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Stand der Technik
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DE 102 23 357 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Druckmessung. Die Vorrichtung zur Druckmessung umfasst ein Gehäuse, in dem ein mit einem Sensorelement und mit elektrischen Anschlusselementen versehener Träger angeordnet ist. Das Gehäuse weist einen das Sensorelement umgebenden und mit einem ersten Druckkanal eines ersten Druckanschlusses verbundenen ersten Gehäuseraum sowie einen gegenüber dem ersten Gehäuseraum abgedichteten, wenigstens die elektrischen Anschlusselemente umgebenden zweiten Gehäuseraum auf. Das Gehäuse weist einen gegenüber dem ersten Gehäuseraum und dem zweiten Gehäuseraum abgedichteten dritten Gehäuseraum auf, der mit einem zweiten Druckkanal eines zweiten Druckanschlusses verbunden ist.
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Bei heutigen Entwicklungen für Drucksensoren wird ein Aufbaukonzept verfolgt, was mit dem Begriff CiH (Chip in Housing) bezeichnet wird. Gemäß dieses Aufbaukonzeptes werden die Sensorchips unmittelbar in das Sensorgehäuse aus Kunststoff eingeklebt. Werden zwei Chips, so z. B. ein Sensorelement und ein von diesem getrennter Elektronikbaustein wie z. B. ein ASIC, eingesetzt, besteht das Erfordernis, mehrere elektrische Verbindungen zwischen dem Sensorelement und dem elektrischen Bauelement wie z. B. dem oben bereits erwähnten ASIC zu schaffen. Um die Medienbelastung, dem das elektronische Bauelement ausgesetzt ist, herabzusetzen und im Idealfall ganz zu vermeiden, sieht das Aufbaukonzept vor, das elektronische Bauelement und das Sensorelement in getrennten Kammern anzuordnen. Die Trennung zwischen beiden Kammern muss mediendicht gegenüber Abgas, Feuchtigkeit und anderen Medien ausgelegt sein.
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Gemäß heutiger Lösungen wird ein in das Gehäuse des Drucksensors eingespritztes Leadframe eingesetzt, auf welchen von beiden Seiten geklebt, insbesondere gebondet wird. Diese Technik setzt eine dichte Umspritzung eines Leiterkamms, d. h. des Leadframes, voraus, um ein Eindringen z. B. von Feuchtigkeit zu vermeiden. Die erforderliche Mediendichtheit von Einlegeteilen ist jedoch in der Regel nicht gegeben. Zudem kann es aufgrund des Bondprozesses zu einem Angriff auf eine goldene oder vergoldete Oberfläche des Leiterkamms kommen, was die Ausbildung von Korrosionserscheinungen begünstigt. Gemäß heutiger Lösungen wird als zusätzlicher Schutz die Kammer, in der das Sensorelement aufgenommen ist, mit einem Gel befüllt.
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Bei aktuell in Serie befindlichen Sensoren, insbesondere solchen Drucksensoren, die in Niederdruckbereichen eingesetzt werden, befinden sich das elektronische Bauelement ASIC und das Sensorelement auch innerhalb ein und desselben Gehäusebereiches bzw. innerhalb einer Kammer. Auch ist es üblich, dass das Sensorelement und das elektronische Bauelement, d. h. das ASIC, innerhalb ein und desselben Siliciumchips angeordnet sind. Eine wesentliche Anforderung an neue Generationen von Sensoren, insbesondere von Drucksensoren, ist es, dass diese wesentlich abgasresistenter sein müssen als vorangehende Sensorgenerationen. Es hat sich herausgestellt, dass die Abgasresistenz des Sensorelementes leichter zu gewährleisten ist als die Abgasresistenz des elektronischen Bauelementes, beispielsweise eines ASICs. Dies ist neben einem erforderlichen Variantenmanagement hinsichtlich flexibler Zusammenstellung von kundenspezifischen Sensorelementausprägungen mit ebenfalls variablen ASIC-Ausführungen der Grund dafür, dass das elektronische Bauelement, insbesondere ein ASIC, und das Sensorelement voneinander zu trennen sind.
