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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung aufweisend
ein Gehäusegrundteil, ein Trägerteil, eine auf
dem Trägerteil angeordnete Chipstruktur, und eine Feder/Dämpfer-Einrichtung, über
welche das Gehäusegrundteil und das Trägerteil
elastisch miteinander verbunden sind. 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 oder mehreren Sensorchips sowie einem Auswertechip auf. Der
Sensorchip ist in Form eines mikromechanischen Bauelements (MEMS,
Micro electro mechanical system) mit beweglichen Funktionselementen
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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Eine
Anforderung bei derartigen Sensorvorrichtungen besteht darin, die
Sensorchips vor äußeren mechanischen Einflüssen
wie zum Beispiel Vibrationen zu entkoppeln, um eine genaue Messung
zu ermöglichen. Bei einem Sensorchip zum Erfassen einer
Drehrate werden beispielsweise Funktionselemente zur Schwingung
bei einer vorgegebenen Arbeitsfrequenz angeregt. Eine Veränderung
der Arbeitsfrequenz durch äußere Einflüsse
hat eine Beeinträchtigung bzw. Verfälschung der
Messung zur Folge. Die Chipstruktur wird daher in einem Gehäuse montiert,
welches eine ausreichende Dämpfung – im Falle
eines Drehratensensors insbesondere bei dessen Arbeitsfrequenz – ermöglicht.
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Die
DE 10 2006 026 878
A1 offenbart eine Sensorvorrichtung mit einem Träger teil
zum Aufnehmen einer Chipstruktur, welches horizontal innerhalb eines
rahmenförmigen Gehäusegrundteils angeordnet ist.
In einem Zwischenraum zwischen dem Trägerteil und dem Gehäusegrundteil
ist ein elastisches Material ausgebildet, so dass das Trägerteil
gegenüber dem Gehäusegrundteil elastisch auslenkbar
ist und eine Federung bzw. Dämpfung der Chipstruktur ermöglicht
wird. Die horizontale Anordnung des Trägerteils innerhalb
des Gehäusegrundteils ist jedoch mit einem relativ großen
Platzbedarf verbunden.
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Zur
elektrischen Kontaktierung weist das rahmenförmige Gehäusegrundteil
Kontaktelemente auf, welche über freistehende Bonddrähte
an die auf der Trägerplatte angeordnete Chipstruktur angeschlossen
sind. Diese Ausgestaltung hat jedoch eine geringe Fallstabilität
der Sensorvorrichtung zur Folge. Eine bei einem Stoß auftretende
Auslenkung des Trägerteils gegenüber dem Gehäusegrundteil
kann ein Stauchen bzw. eine plastische Verformung der Bonddrähte
hervorrufen, 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 Ablösen
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 und ein verbessertes Gehäuse für
eine Sensorvorrichtung bereitzustellen.
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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 ein Gehäusegrundteil, ein
Trägerteil, eine auf dem Trägerteil angeordnete Chipstruktur,
und eine Feder/Dämpfer-Einrichtung aufweist, über
welche das Gehäusegrundteil und das Trägerteil
elastisch miteinander verbunden sind. Die Sensorvorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass das Gehäusegrundteil, die Feder/Dämpfer-Einrichtung
und das Trägerteil zueinander übereinander angeordnet
sind.
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Anstelle
einer horizontalen Anordnung mit einem innerhalb eines rahmenförmigen
Gehäusegrundteils vorgesehenen Trägerteils sind
bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung das
Gehäusegrundteil, die Feder/Dämpfer-Einrichtung
und das Trägerteil jeweils zueinander übereinander
angeordnet, d. h. dass die Feder/Dämpfer-Einrichtung (bzw. deren
Komponenten) auf dem Gehäusegrundteil, und das Trägerteil
oberhalb des Gehäusegrundteils auf der Feder/Dämpfer-Einrichtung
vorgesehen ist. Durch diese „vertikale” Ausgestaltung
kann die Sensorvorrichtung mit einer relativ geringen (lateralen) Baugröße
verwirklicht werden. Die gewünschte Federungs- und Dämpfungsfunktion
lässt sich über die Materialwahl von Komponenten
der Feder/Dämpfer-Einrichtung, sowie über deren
geometrische Auslegung einstellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Feder/Dämpfer-Einrichtung
ein Dämpferelement aus einem deformierbaren Material auf.
