DE102005044382A1

DE102005044382A1 - Drucksensor

Info

Publication number: DE102005044382A1
Application number: DE102005044382A
Authority: DE
Inventors: Tomohito Kariya Kunda; Osamu Kariya Ito; Yoshifumi Kariya Murakami; Takeshi Kariya Shinoda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US20060053894A1; JP4419847B2; JP2006113041A; US7228745B2

Abstract

Ein Drucksensor (100) beinhaltet einen hohlen zylindrischen Schaft (10), einen Sensorchip (20) und eine Leiterplatte (30). Der hohle zylindrische Schaft (10) weist eine druckempfindliche flexible Membran (11) an einem ersten axialen Ende von ihm und eine Öffnung (12) an einem zweiten axialen Ende von ihm auf, wobei die Öffnung (12) zum Übermitteln von Druck in den Schaft (10) dient. Der Sensorchip (20) ist zum Ausgeben eines elektrischen Signals proportional zu der Deformation der Membran (11) auf der Membran (11) vorgesehen. Die Leiterplatte (30) verbindet den Sensorchip (20) elektrisch mit einer externen Schaltung. Die Leiterplatte (30) ist auf dem ersten axialen Ende des Schafts (10) um den Sensorchip (20) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensors, der einen hohlen zylindrischen Schaft mit einer Druck erfassenden Membran, einen Sensorchip, der eine Deformation der Membran erfasst und eine Leiterplatte zum Verbinden des Sensorchip mit einer externen Schaltung aufweist.

Drucksensoren, die einen hohlen zylindrischen Schaft und ein Erfassungselement aufweisen, das ein elektrisches Signal proportional zu einem erfassten Druck ausgibt, sind im Allgemeinen bekannt. Ein derartiger Drucksensor ist zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-272297 offenbart.

In dem Drucksensor, der in dieser Offenlegungsschrift gezeigt ist, wird eine flexible Membran, die an einem axialen Ende des Schafts ausgebildet ist, durch Druck deformiert, der durch eine Öffnung, die an dem anderen axialen Ende des Schafts vorgesehen ist, in den hohlen Teil des Schafts übermittelt wird.

Ein Sensorchip, der auf der Membran vorgesehen ist, gibt ein elektrisches Signal proportional zu der Deformation der Membran aus.

Der Sensorchip ist elektrisch mit einer Leiterplatte verbunden, welche außerhalb des Außendurchmessers des Schafts oder unterhalb des Umfangs des Schafts angeordnet ist. Der Sensorchip ist daher elektrisch über die Leiterplatte mit einer externen Schaltung verbunden, so dass das Signal aus dem Sensorchip zu dieser oder zu einer anderen externen Schaltung ausgegeben wird. Bei diesem Sensor beinhaltet die Leiterplatte einen Schaltungschip zum Verarbeiten des elektrischen Signals von dem Sensorchip. Das Signal aus dem Sensorchip wird zum Beispiel verstärkt oder zu einem Signal gewandelt, das durch eine Verarbeitungsschaltung in diesem Sensorchip besser zu handhaben ist, bevor es ausgegeben wird.

Dieser Typ des Drucksensors wird im Allgemeinen für Bremsen verwendet. Der Sensor ist zur Abmessungsverringerung der Betätigungsvorrichtung herkömmlicher Weise auf die Betätigungsvorrichtung montiert. Nun gibt es einen Bedarf, den Drucksensor mit einem elektromagnetischen Ventil zu integrieren, das auf die Betätigungsvorrichtung montiert ist, um die Abmessung der Betätigungsvorrichtung zum weiteren Sparen von Raum zu verringern.

Wenn ein derartiger Drucksensor mit einem elektromagnetischen Ventil integriert wird, ist das Ventil im Allgemeinen axial mit dem Schaft des Drucksensors verbunden. Das elektromagnetische Ventil beinhaltet im Allgemeinen einen Druckpfad innerhalb, in dem ein unter Druck gesetztes Medium fließt, und ein magnetisch angesteuertes Ventil, wie zum Beispiel ein Magnetventil, zum Steuern der Flussrate des unter Druck gesetzten Mediums in dem Pfad.

Der Druck wird daher durch das elektromagnetische Ventil gesteuert und an einem axialen Ende des Schafts des Drucksensors über die Öffnung an dem anderen Ende auf die Membran ausgeübt. Der Sensorchip gibt ein elektrisches Signal proportional zu der von dem Druck induzierten Deformation der Membran aus, wodurch eine Druckerfassung erzielt wird.

Im Allgemeinen ist der Drucksensor in ein röhrenförmiges Magnetventil eingeführt und wird das elektromagnetische Ventil durch eine magnetische Kraft von dem Magnetventil für die Druckerfassung angesteuert.

Deshalb gibt es eine Notwendigkeit, den Durchmesser des Drucksensors, das heißt den Schaft in dem Sensor, zu verringern. Um den Sensor mit dem elektromagnetischen Ventil zu integrieren, muss der Sensordurchmesser (oder der Schaftdurchmesser) auf mindestens ungefähr 7,5 mm verringert werden.

Jedoch ist die Radialabmessung des herkömmlichen Drucksensors, der in der zuvor bezeichneten Veröffentlichung offenbart ist, verhältnismäßig groß, da er die Fläche für die Leiterplatte beinhaltet, die außerhalb des Umfangs des Sockels angeordnet ist.

Weiterhin ist, da ein Schaltungschip wie bei diesem herkömmlichen Sensor im Allgemeinen auf die Leiterplatte montiert ist, die Abmessung der Leiterplatte demgemäß groß, da sie die Montagefläche des Schaltungschip beinhaltet.

Im Hinblick auf die zuvor bezeichneten und andere Probleme mit herkömmlichen Verfahren beinhaltet ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Drucksensor mit verringertem Durchmesser, der einen hohlen zylindrischen Schaft mit einer Druck erfassenden Membran, einen Sensorchip, der eine Deformation der Membran erfasst, und eine Leiterplatte zum elektrischen Verbinden des Sensorchip mit einer externen Schaltung aufweist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Drucksensor einen hohlen zylindrischen Schaft, einen Sensorchip und eine Leiterplatte. Der hohle zylindrische Schaft beinhaltet eine druckempfindliche flexible Membran, die an einem ersten axialen Ende von ihm angeordnet ist, und eine Öffnung an einem zweiten axialen Ende von ihm, wobei die Öffnung eine Übermittlung eines Drucks in dem Schaft zulässt. Der Sensorchip ist zum Ausgeben eines elektrischen Signals proportional zu einer Deformation der Membran auf der Membran vorgesehen. Die Leiterplatte verbindet den Sensorchip elektrisch mit einer externen Schaltung und ist auf dem ersten axialen Ende des Schafts um den Sensorchip vorgesehen.

Da der Sensorchip und die Leiterplatte beide auf das axiale Ende des Sockels montiert sind, ist die radiale Abmessung verglichen mit der herkömmlichen Sensorstruktur, in der die Leiterplatte außerhalb des Umfangs des Sockels angeordnet ist, wesentlich verringert.

Deshalb weist gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Drucksensor, welcher einen hohlen zylindrischen Schaft mit einer Druck erfassenden Membran, einen Sensorchip zum Erfassen einer Deformation der Membran und eine Leiterplatte zum elektrischen Verbinden des Sensorchip mit einer externen Schaltung beinhaltet, einen wesentlich verringerten Durchmesser auf.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung passt die Leiterplatte innerhalb des Außendurchmessers des Schafts, um eine Verringerung des Durchmessers des Sensors sicherzustellen.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung beinhaltet der Drucksensor weiterhin einen Schaltungschip zum Verarbeiten des elektrischen Signals von dem Sensorchip. In diesem Fall ist der Schaltungschip auf das erste axiale Ende des Schafts auf den Sensorchip montiert und ist elektrisch über Kontaktierungsflecken mit dem Sensorchip und mit der Leiterplatte verbunden.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem der Drucksensor einen Schaltungschip zum Verarbeiten des elektrischen Signals von dem Sensorchip aufweist, ist der Schaltungschip auf den Sensorchip montiert und mit diesem durch Kontaktierungsflecken verbunden. Da der Schaltungschip axial auf den Schaft montiert ist, behindert das Vorsehen des Schaltungschip nicht die Verringerung des Durchmessers des Drucksensors.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung beinhaltet der Schaltungschip eine größere Fläche als der Sensorchip. Die Mitte des Schaltungschip überlappt den Sensorchip und sein Umfang überlappt die Leiterplatte.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der Sensorchip und der darauf montierte Schaltungschip beide quadratisch und derart voneinander versetzt, dass die Ecken von einem Chip von den Seiten des anderen Chip hervorstehen.

