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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung aufweisend
einen Gehäusegrundkörper mit
Kontaktelementen, ein elastisch mit dem Gehäusegrundkörper verbundenes Bodenteil,
und eine auf dem Bodenteil angeordnete Chipstruktur, welche elektrisch
mit den Kontaktelementen des Gehäusegrundkörpers verbunden
ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Gehäuse für eine Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Sensorvorrichtungen,
welche beispielsweise in Sicherheitssystemen von Kraftfahrzeugen
eingesetzt werden, weisen üblicherweise
eine Chipstruktur mit einem Sensorchip sowie einem mit dem Sensorchip
elektrisch verbundenen Auswertechip auf. Der Sensorchip ist in Form
eines mikromechanischen Bauelements (MEMS, Micro electro mechanical
system) ausgebildet, um eine physikalische Messgröße wie zum
Beispiel eine Beschleunigung oder eine Drehrate zu erfassen. Der
Auswertechip dient zur Steuerung des Sensorchips und zur Auswertung bzw.
Weiterverarbeitung von Messsignalen des Sensorchips.
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In
einer bekannten Ausführungsform
einer Sensorvorrichtung ist die Chipstruktur auf einem Bodenteil
vorgesehen, welches innerhalb eines rahmenförmigen Gehäusegrundkörpers angeordnet ist. Das Bodenteil
ist über
ein elastisches Material mit dem Gehäusegrundkörper verbunden, so dass das Bodenteil
gegenüber
dem Gehäusegrundkörper auslenkbar
ist und eine Dämpfung
der Chipstruktur gegenüber äußeren mechanischen
Einflüssen
wie zum Beispiel Stößen oder
Vibrationen ermöglicht
wird. Der Gehäusegrundkörper weist
Kontaktelemente auf, über
welche die Sensorvorrichtung von extern kontaktierbar ist. Die Kontaktelemente
sind innerhalb des Gehäusegrundkörpers weiter über Bonddrähte elektrisch
mit dem Auswertechip verbunden.
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Dieser
Aufbau der Sensorvorrichtung kann jedoch zu einer Beeinträchtigung
bzw. Unterbrechung der elektrischen Verbindung führen. Stöße oder Beschleunigungen, welche
beispielsweise bei einem Falltest oder einem unsachgemäßen Handling der
Sensorvorrichtung bei der Montage vorkommen können, haben eine relativ große Auslenkung
des Bodenteils gegenüber
dem Gehäusegrundkörper zur Folge.
Dadurch entsteht eine entsprechende Relativbewegung in den Bonddrähten, die
sowohl an dem Auswertechip als auch an dem Gehäusegrundkörper befestigt sind. Als Folge
können
die Bonddrähte
gestaucht und plastisch verformt werden, was zu Berührungen
zwischen den Bonddrähten
und damit zu unerwünschten
Kurzschlüssen
im Betrieb der Sensorvorrichtung führen kann. Möglich ist
auch ein Reißen
der Bonddrähte
bzw. ein Ablesen der Bonddrähte
von ihren Kontaktstellen, wodurch die elektrische Verbindung unterbrochen
wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche einen robusteren bzw.
stoßunempfindlicheren
Aufbau aufweist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes
Gehäuse
für eine Sensorvorrichtung
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein
Gehäuse für eine Sensorvorrichtung
gemäß Anspruch
10 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine
Sensorvorrichtung vorgeschlagen, welche einen Gehäusegrundkörper mit
Kontaktelementen, ein elastisch mit dem Gehäusegrundkörper verbundenes Bodenteil,
und eine auf dem Bodenteil angeordnete Chipstruktur aufweist. Die
Chipstruktur ist elektrisch mit den Kontaktelementen des Gehäusegrundkörpers verbunden.
Die Sensorvorrichtung weist des weiteren eine flexible Leiterplatte
auf, über
welche wenigstens ein Teil der elektrischen Verbindung zwischen
der Chipstruktur und den Kontaktelementen des Gehäusegrundkörpers hergestellt
ist.
