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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Anordnungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 197 21 281 A1 ein Chipmodul für eine Chipkarte bekannt, wobei das Chipmodul im Wesentlichen aus einem Trägerfilm, einem auf der Oberseite des Trägerfilms angeordneten integrierten Schaltkreis und einer den integrierten Schaltkreis umgebenden Abdeckung besteht. Auf der Unterseite des Trägerfilms sind ferner Kontaktstellen aufgebracht. Durch den Trägerfilm erstrecken sich Durchgangsöffnungen, durch die mit dem integrierten Schaltkreis kontaktierte Bonddrähte hindurchgeführt und mit den Kontaktstellen verbunden sind. Außerhalb der Abdeckung befinden sich noch Entlastungsschlitze, die konzentrisch angeordnet sind und Biegebelastungen von der Abdeckung fernhalten sollen. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass die Entlastungsschlitze außerhalb der Abdeckung angeordnet sind, so dass mechanischer Stress, welcher im Bereich der Kontaktstellen beispielsweise während dem Verlöten der Kontaktstellen auf eine Leiterplatte auftritt zu einer Verbiegung des Trägerfilms im Bereich des integrierten Schaltkreis führt. Ferner werden mechanische Spannungen, welche an der Schnittstelle zwischen der Abdeckung und dem Trägerfilm auftreten, beispielsweise durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Abdeckung und des Trägerfilms, nicht durch die Entlastungsschlitze aufgenommen, sondern führen ebenfalls unmittelbar zu einer Verbiegung des Trägerfilms im Bereich des integrierten Schaltkreis. Für die Verwendung mit Sensorelementen ist eine derartige Anordnung folglich nicht zu benutzen, da die Verbiegungen des Trägerfilms im Bereich des integrierten Schaltkreises zum Driften von Sensorparametern und Offsets auf Sensorsignalen führen.
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Aus der Schrift
US 2004/0232507 A1 ist ein Sensorpackage für ein Halbleitersensorchip bekannt. Dabei wird ein Sensorchip auf eine herausstehende zentrale Trägervorrichtung eines Gehäuses aufgebracht. Diese zentrale Trägervorrichtung wird seitlich von zwei parallelen Gräben eingefasst, die eine Beabstandung zum Randbereich des Gehäuses darstellt. Zur Kontaktierung des Sensorchips ist eine quer stehende Anschlussleiste vorgesehen, die Bondpads aufweist, welche direkt mit entsprechenden Output Pads des Sensorchips verbunden werden.
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Die Schrift
US 2009/0315127 A1 beschreibt eine Leiterplatte zur Aufnahme eines Gehäuses mit einer mikromechanischen Vorrichtung (MEMS). Dabei wird ein Isolationsgraben um einen ersten Bereich gezogen, auf dem das Gehäuse aufgebracht wird. Zur Kontaktierung sind in diesem ersten Bereich entsprechende Kontakte vorgesehen, die direkt mit den Anschlüssen des Gehäuses verbunden werden. Von diesen Kontakten verlaufen Leiterbahnen über eine Brücke, um die Informationen des MEMS an entsprechende Auswerteeinheiten abzuleiten.