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Das Sensorelement wird deshalb in einer Kammer, die den Medien, insbesondere dem Abgas, ausgesetzt ist, angeordnet, während sich das elektronische Bauelement, d. h. zum Beispiel ein ASIC, in einer von dieser getrennten Kammer befindet, welche dem Medieneinfluss eben nicht ausgesetzt ist.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, auf einer Grundplatte eines Sensorgehäuses, auf dem ein Sensorelement und ein elektronisches Bauelement angeordnet sind, mindestens eine Abstützung für eine elektrische Verbindung, insbesondere für einen Bonddraht, vorzunehmen.
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Die Abstützung für den mindestens einen Bonddraht als elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement und dem elektronischen Bauelement kann zum Beispiel durch Heißeinprägen, durch ein Einschallen in das Kunststoffmaterial der Grundplatte oder durch ein Umspritzen einer Metallisierung in der Grundplatte oder durch Einbringen einer Metallisierung im Wege der MID-Technologie realisert werden.
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird mindestens eine Bondverbindung zwischen dem elektronischen Bauelement, beispielsweise einem ASIC, und dem Sensorelement dargestellt, wobei eine jede der Bondverbindungen zwischen dem Sensorelement und dem elektronischen Bauelement durch eine Abstützung, die in die Grundplatte des Sensorgehäuses eingelassen ist, erfolgt.
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In besonders vorteilhafter Ausführung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, wird eine jede der elektrischen Verbindungen, insbesondere ausgebildet als Bondverbindung durch eine Abstützung, ausgebildet als mindestens eine stoffschlüssige Verbindung des Bonddrahtes, zwischen der Abstützung realisiert. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Bonddraht, der zwischen dem Sensorelement und dem elektronsichen Bauelement, insbesondere einem ASIC, verläuft, nicht unterbrochen wird.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht diese Unterstützung der mindestens einen elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorelement und dem elektronsichen Bauelement auf der Planseite der Grundplatte, das Aufbringen einer Klebedichtraupe eines Klebstoffmaterials. Die mindestens eine Abstützung der mindestens einen elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorelement und dem elektronsichen Bauelement, beispielsweise einem ASIC, ermöglicht eine solide mechanische Stützung mindestens eines Bonddrahtes, d. h. mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorelement und dem elektronsichen Bauelement. Bevorzugt wird die Unterstützung, d. h. die Verbindung des mindestens einen Bonddrahtes zwischen dem elektronischen Bauelement, beispielsweise einem ASIC, und dem Sensorelement, als Doppelbondung ausgebildet.
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Gemäß dieser Ausführungsvariante werden zwei Bondstellen in unmittelbarer Nähe zueinander gesetzt, was die Festigkeit einer derart ausgebildeten elektrischen Verbindung nicht unerheblich erhöht.
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Beim Einbringen eines Klebermaterials, insbesondere in Form einer Klebedichtraupe, wird die Festigkeit der Bondverbindung zusätzlich erhöht.
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Durch die Abstützung der mindestens einen Bondverbindung zwischen dem Sensorelement und dem elektronischen Bauelement wird neben einer mechanischen Stützung der Bonddrähte eine Einbettung derselben in das Klebstoffmaterial einer später aufgebrachten Klebedichtraupe erreicht. Eine derartige Zwischenabstützung der mindestens einen Bondverbindung erhöht nicht unerheblich die mechanische Stabilität der Bondverbindung, insbesondere beim Aufbringen des Klebstoffmaterials in Form einer Klebedichtraupe, welche die mindestens eine Bondverbindung in nicht unerheblichem Maße mechanisch belastet.
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Bei Einbringen der Klebedichtraupe aus einem Klebstoffmaterial und einem demzufolge erfolgenden Abdecken der Bondstellen werden die metallischen Kontaktstellen zwischen dem mindestens einen Bonddraht und der eine Metallisierung aufweisenden Abstützungen von der Klebermasse bedeckt, wodurch eine Kombination einer Undichtigkeit zwischen den metallisch-ausgebildeten Bondstellen und dem Kunststoffmaterial erfolgt. Das Material des Klebers, der bevorzugt als Klebedichtraupe aufgebracht wird, ist mediendicht und dichtet darüber hinaus die Grundplatte des Sensorgehäuses und das in diese eingepresste Deckelelement ab. Dadurch strömt kein Medium von einem Bereich des Sensorgehäuses, in dem das Sensorelement aufgenommen ist, in den Bereich des Sensorgehäuses über, in dem sich das elektronsichen Bauelement, beispielsweise ausgebildet als ASIC, befindet. Die Flexibilität des Klebstoffmaterials der Klebedichtraupe gleicht aufgrund ihrer plastischen Verformbarkeit Maß- und Einbautoleranzen aus.