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Der
Einsatz der flexiblen Leiterplatte macht es möglich, die Sensorvorrichtung
mit einem stoßunempfindlicheren
Aufbau auszustatten. Die flexible Leiterplatte kann hierbei in einer
gefalteten Form in der Sensorvorrichtung vorliegen, so dass Abstandsänderungen
zwischen dem Bodenteil bzw. der Chipstruktur und dem Gehäusegrundkörper, welche bei
Auslenkungen des Bodenteils auftreten, entsprechend ausgeglichen
werden können.
Auf diese Weise werden elektrische Kurzschlüsse und ein Unterbrechen der
elektrischen Verbindung zwischen der Chipstruktur und den Kontaktelementen
des Gehäusegrundkörpers vermieden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die flexible Leiterplatte an dem Gehäusegrundkörper und an dem Bodenteil befestigt,
wobei die Chipstruktur elektrisch mit der flexiblen Leiterplatte
verbunden ist. Zur elektrischen Verbindung zwischen der Chipstruktur
und der flexiblen Leiterplatte können beispielsweise
Bonddrähte
zum Einsatz kommen. Da Auslenkungen des Bodenteils gegenüber dem
Gehäusegrundkörper über die
flexible Leiterplatte ausgeglichen werden können, besteht keine Gefahr
eines Stauchens bzw. Abreißens
der Bonddrähte.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die flexible Leiterplatte an dem Gehäusegrundkörper befestigt und weist eine
Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite auf.
Auf der Unterseite der flexiblen Leiterplatte ist ein Gehäuseteil
aus einem starren Material angeordnet, wodurch das Bodenteil gebildet
wird. Die Chipstruktur ist im Bereich des Bodenteils auf der Oberseite der
flexiblen Leiterplatte angeordnet und elektrisch mit der flexiblen
Leiterplatte, zum Beispiel über
Bonddrähte,
verbunden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Sensorrichtung eine an dem Gehäusegrundkörper befestigte Leiterplatte
auf. Die Leiterplatte umfasst einen starren Leiterplattenabschnitt zum
Bilden des Bodenteils und zwischen dem starren Leiterplattenabschnitt
und dem Gehäusegrundkörper einen
flexiblen Leiterplattenabschnitt. Eine derartige „Kombinationsleiterplatte” kann beispielsweise
durch Laminieren unterschiedlich elastischer Leiterplattenmaterialien
hergestellt werden. Die auf dem Bodenteil bzw. dem starren Leiterplattenabschnitt
angeordnete Chipstruktur ist elektrisch mit der Leiterplatte, beispielsweise über Bonddrähte, verbunden.
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Anstelle
die flexible Leiterplatte an einem Bodenteil zu befestigen oder
das Bodenteil als (integralen) Bestandteil einer Leiterplatte auszubilden,
ist gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen,
dass die flexible Leiterplatte an dem Gehäusegrundkörper und an der auf dem Bodenteil
angeordneten Chipstruktur befestigt ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Chipstruktur einen Sensorchip und einen Auswertechip,
wobei der Sensorchip und der Auswertechip auf unterschiedlichen
Seiten des Bodenteils angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung kann
die Sensorvorrichtung mit einem relativ geringen (lateralen) Platzbedarf
verwirklicht werden, wodurch sich ferner eine Kostenersparnis ergibt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Gehäusegrundkörper rahmenförmig ausgebildet,
wobei das Bodenteil innerhalb des Gehäusegrundkörpers angeordnet und mit dem
Gehäusegrundkörper über ein
zwischen dem Gehäusegrundkörper und
dem Bodenteil angeordnetes elastisches Material verbunden ist. Vorzugsweise
ist im Bereich der flexiblen Leiterplatte zwischen dem Gehäusegrundkörper und
dem Bodenteil eine Aussparung ohne das elastische Material vorgesehen.
Auch durch diese Ausgestaltung wird ein platzsparender Aufbau der
Sensorvorrichtung begünstigt.
