DE102008011942A1

DE102008011942A1 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102008011942A1
Application number: DE102008011942A
Authority: DE
Inventors: Simon Schneider; Guenther-Nino-Carlo Ullrich; Marc Layer; Andreas Traub; Axel Jasenek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-03
Also published as: JP2009210583A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung (10) mit mindestens einem Sensorwiderstand (2) zur Signalerfassung und mit mindestens einer Kontaktfläche (4) zur elektrischen Kontaktierung des Sensorwiderstands (2), wobei die Kontaktfläche (4) über eine Zuleitung (11) mit dem Sensorwiderstand (2) verbunden ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Anordnung, Geometrie und Dimensionierung der Zuleitung (11) so zu wählen, dass der über dem Sensorwiderstand (2) erfasste Gesamtwiderstand im Wesentlichen unabhängig von der Position der elektrischen Kontaktierung auf der Kontaktfläche (4) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine. Schaltungsanordnung mit mindestens einem Sensorwiderstand zur Signalerfassung und mit mindestens einer Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung des Sensorwiderstands, wobei die Kontaktfläche über eine Zuleitung mit dem Sensorwiderstand verbunden ist.
In der Praxis sind beispielsweise Hochdrucksensoren für Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich mit einer derartigen Schaltungsanordnung ausgestattet. Diese Hochdrucksensoren bestehen aus einer Stahlkapsel mit einer Membran, die sich unter Druckeinwirkung auslenkt. Auf der Membranoberfläche sind Piezowiderstände angeordnet, so dass sie zusammen mit der Membran gedehnt bzw. gestaucht werden. Diese Deformationen bewirken eine Veränderung des Widerstandswerts der Piezowiderstände, so dass der auf die Membran wirkende Druck bei geeigneter Verschaltung der Piezowiderstände, beispielsweise in einer Wheatstone Bridge, in Form eines proportionalen elektrischen Ausgangssignals erfasst werden kann. Dazu befinden sich in einem Oberflächenbereich außerhalb der Membran Kontaktflächen, die über Zuleitungen mit den Piezowiderständen auf der Membran verbunden sind. Diese Kontaktflächen ermöglichen eine feste elektrische Kontaktierung in Form von Bonds oder auch eine bewegliche elektrische Kontaktierung mit Hilfe von aufgesetzten Messnadeln.
Es ist bekannt, diese Kontaktflächen in einer dünnen Goldschicht zu realisieren, deren Flächenwiderstand sehr gering ist. Der Zuleitungswiderstand der Kontaktflächen ist in diesem Fall so niedrig, dass die Signalerfassung unabhängig von der Position der elektrischen Kontakte auf den Kontaktflächen ist.
Bestehen die Kontaktflächen aber aus einem Material, dessen Flächenwiderstand nicht vernachlässigbar ist, so ist das Ausgangssignal nicht nur vom Zustand der Piezowiderstände und damit vom zu erfassenden Druck abhängig, sondern auch von der Position der elektrischen Kontakte auf den Kontaktflächen.
Offenbarung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen zur Reduzierung der Abhängigkeit des Ausgangssignals einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art von der Position der elektrischen Kontakte auf den Kontaktflächen.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine spezielle Konfigurierung der Zuleitung zwischen der Kontaktfläche und dem Sensorwiderstand erreicht. Erfindungsgemäß ist nämlich erkannt worden, dass die Anordnung, Geometrie und Dimensionierung der Zuleitung so gewählt werden können, dass der über dem Sensorwiderstand erfasste Gesamtwiderstand im Wesentlichen unabhängig ist von der Position der elektrischen Kontaktierung auf der Kontaktfläche.
Bei einem Sensorwiderstand kann es sich, wie voranstehend in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben, um einen Piezowiderstand handeln oder auch um einen Thermowiderstand, wie er beispielsweise zur Luftmassenerfassung eingesetzt wird.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen lässt sich eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art besonders einfach und kostengünstig realisieren, indem sowohl die Kontaktflächen als auch die Zuleitungen und die Sensorwiderstände in einer Oberflächenschicht aus einem einheitlichen Schichtmaterial realisiert sind.
