DE102008040672A1 - Sensor module for automobile manufacture, has housing including housing part with contact elements having contact surfaces for electrical contacting of component, where contact surfaces are aligned parallel to main extension plane - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Sensormodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a sensor module according to the preamble of Claim 1.
Derartige
Sensormodule sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der
Druckschrift
Aus
der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Sensormodul und die erfindungsgemäße Anordnung eines Sensormoduls gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Gehäuse keine Leads zur elektrischen Kontaktierung des Bauelements aufweist, sondern das Gehäuse über die Kontaktflächen parallel zur Haupterstreckungsebene elektrisch kontaktiert wird und somit das Sensormodul ein oberflächenmontierbares Bauteil umfasst (SMD-Bauteil, Surface Mounted Device), welches besonders kostengünstig und in vergleichsweise großer Stückzahl in automatisierter Oberflächenmontagetechnik (SMT-Technik, Surface-Mounting Technology), wie beispielsweise in SMD-Bestückungsautomaten in Verbindung mit SMD-Öfen, montierbar ist. Das Gehäuse umfasst daher vorzugsweise ein QFN-Gehäuse (Quad Flat Pack, No-lads). Die Kontaktflächen umfassen dazu insbesondere lötfähige Anschlussflächen, welche beispielsweise mittels Lötkügelchen (Bumps), einer Lötpaste und/oder eines vorzugsweise leitfähigen Klebers, stumpf mit Anschlussflächen einer Leiterplatte oder eines weiteren Bauteils mechanisch belastbar und elektrisch leitfähig verbunden werden. Besonders vorteilhaft sind aufgrund der fehlenden Leads wesentlich kleinere Gehäuseabmessungen und somit auch wesentliche geringere Sensormodulabmessungen realisierbar. Die Reduzierung des benötigten Bauraums für das Sensormodul ist insbesondere bei der Verwendung des Sensormoduls im Automobilbau ein entscheidender Vorteil. Ferner sind das erste und das zweite Gehäuseteil voneinander mechanisch entkoppelt und wirken zusammen als Masse-Feder-Dämpfungssystem (mechanischer Tiefpass), so dass einbauortbedingte Vibrationen gedämpft werden und der Einfluss dieser Vibrationen auf das Bauelement reduziert wird. Dies ist insbesondere bei Bauelementen, welche mikromechanische Beschleunigungs- und/oder Drehratensensoren umfassen, besonders vorteilhaft, da sich die Vibrationen störend auf die Sensorsignale auswirken. Bei bekannten Gehäusen treten jedoch Eigenmoden auf, welche das Dämpfungsverhalten des Masse-Feder-Dämpfungssystem stören und besonders nachteilig im Arbeitsbereich von Drehratensensoren liegen. Diese Eigenmoden umfassen bei Gehäusen gemäß dem Stand der Technik insbesondere erste Schwingungen innerhalb des Gehäuses selbst und zweite Schwingung des gesamten Gehäuses über die Leads. In besonders vorteilhafter Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Sensormodul der Einfluss der ersten und zweiten Schwingungen auf das Bauelement in erheblicher Weise reduziert, da durch die Einsparung der Leads das Auftreten von zweiten Schwingungen gänzlich unterbunden wird und durch die deutliche kleineren Gehäuseabmessungen im Vergleich zum Stand der Technik das Gehäuse wesentlich steifer ausführbar ist, so dass die ersten Schwingungen einerseits gedämpft und andererseits zu höheren und für die Bauelemente deutlich weniger störendenden Frequenzen verschoben werden.The Sensor module according to the invention and the inventive Arrangement of a sensor module according to the sibling Claims have over the prior art the advantage that the housing has no leads for electrical Contacting the device has, but the housing via the contact surfaces parallel to the main extension plane is electrically contacted and thus the sensor module a surface mountable component includes (SMD component, Surface Mounted Device), which is particularly inexpensive and in comparatively large quantities in automated surface mounting technology (SMT technology, Surface-Mounting Technology), such as in SMD placement machines in conjunction with SMD ovens, can be mounted. The housing therefore preferably comprises a QFN housing (Quad Flat Pack, No-lads). The contact surfaces include in particular solderable pads, which, for example using solder balls (bumps), a solder paste and / or a preferably conductive adhesive, dull with pads of a printed circuit board or another Component mechanically resilient and electrically conductive get connected. Particularly advantageous are due to the missing leads much smaller housing dimensions and thus also essential lower sensor module dimensions feasible. The reduction of the required installation space for the sensor module is in particular when using the sensor module in the automotive industry a crucial Advantage. Furthermore, the first