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Erfindungsgemäß wird ferner
ein Gehäuse für eine Sensorvorrichtung
vorgeschlagen, welches einen Gehäusegrundkörper mit
Kontaktelementen und ein elastisch mit dem Gehäusegrundkörper verbundenes Bodenteil
zum Tragen einer Chipstruktur aufweist. Das Gehäuse weist des weiteren eine
flexible Leiterplatte zum Herstellen wenigstens eines Teils einer
elektrischen Verbindung zwischen der Chipstruktur und den Kontaktelementen
des Gehäusegrundkörpers auf,
wodurch eine zuverlässige
elektrische Verbindung gewährleistet
ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1a und 1b eine
Sensorvorrichtung in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und
in einer schematischen seitlichen Darstellung;
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2a und 2b eine
weitere Sensorvorrichtung in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und
in einer schematischen seitlichen Darstellung;
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3a und 3b eine
weitere Sensorvorrichtung in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und
in einer schematischen seitlichen Darstellung;
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4 und 5 schematische
seitliche Darstellungen von weiteren Sensorvorrichtungen; und
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6a und 6b eine
weitere Sensorvorrichtung in einer schematischen Aufsichtsdarstellung und
in einer schematischen seitlichen Darstellung.
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Die
folgenden Figuren zeigen mögliche
Ausführungsformen
von Sensorvorrichtungen, welche auch als „Sensormodul” oder „Sensorpackage” bezeichnet
werden. Als Anwendungsgebiete der gezeigten Sensorvorrichtungen
kommen beispielsweise Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen wie
zum Beispiel ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) in Betracht.
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1a zeigt
eine Sensorvorrichtung 100 in einer schematischen Aufsichtsdarstellung.
Eine entsprechende seitliche Ansicht der Sensorvorrichtung 100 ist
in 1b dargestellt. Die Sensorvorrichtung 100 weist
einen rahmenförmigen
Gehäusegrundkörper 110 auf,
welcher einen Innenraum umschließt. Bei dem Gehäusegrundkörper 110 handelt
es sich beispielsweise um einen sogenannten „Premold-Rahmen”, welcher
ein Kunststoffmaterial wie zum Beispiel Polyetheretherketon (PEEK)
aufweist. Der Gehäusegrundkörper 110 weist
ferner Kontaktelemente 120 auf, welche an der Oberseite
von zwei innenraumseitig angeordneten und sich gegenüberliegenden
stufenförmigen
Absätzen 119 ausgebildet sind.
Die Kontaktelemente 120 sind zum Beispiel als Bestandteil
eines als „lead
frame” bezeichneten
und sich durch den Gehäusegrundkörper 110 erstreckenden
Leitungsrahmens ausgebildet, welcher außenseitig Anschlusspins zur
externen Kontaktierung der Sensorvorrichtung 100 aufweist
(nicht dargestellt).
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Als
weitere Gehäusekomponente
umfasst die Sensorvorrichtung 100 ein Bodenteil zum Tragen einer
Chipstruktur, welches in Form einer rechteckförmigen Bodenplatte 140 ausgebildet
ist. Die Bodenplatte 140 besteht beispielsweise aus Stahl
und ist in dem von dem Gehäusegrundkörper 110 umschlossenen
Innenraum angeordnet. Über
ein elastisches Material 180 ist die Bodenplatte 140 an
Innenwänden
des Gehäusegrundkörpers 110 befestigt, welche
der Bodenplatte 140 gegenüberliegen bzw. die Bodenplatte 140 umgeben.
Bei dem elastischen Material 180 handelt es sich beispielsweise
um Flüssigsilikonkautschuk
(LSR, liquid silicone rubber), welches in den Zwischenraum zwischen
der Bodenplatte 140 und dem Gehäusegrundkörper 110 eingespritzt wird
und den Rand der Bodenplatte 140 bzw. einen Teil hiervon
umgreift. Durch die Befestigung über
das elastische Material 180 ist die Bodenplatte 140 gegenüber dem
Gehäusegrundkörper 110 elastisch auslenkbar,
wodurch eine Dämpfung
bzw. Entkopplung der Chipstruktur gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen wie
zum Beispiel Stößen oder
Vibrationen erzielt wird.