Dieser Aufbau verwendet die Tatsache, dass die Diagonale von Chips, welche im Allgemeinen quadratisch sind, länger als die Seiten sind. Das heißt durch derartiges Überlappen eines Chip auf dem anderen, dass die Ecken von einem Chip von den Seiten des anderen Chip hervorstehen, weist der Schaltungschip einige Umfangsbereiche auf, die den Sensorchip nicht überlappen, an denen er elektrisch durch Kontaktierungsflecken mit der Leiterplatte verbunden werden kann.

Dies lässt zu, die Abmessung des Schaltungschip auf einen minimal möglichen Pegel zu verringern und weiterhin kann die elektrische Verbindung zwischen den Chips zweckmäßig gebildet werden.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung sind der Sensorchip sind der Sensorchip und der Schaltungschip beide quadratisch und ist der Schaltungschip über den Kontaktierungsflecken entlang einer Seite mit dem Sensorchip verbunden, während er über den Kontaktierungsflecken entlang der gegenüberliegenden Seite mit der Leiterplatte verbunden ist. Bei diesem Aufbau wird der Grad einer Flachheit, die zum zuverlässigen Verbinden zwischen dem Sensorchip, dem Schaltungschip und der Leiterplatte erforderlich ist, verhältnismäßig niedriger gemacht, und wird die elektrische Verbindung stabil gebildet.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhalten der Sensorchip und der darauf montierte Schaltungschip Pfade auf ihren gegenüberliegenden Flächen, die über die Kontaktierungsflecken verbunden sind. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Chip eine Mehrzahl von Anschlussflächen, die jeweils einer Anschlussfläche auf dem anderen Chip entsprechen. Diese Mehrzahl von Anschlussflächen auf dem einen Chip ist benachbart zueinander angeordnet, um über Anschlussflächen zu jeweils einer Anschlussfläche auf dem anderen Chip verbunden zu sein.

Diese Anordnung bringt Fehlausrichtungen zwischen dem Sensorchip und dem Schaltungschip unter. Zum Beispiel können auch dann, wenn einer versetzt von dem anderen montiert ist, die Anschlussflächen über die Kontaktierungsflecken immer noch geeignet verbunden sein.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Drucksensor eine flexible gedruckte Leiterplatte, die sich zwischen dem Schaltungschip und dem Sensorchip und zwischen dem Schaltungschip und der Leiterplatte befindet. Der Schaltungschip und die flexible gedruckte Leiterplatte, die flexible gedruckte Leiterplatte und der Sensorchip und die flexible gedruckte Leiterplatte und die Leiterplatte sind elektrisch über die Kontaktierungsflecken verbunden.

Bei dieser Anordnung absorbiert die Flexibilität der flexiblen gedruckten Leiterplatte die Spannung, die zwischen dem Schaltungschip, dem Sensorchip und der Leiterplatte ausgeübt wird, die über die Kontaktierungsflecken verbunden sind.

Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Leiterplatte ein Kunststoffsubstrat und befindet sich ein Teil der Leiterplatte derart zwischen dem Sensorchip und dem Schaft, dass der Sensorchip und die Leiterplatte über eine thermische Druckkontaktierung des Kunststoffsubstrats mit dem Schaft verbunden sind.

Bei dieser Anordnung wirkt die Leiterplatte als ein Kontaktierungsmaterial, um sich selbst und den Sensorchip mit dem Schaft zu verbinden.