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Nach der Applikation des Klebstoffmaterials über die Abstützungen der einzelnen Bondverbindungen zwischen dem Sensorelement und dem elektronsichen Bauelement auf der Planseite der Grundplatte wird ein Deckelelement auf die Grundplatte des Sensorgehäuses aufgebracht.
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Das Deckelelement weist im Bereich zwischen der Position des elektronischen Bauelements (ASIC) und dem Sensorelement ein Dichtschwert auf, welches bei der Montage des Deckelelements in das Material der plastisch-verformbaren Klebedichtraupe eintaucht. In besonders vorteilhafter Ausführung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist sichergestellt, dass die geometrischen Abmessungen des Klebeschwertes an der Unterseite des Deckelements des Sensorgehäuses derart dimensioniert sind, dass vermieden wird, dass Kontakt mit den Bonddrähten der elektrischen Verbindungen auftritt und diese beschädigt oder vorgeschädigt werden. Die Geometrie des Dichtschwertes an der Unterseite des die Grundplatte abdeckenden Deckelelements ist so zu dimensionieren, dass die notwendige dichte Wirkung zwischen dem Sensorelement, welches dem Medium ausgesetzt ist, und dem elektronsichen Bauelement, beispielsweise ausgebildet als ASIC, herbeigeführt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wir die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine perspektivische Draufsicht auf eine Grundplatte eines Sensorgehäuses mit erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Verbindungen zwischen einem Sensorelement und einem elektronsichen Bauelement,
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2 eine vergrößerte Darstellung von Abstützstellen der elektrischen Verbindungen zwischen dem Sensorelement und dem elektronsichen Bauelement,
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3 die Applikation eines Klebstoffmaterials über die Abstützstellen der einzelnen elektrischen Verbindungen auf der Planseite der Grundplatte,
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4 eine perspektivische Darstellung einer Klebedichtraupe oberhalb der Abstützstellen, die elektrischen Verbindungen teilweise bedeckend,
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5 die Darstellung eines ersten Druckeinlasses,
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6 die Darstellung eines zweiten Druckeinlasses und
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7 eine perspektivische Draufsicht auf ein fertig montiertes Sensorgehäuse.
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Ausführungsvarianten
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensor kann sowohl als Absolutdrucksensor als auch als Differenzdrucksensor eingesetzt werden. Im Falle des Einsatzes als Differenzdrucksensor umfasst der Sensor einen Druckeinlass mit einem Medienraum, in dem ein erster Druck, beispielsweise p1 herrscht, sowie einen weiteren zweiten Druckeinlass mit einem Medienraum, der durch einen weiteren zweiten Druck p2 beaufschlagt ist. Im Falle der Ausbildung als Differenzdrucksensor mit zwei Druckeinlassen und zwei getrennten Medienräumen misst der Sensor die Druckdifferenz zwischen den Drücken p1–p2. Im Falle des Einsatzes des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensors als Absolutdrucksensor ist lediglich ein Medienraum mit einem Druckeinlass vorgesehen.
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1 zeigt eine Grundplatte eines Sensorgehäuses mit darauf aufgenommenem Sensorelement und elektronsichem Bauelement.
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1 zeigt, dass ein Sensorgehäuse 10 eine Grundplatte 12 umfasst, auf deren oberer Planseite 14 ein Sensorelement 16 und ein elektronisches Bauelement 18, insbesondere ein ASIC, aufgenommen sind. Das Sensorelement 16 und das elektronsiche Bauelement 18 werden bevorzugt auf der Planseite 14 der Grundplatte 12 aufgeklebt.