Bei dem deformierbaren Material handelt es sich vorzugsweise um
Flüssigsilikonkautschuk, welches sowohl eine Dämpfungs-
als auch eine Federungswirkung aufweist. Auf diese Weise besteht
beispielsweise die Möglichkeit, die Feder/Dämpfer-Einrichtung
lediglich mit einem oder mehreren solchen Dämpferelementen
auszubilden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Feder/Dämpfer-Einrichtung
ein von dem Dämpferelement separates Federelement auf. In
dieser Ausgestaltung können die Federungs- und Dämpfungseigenschaften
getrennt voneinander verwirklicht werden, d. h. dass insbesondere
das Dämpferelement gezielter zur Dämpfung und
das Federelement gezielter zur Federung ausgelegt werden kann, wodurch
sich die Federungs- und Dämpfungseigenschaften gegebenenfalls
weiter verbessern lassen. Als mögliches Federelement kommt
vorzugsweise eine Druckfeder oder eine Tellerfeder in Betracht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Feder/Dämpfer-Einrichtung
neben dem Dämpferelement ein mit dem Trägerteil
verbundenes erstes Verbindungselement und ein mit dem Gehäusegrundteil
verbundenes zweites Verbindungselement auf. Hierbei umschließt
das Dämpferelement das erste Verbindungselement, und das zweite
Verbindungselement umschließt das Dämpferelement.
Bei einer solchen Feder/Dämpfer-Einrichtung besteht die
Möglichkeit, dass das Trägerteil und das Gehäusegrundteil
nicht nur elastisch aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt, sondern auch
seitlich gegeneinander verschoben werden können, wodurch
eine Entkopplung gegenüber Stößen und
Vibrationen in sämtlichen Raumrichtungen erzielt wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung
Kontaktelemente zur externen Kontaktierung auf, welche elektrisch
mit der Chipstruktur verbunden sind. Die Sensorvorrichtung weist
des weiteren eine flexible Leiterplatte auf, über welche
wenigstens ein Teil der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktelementen
und der Chipstruktur hergestellt ist. Über die flexible
Leiterplatte können Abstandsänderungen zwischen
dem Trägerteil und dem Gehäusegrundteil, welche
bei Auslenkungen des Trägerteils auftreten, entsprechend
ausgeglichen werden. Auf diese Weise werden elektrische Kurzschlüsse
und ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der Chipstruktur
und den Kontaktelementen vermieden.
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Den
gleichen Vorteil bietet eine weitere bevorzugte Ausführungsform,
bei welcher die Feder/Dämpfer-Einrichtung ein Federelement
aufweist, über welches wenigstens ein Teil der elektrischen Verbindung
zwischen den Kontaktelementen und der Chipstruktur hergestellt ist.
Alternativ kann auch ein Dämpferelement aus einem Leitgummimaterial
eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß wird
ferner ein Gehäuse für eine Sensorvorrichtung
vorgeschlagen, welches ein Gehäusegrundteil, ein Trägerteil
zum Tragen einer Chipstruktur, und eine Feder/Dämpfer-Einrichtung
aufweist, über welche das Gehäusegrundteil und
das Trägerteil elastisch miteinander verbunden sind. Das
Gehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäusegrundteil,
die Feder/Dämpfereinrichtung und das Trägerteil
zueinander übereinander angeordnet sind, wodurch eine geringe
(laterale) Baugröße ermöglicht wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 bis 4 unterschiedliche
Sensorvorrichtungen, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung;
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5 und 6 eine
weitere Sensorvorrichtung in einer schematischen seitlichen Darstellung und
in einer schematischen Aufsichtsdarstellung;
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7 und 8 eine
weitere Sensorvorrichtung in einer schematischen seitlichen Darstellung und
in einer schematischen Aufsichtsdarstellung; und
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9 und 10 weitere
Sensorvorrichtungen, jeweils 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 Sensorvorrichtungen kommen beispielsweise
Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen wie zum Beispiel ESP (elektronisches
Stabilitätsprogramm) in Betracht. Die Sensorvorrichtungen
weisen eine Einrichtung zur Federung und Dämpfung auf,
um eine Chipstruktur vor äußeren mechanischen
Einflüssen wie zum Beispiel Stößen oder
Vibrationen zu entkoppeln.