Ein getrenntes Kontaktierungsmaterial zum Verbinden der Leiterplatte und des Sensorchip mit dem Schaft ist daher nicht erforderlich, wodurch die Anzahl von Komponenten verringert wird und das Herstellungsverfahren vereinfacht wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1A eine Draufsicht eines Ausbaus eines Drucksensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1B eine Querschnittsansicht des Drucksensors des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die entlang einer Linie IB-IB in 1A genommen ist;
2A eine Draufsicht einer ersten Ausgestaltung des Aufbaus des Drucksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2B eine quergeschnittene Seitenansicht der ersten Ausgestaltung des Aufbaus des Drucksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die entlang einer Linie IIB-IIB in 2A genommen ist;
3A eine Draufsicht einer zweiten Ausgestaltung des Aufbaus des Drucksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3B eine quergeschnittene Seitenansicht der zweiten Ausgestaltung des Aufbaus des Drucksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die entlang einer Linie IIB-IIB in 3A genommen ist;
4A bis 4C Draufsichten einer dritten Ausgestaltung des Aufbaus des Drucksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 4A eine ausgerichtete Position von Chips des Drucksensors zeigt, 4B einen Zustand zeigt, in welchem die Chips um 30° im Winkel versetzt sind und 4C einen Zustand zeigt, in welchem die Chips um 60° im Winkel versetzt sind;
5 eine quergeschnittene Seitenansicht eines Drucksensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine quergeschnittene Seitenansicht eines Drucksensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine quergeschnittene Seitenansicht einer Leiterplatte mit einem darauf gelöteten Stift gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;
8 eine quergeschnittene Seitenansicht einer Leiterplatte mit einem daran gekoppelten Stift gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;
9 eine quergeschnittene Seitenansicht der Leiterplatte und des entkoppelten Stifts von 8;
10A eine Draufsicht eines Aufbaus eines Drucksensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10B eine quergeschnittene Seitenansicht des Drucksensors gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der entlang einer Linie XB-XB in 10A genommen ist;
11 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens des Drucksensors in 10; und
12 ein Flussdiagramm eines zweiten Beispiels eines Herstellungsverfahrens des Drucksensors in 10.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Die folgenden Beispiele der Drucksensoren werden zum Beispiel zum Erfassen des Drucks eines Bremsöls in einem Fahrzeugbremssystem oder zum Erfassen des Drucks in einer Kraftstoffleitung eines Fahrzeugkrafteinspritzsystems verwendet.
Gleiche oder ähnliche Elemente der nachstehenden verschiedenen Ausführungsbeispiele sind zur Einfachheit einer Beschreibung in der Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
1A und 1B stellen einen Drucksensor 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. 1A zeigt eine Draufsicht und 1B zeigt einen länglichen Querschnitt, der entlang einer Linie IB-IB in 1A genommen ist. In 1A sind ein Sensorchip 20 und Kontaktierungsflecken 50 durch durchgezogene Linie gezeichnet, obgleich sie auf Grund des Sensorchip 40 nicht zu sehen sind.
Wie es in 1B gezeigt ist, beinhaltet ein Schaft 10 einen hohlen Zylinder. Der Schaft 10 weist eine Membran 11, die an einem ersten axialen Ende von ihm angeordnet ist, und eine Öffnung 12 an einem zweiten axialen Ende von ihm auf. Ein Druck wird über die Öffnung 12 in das hohle Teil übermittelt. Die Membran 11 wird durch den Druck deformiert.
Die Membran 11 ist durch Vorsehen eines dünnen Teils in der Endfläche an dem ersten axialen Ende des Schafts 10 ausgebildet. Der Schaft 10 ist auf eine abgedichtete Weise an einem Abschnitt auf der Seite der Öffnung 12 an ein elektromagnetisches Ventil (nicht gezeigt) montiert.
Das elektromagnetische Ventil beinhaltet einen Flusspfad innerhalb für ein unter Druck gesetztes Medium und ein Ventil zum Steuern der Flussrate des Mediums durch den Pfad. Der Druck wird durch eine elektromagnetisches Ventil eingestellt und durch die Öffnung 12 in den Schaft 10 übermittelt, wo es zu messen ist.
Der Druck, der in dem hohlen Teil des Schafts 10 übermittelt wird, wird auf die Membran 11 ausgeübt, welche sich proportional zu dem Grad des ausgeübten Drucks deformiert.
Wie es in 1A und 1B gezeigt ist, ist ein Sensorchip 20 auf der Membran 11 des Schafts 10 vorgesehen. Der Sensorchip 20 gibt ein elektrisches Signal proportional zu der Deformation der Membran 11 aus.
Der Sensorchip 20 ist ein Halbleiterchip, der zum Beispiel aus einem einkristallinen Silizium besteht, und das Beispiel, das in Zeichnung gezeigt ist, weist eine quadratische Form auf. Der Sensorchip 20 ist unter Verwendung eines Glases (nicht gezeigt) mit einem niedrigen Schmelzpunkt oder dergleichen sicher auf die Membran 11 des Schafts 10 geklebt.
Weiterhin weist der Sensorchip 20 eine Brückenschaltung auf und wirkt als ein Dehnungsmessstreifen, welcher ein elektrisches Signal ausgibt, das die Änderungen des Widerstands proportional zu der Deformation der Membran 11 anzeigt, die durch den Druck verursacht wird, der durch die Öffnung 12 übermittelt wird. Das grundlegende Verhalten des Drucksensors 100 hängt stark von der Membran 11 und dem Sensorchip 20 ab.
Das Metall, das für den Schaft 10 verwendet wird, weist eine hohe Festigkeit, um einem hohen Druck zu widerstehen, und auf Grund der Notwendigkeit, den Siliziumsensorchip 20 unter Verwendung von Glas zu kleben, wie es zuvor beschrieben worden ist, einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten auf.
Genauer gesagt besteht der Schaft 10 aus einem Material, das hauptsächlich aus Fe, Ni und Co oder Fe und Ni mit Zusätzen von Ti, Nb und Al oder Ti und Nb besteht, um eine Ablagerung zu fördern, und durch irgendeines von Pressen, Schneiden, Kaltfließpressen oder dergleichen ausgebildet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Leiterplatte 30 um den Sensorchip 20 auf der Endfläche des Schafts 10 angeordnet. Die Leiterplatte 30 verbindet elektrisch den Sensorchip 20 mit einer externen Schaltung (nicht gezeigt). Die Leiterplatte 30 ist unter Verwendung von Glas oder dergleichen ähnlich dem Kleben des Sensorchip 20 sicher an den Schaft 10 geklebt.
Wie es in 1A und 1B gezeigt ist, ist die Leiterplatte 30 ein ringförmiges Substrat, das in der Mitte ein Durchgangsloch 31 aufweist. In diesem Beispiel weist die Leiterplatte 30 eine Abmessung auf, die innerhalb des äußeren Radialdurchmessers des Schafts 10 passt. Der Sensorchip 20 ist innerhalb des Durchgangslochs 31 angeordnet. Die Leiterplatte 30 ruht daher auf der axialen Endfläche des Schafts 10, um den Sensorchip 20 zu umgeben.
Das Durchgangsloch 31 der Leiterplatte 30 muss nicht notwendigerweise ringförmig sein und kann quadratisch, polygonal sein oder irgendeine andere Form aufweisen, die zulässt, dass der Sensorchip 20 darin gepasst ist. Die Leiterplatte 30 muss nicht kontinuierlich ringförmig sein und kann andere Formen aufweisen, die den Sensorchip 20 umgeben.
Die Leiterplatte 30 beinhaltet Anschlussflächen 32 zum elektrischen Verbinden des Drucksensors 100 mit einem externen Verdrahtungsteil (nicht gezeigt), wie zum Beispiel einer Leiterplatte oder einer Sammelschiene. Die Anschlussflächen sind zum Beispiel aus einer leitfähigen Metallplatte ausgebildet und gemäß Erfordernissen mit Metall, wie zum Beispiel Gold, Silber und Kupfer, plattiert.
In diesem Beispiel sind vier Anschlussflächen 32 um das Durchgangsloch 31 vorgesehen und werden für diskrete Zwecke, zum Beispiel für einen Energieversorgungsanschluss, einen Masseanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Einstellungsanschluss des Drucksensors 100, verwendet.
Der Drucksensor 100 ist durch ein externes Verdrahtungsteil (nicht gezeigt), das elektrisch mit diesen Anschlussflächen 32 verbunden ist, zum Beispiel mit einer ECU eines Fahrzeugs elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 30 kann ein keramisches Substrat oder ein Kunststoffsubstrat sein. In diesem Beispiel wird eine keramische mehrschichtige Leiterplatte verwendet.
Eine Mehrzahl von keramischen Schichten ist auf die Platte geschichtet und Durchgangslöcher, eine Zwischenschichtverbindung und die Anschlussflächen 32 sind unter Verwendung einer leitfähigen Paste, wie zum Beispiel Wolfram (W) oder Molybdän (Mo) ausgebildet, um die Verdrahtung fertig zu stellen.
Die Leiterplatte 30, die in 1A und 1B gezeigt ist, weist periphere Seitenwände auf, die höher als der Sensorchip 20 und ein Schaltungschip 40 stehen, so dass die Chips 20, 40 innerhalb der Seitenwände der Leiterplatte 30 untergebracht sind.