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Das Sensorelement 16 und das elektronsiche Bauelement 18, bei dem es sich insbesondere um einen ASIC-Baustein handelt, sind über elektrische Verbindungen 20 miteinander verbunden. Die elektrischen Verbindungen 20 umfassen Bonddrähte 22, von den ein jeder mittig durch eine Abstützung 24 abgestützt ist, wobei die Abstützung 24 etwa in der Mitte der Grundplatte 12 angeordnet ist.
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Die Abstützung 24 kann auf die Planseite 14 der Grundplatte 12 heiß eingeprägt sein, in das Material der Grundplatte 12 eingeschallt sein, in MID-Technologie ausgebildet sein und auch in das Kunststoffmaterial der Grundplatte 12 eingespritzt sein.
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Aus der Darstellung gemäß 2 gehen die die Bonddrähte der elektrischen Verbindungenen unterstützenden Abstützungen in vergrößertem Maßstab hervor.
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2 zeigt, dass ein jeder der Bonddrähte 22 der elektrischen Verbindungen 20 durch jeweils eine Abstützung 24 abgestützt ist. Die Bonddrähte 22 erstrecken sich beispielsweise von Bondstellen 26 zu einer ersten Bondstelle 32 auf den jeweiligen Abstützungen 24 für die Bonddrähte 22 und von dort zu einer zweiten Bondstelle 34, die sich pro Bonddraht 22 ebenfalls auf der Abstützung 24 befindet. Die Bondstellen 32 bzw. 34, die sich auf der Abstützung 24 befinden, stellen einen Zwischenbond dar, ohne dass der jeweilige Bonddraht 22 unterbrochen wird. Im Bereich der Abstützungen 24 wird später eine Klebedichtraupe 38 gesetzt. Die Doppelbondung, gegeben durch die Bondstellen 32 und 34 bei einem jeden der Bonddrähte 22, stellen eine solide mechanische Stützung der Bonddrähte 22 dar, wenn diese später vom Material der Klebedichtraupe 38 umschlossen werden. In der in 2 dargestellten Ausführungsvariante ist der Zwischenbond als Doppelbondung mit den Bondstellen 32, 34 dargestellt. Dadurch ist die Festigkeit der Bondverbindung zwischen den Bonddrähten 22 und einer jeweiligen Abstützung 24 verbessert.
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Die Bonddrähte 22 erstrecken sich ununterbrochen von Bondstellen 26 auf dem Sensorelement 16 zu ersten Bondstellen 32, von dort zu zweiten Bondstellen 34, die sich auf der Abstützung 24 befinden und von dort ununterbrochen zu Bondstellen 28 des elektrischen Bauelements 18, bei dem es sich zum Beispiel um ein ASIC handeln kann.
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Der Darstellung gemäß 3 ist zu entnehmen, dass die Zwischenbondung im Bereich der Abstützungen 24 von einer Klebedichtraupe 38 überdeckt ist.
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Nach Ausbildung der Zwischenbonds an den ersten Bondstellen 30 beziehungsweise den zweiten Bondstellen 32 wird die Klebedichtraupe 38 auf die Abstützungen 24 aufgebracht. Dabei werden die Abstützungen 24 vollkommen von der Klebermasse überdeckt, da diese gegenüber dem Kunststoffmaterial der Grundplatte 12 nicht mediendicht darstellbar sind. Die Klebedichtraupe 38 kompensiert Undichtigkeiten zwischen metallischen Pads, d. h. den Abstützungen 24 und dem Kunststoffmaterial. Die Klebedichtraupe 38 selbst ist mediendicht und dichtet darüber hinaus die Grundplatte 12 und eine Abdeckung 50 (vgl. 7) gegeneinander ab. Der Darstellung gemäß 3 ist zu entnehmen, dass der Kleber 36 als Klebedichtraupe 38 alle Abstützungen 24 überdeckend auf die Planseite 14 der Grundplatte 12 des Sensorgehäuses 10 aufgebracht ist. Die Klebedichtraupe 38 gemäß der Darstellung in 3 hat einen etwa trapezförmigen Querschnitt mit einem leicht verbreiterten Sockel (vgl. Darstellung gemäß 4).