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1 zeigt
eine Sensorvorrichtung 100 in einer schematischen seitlichen
Darstellung. Die Sensorvorrichtung 100 weist ein plattenförmiges
Trägerteil 120 zum Tragen einer Chipstruktur auf,
welches im Folgenden als Trägerplatte 120 bezeichnet
wird. Die Chipstruktur umfasst einen Auswertechip 140 und
zwei mikromechanische Sensorchips 130, 131, von
denen einer zum Beispiel zum Erfassen einer Beschleunigung und der
andere zum Erfassen einer Drehrate ausgebildet ist. Hierbei sind
der Sensorchip 130 und der Auswertechip 140 nebeneinander
auf einer Oberseite der Trägerplatte 120, und
der Sensorchip 131 ist auf dem Auswertechip 140 angeordnet. Die
Fixierung der Chips 130, 131, 140 erfolgt
beispielsweise über Klebstoffschichten (nicht dargestellt).
Der Auswertechip 140, welcher insbesondere als anwendungsspezifische
integrierte Schaltung (ASIC, application specific integrated circuit)
ausgebildet sein kann, wird zum Steuern der Sensorchips 130, 131 und
zum Auswerten bzw. Weiterverarbeiten von Messsignalen der Sensorchips 130, 131 eingesetzt.
Zu diesem Zweck ist der Auswertechip 140 elektrisch mit
den Sensorchips 130, 131 verbunden, beispielsweise über
Bonddrähte (nicht dargestellt). Für Details zu
Möglichkeiten der elektrischen Kontaktierung wird auf weiter
unten beschriebene Ausführungsformen von weiteren Sensorvorrichtungen
verwiesen.
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Neben
der Trägerplatte 120 weist die Sensorvorrichtung 100 ein
plattenförmiges Gehäusegrundteil 110 auf,
welches im Folgenden als Grundplatte 110 bezeich net wird.
Die Grundplatte 110 ist in einem Bereich unterhalb der
Trägerplatte 120 und im Wesentlichen parallel
zu der Trägerplatte 120 angeordnet. Zwischen Grundplatte 110 und
Trägerplatte 120 befindet sich eine Feder/Dämpfer-Einrichtung, welche
an den Randbereichen der Platten 110, 120 vorgesehene
Federelemente 150 und weiter innen angeordnete Dämpferelemente 160 umfasst. Über die
Feder- und Dämpferelemente 150, 160,
welche beispielsweise über einen Klebstoff an einer Unterseite
der Trägerplatte 120 und an einer Oberseite der Grundplatte 110 befestigt
sind, sind die beiden Platten 110, 120 elastisch
miteinander verbunden, so dass die Platten 110, 120 zu
einem gewissen Grad aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt werden können.
Insbesondere die mikromechanischen Sensorchips 130, 131,
welche bewegliche bzw. im Betrieb der Sensorvorrichtung 100 bei
einer vorgegebenen Arbeitsfrequenz schwingende Funktionselemente
aufweisen, können auf diese Weise vor äußeren mechanischen
Einflüssen wie zum Beispiel Stößen oder
Vibrationen entkoppelt werden, wodurch Fehlfunktionen oder Beschädigungen
vermieden werden.
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Die
separate Ausgestaltung von Federelementen 150 und Dämpferelementen 160 macht
es möglich, die Federungs- und Dämpfungseigenschaften
der Sensorvorrichtung 100 getrennt voneinander einzustellen.
Insbesondere können die Feder- und Dämpferelemente 150, 160 optimal
aufeinander abgestimmt werden. Bei einem Federelement 150 handelt
es sich beispielsweise um eine Druckfeder, welche insbesondere als
Tellerfeder ausgebildet sein kann. Als Dämpferelement 160 dient
ein Formteil aus einem deformierbaren Material, wie zum Beispiel
einem Kunststoff in Schaumstoffform. Alternativ ist der Einsatz
eines Gummimaterials, insbesondere Flüssigsilikonkautschuk
(LSR, liquid silicone rubber), oder eines Gelmaterials wie zum Beispiel
Silikongel, denkbar.