Diese Struktur lässt ein Vorsehen eines Schutzes der Chips 20 und 40 zum Beispiel mit einem Deckel, der an der Oberseite der Wände angebracht ist, oder mit einem Schutzmaterial, wie zum Beispiel einem Gel oder Kunststoff zu, das in den Raum gefüllt ist, der durch die Wände umgeben ist. Weiterhin ist es anzumerken, dass derartige Seitenwände kein absolutes Erfordernis für die Leiterplatte 30 sind.
Der Drucksensor 100 beinhaltet einen Schaltungschip 40 zum Verarbeiten eines elektrischen Signals von dem Sensorchip 20. Der Schaltungschip 40 ist ein IC-Chip, wie zum Beispiel ein Siliziumhalbleiterchip, der durch eine Anzahl von Verfahren mit Schaltungen ausgebildet ist.
Wie es in 1A gezeigt ist, ist der Schaltungschip 40 auf der axialen Endfläche des Schafts 10 auf dem Sensorchip 20 angeordnet. Der Schaltungschip 40 ist durch Kontaktierungsflecken 50 elektrisch mit dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 verbunden.
Der Schaltungschip 40 weist eine größere Fläche als der Sensorchip 20 auf. In diesem Beispiel ist der Schaltungschip 40 quadratisch, aber dies ist kein Erfordernis und der Chip kann ringförmig sein.
Die Mitte des Schaltungschip 40 überlappt den Sensorchip 20, während ihr Umfang die Leiterplatte 30 überlappt. Die Chips 20 und 40 sowie der Chip 40 und die Platte 30 sind durch Kontaktierungsflecken 50 in diesen überlappenden Abschnitten elektrisch miteinander verbunden.
Die Chips 20, 40 und die Platte 30 sind daher über die Kontaktierungsflecken 50 elektrisch verbunden und das Signal aus dem Sensorchip 20 wird zum Beispiel verstärkt oder zu einem Signal gewandelt, das durch eine Verarbeitungsschaltung in dem Schaltungschip 40 leichter zu handhaben ist, bevor es von der Leiterplatte 30 zu einer externen Schaltung (nicht gezeigt) ausgegeben wird.
Die Kontaktierungsflecken 50 sind zum Beispiel Lotkontaktierungsflecken oder Goldkontaktierungsflecken. Eine Kontaktierungsfleckenverbindung wird durch eine Lotkontaktierung der Lotkontaktierungsflecken oder ein Druckkontaktierung der Goldkontaktierungsflecken erzielt.
Diese Kontaktierungsflecken 50 sind durch Drucken oder Plattieren auf dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 ausgebildet, die auf dem Schaft 10 befestigt ist, worauf der Schaltungschip 40 für die Kontaktierungsfleckenverbindung darauf montiert wird.
Alternativ können die Kontaktierungsflecken 50 durch ähnliche Verfahren auf dem Schaltungschip ausgebildet werden, worauf der Schaltungschip 40 auf den Sensorchip 20 montiert wird und die Leiterplatte 30 für die Kontaktierungsfleckenverbindung auf dem Schaft 10 befestigt wird.
Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens dieses Drucksensors 100 wird nun beschrieben.
Zuerst wird der Schaft 10 vorbereitet und wird das Glas eines niedrigen Schmelzpunkts, das vorhergehend erwähnt worden ist, auf die Membran 11 und ihren Umfang an der axialen Endfläche des Schafts 10 gedruckt. Der Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 werden dann auf den Schaft montiert.
Das Glas eines niedrigen Schmelzpunkts wird derart geschmolzen und gehärtet, dass der Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 auf dem Schaft 10 befestigt werden. Weiterhin wird ein Bleiglas, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, auf den Schaft 10 gedruckt und zur Glaskontaktierung gebrannt und, nachdem der Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 auf das gebrannte Glas montiert worden sind, wird es derart erneut gebrannt, dass der Chip 20 und die Platte 30 durch das Glas an dem Schaft 10 befestigt werden.
Die Kontaktierungsflecken 50 werden dann durch das Verfahren, das vorhergehend erwähnt worden ist, entweder auf dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 oder auf dem Schaltungschip 40 zum Verbinden mit dem Schaltungschip 40 mit dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 durch die Kontaktierungsflecken 50 vorgesehen. Der Drucksensor 100, der in 1 gezeigt ist, ist daher fertig gestellt.
Dieser Drucksensor 100 wird zum Ansteuern des elektromagnetischen Ventils in eine röhrenförmige Magnetspule eingeführt, so dass der Sensor zur Druckerfassung integral an dem elektromagnetischen Ventil angebracht und mit diesem verbunden ist.
Das elektromagnetische Ventil stellt die Flussrate des Druckmediums ein und der Druck wird in das hohle Teil des Schafts 10 durch seine Öffnung 12 übermittelt, wodurch die Membran 11 deformiert wird.
Die Druckerfassung wird wie folgt durchgeführt: der Sensorchip 20 wandelt die Deformation zu einem elektrischen Signal, welches durch die Kontaktierungsflecken 50 zu dem Schaltungschip 40 gesendet wird, wo es verstärkt oder eingestellt wird, bevor es durch die Kontaktierungsflecken 50 und die Leiterplatte 30 zu einer externen Schaltung ausgegeben wird.
Das den erfassten Druck anzeigende Signal wird für das Steuern eines Bremssystem oder eines Kraftstoffeinspritzsystem durch eine ECU oder dergleichen eines Fahrzeugs verwendet.
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel des Drucksensors 100 beinhaltet einen hohlen zylindrischen Schaft 10, der eine druckempfindliche flexible Membran 11 an einem axialen Ende und eine Öffnung 12 an dem anderen axialen Ende zum Übermitteln eines Drucks in das hohle Teil des Schafts 10, einen Sensorchip 20, der zum Ausgeben eines elektrischen Signals proportional zu der Deformation der Membran auf der Membran 11 vorgesehen ist, und eine Leiterplatte 30 zum elektrischen Verbinden des Sensorchip 20 mit einer externen Schaltung aufweist, wobei die Leiterplatte 30 um den Sensorchip 20 auf einem axialen Ende des Schafts 10 angeordnet ist.
Sowohl der Sensorchip 20 als auch die Leiterplatte 30 sind auf ein axiales Ende des Schafts 10 montiert, wobei der Durchmesser des Sensors im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur verringert ist, bei welcher die Leiterplatte 30 außerhalb des Umfangs des Schafts 10 montiert ist.
Deshalb weist der Drucksensor 100, der den hohlen zylindrischen Schaft 10 mit einer Druck erfassenden Membran 11, einen Sensorchip 20 zum Erfassen einer Deformation der Membran 11 und eine Leiterplatte 30 zum elektrischen Verbinden des Sensorchip 20 mit einer externen Schaltung beinhaltet, einen im Wesentlichen verringerten Durchmesser auf.
Der Drucksensor 100 ist zum Ansteuern des elektromagnetischen Ventils in eine röhrenförmige Magnetspule eingeführt, so dass er zur Druckerfassung integral mit dem Ventil verbunden ist. Demgemäß führt die Verringerung des Durchmessers des Drucksensors 100 zu einer Abmessungsverringerung des elektromagnetischen Ventils mit einem Sensor.
Der Drucksensor 100, der in 1A und 1B gezeigt ist, weist insbesondere eine Leiterplatte 30 auf, die innerhalb des Außenumfangs des Schafts 10 passt. Deshalb kann die radiale Abmessung des Drucksensors 100, der die Leiterplatte 30 beinhaltet, so klein wie der Durchmesser des Schafts 10 verringert werden.
Dies ist natürlich kein Erfordernis der vorliegenden Erfindung und die Leiterplatte 30 kann sich geringfügig über den Außendurchmesser des Schafts 10 ausdehnen, solange der Drucksensor 100 dünn genug ist, um in die Magnetspule eingeführt zu werden.
Der Schaltungschip 40 zum Verarbeiten des elektrischen Signals aus dem Sensorchip 20 wird an dem axialen Ende des Schafts 10 auf den Sensorchip 20 montiert und der Schaltungschip 40 wird durch die Kontaktierungsflecken 50 elektrisch mit dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 verbunden.
Da der Schaltungschip 40 zum Verarbeiten des elektrischen Signals aus dem Sensorchip 20 auf den Sensorchip 20 montiert ist und durch die Kontaktierungsflecken 50 mit diesem verbunden ist, ruht der Schaltungschip ebenso auf dem axialen Ende des Schafts 10 und dehnt sich nicht radial aus, was die Abmessungsverringerung des Sensors verhindern würde.
In dem Beispiel, das in 1A gezeigt ist, wie es zuvor beschrieben worden ist, weist der Schaltungschip 40 eine größere Fläche als der Sensorchip 20 auf und überlappt die Mitte des Schaltungschip 40 den Sensorchip 20, während sein Umfang die Leiterplatte 30 überlappt. Der Schaltungschip 40 ist elektrisch über die Kontaktierungsflecken 50 in diesen überlappenden Abschnitten mit dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 verbunden.
Es ist anzumerken, dass verschiedene Ausgestaltungen dieses Aufbaus und dieser Anordnung des Schaltungschip 40 und der Kontaktierungsflecken 50, wie sie zuvor beschrieben worden sind, als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gedacht sind, wie es nachstehend beschrieben wird.
Die 2A bis 4C zeigen verschiedene Ausgestaltungen, die an dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel durchgeführt worden sind. In den Draufsichten dieser Darstellungen sind der Sensorchip 20, die Kontaktierungsflecken 50, eine Durchgangsloch 31 und Anschlussflächen a, b, c und d (in 4) durch durchgezogene Linien gezeichnet, obgleich sie auf Grund des Schaltungschip 40 nicht zu sehen sind.
