部的侧面起沿着垂直于所述模块底部的方向首先增大并且然后减小。

8.包括按照前述权利要求中任一项所述的传感器模块和至少两个传感器壳体（102、117）的系统，其中所述模块底部的指向外部的侧面匹配用于装配到其中一个传感器壳体的内侧面上，并且所述模块壁的指向相反方向的区域匹配用于装配到另一个传感器壳体的内侧面上。

9.按权利要求8所述的系统，其中所述至少两个传感器壳体在其内侧面上具有凹陷部（110、116），其中所述模块底部的指向外部的侧面在几何形状上匹配于其中一个传感器壳体的凹陷部，并且所述模块壁的指向相反方向的区域在几何形状上匹配于另一个传感器壳体的凹陷部。

10.按权利要求8所述的系统，其中所述传感器模块的侧壁相对于所述模块底部的法线关于所述连接元件所在的平面在一侧上具有第一斜度并且在另一侧上具有第二斜度，并且其中一个传感器壳体的凹陷部的侧壁具有第一斜度并且另一个传感器壳体的凹陷部的侧壁具有第二斜度。

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