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Die Aufgabe der Erfindung, eine Entlastung des Sensorchips von der Einfassung zu ermöglichen, wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der wenigstens eine u-förmige Entlastungsschlitz im Wesentlichen zwischen dem wenigstens einen Kontaktelement und dem Sensorelement ausgebildet ist, so dass mechanische Spannungen, welche zwischen dem Kontaktelement und dem Trägerelement auftreten, nicht zu einer Verbiegung des Trägerelements im Bereich des. Sensorelements führen, sondern vielmehr von der Entlastungsstruktur aufgenommen werden. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Entlastungsschlitz einen Teilbereich des Trägerelements umgibt, der gegenüber dem restlichen Trägerelement schwingbar ist. In vorteilhafter Weise lässt sich somit auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Art und Weise ein Driften von Sensorparametern und Offsets auf entsprechenden Sensorsignalen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduzieren bzw. vermeiden, so dass eine vergleichsweise hohe Messgenauigkeit des Sensorelements zu erzielen ist. Insbesondere ist nach dem Auflöten der Sensoranordnung auf ein weiteres Trägerelement, beispielsweise eine Leiterplatte, oder nach einem anderen Weiterverbau des Sensorelements, der Stress induziert, kein Abgleich der Sensoranordnung mehr notwendig, um eine Offsetverschiebung durch ein Verbiegen des Trägerelements zu kompensieren. Die Herstellungs- und Montagekosten der Sensoranordnung werden somit deutlich gesenkt. Ferner werden auf diese Weise im Gegensatz zum Stand der Technik auch solche mechanischen Spannungen kompensiert, welche auf unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägerelements und des Kontaktelements basieren. Der Wortlaut ”entlang einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Projektion auf die zur Haupterstreckungsebene parallele Ebene. Mit anderen Worten: Das Merkmal wonach der wenigstens eine Entlastungsschlitz entlang einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene im Wesentlichen zwischen dem wenigstens einen Kontaktelement und dem Sensorelement angeordnet ist bedeutet insbesondere, dass die Projektion der wenigstens einen Entlastungsstruktur auf die zur Haupterstreckungsebene parallele Ebene zwischen der Projektion des Kontaktelements einerseits und der Projektion des Sensorelements andererseits jeweils auf die zur Haupterstreckungsebene parallele Ebene angeordnet ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst das Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung insbesondere ein Kontaktierungselement, über welches das Sensorelement unmittelbar oder mittelbar von außerhalb der Sensoranordnung, d. h. vorzugsweise durch das Trägerelement und/oder die Abdeckung hindurch, elektrisch kontaktiert wird. Solche Kontaktelemente sind insbesondere Anschlusspins (Anschlussbeinchen), Bondflächen und/oder SMD-Kontaktflächen.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin gemäß dem Hauptanspruch vorgesehen, dass die Sensoranordnung wenigstens ein Dämpferelement aufweist, welches derart am Trägerelement befestigt ist, dass die wenigstens eine Entlastungsstruktur von dem Dämpferelement überbrückt wird. Durch die Entlastungsstruktur ist ein Teilbereich des Trägerelements, welcher mit dem Sensorelement bestückt ist, gegenüber dem übrigen Trägerelement durch die Entlastungsstruktur zumindest teilweise mechanisch entkoppelt. Hierdurch wird insbesondere eine Relativbewegung zwischen dem Teilbereich und dem übrigen Trägerelement ermöglicht. Der Teilbereich stellt somit einen Schwinger dar, dessen Schwingungs- bzw. Frequenzverhalten in vorteilhafter Weise durch das Dämpferelement bestimmt wird. Durch eine entsprechende Auswahl des Materials des Dämpferelements, sowie der Geometrie und Dimensionierung des Dämpferelements ist somit ein gewünschtes Schwingungs- bzw. Frequenzverhalten flexibel und kostengünstig einstellbar. In vorteilhafter Weise erhöht sich der Flächenbedarf der Sensoranordnung durch die Implementierung des Dämpferelements nicht oder nur unwesentlich. Das Dämpferelement ist vorzugsweise auf beiden Seiten der Entlastungsstruktur stoffschlüssig und insbesondere über eine Klebeverbindung mit dem Trägerelement mittelbar oder unmittelbar verbunden. Das Dämpferelement umfasst vorzugsweise ein (visco-)elastisches Material, wie Silikon oder Gummi.