2A zeigt eine Draufsicht und 2B zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht, die entlang der Linie IIB-IIB in 2A genommen ist, wobei diese eine Ausgestaltung des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels zeigen, bei welchem der Aufbau des Schaltungschip 40 und der Kontaktierungsflecken 50 geändert ist.
In diesem Beispiel sind sowohl der Sensorchip 20 als auch der Schaltungschip 40 quadratisch und der Schaltungschip 40 überlappt den Sensorchip 20 in einer Versatzposition, so dass die Ecken von einem Chip von den Seiten des anderen Chip hervorstehen.
In dem dargestellten Beispiel sind verglichen mit dem Aufbau, der in 1A gezeigt ist, Chips voneinander um 45 Grad um eine Achse in der Richtung gedreht, in welcher sie überlappen.
Weiterhin ist es anzumerken, dass, obgleich die Chips 20 und 40 in 2 um 45 Grad gedreht sind, diese um weniger als 45 Grad gedreht sein können, solange die Ecken von einem Chip von den Seiten des anderen Chip hervorstehen.
Bei dieser ersten Ausgestaltung verwendet der Aufbau die Tatsache, dass die Diagonale von Chips, welche im Allgemeinen quadratisch sind, länger als die Seite ist.
Das heißt, der Schaltungschip 40 weist auch dann, wenn der Sensorchip 20 und der Schaltungschip beide mehr oder weniger die gleiche Flächenabmessung aufweisen, einige Umfangsbereiche auf, die nicht den Sensorchip 20 überlappen, wie es in 2A gezeigt ist, an denen er elektrisch durch die Kontaktierungsflecken 50 mit der Leiterplatte 30 verbunden werden kann.
Deshalb kann bei dieser ersten Ausgestaltung der quadratische Schaltungschip 40 so klein wie die gleiche Abmessung des quadratischen Sensorchip 20 verringert werden und kann auch die elektrische Verbindung zwischen den Chips 40 und 20 zweckmäßig gebildet werden.
Dieses Beispiel verbessert daher eine Abmessungsverringerung des Schaltungschip 40. Die gestrichelten Linien in 2A und 2B zeigen den Schaltungschip 40 der gleichen Abmessung, wie er in 1A und 1B gezeigt ist, um zu zeigen, um wie viel kleiner der Schaltungschip 40 dieses Beispiels ist. Alternativ kann ein größerer Sensorchip 20 verwendet werden, das heißt der größere Schaltungschip 40, der in 1A gezeigt ist, und ein Sensorchip 20, der so groß wie dieser Schaltungschip ist, können verwendet werden.
Bei dem Aufbau des Schaltungschip 40 und der Kontaktierungsflecken 50, die in 1A gezeigt sind, ist ein höherer Grad einer Flachheit für beide Chips vor der Kontaktierungsfleckenkontaktierung erforderlich.
Weiterhin können die Kontaktierungsflecken 50 eine große Krümmung (Spannung ) abhängig von der Kombination der Materialien für die Chips erfahren.
3A zeigt eine Draufsicht und 3B zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht, die entlang einer Linie IIIB-IIIB in 3A genommen ist, wobei sie eine zweite Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels darstellen, in welcher der Aufbau des Schaltungschip 40 und der Kontaktierungsflecken 50 geändert ist.
In diesem Beispiel sind sowohl der Sensorchip 20 als auch der Schaltungschip 40 quadratisch und ist der Schaltungschip 40 entlang einer Seite über die Kontaktierungsflecken mit dem Sensorchip 20 verbunden, während er über die Kontaktierungsflecken 50 entlang der gegenüberliegenden Seite mit der Leiterplatte 30 verbunden ist.
Bei diesem Aufbau der zweiten Ausgestaltung ist der Grad einer Flachheit, der für den Chip und die Platte erforderlich ist, verhältnismäßig niedriger und ist die Krümmung der Kontaktierungsflecken 50 gemildert, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip 20, dem Schaltungschip 40 und der Leiterplatte 30 zuverlässig gebildet wird.
Der Sensorchip 20 und der Schaltungschip 40, der darauf überlappt, sind über die Kontaktierungsflecken 50 auf ihren gegenüberliegenden Flä chen verbunden. Anschlussflächen sind in diesen gegenüberliegenden Abschnitten vorgesehen, die den Kontaktierungsflecken 50 entsprechen.
Die Anschlussflächen des Schaltungschip 40, die auf den Sensorchip 20 überlappen, müssen genau bezüglich den Anschlussflächen des Sensorchip 20 für eine erfolgreiche Kontaktierungsfleckenverbindung positioniert sein.
Wenn die Anschlussflächen der gegenüberliegenden Flächen der Chips 20 und 40 in Paaren vorgesehen sind, um über Kontaktierungsflecken verbunden zu werden, kann auch eine geringe Fehlausrichtung zwischen den Chips zu einem Verbindungsversagen führen.
4A bis 4C zeigen Draufsichten, die eine dritte Ausgestaltung des Aufbaus des Schaltungschip 40 und der Kontaktierungsflecken 50 darstellen, um eine Ausrichtung des Chips 20 und 40 sicherzustellen.
Bei dieser Ausgestaltung sind Kontaktierungsflecken 50 auf dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 ausgebildet, die auf dem Schaft 10 befestigt ist, und ist der Schaltungschip 40 für die Kontaktierungsfleckenverbindung darauf montiert.
In dem dargestellten Beispiel sind vier Typen von Anschlussflächen a, b, c und d auf dem Schaltungschip 40 vorgesehen, der auf den Sensorchip 20 montiert ist, welche mit vier Kontaktierungsflecken auf dem Sensorchip 20 zu verbinden sind.
Genauer gesagt ist eine Mehrzahl von Anschlussflächen zueinander benachbart auf dem Schaltungschip 40 für jede der vier Typen von Anschlussflächen a, b, c und d vorgesehen, die mit einem Kontaktierungsfleck 50 jeweils auf dem Sensorchip 20 zu verbinden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei der vier Typen von Anschlussflächen a, b, c und d zueinander benachbart auf dem Schaltungschip 40 vorgesehen.
Die zwölf Anschlussflächen, das heißt drei der vier Typen von Anschlussflächen a, b, c und d sind in einer im Wesentlichen ringförmigen Anordnung gleichmäßig beabstandet, wie es in den Darstellungen gezeigt ist. Deshalb bringt diese Anordnung Fehlausrichtungen zwischen dem quadratischen Sensorchip 20 und dem Schaltungschip 40 unter, wenn eine um die Mitte bezüglich der anderen gedreht ist.
4A zeigt einen Zustand, in dem beide Chips 20 und 40 ausgerichtet sind. Auch dann, wenn der Schaltungschip 40 um 30° gedreht ist, wie es in 4B gezeigt ist, oder um 60°, wie es in 4C gezeigt ist, können die Anschlussflächen a, b, c und d auf dem Schaltungschip 40 mit den Kontaktierungsflecken 50 auf dem Sensorchip 20 verbunden werden.
In dem dargestellten Beispiel ist die Mehrzahl von Anschlussflächen a, b, c und d auf dem Schaltungschip 40 vorgesehen, da der Chip 40 auf den Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 montiert ist, die auf dem Schaft 10 befestigt ist und mit den Kontaktierungsflecken 50 ausgebildet ist.
Alternativ können die Kontaktierungsflecken 50 auf dem Schaltungschip 40 im voraus ausgebildet sein. In diesem Fall ist, obgleich es nicht gezeigt ist, die Mehrzahl von Anschlussflächen auf dem Sensorchip 20 vorgesehen und ist der Schaltungschip 40 mit den Kontaktierungsflecken 50 auf dem Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 montiert.
Das heißt, die Anschlussflächen a, b, c und d, die in den 4A bis 4C dargestellt sind, können ebenso auf dem Sensorchip 20 ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die Kontaktierungsflecken 50 auf dem Schaltungschip 40 ausgebildet sind.
Anders ausgedrückt sind die Anschlussflächen a, b, c und d und die Kontaktierungsflecken 50, die damit zu verbinden sind, in den gegenüberliegenden Flächen des Sensorchip 20 und des Schaltungschip 40 vorgesehen, der darauf montiert ist, und ist ein Mehrzahl von Anschlussflächen für jeden Typ zueinander benachbart auf einem Chip 40 vorgesehen, die jeweils einer Anschlussfläche des anderen Chip 20 für eine Kontaktierungsfleckenverbindung entsprechen.
Bei diesem Aufbau können auch dann, wenn der Schaltungschip 40 bezüglich dem Sensorchip 20 fehlausgerichtet ist, wenn er darauf montiert ist, ihre Anschlussflächen a, b, c und d ohne Fehler durch Kontaktierungsflecken 50 miteinander verbunden werden. Das heißt, dieser Aufbau bringt Fehlausrichtungen zwischen den Chips unter.
Die 4A bis 4C zeigen lediglich ein Beispiel der dritten Ausgestaltung und der Aufbau ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zum Beispiel können die Anschlussflächen von einem Chip, die jeweils einer Anschlussfläche des anderen Chip entsprechen, in einer beliebigen Zahl vorgesehen sein, das heißt, es können zwei oder vier oder mehr Anschlussflächen auf einem Chip für jede Anschlussfläche auf dem anderen Chip sein. Diese Anschlussflächen müssen nicht notwendiger Weise entlang eines Kreises angeordnet sein, wie es dargestellt ist, sondern können zweckmäßig proportional zu dem erwarteten Fehlausrichtungswinkel angeordnet sein.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des Drucksensors 200 gemäß der vorliegenden Erfindung. Lediglich die zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel unterschiedlichen Merkmale werden beschrieben.