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4 zeigt, dass die einzelnene die Bonddrähte 22 jeweils unterstützenden Abstützungen 24 vollständig vom Kleber 36, der in Form einer Klebedichtraupe 38 auf die Abstützungen auf 24 aufgebracht ist, überdeckt sind.
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Aus der perspektiven Ansicht gemäß 4 geht hervor, dass die Klebedichtraupe 38 einen Trapezquerschnitt aufweist mit einem Sockel, der in einer leicht verbreiterten Sockelbreite 40 ausgeführt ist. Am oberen Ende der Klebedichtraupe 38 befindet sich eine Vertiefung 42, die von zwei seitlich verlaufenden Stegen 44 begrenzt ist. Die Stirnseiten der Klebedichtraupe 38 sind mit Bezugszeichen 48 identifiziert.
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Der Darstellung gemäß 5 ist zu entnehmen, dass ein Gehäusedeckel 50 an seiner Oberseite 54 einen ersten Druckeinlass 52 aufweist. In der Darstellung gemäß 5 ist der Sensor mit einem ersten Druckeinlass 52 ausgebildet und dient als Absolutdrucksensor.
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6 zeigt einen Gehäusedeckel 50, der mit einem zweiten Druckeinlass 56 versehen ist. Die Unterseite des Gehäusedeckels 50 ist mit Bezugszeichen 58 identifiziert. Für den Fall, dass der Sensor als Differenzdrucksensor fungiert, ist neben dem ersten Druckeinlass 52 ein zweiter Druckeinlass 56 vorgesehen, über den ein weiterer Medienraum mit einem Druck beaufschlagt ist. Für den Fall, dass der Sensor als Differenzdrucksensor dient, wird der Differenzdruck der Drücke p1, der am ersten Druckeinlass 52 anliegt, und p2, der am zweiten Druckeinlass 56 herrscht, gemessen.
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Der Darstellung gemäß 7 ist zu entnehmen, dass das Sensorelement 16 vom Gehäuse 50 gemäß 5 umschlossen ist. Das Gehäuse 50 ist, wie in 7 angedeutet, mit dem ersten Druckeinlass 52 versehen, über welchen ein Druck auf das Sensorelement 16 wirkt, welches vom Gehäuseteil, in dem das elektronische Bauelement 16, beispielsweise als ASIC ausgebildet, aufgenommen ist, getrennt.
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Während das Medium über den ersten Druckeinlass 52 auf das Sensorelement 16 wirkt, ist dank der Klebedichtraupe 38 durch das Material des Klebers 36 das elektronische Bauelement 18 mediendicht vom Sensorelement 16 getrennt, da die elektrischen Verbindungen 20, das heißt die Bonddrähte 22, vom Material des Klebers 36 der Klebedichtraupe 38 umschlossen sind.
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Mit Bezugszeichen 62 ist ein umlaufender Absatz an der Grundplatte 12 bezeichnet. Wie 7 zeigt, ist die Vertiefung 42, die sich quer über die Klebedichtraupe 38 erstreckt, von Stegen 44 begrenzt.
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Im Gegensatz zu den Darstellungen gemäß 5 und 6 ist in der Darstellung gemäß 7 der Gehäusedeckel 50 transparent dargestellt, um das Innenleben des Sensorgehäuses 10 darzustellen. 7 zeigt des Weiteren, dass durch ein an der Innenseite der Abdeckung 60 nach Innen hervorstehendes Dichtschwert, welches in das Material des Klebers 36 eintaucht, die mediendichte Trennung zwischen dem Sensorelement 16 und dem elektronischen Bauelement 18 erreicht wird. Wie die perspektivische Wiedergabe des Innenlebens des Sensorgehäuses 10 gemäß 7 weiter zeigt, weist die Klebedichtraupe einen Trapezquerschnitt auf (vgl. die Geometrie der Stirnseite 48 des Klebers 36 in 4).
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Durch die in 4 dargestellte Klebedichtraupe 38 wird das Medium, welches durch den in den 5 und 7 dargestellten ersten Druckeinlass 52 auf das Sensorelement 16 wirkt, vom elektronischen Bauelement 18 ferngehalten, d. h. von diesem abgeschirmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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