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform oder eines weiteren Gegenstands der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung eine Abdeckung aufweist, welche in einem Anbindungsbereich mit dem Trägerelement verbunden ist, wobei die wenigstens eine Entlastungsstruktur entlang einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene im Wesentlichen zwischen dem wenigstens einen Anbindungsbereich und dem Sensorelement angeordnet ist. In vorteilhafter Weise wird somit mechanischer Stress, welcher zwischen der Abdeckung und dem Trägerelement entsteht, von der wenigstens einen Entlastungsstrukturen zwischen dem Anbindungsbereich und dem Sensorelement aufgenommen, so dass eine Verbiegung des Trägerelements im Bereich des Sensorelements reduziert bzw. vermieden wird. Insbesondere bei der Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten für das Trägerelement und die Abdeckung entstehen bei äußeren Temperaturschwankungen mechanische Spannungen im Anbindungsbereich, welche bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung von der Entlastungsstruktur aufgenommen werden und sich somit nicht nachteilig auf die Sensorparameter des Sensorelements auswirken. Das Merkmal wonach der wenigstens eine Entlastungsschlitz entlang einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene im Wesentlichen zwischen dem wenigstens einen Anbindungsbereich und dem Sensorelement angeordnet ist bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass die Projektion der wenigstens einen Entlastungsstruktur auf die zur Haupterstreckungsebene parallele Ebene zwischen der Projektion des Anbindungsbereichs einerseits und der Projektion des Sensorelements andererseits jeweils auf die zur Haupterstreckungsebene parallele Ebene angeordnet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Entlastungsstruktur eine Aussparung des Trägerelements und insbesondere einen Entlastungsschlitz in dem Trägerelement umfasst. In vorteilhafter Weise wird somit mechanischer Stress in dem Trägerelement dadurch kompensiert bzw. abgebaut, dass sich die Schlitzbreite des Entlastungsschlitzes entsprechend anpasst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anbindungsbereich einen ersten Haftbereich und einen zweiten Haftbereich umfasst, wobei die Abdeckung im ersten Haftbereich starr mit dem Trägerelement verbunden ist und wobei die Abdeckung im zweiten Haftbereich weniger starr als im ersten Haftbereich und insbesondere elastisch deformierbar mit dem Trägerelement verbunden ist. Zur Versteifung der Sensoranordnung ist es vorteilhaft, wenn die Abdeckung und das Trägerelement zumindest im ersten Haftbereich starr miteinander verbunden sind, während im zweiten Haftbereich beispielsweise nur eine Abdichtung zwischen Abdeckung und Trägerelement zum Schutz des Sensorelements, beispielsweise vor Sägewasser erzielt wird. Vorzugsweise umfasst die Sensoranordnung zwei bezüglich des Sensorelements gegenüberliegende erste Haftbereiche, so dass eine besonders stabile Sensoranordnung erzielt wird und gleichzeitig lediglich entlang der Verbindungslinie der beiden gegenüberliegenden ersten Haftbereich solche mechanische Spannungen im Trägerelement auftreten, welche auf unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägerelement und der Abdeckung basieren. Diese mechanischen Spannungen werden von den Entlastungsstrukturen aufgenommen, welche insbesondere lediglich entlang der Verbindungslinie jeweils zwischen den ersten Haftbereichen und dem Sensorelement ausgebildet sind. Durch die Elastizität der zweiten Haftbereiche gehen von den zweiten Haftbereichen vorteilhafterweise keine nennenswerten mechanischen Spannungen auf das Trägerelement aus.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Kontaktelement in einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene zwischen der wenigstens einen Entlastungsstruktur und dem Anbindungsbereich, insbesondere dem zweiten Haftbereich, angeordnet ist. In vorteilhafter Weise werden somit von der wenigstens einen Entlastungsstruktur sowohl mechanische Spannungen ausgehend von der Abdeckung, als auch mechanische Spannungen ausgehend von dem Kontaktelement derart aufgenommen, dass keine oder nur geringfügige Verbiegungen des Trägerelements im Bereich des Sensorelements entstehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Entlastungsschlitz in einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene im Wesentlichen u-förmig ausgebildet ist, wobei sich vorzugsweise der Entlastungsschlitz in der zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene zumindest teilweise um das Sensorelement herum erstreckt. In vorteilhafter Weise ist das Sensorelement somit in einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene insbesondere an drei Seiten von dem Entlastungsschlitz umgeben, so dass eine Verbiegung der Trägerelements im Bereich des Sensorelements durch äußere mechanische Spannungen besonders stark unterdrückt wird. Besonders bevorzugt ist das Sensorelement auf einer freistehenden Lippe des Trägerelements angeordnet, so dass mechanische Spannungen lediglich zu einer Auslenkung der Lippe gegenüber der Haupterstreckungsebene als Ganzes führen und nicht zu einer Verbiegung der Lippe selbst im Bereich des Sensorelements.