Wie es gezeigt ist, beinhaltet der Drucksensor 200 eine flexible gedruckte Leiterplatte 60, die zwischen dem Schaltungschip 40 und dem Sensorchip 20 und zwischen dem Schaltungschip 40 und der Leiterplatte 30 vorgesehen ist. Das heißt, eine flexible gedruckte Leiterplatte 60 ist zu dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel hinzugefügt.
Der Schaltungschip 40 und die flexible gedruckte Leiterplatte 60, die flexible gedruckte Leiterplatte 60 und der Sensorchip 20 und die flexible gedruckte Leiterplatte 60 und die Leiterplatte 20 sind durch Kontaktierungsflecken 50 elektrisch verbunden.
Bei diesem Drucksensor 200 absorbiert die Flexibilität der flexiblen gedruckten Leiterplatte 60 die Spannung, die zwischen dem Schaltungschip 40, dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 ausgeübt wird, die über die Kontaktierungsflecken 50 verbunden sind.
Ähnlich dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist dieser Drucksensor 200, der einen hohlen zylindrischen Schaft 10 mit einer Druck erfassenden Membran 11, einen Sensorchip 20 zum Erfassen einer Deformation der Membran 11 und eine Leiterplatte 30 zum elektrischen Verbinden des Sensorchip 20 mit einer externen Schaltung beinhaltet, einen im Wesentlichen verringerten Durchmesser auf.
Ebenso führt die Verringerung des Durchmessers des Drucksensors 200 zu einer Abmessungsverringerung des elektromagnetischen Ventils mit einem integrierten Sensor.
Die verschiedenen Ausgestaltungen des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels sind ebenso an diesem Drucksensor 200 mit der fle xiblen gedruckten Leiterplatte 60 anwendbar.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Während die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele der Drucksensoren einen Schaltungschip 40 zum Verarbeiten eines elektrischen Signals aus dem Sensorchip 20 beinhalten, kann ein derartiger Schaltungschip abhängig von dem Fall weggelassen werden. Zum Beispiel kann eine integrierte Schaltung, in welcher der Sensorchip 20 und die verarbeiteten Schaltungen integriert sind, an Stelle eines getrennten Sensorchip und eines Schaltungschip verwendet werden.
6 zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht des dritten Ausführungsbeispiels des Drucksensors 300 gemäß der vorliegenden Erfidndung, bei welchem ein IC-Chip an Stelle eines getrennten Sensorchip und eines Schaltungschip verwendet wird.
Bei diesem Drucksensor 300 sind die Leiterplatte 30 und der IC-Sensorchip 20 auf der axialen Endfläche des Schafts 10 angeordnet und sind elektrisch unter Verwendung von Gold- oder Aluminiumkontaktierungsflecken 70 miteinander verbunden.
Der Drucksensor 300 wird durch das Verfahren eines Klebens des Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 auf den Schaft 10 und das danach durchgeführte Drahtkontaktierungsverfahren hergestellt, um die Kontaktierungsdrähte 70 auszubilden.
Ein Druck wird durch die Öffnung 12 in das hohle Teil des Schafts 10 übermittelt. Der IC-Sensorchip 20 wandelt die durch einen Druck induzierte Deformation der Membran 11 zu einem elektrischen Signal und verstärkt das Signal und stellt dieses ein.
Das elektrische Signal wird durch die Kontaktierungsdrähte 70 zu der Leiterplatte 30 gesendet und für eine Druckerfassung aus der Leiterplatte 30 zu einer externen Schaltung ausgegeben.
Daher beinhaltet dieses Ausführungsbeispiel des Drucksensors 300 ebenso einen Schaft 10 mit einer Membran 11 und einer Öffnung 12, einen Sensorchip, der auf die Membran 11 montiert ist und eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte 30 auf einer axialen Endfläche des Schafts 10 um den Sensorchip 20 vorgesehen ist.
Da die Leiterplatte 30 axial auf den Schaft 10 montiert ist, kann der Durchmesser des Drucksensors 300 verringert werden, was weiterhin die Abmessung des elektromagnetischen Ventils verringert, in welches der Sensor 300 montiert ist.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Leiterplatte 30, wie es in 1A gezeigt ist, Anschlussflächen 32 zum elektrischen Verbinden zwischen dem Drucksensor 100 und einem externen Verdrahtungsteil, wie zum Beispiel ein Schaltungssubstrat oder eine Sammelschiene (nicht gezeigt).
Stifte des externen Verdrahtungsteils sind durch Löten oder Kontaktieren mit den Anschlussflächen 32 verbunden, um eine elektrische Verbindung zu bilden.
Eine Alternative würde sein, Stifte an der Leiterplatte 30 vorzusehen, und diese Stifte durch Schweißen, Löten oder Kontaktieren mit dem externen Verdrahtungsteil zu verbinden.
Das vierte Ausführungsbeispiel des Drucksensors wendet diese Struktur an. Das heißt, die Leiterplatte 30 ist abgeändert und andere Teile sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Allgemein gesprochen könnte ein Stift 80 unter Verwendung eines Lots mit einer keramischen Leiterplatte 30 verbunden werden, wie es in 7 gezeigt ist.
Jedoch würde das Lotverfahren an diskreten Leiterplatten kompliziert werden und würden die Kosten hoch sein.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt der Leiterplatte 30 und des Stifts 80 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, die miteinander verbunden sind. Die Leiterplatte 30 besteht aus einem keramischen Material, wie zum Beispiel Aluminiumoxid.
Der Stift 80 ist aus einem leitfähigen Material, wie zum Beispiel Kupfer oder Phosphorbronze ausgebildet. Er ist säulenartig mit einer Vertiefung 81 an einem Ende, die mit der Leiterplatte 30 verbunden ist. Entsprechend ist die Leiterplatte 30 mit einer Vertiefung zum Aufnehmen des Stifts 80 ausgebildet. Ein Ansatz 34, der in die Vertiefung 81 passt, ist in der Vertiefung 33 vorgesehen.
Ein Ende des Stifts 80 ist derart in die Vertiefung 33 eingeführt, dass der Ansatz 34 in der Vertiefung 33 in die Vertiefung 81 passt, um den Stift 80 sicher auf der Leiterplatte 30 zu halten.
9 stellt den Stift 80 und die Leiterplatte 30 dar, bevor sie verbunden sind. Die Breite w3 der Vertiefung 81 des Stifts 80 ist geringfügig kleiner als die Breite w4 des Ansatzes 34 auf der Leiterplatte 30. Der Stift 80 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer oder Phosphorbronze, wie es zuvor erwähnt worden ist, und weist einen linearen Expansionskoeffizienten von ungefähr 17 bis 20 ppm/°C auf.
Andererseits weist die keramische Leiterplatte 30 einen linearen Expansionskoeffizienten von ungefähr 5 bis 7 ppm/°C auf. Deshalb wird die Breite w3 der Vertiefung 81 bei hohen Temperaturen größer als die Breite w4 des Ansatzes 34.
Das heißt, die Breite w3 ist bei dem Verfahren eines Glasbrennens, welches bei einer hohen Temperatur von mehr als 400°C zum Verbinden der Leiterplatte 30 mit dem Schaft 10 durchgeführt wird, größer als w4.
Durch derartiges Einstellen der Breiten w3 und w4, dass w3 ≤ w4 an einer oberen Grenze des Betriebstemperaturbereichs ist, wird der Stift 80 gleichzeitig fest an der Leiterplatte 30 angebracht, wenn die Leiterplatte 30 durch Glasbrennen mit dem Schaft 10 verbunden wird.
Daher sieht dieses Ausführungsbeispiel eine einfache Struktur mit niedrigen Kosten vor, wobei der Stift 80 gleichzeitig an der Leiterplatte 30 angebracht wird, wenn die keramische Leiterplatte mittels Glas mit dem Schaft 10 verbunden wird.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Während der Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Glas mit dem Schaft 10 verbunden werden, ist dies kein Erfordernis und andere Verbindungsverfahren können ebenso verwendet werden.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein Leiter mit einem niedrigen Schmelzpunkt zum Verbinden des Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 an dem Metallschaft 10 verwendet.
Das Brennverfahren muss zum Verbinden des Glases mit dem Schaft 10 und zum Verbinden des Glases mit dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 zweimal durchgeführt werden, wie es zuvor erwähnt worden ist. Ein weiteres Problem ist die schlechte Wiederverwendbarkeit von Bleiglas, das verwendet wird, um den Schmelzpunkt niedrig zu machen.
10A und 10B stellen die Struktur eines Drucksensors 400 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. 10A zeigt eine Draufsicht und 10B zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht, die entlang einer Linie XB-XB in 10A genommen ist. In 10A sind der Sensorchip 20 und die Kontaktierungsflecken 50 durch durchgezogene Linien gezeichnet, obgleich diese auf Grund des Schaltungschip 40 nicht sichtbar sind.
Der Drucksensor 400 weist einen hohlen zylindrischen Schaft 10 mit einer druckempfindlichen flexiblen Membran 11 an einem axialen Ende und eine Öffnung 12 an dem anderen axialen Ende zum Übermitteln von Druck in das hohle Teil des Schafts auf.