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Durch
die vertikale Übereinander-Anordnung der Grundplatte 110,
der Feder- und Dämpferelemente 150, 160,
und der Trägerplatte 120 mit der Chipstruktur
ergibt sich eine geringe laterale Baugröße der
Sensorvorrichtung 100. Die Grundplatte 110 kann
ferner mit weiteren nicht dargestellten Gehäusekomponenten
verbunden sein. Ein Beispiel ist eine Verkapselung, welche die Trägerplatte 120 mit
der darauf angeordneten Chipstruktur umschließt. Auch kann
die Grundplatte 110 Kontaktelemente zur externen Kontaktierung
aufweisen. Für Details zu derartigen Ausgestaltungen wird
auf weiter unten beschriebene Ausführungsformen von weiteren
Sensorvorrichtungen verwiesen.
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2 zeigt
eine Sensorvorrichtung 101 in einer schematischen seitlichen
Darstellung, welche im Wesentlichen die gleichen Komponenten aufweist wie
die Sensorvorrichtung 100 von 1. Im Unterschied
zu der Sensorvorrichtung 100 sind bei der Sensorvorrichtung 101 die
Chips 130, 131, 140 auf unterschiedlichen
Seiten der Trägerplatte 120 angeordnet, d. h.
dass der Sensorchip 130 auf einer Unterseite und der Auswertechip 140 mit
dem darauf angeordneten Sensorchip 131 auf einer Oberseite der
Trägerplatte 120 vorgesehen sind. Durch diese Ausgestaltung
kann die Sensorvorrichtung 101 noch platzgünstiger
verwirklicht werden. 2 zeigt darüber hinaus
passive Bauelemente 145 als weitere mögliche Bestandteile
der Sensorvorrichtung 101. Die passiven Bauelementen 145,
welche beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und/oder
Spulen umfassen, können hierbei ebenfalls platzgünstig
auf der Ober- und Unterseite der Trägerplatte 120 angeordnet
sein, und beispielsweise über ein Lötmittel auf der
Trägerplatte 120 befestigt sein.
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3 zeigt
eine weitere Sensorvorrichtung 102 in einer schematischen
seitlichen Darstellung, anhand derer eine mögliche Ausgestaltung
zur elektrischen Kontaktierung veranschaulicht wird. Die Sensorvorrichtung 102 weist
wie die Sensorvorrichtungen 100, 101 der 1 und 2 eine
Grundplatte 110 und eine Trägerplatte 120 auf,
welche zueinander übereinander angeordnet und über
Federelemente 150 und Dämpferelemente 160 elastisch miteinander
verbunden sind. Auf der Trägerplatte 120 befindet
sich ein Chipsatz mit einem Auswertechip 140 und zwei Sensorchips 130, 131,
sowie passive Bauelemente 145. Für einen platzgünstigen
Aufbau sind die Chips 130, 131, 140 auf
einer Oberseite und die passiven Bauelemente 145 auf einer
Unterseite der Trägerplatte 120 angeordnet.
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Die
Trägerplatte 120 ist in Form einer Leiterplatte
mit einer Umverdrahtungs- bzw. Leiterbahnstruktur einschließlich
Kontaktstellen bzw. -flächen ausgebildet (nicht dargestellt).
Als isolierendes Trägermaterial kann die Trägerplatte
zum Beispiel einen Kunststoff oder eine Keramik aufweisen. Auch die
Chips 130, 131, 140 weisen Kontaktflächen
für eine elektrische Kontaktierung auf (nicht dargestellt). Die
Kontaktierung der Chips 130, 131, 140 auf
der Trägerplatte 120 wird wie in 3 angedeutet über Bonddrähte 190 hergestellt,
welche an die Kontaktflächen der Chips 130, 131, 140 und
der Trägerplatte 120 auf deren Oberseite angeschlossen
sind. Hierbei erfolgt die elektrische Verbindung zwischen dem Auswertechip 140 und
dem auf dem Auswertechip 140 angeordneten Sensorchip 131 ausschließlich über
Bonddrähte 190, und zwischen dem Auswertechip 140 und
dem daneben angeordneten Sensorchip 130 zusätzlich über
die Trägerplatte 120 bzw. deren Leiterbahnstruktur.