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein von dem im Wesentlichen u-förmig ausgebildeten Entlastungsschlitz umgebender Teilbereich des Trägerelements in einem Anbindungsbereich mit dem übrigen Trägerelement verbunden ist, wobei das Dämpferelement den u-förmig ausgebildeten Entlastungsschlitz vorzugsweise auf einer dem Anbindungsbereich abgewandten Seite des Teilbereichs überbrückend angeordnet ist und/oder wobei die Breite des Anbindungsbereichs vorzugsweise geringer als die Breite des Teilbereichs ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise stellt der Teilbereich einen Schwinger dar, dessen Schwingungscharakteristik gemäß eines Masse-Feder-Dämpfungssystems insbesondere von der Geometrie und der Dimension des Anbindungsbereichs zum übrigen Trägerelement, d. h. von der Länge und Geometrie des Entlastungsschlitzes, sowie von dem Material, der Geometrie und der Dimension des Dämpferelements abhängt. In vorteilhafter Weise ist durch eine gezielte Anpassung aller oder einzelner dieser genannten Parameter die Realisierung eines gewünschten Schwingungs- und/oder Dämpfungsverhaltens insbesondere über die Anpassung der Eigenfrequenz in einfacher und kostengünstiger Weise möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Entlastungsschlitzen aufweist, welche sich vorzugsweise in der zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene zumindest teilweise um das Sensorelement herum erstrecken. In vorteilhafter Weise ist das Sensorelement somit in einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene insbesondere an drei Seiten jeweils von einem Entlastungsschlitz umgeben, so dass eine Verbiegung der Trägerelements im Bereich des Sensorelements durch äußere mechanische Spannungen besonders stark unterdrückt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Entlastungsschlitz eine Schlitztiefe aufweist, welche sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene über die gesamte Materialstärke des Trägerelements oder nur über einen Teilbereich der gesamten Materialstärke des Trägerelements erstreckt. In vorteilhafter Weise ist eine Steigerung der Stressentkopplung mit zunehmender Schlitztiefe möglich. Andererseits wird die mechanische Stabilität der Sensoranordnung mit zunehmender Schlitztiefe reduziert. Besonders bevorzugt wird die Schlitztiefe derart gewählt, dass für das jeweilige Sensorelement ein Optimum aus Stressentkopplung einerseits und Stabilität andererseits erzielt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Kontaktelement Teil eines Anschlusspins und/oder eines SMD-Anschlusselements ist, wobei sich das Kontaktelement senkrecht zur Haupterstreckungsebene vorzugsweise über die gesamte Materialstärke des Trägerelements oder nur über einen Teilbereich der gesamten Materialstärke des Trägerelements erstreckt, so dass das Sensorelement von Außen elektrisch kontaktierbar ist und die Sensoranordnung automatisch, insbesondere mittels eines Bestückungsautomaten, auf einer Leiterplatte anzubringen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung einen Auswertechip aufweist, welcher vorzugsweise mittels Bonddrähten mit dem Sensorelement und/oder mit dem wenigstens einen Kontaktelement elektrisch kontaktiert ist, und/oder dass das Sensorelement einen Halbleitersensorchip umfasst, welcher insbesondere einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor, einen Gassensor und/oder einen Lichtsensor umfasst. In einer weiteren Ausführungsform kann das Sensorelement ebenso in den Auswertechip integriert sein. Es ist denkbar, dass die Entlastungsstruktur gleichzeitig als Zuführöffnung zur Druckmessung fungiert, wenn das Sensorelement einen Drucksensor umfasst. Das nach dem Stand der Technik erforderliche Loch im Deckel entfällt somit.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 schematische Perspektivansichten einer Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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5 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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7 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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8 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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9 eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 sind schematische Perspektivansichten einer Sensoranordnung 1' gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Sensoranordnung 1' weist dabei ein Trägerelement 2, ein Sensorelement 3 und eine Abdeckung 6 auf. Das Trägerelement 2 umfasst ein Premold-Gehäuse aus Kunststoff, in welchem das Sensorelement 3, insbesondere ein mikromechanischer Beschleunigungs-, Drehraten- oder Drucksensor, angeordnet ist. Das Premold-Gehäuse wird von der Abdeckung 6 in Form eines metallischen Deckels verschlossen. Ferner weist die Sensoranordnung 1' Kontaktelemente 4 in Form von Anschlusspins auf, welche zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements 3 von außerhalb des Trägerelements 2, sowie zum Auflöten der Sensoranordnung 1 auf eine nicht dargestellte Leiterplatte dienen. Das Trägerelement 2, die Abdeckung 6 und die Kontaktelemente 4 weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass bei Temperaturschwankungen an den Schnittstellen jeweils mechanische Spannungen entstehen, welche nachteiligerweise Verbiegungen des Trägerelements 2 im Bereich des Sensorelements 3 und somit Schwankungen der Sensorparameter verursachen.