and the second housing part mechanically decoupled from each other and act together as a mass-spring damping system (mechanical low-pass), so dampened installation-related vibrations and the influence of these vibrations on the component is reduced becomes. This is especially true for components which have micromechanical acceleration and / or rotation rate sensors comprise, particularly advantageous, since the vibrations interfere with the sensor signals. In known cases, however, eigenmodes occur, which the damping behavior of the mass-spring damping system disturb and especially detrimental in the field of rotation rate sensors lie. These eigenmodes include in housings according to the Prior art in particular first vibrations within the Housing itself and second vibration of the entire housing over the Leads. In a particularly advantageous manner in the inventive Sensor module, the influence of the first and second vibrations The component is significantly reduced because of the savings the leads the appearance of second vibrations throughout is prevented and by the clear smaller housing dimensions Compared to the prior art, the housing essential is stiffer executable, so that the first vibrations on the one hand subdued and on the other hand to higher and for the components significantly less disturbing Frequencies are shifted.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.advantageous Refinements and developments of the invention are the subclaims, and the description with reference to the drawings.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine vollständige Überlappung der Kontaktflächen durch die Projektion des Gehäuses senkrecht zur Haupterstreckungsebene vorgesehen ist, wobei die Kontaktflächen insbesondere in eine Grundseite des Sensormoduls integriert sind, so dass besonders vorteilhaft die Gehäuseabmessungen und somit auch die Sensormodulabmessungen auf ein Minimum reduzierbar sind.According to one preferred development is provided that a complete overlap the contact surfaces by the projection of the housing vertically is provided to the main extension plane, wherein the contact surfaces are integrated in particular in a base side of the sensor module, so that particularly advantageous the housing dimensions and thus the sensor module dimensions can be reduced to a minimum are.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente zumindest teilweise innerhalb einer Wandung des zweiten Gehäuseteils insbesondere auf der Grundseite angeordnet sind, wobei die Grundseite vorzugsweise eine Kaverne aufweist. Besonders vorteilhaft ist das erste Gehäuseteil in der Kaverne angeordnet, so dass besonders vorteilhaft bei der Montage des Sensormoduls auf eine Leiterplatte das erste Gehäuseteil von der Leiterplatte beabstandet ist und somit keine unmittelbare Schwingungsübertragung von der Leiterplatte auf das erste Gehäuseteil erfolgt.According to a further preferred development, it is provided that the contact elements are arranged at least partially within a wall of the second housing part, in particular on the base side, wherein the base side preferably has a cavern. Particularly advantageously, the first housing part is arranged in the cavern, so that particularly advantageously when mounting the sensor module on a printed circuit board, the first housing part is spaced from the circuit board and thus no direct vibration transmission from the Printed circuit board on the first housing part.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Kante des zweiten Gehäuseteils an der Grundseite als Kontaktelement ausgebildet ist, wobei das Kontaktelement vorzugsweise einen unterätzten Bereich aufweist. Besonders vorteilhaft sind die Ausbildung der Kante als Kontaktelement die Sensorabmessungen weiter reduzierbar. Ferner werden die Herstellungskosten gesenkt, da auf der Grundseite abgesehen von den Kontaktelementen vorzugsweise kein weiteres Material des zweiten Gehäuseteils verbaut ist.According to one Another preferred development is provided that at least an edge of the second housing part at the base side as Contact element is formed, wherein the contact element is preferably has an undercut area. Especially advantageous the formation of the edge as a contact element, the sensor dimensions continue reducible. Furthermore, the production costs are reduced because of the base side apart from the contact elements preferably no further material of the second housing part is installed.