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Die
passiven Bauelemente 145 kontaktieren Kontaktflächen
der Trägerplatte 120 auf deren Unterseite. Zu
diesem Zweck sind die Bauelemente 145 zum Beispiel als
SMD-Bauteile (surface-mounted device) ausgebildet, und über
ein Lötmittel mit den Kontaktflächen verbunden
(nicht dargestellt). Alternativ ist der Einsatz eines elektrisch
leitfähigen Klebstoffes vorstellbar. Über die
Leiterbahnstruktur der Trägerplatte 120 erfolgt
die weitere elektrische Verbindung der passiven Bauelemente 145 mit
der Chipstruktur bzw. dem Auswertechip 140.
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Anstelle
die Chips 130, 131, 140 auf der Trägerplatte 120 über
Bonddrähte 190 zu kontaktieren, ist auch hier
alternativ der Einsatz von SMD-Montagetechniken möglich
(nicht dargestellt). Beispielsweise können die Chips 130, 131, 140 mit
Lötkugeln in Form einer Kugelgitteranordnung (BGA, ball
grid array) auf ihren Unterseiten ausgebildet werden, welche entsprechende
Kontaktflächen kontaktieren. Möglich ist es auch,
dass die Trägerplatte 120 und die Chips 130, 131, 140 aufeinander
abgestimmte Anordnungen von Anschlussflächen (LGA, fand
grid array) aufweisen, welche durch ein Lötmittel miteinander
kontaktiert werden. Anstelle eines Lötmittels kann auch
ein elektrisch leitfähiger Klebstoff zum Einsatz kommen.
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Zum
Zwecke der externen Kontaktierung ist die Sensorvorrichtung 102 mit
Anschlüssen bzw. Kontaktelementen 115 versehen,
welche wie in 3 dargestellt an der Grundplatte 110 ausgebildet sein
können. Die Kontaktelemente 115 können
insbesondere in Form eines als „lead frame” bezeichneten
Leitungsrahmens ausgebildet sein, welcher sich teilweise durch die
Grundplatte 110 erstreckt. Entsprechend der Trägerplatte 120 kann
auch die Grundplatte 110 in Form einer Leiterplatte ausgebildet
sein, bei der als isolierendes Trägermaterial zum Beispiel
ein Kunststoff oder eine Keramik verwendet wird. Für die
weitere elektrische Verbindung zur Chipstruktur bzw. zu dem Auswertechip 140 werden die
Federelemente 150 eingesetzt, welche als Federkontakte
ausgebildet sind, über welche ein elektrischer Strom fließen
kann. Die Federelemente 150 sind hierbei an Kontakte bzw.
Kontaktflächen auf der Unterseite der Trägerplatte 120 und
auf der Oberseite der Grundplatte 110 angeschlossen, beispielsweise über
ein Lötmittel oder einen leitfähigen Klebstoff.
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Zum
Schutz der Chipstruktur, beispielsweise bei der Montage der Sensorvorrichtung 102 in
einem Automobil oder gegenüber äußeren
Einflüssen wie zum Beispiel Staub- oder Schmutzpartikeln,
weist die Sensorvorrichtung 102 ferner wie in 3 angedeutet
eine Verkapselung 180 auf. Die Verkapselung 180 kann
zum Beispiel als separate Gehäusekomponente ausgebildet
werden, welche an der Grundplatte 110 befestigt wird. Alternativ
kann die Grundplatte 110 auch zusammen mit einem Teil der
Verkapselung 180 als integrales Gehäuseteil ausgebildet
sein. Ein derartiges Gehäuseteil kann zum Beispiel die
Grundplatte 110 und mit der Grundplatte 110 verbundene Gehäusewände
umfassen, wobei die Gehäusewände die auf der Grundplatte 110 übereinander
angeordneten Feder- bzw. Dämpferelemente 150, 160 und
die Trägerplatte 120 mit der Chipstruktur rahmenförmig
umgeben. Zum Vervollständigen der Verkapselung 180 kann
an die Gehäusewände ein Deckel angebracht werden
(nicht dargestellt).