Meist sind die Sensorwiderstände einer solchen Schaltungsanordnung mäanderförmig ausgebildet. Damit der Widerstand der Zuleitungen zwischen den Kontaktflächen und den Sensorwiderständen nicht zu groß ist, sollten die Zuleitungen deutlich breiter sein, als die Leiterbahnbreite der Mäander der Sensorwiderstände. Vorteilhafterweise sind die Zuleitungen doppelt so breit wie diese Leiterbahnen.
Bei Schaltungsanordnungen der hier in Rede stehenden Art münden die Zuleitungen zwischen den Kontaktflächen und den Sensorwiderständen oftmals nicht direkt in einen Sensorwiderstand sondern in einen vorgeschalteten Abgleichbalken zur Einstellung eines Offset-Werts.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die erfindungsgemäße Konfigurierung der Zuleitungen. In einer bevorzugten Variante ist die Zuleitung in Form einer die Kontaktfläche und den Abgleichbalken geradlinig verbindenden Leiterbahn realisiert. Wesentlich bei diesem Layout ist, dass das Längen-Breiten-Verhältnis der Zuleitung größer oder gleich 1,0 ist. Bei diesem Längen-Breiten-Verhältnis ist die Abhängigkeit des Zuleitungswiderstands von der Position der elektrischen Kontaktierung auf der Kontaktfläche minimal.
Gleichzeitig erhöht sich der Zuleitungswiderstand bei dieser Geometrie und Dimensionierung der Zuleitung nicht wesentlich.
Ein anderes erfindungsgemäßes Layout sieht vor, die Zuleitung in Form einer die Kontaktfläche und den Abgleichbalken S-förmig verbindenden Leiterbahn zu realisieren. Auch dadurch lässt sich die Abhängigkeit des Zuleitungswiderstands von der Position des elektrischen Kontakts auf der Kontaktfläche reduzieren, insbesondere wenn die Zuleitung von einem Eckbereich der Kontaktfläche ausgeht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Hochdrucksensor. mit einer ersten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10, und
2 zeigt ebenfalls eine schematische Draufsicht auf einen Hochdrucksensor mit einer zweiten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20.
Ausführungsformen der Erfindung
In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen dienen beide Schaltungsanordnungen 10 und 20 zur Umwandlung der druckbedingten Deformationen einer Sensormembran in ein elektrisches Signal. Sowohl in 1 als auch in 2 ist die Kontur des Membranbereichs 1 gestrichelt dargestellt.
Auf dem Membranbereich 1 sind insgesamt vier mäanderförmige Piezowiderstände 2 als Sensorwiderstände angeordnet, zwei davon im Mittelbereich der Membran und zwei im Randbereich. Die Sensorwiderstände 2 sind über vier Abgleichbalken 3 zu einer Wheatstone Bridge verschaltet, wobei jedes Ende eines Sensorwiderstands 2 mit einem Abgleichbalken 3 verbunden ist und jeweils zwei der Sensorwiderstände 2 an einen Abgleichbalken 3 angeschlossen sind. Jeder Abgleichbalken 3 ist über eine Zuleitung 11 (1) bzw. 21 (2) mit einer Kontaktfläche 4 verbunden. Die Zuleitungen 11 bzw. 21 sind deutlich breiter als die Leiterbahnbreite der Mäander der Sensorwiderstände 2. Die Kontaktflächen dienen zum Anschluss eines elektrischen Kontakts. Dabei kann es sich um einen festen Kontakt, wie z. B. einen Bondkontakt, handeln oder auch um einen beweglichen Kontakt, der beispielsweise durch Aufsetzen von Messnadeln hergestellt wird. Die Kontaktflächen 4 sind am Umfang des Membranbereichs 1 angeordnet.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zuleitungen 11 in Form von rechteckigen Leiterbahnen realisiert, die eine geradlinige Verbindung zu der jeweiligen Kontaktfläche 4 herstellen. Wesentlich ist das Längen-Breiten-Verhältnis dieser Leiterbahn 11, das hier in der Größenordnung von 1,6 liegt. Gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten Layout stellt dieses Längen-Breiten-Verhältnis eine Einschnürung dar.