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Als
Chipstruktur weist die Sensorvorrichtung 100 einen Auswertechip 150 und
einen mikromechanischen Sensorchip 160 auf, welche auf
einer Oberseite der Bodenplatte 140 angeordnet sind. Hierbei können beide
Chips 150, 160 über zugehörige Klebstoffschichten auf
der Bodenplatte 140 fixiert sein (nicht dargestellt). Zum
Schutz der Chipstruktur, beispielsweise bei der Montage oder gegenüber äußeren Einflüssen wie
zum Beispiel Staub- oder Schmutzpartikeln, ist oberhalb der Chips 150, 160 ein mit
dem Gehäusegrundkörper 110 verbundener
Deckel 130 vorgesehen (1b). Der
Auswertechip 150, welcher insbesondere als anwendungsspezifische
integrierte Schaltung (ASIC, application specific integrated circuit)
ausgebildet sein kann, dient zum Steuern des Sensorchips 160 und
zum Auswerten bzw. Weiterverarbeiten von Messsignalen des Sensorchips 160.
Zu diesem Zweck sind beide Chips 150, 160 über Bonddrähte 170 elektrisch
miteinander verbunden, welche zugehörige Kontaktflächen („Bondpads”) der Chips 150, 160 kontaktieren
(nicht dargestellt). Der mikromechanische Sensorchip 160 ist
beispielsweise zum Erfassen einer Beschleunigung oder zum Erfassen
einer Drehrate ausgebildet und weist ein oder mehrere beweglich
gelagerte Funktionselemente wie zum Beispiel Schwingerstrukturen
auf (nicht dargestellt), deren Auslenkung zum Beispiel auf kapazitive
Weise erfasst wird. Insbesondere der mikromechanische Sensorchip 160 wird
durch die gedämpfte
Befestigung der Bodenplatte 140 an dem Gehäusegrundkörper 110 vor
Stößen bzw.
Störbeschleunigungen
geschützt,
wodurch Fehlfunktionen oder Beschädigungen vermieden werden können.
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Die
Sensorvorrichtung 100 weist des weiteren zwei flexible
Leiterplatten 200 auf, mit deren Hilfe der Auswertechip 150 auf
zuverlässige
Weise elektrisch mit den Kontaktelementen 120 des Gehäusegrundkörpers 110 verbunden
ist. Eine flexib le Leiterplatte 200 umfasst beispielsweise
ein Band oder eine Folie aus einem flexiblen Kunststoffmaterial
wie zum Beispiel Polyimid, auf welcher Kontakte und Leiterbahnen
aus einem elektrisch leitfähigen
bzw. metallischen Material angeordnet sind (nicht dargestellt). Möglich ist
auch der Einsatz von zwei Polyimidfolien und einer zwischen den
Polyimidfolien angeordneten Leiterbahnstruktur, oder einer Mehrlagenleiterplatte mit
mehreren durch Polyimidfolien getrennten Leiterbahnebenen, welche
durch eine entsprechende Verdrahtungsstruktur elektrisch verbunden
sein können. Anstelle
des Polyimids kann alternativ auch ein anderes flexibles bzw. formbares
Kunststoffmaterial zum Einsatz kommen.
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Die
beiden Leiterplatten 200 weisen wie in 1a dargestellt
jeweils zwei streifenförmige
Befestigungsabschnitte 205, 206 auf, mit denen
die Leiterplatten 200 auf den Absätzen 119 des Gehäusegrundkörpers 110 und
auf der Oberseite der Bodenplatte 140 an den den Absätzen 119 gegenüberliegenden
Seiten befestigt sind. Der Befestigungsabschnitt 205 einer
Leiterplatte 200 weist mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 200 verbundene
und auf die Kontaktelemente 120 des Gehäusegrundkörpers 110 abgestimmte
Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen auf
(nicht dargestellt). Hierbei ist der Befestigungsabschnitt 205 beispielsweise über einen
elektrisch leitfähigen
Klebstoff oder ein Lötmittel
derart an dem Gehäusegrundkörper 110 befestigt,
dass Kontaktflächen
des Befestigungsabschnitts 205 zugehörige Kontaktelemente 120 kontaktieren.
Der weitere Befestigungsabschnitt 206 einer Leiterplatte 200 ist
beispielsweise über
einen Klebstoff auf der Oberseite der Bodenplatte 140 befestigt
und weist ebenfalls mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 200 verbundene Kontaktflächen auf,
welche über
Bonddrähte 170 elektrisch
mit Kontaktflächen
des Auswertechips 150 verbunden sind (nicht dargestellt).