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Eine
elektrische Verbindung zwischen der Grundplatte 110 und
der Trägerplatte 120 kann anstelle der Federelemente 150 alternativ
auch über die Dämpferelemente 160 hergestellt
werden. Zu diesem Zweck weisen die Dämpferelemente 160 ein
elektrisch leitfähiges Gummimaterial, auch als Leitgummi bezeichnet,
auf. Ein solcher Leitgummi umfasst beispielsweise ein Gummimaterial,
welches mit elektrisch leitfähigen Partikeln wie zum Beispiel
Kohlenstoffpartikeln gefüllt ist. Die Dämpferelemente 160 kontaktieren
hierbei entsprechende Anschlüsse bzw. Kontaktflächen
auf der Grundplatte 110 und der Trägerplatte 120.
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4 zeigt
eine weitere Sensorvorrichtung 103, welche im Unterschied
zur Sensorvorrichtung 102 von 3 lediglich
Dämpferelemente 160 aus einem Leitgummimaterial
zwischen der Trägerplatte 120 und der Grundplatte 110 und
keine separaten Federelemente 150 aufweist. Neben der Herstellung einer
elektrischen Verbindung zwischen Grund- und Trägerplatte 110, 120 werden
die Dämpferelemente 160 gleichermaßen
zur Dämpfung und zur Federung eingesetzt. Eine solche Kombination
von Federungs- und Dämpfungsfunktion kann durch ein geeignetes Gummimaterial
für die Dämpferelemente 160 wie insbesondere
Flüssigsilikonkautschuk erzielt werden.
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Eine
elektrische Verbindung zwischen Grund- und Trägerplatte
kann auch durch andere Komponenten als die der Feder/Dämpfer-Einrichtung hergestellt
werden. Zur Veranschaulichung zeigen die 5 und 6 eine
Sensorvorrichtung 104 in einer schematischen seitlichen
Darstellung und einer schematischen Aufsichtsdarstellung. Die Sensorvorrichtung 104 weist
als Chipstruktur einen Sensorchip 130 und einen Auswertechip 140 auf,
welche auf einer Oberseite einer Trägerplatte 121 angeordnet sind.
Die Trägerplatte 121 weist eine Leiterbahnstruktur
mit Kontaktflächen auf, welche über Bonddrähte 190 an
Kontaktflächen der Chips 130, 140 angeschlossen
sind. Auf einer Unterseite der Trägerplatte 121 sind
passive Bauelemente 145 vorgesehen, deren Lage in 6 anhand
von gestrichelten Linien angedeutet wird. Auch die passiven Bauelemente 145 kontaktieren
entsprechende Kontaktstellen der Trägerplatte 121,
beispielsweise über ein Lötmittel.
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Die
Trägerplatte 121 ist über Dämpferelemente 160 elastisch
mit einer Grundplatte 110 verbunden, welche Kontaktelemente 115 zur
externen Kontaktierung aufweist. Die Dämpferelemente 160 werden
hierbei gleichzeitig zur Federung und zur Dämpfung eingesetzt,
und weisen ein Gummimaterial wie zum Beispiel Flüssigsilikonkautschuk
auf. Wie in 6 anhand von gestrichelten Linien
veranschaulicht wird, können die Dämpferelemente 160 in Eckbereichen
von Grund- und Trägerplatte 110, 121 angeordnet
sein. Alternativ können die Dämpferelemente auch
als durchgehende Formteile ausgebildet sein, welche sich entlang
einer gesamten Seitenkante der Trägerplatte 121 erstrecken
(nicht dargestellt).
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Zur
elektrischen Verbindung von Grund- und Trägerplatte 110, 121 weist
die Sensorvorrichtung 104 zwei flexible Leiterplatten 170 auf.
Eine flexible Leiterplatte 170 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. Anstelle des Polyimids kann
alternativ auch ein anderes flexibles bzw. formbares Kunststoffmaterial
zum Einsatz kommen.