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil in der Ebene ein Graben und/oder ein reversibel deformierbares Federelement angeordnet ist, wobei bevorzugt der Graben und/oder das Federelement das erste Gehäuseteil vollständig in der Ebene umschließt und/oder der Graben zumindest teilweise mit dem Federelement gefüllt ist. Besonders bevorzugt ist das ersten Gehäuseteil von dem zweiten Gehäuseteil durch den Graben mechanisch entkoppelt. Das zumindest teilweise Anordnen des Federelements in dem Graben dient zur Befestigung des ersten Gehäuseteils an dem zweiten Gehäuseteil, wobei das erste Gehäuseteil zusammen mit dem Federelement das Masse-Feder-Dämpfungssystem umfasst, wobei das Federelement zusammen mit dem Graben die Feder und das erste Gehäuseteil die Masse des Masse-Feder-Dämpfungssystems umfasst. Durch ein nur teilweises Füllen des Grabens mit dem Federelement wird in vorteilhafter Weise je nach Befüllung des Grabens eine variable Einstellung einer Federsteifigkeit der Feder zur Anpassung der Resonanzfrequenz des Masse-Feder-Dämpfungssystems beispielsweise an die Arbeitsfrequenz des Bauelements ermöglicht. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil eine Metallplatte zu Erhöhung der Masse und das Federelement einen elastischen Kunststoff und besonders bevorzugt ein Silikon auf, wobei die Metallplatte besonders bevorzugt von der Grundseite aus am ersten Gehäuseteil befestigt ist und die Masse ferner zur Anpassung des Dämpfungsverhaltens des Masse-Feder-Dämpfungssystems an die Arbeitsfrequenz entsprechend gewählt ist. Das Federelement weist vorzugsweise ein nahezu konstantes Dämpfungsverhalten über den Bereich der Einsatztemperatur auf, d. h. dass das Elastizitätsmodul des Federelements im Bereich der Einsatztemperatur nicht oder nur vergleichsweise schwach von der Temperatur abhängt.According to one Another preferred development is provided that between the first housing part and the second housing part in the plane a trench and / or a reversibly deformable spring element is arranged, wherein preferably the trench and / or the spring element the first housing part completely in the plane encloses and / or the trench at least partially with the spring element is filled. Particularly preferred is the first Housing part of the second housing part through the trench mechanically decoupled. The at least partially arranging the spring element in the trench serves for fastening the first Housing part on the second housing part, wherein the first housing part together with the spring element the Mass-spring damping system comprises, wherein the spring element along with the trench the spring and the first housing part the mass of the mass-spring damping system comprises. By only a partial filling of the trench with the spring element is in an advantageous manner, depending on the filling of the trench one variable adjustment of a spring stiffness of the spring for adaptation the resonance frequency of the mass-spring damping system, for example allows the operating frequency of the device. Preferably the first housing part has a metal plate to increase the mass and the spring element an elastic plastic and particularly preferably a silicone, wherein the metal plate particularly preferably from the base side on the first housing part is fixed and the mass also to adjust the damping behavior of the mass-spring damping system according to the working frequency is selected. The spring element preferably has a nearly constant damping behavior over the range the operating temperature on, d. H. that the modulus of elasticity the spring element in the range of the operating temperature is not or only comparatively weakly dependent on the temperature.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Federelement in einem Überlappungsbereich das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil zumindest teilweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene überlappt, so dass besonders vorteilhaft und vergleichsweise einfach ein Herausrutschen des Federelements aus dem Graben verhindert wird.According to one Another preferred embodiment provides that the spring element in an overlapping area, the first housing part and / or the second housing part at least partially perpendicular to Main extension level overlaps, making it particularly advantageous and comparatively easy slipping out of the spring element is prevented from digging.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bauelement über Bonddrahtverbindungen mit den Kontaktelementen elektrisch leitfähig verbunden ist, so dass in besonders einfacher Weise ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelementen mit dem Bauelement in einem Standardverfahren herstellbar ist, wobei der Bonddraht vorzugsweise derart flexibel bzw. dünn ausgebildet ist, dass über den Bonddraht keine oder nur eine unwesentliche Schwingungsübertragung von dem zweiten Bauelement auf das erste Bauelement erfolgt.According to one Another preferred embodiment provides that the component via bonding wire connections electrically conductively connected to the contact elements is, so that in a particularly simple manner, an electrical contact between the contact elements with the device in a standard method can be produced, wherein the bonding wire preferably so flexible or is formed thin that over the bonding wire no or only an insignificant vibration transmission of the second component is carried on the first component.