Ziel des erfindungsgemäßen Layouts ist, dass die Position der elektrischen Kontakte auf den Kontaktflächen 4 keinen oder nur einen möglichst geringen Einfluss auf das Ausgangssignal der Wheatstone Bridge hat. Der Strom muss also von allen möglichen Kontaktpositionen auf einer Kontaktfläche durch eine eingeschnürte Zuleitung 11 zwischen der Kontaktfläche 4 und dem zugeordneten Ausgleichbalken 3 der Widerstandsbrücke fließen. Erst danach erfolgt die Stromaufteilung zu den beiden angeschlossenen Sensorwiderständen 2. Eine Kontaktposition, die nicht mittig zur Zuleitung 11 liegt, verursacht eine Spannungsdifferenz zwischen dem linken und dem rechten Rand der Zuleitung 11. Die Länge der Zuleitung 11 ist so gewählt, dass sich diese Spannungsdifferenz am ausgleichsbalkenseitigen Ende der Zuleitung 11 abgebaut hat.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 10 sind die Zuleitungen 21 bei der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung 20 S-förmig ausgebildet. Alle Zuleitungen 21 gehen hier jeweils vom linken Eckbereich einer Kontaktfläche 4 aus und münden dann mittig in dem zugeordneten Ausgleichbalken 3. Deshalb ist die Anordnung der Zuleitungen 21 insgesamt asymmetrisch.
Bei diesem Layout bewirkt eine Verschiebung des elektrischen Kontakts auf einer Kontaktfläche 4 ein symmetrisches Verhalten des Stroms auf dem Weg zur Zuleitung 21. Der Spannungsverlauf innerhalb der Kontaktfläche 4 von der Position des elektrischen Kontakts zum „Eingang” der Zuleitung 21 wird aufgrund der Anbindung der Zuleitung 21 im Eckbereich der Kontaktfläche 4 geglättet.

Claims

Schaltungsanordnung (10; 20) mit mindestens einem Sensorwiderstand (2) zur Signalerfassung und mit mindestens einer Kontaktfläche (4) zur elektrischen Kontaktierung des Sensorwiderstands (2), wobei die Kontaktfläche (4) über eine Zuleitung (11; 21) mit dem Sensorwiderstand (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung, Geometrie und Dimensionierung der Zuleitung (11; 21) so gewählt sind, dass der über dem Sensorwiderstand (2) erfasste Gesamtwiderstand im Wesentlichen unabhängig von der Position der elektrischen Kontaktierung auf der Kontaktfläche (4) ist.
Schaltungsanordnung (10; 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensorwiderstand um einen Piezowiderstand (2) oder einen Thermowiderstand handelt.
Schaltungsanordnung (10; 20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (4), die Zuleitung (11; 21) und der Sensorwiderstand (2) in einer Oberflächenschicht aus einem einheitlichen Schichtmaterial realisiert sind.
Schaltungsanordnung (10; 20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorwiderstand (2) mäanderförmig ausgebildet ist und dass die Zuleitung (11; 21) doppelt so breit ist wie die Leiterbahnen der Mäander des Sensorwiderstands (2).
Schaltungsanordnung (10; 20) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (11; 21) in einen dem mindestens einen Sensorwiderstand (2) vorgeschalteten Abgleichbalken (3) mündet.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (11) in Form einer die Kontaktfläche (4) und den Abgleichbalken (3) geradlinig verbindenden Leiterbahn realisiert ist, wobei das Längen-Breiten-Verhältnis dieser Leiterbahn größer oder gleich 1,0 ist.
Schaltungsanordnung (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (21) in Form einer die Kontaktfläche (4) und den Abgleichbalken (3) S-förmig verbindenden Leiterbahn realisiert ist.
Schaltungsanordnung (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (21) von einem Eckbereich der Kontaktfläche (4) ausgeht.