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Die
flexiblen Leiterplatten 170 sind in einem mittleren Bereich
zwischen der Grundplatte 110 und der Trägerplatte 121 angeordnet,
und beispielsweise über einen leitfähigen Klebstoff
oder über ein Lötmittel an zugehörige
Kontaktflächen auf der Oberseite der Trägerplatte 121 und
auf der Oberseite der Grundplatte 110 angeschlossen. Zu
diesem Zweck weist die Trägerplatte 121 wie in 6 dargestellt eine
mittige Aussparung 125 auf, durch welche die flexiblen
Leiterplatten 170 zur Oberseite der Trägerplatte 121 hindurchgeführt
werden können. Die flexiblen Leiterplatten 170 liegen
in einer gefalteten bzw. zickzackartigen Form in der Sensorvorrichtung 104 vor,
wodurch Auslenkungen der Trägerplatte 121 gegenüber
der Grundplatte 110 ohne eine Beeinträchtigung
der elektrischen Verbindung ausgeglichen werden können.
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Die 7 und 8 zeigen
eine weitere Sensorvorrichtung 105 in einer schematischen
seitlichen Darstellung und in einer Aufsichtsdarstellung, welche
im Wesentlichen den gleichen Aufbau aufweist wie die Sensorvorrichtung 104 der 5 und 6.
Eine elektrische Verbindung zwischen Grund- und Trägerplatte 110, 120 wird
erneut über zwei flexible Leiterplatten 170 hergestellt,
welche an zugehörige Kontaktflächen der Platten 110, 120 auf
der Oberseiten angeschlossen sind. Anstelle in einem mittleren Bereich
sind die Leiterplatten 170 außen am Rand der Trägerplatte 120 befestigt,
so dass die Trägerplatte 120 im Unterschied zur
Trägerplatte 121 der Sensorvorrichtung 104 keine
mittige Aussparung 125 aufweist. Die Leiterplatten 170 liegen
erneut in einer gefalteten Form vor, und erstrecken sich zwischen
Dämpferelementen 160, welche im Bereich der Ecken
von Grund- und Trägerplatte 110, 120 vorgesehen
sind.
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9 zeigt
eine weitere Sensorvorrichtung 200 in einer schematischen
seitlichen Darstellung mit einer Trägerplatte 220 und
einer im Wesentlichen parallel zur Trägerplatte 220 angeordneten
Grundplatte 210, welche über eine dazwischen angeordnete
Feder/Dämpfungs-Einrichtung elastisch miteinander verbunden
sind. Auf der Trägerplatte 220 ist eine Chipstruktur
umfassend einen Auswertechip 140 und zwei Sensorchips 130, 131 vorgesehen,
wobei der Sensorchip 131 auf dem Auswertechip 140,
und der Sensorchip 130 und der Auswertechip 140 nebeneinander
auf der Trägerplatte 220 angeordnet sind. Die Feder/Dämpfer-Einrichtung
weist ein an einer Unterseite der Trägerplatte 220 angeordnetes
bzw. mit der Trägerplatte 220 verbundenes erstes
Verbindungselement 261 auf. Das Verbindungselement 261 weist einen
an die Trägerplatte 220 angrenzenden Verbindungssteg
und hieran angrenzend einen größeren Abschnitt
auf, in welchem das Verbindungselement 261 von einem Dämpferelement 260 aus
einem deformierbaren Material umschlossen ist. Weiter vorgesehen
ist ein an einer Oberseite der Grundplatte 210 angeordnetes
bzw. mit der Grundplatte 210 verbundenes zweites Verbindungselement 262,
welches das Dämpferelement 260 in Form einer Seitenwand umschließt.
Beide Verbindungselemente 260, 261 können
als separate Komponenten, oder integriert zusammen mit den Platten 210, 220 ausgebildet sein.
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Die
einzelnen Bestandteile 260, 261, 262 der Feder/Dämpfer-Einrichtung
sind schichtweise umeinander, vorzugsweise jeweils kreisförmig
umeinander angeordnet. Des weiteren sind zwischen den Bestandteilen 260, 261, 262 und
den Platten 210, 220 entsprechende Aussparungen
oder Spalte 271, 272 vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung
sind die Grundplatte 210 und die Trägerplatte 220 der
Sensorvorrichtung 200 nicht nur senkrecht zueinander bewegbar,
sondern können auch seitlich gegeneinander verschoben werden,
wodurch eine Entkopplung der Chipstruktur gegenüber äußeren
mechanischen Einflüssen in sämtlichen Raumrichtungen
ermöglicht wird. Für das Dämpferelement 260,
welches sowohl Dämpfungs- als auch Federungseigenschaften
aufweist, kommt ein Gummimaterial wie insbesondere Flüssigsilikonkautschuk
in Betracht.