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In 2 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die erste Ausführungsform der Sensoranordnung 1 im Wesentlichen der in 1 illustrierten Sensoranordnung 1' gemäß dem Stand der Technik ähnelt, wobei die erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 ferner eine Entlastungsstruktur 5 in Form eines Entlastungsschlitzes 5' aufweist, welcher u-förmig ausgebildet ist und sich teilweise um das Sensorelement 3 herum erstreckt. Der Entlastungsschlitz 5' ist dabei entlang einer Haupterstreckungsebene 100 des Sensorelements 3 zumindest teilweise zwischen den Kontaktelementen 4 und dem Sensorelement 3 angeordnet, so dass mechanische Spannungen zwischen den Kontaktelementen 4 und dem Trägerelement 2 von dem Entlastungsschlitz 5' derart aufgenommen werden, dass eine Verbiegung des Trägerelements 2 im Bereich des Sensorelements 3 verhindert wird. Die Kontaktelemente 4 sind lediglich auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Sensoranordnung 1 angeordnet, so dass die mechanischen Spannungen hauptsächlich entlang einer Verbindungsrichtung 101 zwischen den zwei Seiten entstehen und im Bereich des Sensorelements 3 von den senkrecht zur Verbindungsrichtung 101 verlaufenden Teilbereichen des Entlastungsschlitzes 5' aufgenommen werden. Die Sensoranordnung 1 umfasst ferner einen Auswertechip 8, welche über Bonddrähte 9 sowohl mit dem Sensorelement 3, als auch mit den Kontaktelementen 4 elektrisch leitfähig verbunden ist. Der Auswertechip 8 umfasst insbesondere einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit), während das Sensorelement 3 insbesondere einen mikromechanischen Drucksensor mit einem Halbleitersubstrat umfasst. Die Abdeckung 6 ist in einem in einer zur Haupterstreckungsebene 100 parallelen Ebene umlaufenden Anbindungsbereich 7 mit dem Trägerelement 2 verbunden. Der Entlastungsschlitz 5' ist entlang einer zur Haupterstreckungsebene 100 parallelen Ebene zumindest teilweise zwischen dem Anbindungsbereich 7 und dem Sensorelement 3 angeordnet, so dass mechanische Spannungen zwischen der Abdeckung 6 und dem Trägerelement 2 von dem Entlastungsschlitz 5' derart aufgenommen werden, dass eine Verbiegung des Trägerelements 2 im Bereich des Sensorelements 3 verhindert wird. Wenigstens eines der Kontaktelemente 4 ist dabei zwischen dem Anbindungsbereich 7 und dem Entlastungsschlitz 5' angeordnet. Die Anordnung des Entlastungsschlitzes 5' ist derart, dass insbesondere die Projektion des Entlastungsschlitzes 5' auf eine zur Haupterstreckungsebene 100 parallele Ebene zwischen einer Projektion des Sensorelements 3 auf die Ebene und einer Projektion des Anbindungsbereichs 7 und/oder eines Kontaktelements 4 auf die Ebene angeordnet ist. Die Abdeckung 6 ist im Anbindungsbereich 7 mittels einer Löt- und/oder Klebeverbindung mit dem Trägerelement 2 stoffschlüssig verbunden.
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In 3 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen der in 2 illustrierten ersten Ausführungsform gleicht, wobei der Entlastungsschlitz 5' nicht als durchgehend u-förmiger Entlastungsschlitz 5' ausgebildet ist, sondern in drei Teilentlastungsschlitze 50, 51, 52 aufgeteilt ist, welche teilweise um das Sensorelement 3 herum und insbesondere u-förmig angeordnet sind.