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Der
Abschnitt einer Leiterplatte 200 zwischen den Befestigungsabschnitten 205, 206 liegt wie
in 1b dargestellt in einer gewellten oder „zick-zack-artig” gefalteten
Form vor. Abstandsänderungen
zwischen der Bodenplatte 140 und dem Gehäusegrundkörper 110,
welche bei gedämpften
Auslenkungen der Bodenplatte 140 aufgrund von beispielsweise
Stößen oder
Vibrationen auftreten, können
folglich ausgeglichen werden, ohne dass die elektrische Verbindung
zwischen dem Auswertechip 150 und den Kontaktelementen 120 des
Gehäusegrundkörpers unterbrochen
oder beeinträchtigt
würde.
Da die zur Kontaktierung des Auswertechips 150 mit der
Leiterplatte 120 eingesetzten Bonddrähte 170 lediglich
im Bereich der Bodenplatte 140 vorgesehen sind bzw. an
der Bodenplatte 140 (über
den Befestigungsabschnitt 206) befestigt sind, wird eine
stoßbedingte
Belastung der Bonddrähte 170 und
ein hiermit verbundenes Stauchen oder Abreißen vermieden. Um einen platzgünstigen
Aufbau zu erzielen, weist die Sensorvorrichtung 100 wie
in 1a dargestellt im Bereich des gefalteten Abschnitts
der Leiterplatten 200 zwischen dem Bodenteil 140 und
dem Gehäusegrundkörper 110 jeweils
eine Aussparung 190 ohne das elastische Material 180 auf,
innerhalb derer der gefaltete Leiterplattenabschnitt bzw. ein Teil
hiervon aufgenommen wird.
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Anhand
der folgenden Figuren werden weitere Ausführungsformen von Sensorvorrichtungen erläutert, welche
einen ähnlichen
Aufbau besitzen wie die in den 1a und 1b dargstellte
Sensorvorrichtung 100. Im Hinblick auf Details zu gleichartigen
oder übereinstimmenden
Komponenten dieser Sensorvorrichtungen wird daher auf die vorstehenden
Ausführungen
Bezug genommen.
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Die 2a und 2b zeigen
eine Sensorvorrichtung 101 in einer schematischen Aufsichtsdarstellung
und in einer seitlichen Darstellung, welche anstelle von zwei separaten
flexiblen Leiterplatten 200 eine einzelne flexible Leiterplatte 210 aufweist. Die
flexible Leiterplatte 210 weist in der Mitte einen rechteckförmigen Abschnitt
zum Tragen einer Chipstruktur auf, welcher im Folgenden als Bodenteilabschnitt 211 bezeichnet
wird. Zum Bereitstellen eines Bodenteils ist zur Versteifung auf
der Unterseite der Leiterplatte 210 bzw. des Bodenteilabschnitts 211 eine
rechteckige Bodenplatte 141 aus einem starren Material
wie zum Beispiel Stahl angeordnet, welche die gleiche laterale Grundfläche aufweist
wie der Bodenteilabschnitt 211. Zur Fixierung von Leiterplatte 210 und
Bodenplatte 241 kann beispielsweise ein Klebstoff eingesetzt
werden.
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Das
aus dem Bodenteilabschnitt 211 und der Bodenplatte 141 gebildete
Bodenteil ist innerhalb eines rahmenförmigen Gehäusegrundkörpers 110 angeordnet
und an dem Gehäusegrundkörper 110 über ein
elastisches Material 180 befestigt, wodurch eine gedämpfte Auslenkung
des Bodenteils ermöglicht wird.
Auf einer Oberseite der Leiterplatte 210 bzw. des Bodenteilabschnitts 211 ist
eine Chipstruktur umfassend einen Auswertechip 150 und
einen Sensorchip 160 angeordnet. Die beiden Chips 150, 160 sind mithilfe
von Bonddrähten 170 elektrisch
miteinander verbunden. Über
Bonddrähte 170 ist
auch der Auswertechip 150 elektrisch an die Leiterplatte 210 bzw. deren
Leiterbahnen angeschlossen, wobei die Bondrähte 170 Kontaktflächen des
Auswertechips 150 und Kontaktflächen der Leiterplatte 210 auf
deren Bodenteilabschnitt 211 kontaktieren (nicht dargestellt).