Ein Sensorchip 20, der auf der Membran 11 des Schafts 10 vorgesehen ist, gibt ein elektrisches Signal proportional zu einer Deformation der Membran 11 aus.
Eine Leiterplatte 30 ist um den Sensorchip 20 auf der axialen Endflä che des Schafts 10 zum elektrischen Verbinden des Sensorchip 20 mit einer externen Schaltung vorgesehen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte 30 ein Kunststoffsubstrat, das aus einem thermoplastischen Harzfilm, wie zum Beispiel Polyamid, Polyimid und Epoxydharzen besteht.
Ein Teil der Leiterplatte 30 befindet sich zwischen dem Sensorchip 20 und dem Schaft 10, wie es in 10B gezeigt ist, so dass der Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 durch eine thermische Kontaktierung des Kunststoffsubstrats durch ein Wärmedruckverfahren mit dem Schaft 10 verbunden werden.
Die Leiterplatte 30 weist eine Vertiefung 35 in der Mitte auf und passt innerhalb eines Außendurchmessers des Schafts 10. Der Sensorchip ist in dieser Vertiefung 35 untergebracht.
Daher umgibt die Leiterplatte 30 den Sensorchip 20 und ruht auf einer axialen Endfläche des Schafts 10 und ein Teil der Leiterplatte 30, das heißt, die Vertiefung 35, befindet sich zwischen dem Sensorchip 20 und dem Schaft 10.
Während die Vertiefung 35 in 10A ringförmig gezeigt ist, kann sie quadratisch, polygonal sein oder irgendeine andere Form aufweisen, die zulässt, dass der Sensorchip 20 in sie passt. Ebenso muss die ringförmige Leiterplatte 30 nicht notwendigerweise kontinuierlich sein, solange sie im Wesentlichen den Sensorchip 20 umgibt.
Die Leiterplatte 30 beinhaltet Anschlussflächen 32 für eine elektrische Verbindung zwischen dem Drucksensor 400 und einem externen Verdrahtungsteil, wie zum Beispiel einem Schaltungssubstrat oder einer Sammel schiene (nicht gezeigt).
Stifte 80, wie zum Beispiel die, die in 8 gezeigt sind, sind mit diesen Anschlussflächen 32 verbunden, um den Drucksensor 400 zum Beispiel mit einer ECU eines Fahrzeugs zu verbinden.
Weiterhin weist die Leiterplatte 30 Umfangsseitenwände auf, die höher als der Sensorchip 20 und der Schaltungschip 40 stehen, so dass die Chips innerhalb der Seitenwände untergebracht sind.
Wie es in 10A und 10B gezeigt ist, ist der Schaltungschip 40 zum Verarbeiten des elektrischen Signals aus dem Sensorchip 20 auf dem axialen Ende des Schafts 10 auf den Sensorchip 20 montiert und ist durch Kontaktierungsflecken 50 elektrisch mit dem Sensorchip 20 und mit der Leiterplatte 30 verbunden.
Beispiele von Herstellungsverfahren dieses Drucksensors 400 werden als Nächstes unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben.
11 stellt ein Beispiel von Herstellungsverfahrensschritten des Drucksensors 400 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel dar und 12 stellt ein anderes Beispiel dar.
Es wird auf 11 verwiesen. Zuerst in einem Block S100 wird der Schaft 10 vorbereitet und wird einem Block S110 eine Kunststoffleiterplatte 30 auf die Membran 11 und sein Umfang an einem axialen Ende des Schafts 10 montiert. Der Sensorchip 20 wird dann in einem Block S120 in die Vertiefung der Leiterplatte 30 montiert.
Darauf folgt ein Wärmedruckverfahren in einem Block S130, wodurch die Kontaktflächen der Leiterplatte 30 mit dem Sensorchip 20 und dem Schaft 10 verschmolzen und verbunden werden.
Die Leiterplatte 30 und der Sensorchip 20 sind daher durch eine thermische Kontaktierung der Kunststoffleiterplatte 30 an den Schaft 10 geklebt.
In einem Kontaktierungsflecken-Kontaktierungsverfahren, das in einem Block S140 durchgeführt wird, werden Kontaktierungsflecken 50 entweder an dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 oder an dem Schaltungschip 40 vorgesehen und wird der Schaltungschip 40 auf den Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 montiert, die damit durch die Kontaktierungsflecken 50 zu verbinden ist.
Dann werden die Stifte 80 in einem Block S150 durch ein Verfahren wie in dem zuvor beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel an der Leiterplatte 30 angebracht, um einen Drucksensor 400 zu erzielen, der in 10A gezeigt ist.
Zuerst wird der Sensorchip 20 in einen Block S200 in die Vertiefung 35 der Leiterplatte 30 montiert und wird das Wärmedruckverfahren in einem Block S210 durchgeführt, um den Chip 20 durch thermisches Kontaktieren mit der Leiterplatte 30 zu verbinden.
Dann wird der Schaltungschip 40 in einem Block S220 auf den Sensorchip 20 und die Leiterplatte 30 für die Kontaktierungsflecken-Kontaktierung montiert. Die Stifte 80 werden in einem Block S230 an der Leiterplatte 30 angebracht.
Daher werden die Komponenten auf der Leiterplatte 30, das heißt, die Chips 20 und 40 und die Stifte 80, zuerst zusammengesetzt, wird dann die Leiterplatte 30 in einen Block S240 montiert und wird das Wärmedruckverfahren in einem Block S250 durchgeführt.
Die Leiterplatte 30 wird daher durch thermisches Kontaktieren mit dem Schaft 10 verbunden, um den Drucksensor 400 fertig zu stellen, der in
10A gezeigt ist.
Der Drucksensor 400 wird zum Ansteuern des elektromagnetischen Ventils in eine röhrenförmige Magnetspule eingeführt, so dass der Sensor integral an dem elektromagnetischen Ventil zur Druckerfassung angebracht und mit diesem verbunden ist.
Dieses Ausführungsbeispiel des Drucksensors verwendet eine Kunststoffleiterplatte 30, von der ein Teil zwischen dem Chip 20 und dem Schaft 10 eingeführt ist, so dass das Verbinden der Leiterplatte 30 und des Sensorchip 20 mit dem Schaft 10 durch thermisches Kontaktieren der Kunststoffleiterplatte 30 erzielt wird.
Das heißt, die Leiterplatte 30 dient ebenso als ein Kontaktierungsmaterial, um sich selbst und den Sensorchip 20 mit dem Schaft 10 zu verbinden.
Ein getrenntes Kontaktierungsmaterial zum Verbinden der Leiterplatte 30 und des Sensorchip 20 mit dem Schaft 10 ist daher nicht erforderlich, wodurch die Anzahl der Komponenten verringert wird und das Herstellungsverfahren vereinfacht wird.
Weiterhin macht dieses Ausführungsbeispiel die Verwendung eines Bleiglases mit niedrigem Schmelzpunkt wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen unnötig. Mit dem Glas muss das Brennverfahren zum Verbinden des Schafts mit dem Glas und zum Verbinden des Glases mit dem Sensorchip 20 und der Leiterplatte 30 zweimal durchgeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Herstellungsverfahren vereinfacht, da die Kontaktierung zu einem Zeitpunkt erzielt wird.
Weiterhin wird die Wiederverwendbarkeit durch das Weglassen des Bleiglases verbessert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung von anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Der Sensorchip 20 ist nicht auf den einen beschränkt, der eine Brückenschaltung beinhaltet und als ein Dehnungsmessstreifen wirkt. Irgendein anderer Sensorchip kann verwendet werden, solange er ein elektrisches Signal proportional zu einer Deformation der Membran 11 ausgibt.
Ein Aspekt des Drucksensors der vorliegenden Erfindung ist, dass er einen im Wesentlichen verringerten Durchmesser aufweist, und die Erfindung sollte nicht auf Drucksensoren beschränkt werden, die integral in elektromagnetische Ventile montiert sind.
Weiterhin sollte die vorliegende Erfindung nicht auf Drucksensoren beschränkt werden, die zum Erfassen eines Bremsöldrucks in einem Fahrzeugbremssystem oder zum Erfassen eines Kraftstoffdrucks in einem Fahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystem verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf Drucksensoren gerichtet, die einen hohlen zylindrischen Schaft mit einer druckempfindlichen flexiblen Membran an einem axialen Ende und eine Öffnung an dem anderen axialen Ende zum Übermitteln von Druck in den hohlen Teil des Schafts, einen Sensorchip, der zum Ausgeben eines elektrischen Signals proportional zu einer Deformation der Membran auf der Membran vorgesehen ist, und eine Leiterplatte zum elektrischen Verbinden des Sensorchip mit einer externen Schaltung aufweisen. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass die Leiterplatte um den Sensorchip auf einer axialen Endfläche des Schafts montiert ist und verschiedene Änderungen und Ausgestaltungen bezügliche anderen Merkmalen sind möglich.
Ein zuvor beschriebener erfindungsgemäßer Drucksensor beinhaltet einen hohlen zylindrischen Schaft, einen Sensorchip und eine Leiterplatte. Der hohle zylindrische Schaft weist eine druckempfindliche flexible Membran an einem ersten axialen Ende von ihm und eine Öffnung an einem zweiten axialen Ende von ihm auf, wobei die Öffnung zum Übermitteln von Druck in den Schaft dient. Der Sensorchip ist zum Ausgeben eines elektrischen Signals proportional zu der Deformation der Membran auf der Membran vorgesehen. Die Leiterplatte verbindet den Sensorchip elektrisch mit einer externen Schaltung. Die Leiterplatte ist auf dem ersten axialen Ende des Schafts um den Sensorchip angeordnet.