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse und insbesondere der zweite Gehäuseteil eine Gehäusekappe umfasst, so dass im Herstellungsverfahren des Sensormoduls in einfacher Weise das erste Gehäuseteil, das Federelement, das Bauelement und/oder die Bonddrahtverbindungen in dem zweiten Gehäuseteil bei geöffneter Gehäusekappe anzuordnen sind und anschließend durch Schließend der Gehäusekappe das Bauelement und die Bonddrahtverbindungen vor Beschädigungen durch äußere Einflüsse geschützt sind. Besonders bevorzugt umfasst das zweite Gehäuseteil lediglich die Gehäusekappe und die Kontaktelemente, wobei auf der Grundseite des Sensormoduls die Kontaktelemente in einem flächig ausgebildeten Federelement angeordnet sind, wobei ganz besonders bevorzugt die Kontaktelemente vollständig von denm flächig ausgebildeten Federelement umschlossen sind und wobei auf der Grundseite das erste Gehäuseteil umschlossen von dem flächig ausgebildeten Federelement angeordnet ist. Die Gehäusekappe ist in diesem Fall ganz besonders bevorzugt mit dem flächig ausgebildeten Federelement verbunden.According to one Another preferred embodiment provides that the housing and in particular the second housing part a housing cap so that in the manufacturing process of the sensor module in simpler The first housing part, the spring element, the component and / or the bonding wire connections in the second housing part at are arranged open housing cap and then by closing the housing cap the device and the bonding wire connections from external damage Influences are protected. Especially preferred the second housing part comprises only the housing cap and the contact elements, wherein on the base side of the sensor module the Contact elements in a flat spring element are arranged, with very particular preference the contact elements completely from denm area formed spring element are enclosed and wherein on the base side, the first housing part enclosed by the flat spring element is arranged. The case cap is in this case completely particularly preferably with the flat design spring element connected.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil ein Metall, das Federelement ein Silikon und/oder das zweite Gehäuseteil einen Kunststoff umfasst und/oder dass das zweite Gehäuseteil zumindest teilweise ein Premold- oder Keramik-Gehäuse umfasst.According to one Another preferred embodiment provides that the first Housing part is a metal, the spring element is a silicone and / or the second housing part comprises a plastic and / or that the second housing part at least partially a premold or ceramic housing.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung eines Sensormoduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensormodul mit der Grundseite stumpf auf eine Leiterplatte aufgelötet und/oder aufgeklebt vorgesehen ist. Durch das stumpfe Auflöten und/oder Aufkleben des Sensormoduls auf die Leiterplatte ist, wie oben bereits detailiert ausgeführt, eine im Vergleich zum Stand der Technik besonders kostengünstige Herstellung der Anordnung in automatisierter Oberflächenmontagetechnik (SMT) mit verbesserten Dämpfungseigenschaften möglich.Another object of the present invention is an arrangement of a sensor module according to one of the preceding claims, wherein the sensor module is provided with the base side blunt soldered to a printed circuit board and / or provided. Due to the blunt soldering and / or sticking of the sensor module to the printed circuit board, as already described in detail above, a particularly cost-effective production of the arrangement in automated surface mounting technology (SMT) is improved compared to the prior art Damping properties possible.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil senkrecht zur Haupterstreckungsebene von der Leiterplatte beabstandet vorgesehen ist, so dass besonders vorteilhaft keine unmittelbare Schwingungsübertragung von der Leiterplatte auf das erste Gehäuseteil erfolgt.According to one preferred development is provided that the first housing part spaced perpendicular to the main extension plane of the circuit board is provided, so that particularly advantageous no immediate Vibration transmission from the circuit board to the first Housing part takes place.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigenIt demonstrate
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungembodiments of the present invention
In
den
In
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den
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