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Die
flexible Leiterplatte 210 der Sensorvorrichtung 101 weist
angrenzend an den Bodenteilabschnitt 211 zwei in einer
gefalteten Form vorliegende Abschnitte, und hieran angrenzend zwei
streifenförmige
Befestigungsabschnitte 215 auf (2a). Über die
Befestigungsabschnitte 215 ist die Leiterplatte 210 an
gegenüberliegenden
Absätzen 119 des
Gehäusegrundkörpers 110 befestigt,
wobei an der Oberseite der Absätze 119 ausgebildete
Kontaktelemente 120 des Gehäusegrundkörpers 110 kontaktiert
werden. Durch die gefalteten Abschnitte der Leiterplatte 210 ist
es möglich,
Abstandsänderungen zwischen
dem aus dem Bodenteilabschnitt 211 und der Bodenplatte 141 gebildeten
Bodenteil gegenüber dem
Gehäusegrundkörper 110 auszugleichen,
ohne die elektrische Verbindung zwischen dem Auswertechip 150 und
den Kontaktelementen 120 zu beeinträchtigen. Für einen platzsparenden Aufbau
weist die Sensorvorrichtung 101 im Bereich der gefalteten Leiterplattenabschnitte
Aussparungen 190 ohne das elastische Material 180 auf.
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Die 3a und 3b zeigen
eine weitere Sensorvorrichtung 102 in einer schematischen
Aufsichtsdarstellung und in einer seitlichen Darstellung, welche
eine einzelne Leiterplatte 220 umfasst. Die Leiterplatte 220 weist
hierbei einen starren Leiterplattenabschnitt 221 zum Bilden
eines Bodenteils für eine
Chipstruktur, und angrenzend an den starren Leiterplattenabschnitt 221 zwei
flexible, gefaltete Leiterplattenabschnitte 222 auf. Eine
derartige, unterschiedlich elastische oder starre Abschnitte 221, 222 aufweisende
Leiterplatte 220 kann beispielsweise durch Laminieren einer
Folie eines flexiblen Materials (zum Beispiel Polyimid) mit einer
Schicht eines aushärtbaren
Materials (zum Beispiel eines Harz-Glasfasergewebes) hergestellt
werden.
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Das
Bodenteil bzw. der starre Leiterplattenabschnitt 211 ist über ein
elastisches Material 180 an Innenwänden eines rahmenförmigen Gehäusegrundkörpers 110 befestigt,
wobei im Bereich der flexiblen Leiterplattenabschnitte 222 Aussparungen 190 vorgesehen
sind (3a). Auf dem starren Leiterplattenabschnitt 221 ist
eine Chipstruktur bestehend aus einem Auswertechip 150 und
einem Sensorchip 160 angeordnet. Die Kontaktierung der
Chips 150, 160 untereinander und mit der Leiterplatte 220 erfolgt über Bonddrähte 170,
welche an Kontaktflächen
der Chips 150, 160 und der Leiterplatte 220 bzw.
des starren Leiterplattenabschnitts 221 angeschlossen sind
(nicht dargestellt). An den äußeren Enden
der flexiblen Leiterplattenabschnitte 222 sind streifenförmige Befestigungsabschnitte 225 vorgesehen,
mit denen die Leiterplatte 220 des weiteren an gegenüberliegenden
Absätzen 119 des
rahmenförmigen
Gehäusegrundkörpers 110 befestigt
ist und Kontaktelemente 120 des Gehäusegrundkörpers 110 kontaktiert.
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Die
Verwendung einer Leiterplatte im Bereich des Bodenteils einer Sensorvorrichtung
bietet die Möglichkeit,
die Chips einer Chipstruktur auf verschiedenen Seiten der Leiterplatte
bzw. des Bodenteils anzuordnen, wodurch die Sensorvorrichtung mit einem
geringeren lateralen Platzbedarf ausgebildet werden kann. Zur Veranschaulichung
zeigt 4 eine weitere Sensorvorrichtung 103 in
einer schematischen seitlichen Darstellung, welche wie die Sensorvorrichtung 102 der 3a und 3b eine
Leiterplatte 220 mit einem starren Leiterplattenabschnitt 221 und
zwei flexiblen (gefalteten) Abschnitten 222 aufweist. Der
starre Leiterplattenabschnitt 221 ist über ein elastisches Material 180 mit
einem rahmenförmigen
Gehäusegrundkörper 111 verbunden.