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Anstatt
das erste Verbindungselement 261 mit einem an die Trägerplatte 220 angrenzenden
kleinen Verbindungssteg und einem von dem Dämpferelement 260 umschlossenen
größeren Abschnitt auszubilden, kann das erste
Verbindungselement auch ohne einen solchen Verbindungssteg vorgesehen werden
(nicht dargestellt). In einer solchen Ausgestaltung kann das Dämpferelement 260 ebenfalls
in einem Abstand zu der Trägerplatte 220 an dem
ersten Verbindungselement angeordnet sein, um einen Spalt 271 zwischen
Trägerplatte 220 und Dämpferelement 260 auszubilden.
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10 zeigt
eine weitere Sensorvorrichtung 201 in einer schematischen
seitlichen Darstellung, welche eine Feder/Dämpfer-Einrichtung
entsprechend der Sensorvorrichtung 200 von 9 aufweist,
und anhand derer eine mögliche Ausgestaltung zur elektrischen
Kontaktierung veranschaulicht wird. Die auf der Trägerplatte 220 vorgesehenen Chips 130, 131, 140 sind
untereinander und mit der Trägerplatte 220 elektrisch über
Bonddrähte 190 verbunden, welche Kontakt flächen
der Chips 130, 131, 140 und der Trägerplatte 220 kontaktieren.
Die Trägerplatte 220 ist hierbei erneut in Form
einer Leiterplatte mit einer Umverdrahtungs- bzw. Leiterbahnstruktur
ausgebildet. Zur elektrischen Verbindung von Grund- und Trägerplatte 210, 220 weist
die Sensorvorrichtung 201 zwei flexible Leiterplatten 170 auf,
welche im Bereich der Seitenränder auf den Oberseiten der
Platten 210, 220 befestigt sind und entsprechende
Kontaktflächen der Platten 210, 220 kontaktieren.
Die Grundplatte 210 weist Kontaktelemente 115 zur
externen Kontaktierung auf, welche sich durch die Grundplatte 210 beispielsweise
in Form eines Leitungsrahmens erstrecken. Weiter vorgesehen ist
eine mit der Grundplatte 210 verbundene bzw. an die Grundplatte 210 angrenzende
Verkapselung 180, durch welche die Chipstruktur geschützt wird.
Für weitere Details hierzu wird auf die vorstehenden Ausführungen
Bezug genommen.
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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 können die in den 9 und 10 dargestellten
Sensorvorrichtungen 200, 201 eine andere Chipstruktur
und/oder zusätzliche passive Bauelemente aufweisen, welche auch
auf unterschiedlichen Seiten der Trägerplatte 220 angeordnet
sein können. Anstelle der Bonddrähte 190 können
alternative Kontaktierungsmöglichkeiten wie insbesondere
SMD-Montagetechniken in Betracht kommen.
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Im
Hinblick auf die in den 1 bis 8 dargestellten
Sensorvorrichtungen sind Ausführungsformen denkbar, welche
eine andere Anzahl und/oder eine andere Ausgestaltung von Feder-
bzw. Dämpferelementen aufweisen. Ein Beispiel ist das Vorsehen
eines einzelnen Dämpferelements (oder Federelements), welches
von einem kreisförmigen Federelement (oder Dämpferelement)
umgeben ist.
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Des
weiteren sind Ausführungsformen von Sensorvorrichtungen
vorstellbar, bei denen die Grundplatte an weitere Gehäusekomponenten
angrenzt bzw. mit diesen (mechanisch und elektrisch) verbunden wird,
wobei erst die weiteren Gehäusekomponenten Kontaktelemente
für eine externe Kontaktierung aufweisen. Anstelle einer
plattenförmigen Geometrie kann ein Trägerteil
und/oder ein Gehäusegrundteil auch eine andere Form aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006026878
A1 [0004]