Claims

Drucksensor (100, 200, 300, 400), der aufweist: einen hohlen zylindrischen Schaft (14), der eine druckempfindliche flexible Membran (11) an einem ersten axialen Ende von ihm und eine Öffnung (12) an einem zweiten axialen Ende von ihm aufweist, wobei die Öffnung zum Übermitteln von Druck in den Schaft (10) dient; einen auf der Membran (11) vorgesehenen Sensorchip (20) zum Ausgeben eines elektrischen Signals proportional zu der Deformation der Membran (11); und eine Leiterplatte (30) zum elektrischen Verbinden des Sensorchip (20) mit einer externen Schaltung, wobei die Leiterplatte (30) auf dem ersten axialen Ende des Schafts (10) um den Sensorchip (20) angeordnet ist.
Drucksensor (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte (30) eine Abmessung aufweist, die innerhalb des Außendurchmessers des Schafts (10) passt.
Drucksensor (100, 200, 400) nach Anspruch 1 oder 2, der weiterhin einen Schaltungschip (40) zum Verarbeiten des elektrischen Signals aus dem Sensorchip (20) aufweist, wobei der Schaltungschip (40) auf den Sensorchip (20) montiert ist und wobei der Schaltungschip (40) über Kontaktierungsflecken (50) elektrisch mit dem Sensorchip (20) und der Leiterplatte (30) verbunden ist.
Drucksensor (100, 200, 400) nach Anspruch 3, wobei der Schaltungschip (40) eine größere Flächenabmessung als der Sensorchip (20) aufweist; und die Mitte des Schaltungschip (40) den Sensorchip (20) überlappt und der Umfang des Schaltungschip (40) die Leiterplatte (30) überlappt.
Drucksensor (100, 200, 400) nach Anspruch 3, wobei der Sensorchip (20) und der darauf montierte Schaltungschip (40) beide quadratisch sind und derart voneinander versetzt sind, dass die Ecken von einem der Chips (20, 40) von den Seiten des anderen der Chips (20, 40) hervorstehen.
Drucksensor (100, 200, 400) nach Anspruch 3, wobei der Sensorchip (20) und der Schaltungschip (40) beide quadratisch sind; und der Schaltungschip (40) über den Kontaktierungsflecken (50) entlang einer Seite von ihm mit dem Sensorchip (20) verbunden ist und der Schaltungschip (40) über den Kontaktierungsflecken (50) entlang der gegenüberliegenden Seite mit der Leiterplatte (30) verbunden ist.
Drucksensor (100, 200, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: der Sensorchip (20) und der darauf montierte Schaltungschip (40) Anschlussflächen auf ihren gegenüberliegenden Flächen aufweisen, die über die Kontaktierungsflächen (50) zu verbinden sind; einer der Chips (20, 40) eine Mehrzahl von Anschlussflächen (a, b, c, d) beinhaltet, die jeweils einer Anschlussfläche (a, b, c, d) auf dem anderen der Chips (20, 40) entsprechen; die Mehrzahl von Anschlussflächen (a, b, c, d) auf dem einen Chip (20, 40) benachbart zueinander angeordnet ist, um mit jeweils einer Anschlussfläche (a, b, c, d) auf dem anderen Chip (20, 40) über die Kontaktierungsflecken (50) verbunden zu sein.
Drucksensor (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der weiterhin aufweist: eine gedruckte Leiterplatte (60), die sich zwischen dem Schaltungschip (40) und dem Sensorchip (20) und zwischen dem Schaltungschip (40) und der Leiterplatte (30) befindet, wobei der Schaltungschip (40) und die gedruckte Leiterplatte (60), die flexible gedruckte Leiterplatte (60) und der Sensorchip (20) und die flexible gedruckte Leiterplatte (60) und die Leiterplatte (30) über die Kontaktierungsflecken (50) elektrisch verbunden sind.
Drucksensor (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Leiterplatte (30) ein Kunststoffsubstrat ist; und sich ein Teil der Leiterplatte (30) derart zwischen dem Sensorchip (20) und dem Schaft (10) befindet, dass der Sensorchip (20) und die Leiterplatte (30) durch eine thermische Druckkontaktierung des Kunststoffsubstrats mit dem Schaft (10) verbunden sind.