Die flexiblen Leiterplattenabschnitte 222, an deren äußeren Enden
streifenförmige
Befestigungsabschnitte 215 entsprechend der in 3a dargestellten
Sensorvorrichtung 102 vorliegen können, sind an zwei gegenüberliegenden
Absätzen 119 des
Gehäusegrundkörpers 111 befestigt,
und kontaktieren an den Absätzen 119 vorgesehene
Kontaktelemente des Gehäusegrundkörpers 111 (nicht
dargestellt). Im Bereich der flexiblen Leiterplattenabschnitte 222 können erneut
Aussparungen 190 ohne das elastische Material 180 vorgesehen
sein (nicht dargestellt).
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Als
Chipstruktur weist die Sensorvorrichtung 103 einen Auswertechip 150 und
einen Sensorchip 160 auf, wobei der Auswertechip 150 auf
einer Oberseite der Leiterplatte 220 bzw. des starren Leiterplattenabschnitts 221,
und der Sensorchip 160 auf einer der Oberseite gegenüberliegenden
Unterseite der Leiterplatte 220 angeordnet ist. Beide Chips 150, 160 sind über Bonddrähte 170 an
Kontaktflächen
der Leiterplatte 220 auf deren Ober- und Unterseite angeschlossen
(nicht dargestellt). Zur Kontaktierung der Chips 150, 160 untereinander
ist innerhalb der Leiterplatte 220 eine entsprechende Umverdrahtungsstruktur
vorgesehen, über
welche Kontaktflächen
der Ober- und Unterseite der Leiterplatte 220 elektrisch miteinander
verbunden sind (nicht dargestellt). Um beide Chips 150, 160 bei spielsweise
bei der Montage oder vor äußeren Einflüssen wie
Staub und Schmutz zu schützen,
weist die Sensorvorrichtung 103 zwei an dem Gehäusegrundkörper 111 angebrachte
Deckel 130 auf, welche die auf den beiden Seiten der Leiterplatte 220 angeordneten
Chips 150, 160 abdecken.
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Der
Einsatz einer Leiterplatte im Bereich des Bodenteils bietet darüber hinaus
die Möglichkeit, Chips
mithilfe von sogenannten SMD-Montagetechniken (surfacemounted device)
auf der Leiterplatte zu befestigen und zu kontaktieren. Als ein
mögliches Beispiel
zeigt 5 eine weitere Sensorvorrichtung 104,
welche im Wesentlichen den gleichen Aufbau und dieselben Komponenten
aufweist wie die in 4 gezeigte Sensorvorrichtung 103.
Im Unterschied zu der Sensorvorrichtung 103 weisen die Chips 150, 160 der
Sensorvorrichtung 104 Lötkugeln 171 auf,
mit denen die Chips 150, 160 auf der Ober- und
Unterseite des Bodenteils bzw. des starren Leiterplattenabschnitts 221 der
Leiterplatte 220 befestigt sind, und über welche Anschlüsse der
Chips 150, 160 und Kontaktflächen der Leiterplatte 220 miteinander
kontaktiert werden (nicht dargestellt). Die Lötkugeln 171 können hierbei
in Form einer Kugelgitteranordnung, auch als „ball grid array” (BGA)
bezeichnet, auf den Unterseiten der Chips 150, 160 angeordnet
sein. Gegebenenfalls kann ein Klebstoff zur zusätzlichen Fixierung zwischen
den Chips 150, 160 und der Leiterplatte 220 vorgesehen
sein (nicht dargestellt).
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Alternativ
lassen sich andere SMD-Montagetechniken einsetzen. Eine Kontaktierungmöglichkeit besteht
beispielsweise darin, auf den Chips 150, 160 und
der Leiterplatte 220 aufeinander abgestimmte Anordnungen
von Anschlussflächen
(„land
grid array”,
LGA) auszubilden, und diese durch ein Lötmittel elektrisch zu verbinden.
Statt eines Lötmittels
kann auch ein leitfähiger
Klebstoff zum Einsatz kommen. Darüber hinaus ist es vorstellbar,
die Chips 150, 160 mit seitlichen Anschlusspins
auszubilden, welche über
ein Lötmitel
oder einen leitfähigen
Klebstoff zugehörige
Kontaktflächen
der Leiterplatte 220 kontaktieren.
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Die 6a und 6b zeigen
eine weitere Sensorvorrichtung 105 in einer schematischen
Aufsichtsdarstellung und in einer seitlichen Darstellung. Die Sensorvorrichtung 105 weist
einen rahmenförmigen
Gehäusegrundkörper 112 mit
Kontaktelementen 120 auf, welche an der Oberseite von zwei
sich gegenüberliegenden
stufenförmigen
Absätzen 119 ausgebildet
sind. Innerhalb des Gehäusegrundkörpers 112 ist
ein Bodenteil 140 vorgesehen, welches über ein elastisches Material 180 mit
dem Gehäusegrundkörper 112 verbunden
ist. Auf einer Oberseite des Bodenteils 140 sind ein Auswertechip 150 und
ein Sensorchip 160 angeordnet, welche über Bonddrähte 170 elektrisch
miteinander verbunden sind. Zur elektrischen Kontaktierung zwischen
dem Auswertechip 150 und den Kontaktelementen 120 des
Gehäusegrundkörpers 112 sind
zwei flexible Leiterplatten 230 vorgesehen.
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Die
Leiterplatten 230 weisen wie in 6a dargestellt
jeweils zwei streifenförmigen
Befestigungsabschnitte 235, 236 auf, mit denen
die Leiterplatten 230 auf den Absätzen 119 des Gehäusegrundkörpers 112 und
auf der Oberseite des Auswertechips 150 an den den Absätzen 119 gegenüberliegenden
Seiten befestigt sind. Die Befestigung kann beispielsweise über einen
elektrisch leitfähigen
Klebstoff oder ein Lötmittel
erfolgen. Hierbei weisen die Befestigungsabschnitte 235, 236 auf
die Kontaktelemente 120 des Gehäusegrundkörpers 112 und auf Kontakte
bzw. Kontaktflächen
des Auswertechips 150 abgestimmte Kontaktflächen auf,
welche über den
leitfähigen
Klebstoff oder das Lötmittel
elektrisch miteinander verbunden werden (nicht dargestellt). Der
Abschnitt einer Leiterplatte 230 zwischen den Befestigungsabschnitten 235, 236 liegt
wie in 6b dargestellt in einer gefalteten
Form vor, wodurch Auslenkungen der Bodenplatte 140 gegenüber dem
Gehäusegrundkörper 112 ausgeglichen
werden können.
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Die
anhand der Figuren erläuterten
Sensorvorrichtungen stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
dar. Darüber
hinaus sind Ausführungsformen
vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und Kombinationen der beschriebenen
Sensorvorrichtungen umfassen. Beispielsweise ist es möglich, bei
den in den 1, 2, 3 und 6 dargestellten
Sensorvorrichtungen 100, 101, 102, 105 die
Bonddrähte 170 (oder
einen Teil der Bondrähte 170),
welche für die
Kontaktierung der Chips untereinander bzw. zum Kontaktieren von
Leiterplatten eingesetzt werden, durch andere Kontaktierungsmittel
wie zum Beispiel die in 5 dargestellten Lötkugeln 171 zu
ersetzen. Dies setzt voraus, dass die Bodenteile bzw. -platten der
Sensorvorrichtungen in Form von (starren) Leiterplatten mit entsprechenden
Kontaktflächen
und Leiterbahnstrukturen ausgebildet sind. Die Ausgestaltung eines
Bodenteils als Leiterplatte macht es ferner möglich, Chips auf unterschiedlichen
Seiten des Bodenteils anzuordnen.
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Neben
den dargestellten Komponenten können
die Sensorvorrichtungen weitere (aktive oder passive) Bauelemente
aufweisen, welche insbesondere bei Verwendung einer Leiterplatte
als Bodenteil sowohl auf einer Ober- und einer Unterseite angeordnet
sein können.
Auch kann eine Sensorvorrichtung anstelle von zwei Chips eine andere
Anzahl von Chips umfassen. Ein Beispiel ist eine Sensorvorrichtung
mit einem Auswertechip und drei Sensorchips, mit deren Hilfe Beschleunigungen
in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen erfasst werden.