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In 4 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen der in 3 illustrierten zweiten Ausführungsform gleicht, wobei die Sensoranordnung 1 einen vierten Teilentlastungsschlitz 53 aufweist, welcher zwischen dem Sensorelement 3 und dem Auswertechip 8 angeordnet ist. Das Trägerelement 2 ist im Bereich des Sensorelements 3 nahezu vollständig von Entlastungsschlitzen 5' umgeben, so dass eine Verbiegung des Trägerelements 2 im Bereich des Sensorelements 3 wirksam unterbunden wird.
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In 5 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die vierte Ausführungsform im Wesentlichen der in 2 illustrierten ersten Ausführungsform gleicht, wobei der Anbindungsbereich 7 in zwei erste Haftbereiche 10 und zwei zweite Haftbereiche 11 unterteilt ist. Die ersten Haftbereiche 10 umfassen jeweils eine starre Verbindung zwischen der Abdeckung 6 und dem Trägerelement 2, welche die Stabilität der Sensoranordnung 1 insgesamt erhöht. Die zweiten Haftbereiche 11 umfassen eine elastische Verbindung zwischen der Abdeckung 6 und dem Trägerelement 2, welche zusammen mit den ersten Haftbereichen 10 das Sensorelement 3 und den Auswertechip 8 vor äußeren Einflüssen, wie Sägewasser und dergleichen, schützen. Die zweiten Haftbereich 11, welche bspw. einen weichen Kleber umfasst, sind an den zwei gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements 2 angeordnet, entlang derer auch die Kontaktelemente 4 angeordnet sind. Entlang der Verbindungsrichtung 101 wird somit keine oder nur eine vergleichsweise geringe mechanische Spannung zwischen der Abdeckung 6 und dem Trägerelement 2 aufgrund von Temperaturschwankungen erzeugt, so dass entlang der Verbindungsrichtung 101 eine Verbiegung des Trägerelements 2 im Bereich des Sensorelements 3 zusätzlich unterdrückt wird. Lediglich an den verbleibenden Ober- und Unterseiten 12, 13 des Trägerelements 2 wirken mechanische Spannungen zwischen der Abdeckung 6 und dem Trägerelement 2 aufgrund der starren ersten Haftbereiche 10, wodurch aber gleichzeitig auch die mechanische Stabilität der Sensoranordnung 1 erhöht wird.
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In 6 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei die fünfte Ausführungsform im Wesentlichen der in 5 illustrierten vierten Ausführungsform gleicht, wobei an allen vier Seitenkanten des Trägerelements 2 zweite Haftbereiche 11 ausgebildet sind und lediglich in den Ecken des Trägerelements 2 zweite Haftbereiche 10 ausgebildet sind. Die mechanischen Spannungen im Anbindungsbereich 7 werden somit weiter reduziert.
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In 7 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die sechste Ausführungsform im Wesentlichen der in 2 illustrierten ersten Ausführungsform gleicht, wobei die Sensoranordnung 1 zusätzlich ein Dämpferelement 14 aufweist. Das Dämpferelement 14 umfasst ein Silikonmaterial. Der Entlastungsschlitz 5' ist derart u-förmig ausgebildet, dass hierdurch ein Teilbereich 15 des Trägerelements 2 definiert wird, welcher von dem u-förmig ausgebildeten Entlastungsschlitz 5' umgeben ist und auf welchem das Sensorelement 3 befestigt ist. Dieser Teilbereich 15 stellt einen Schwinger dar, welcher gegenüber dem üblichen Trägerelement 2 schwingbar ist. In einem Anbindungsbereich 16 ist der Teilbereich 15 mit dem übrigen Trägerelement 2 fest und einstückig verbunden. Auf einer dem Anbindungsbereich 16 gegenüberliegenden Seite wird der u-förmig ausgebildete Entlastungsschlitz 5' von dem Dämpfungselement 14 derart überbrückt, dass ein erstes Ende des Dämpferelements 14 mit dem Teilbereich 15 verbunden ist und ein zweites Ende des Dämpferelements 14 mit dem übrigen Trägerelement 2 verbunden ist. Das Dämpferelement 14 ist vorzugsweise jeweils auf das Trägerelement 2 aufgeklebt. Dies erfolgt beispielsweise in einem konventionellen Bestückungsautomaten, wie er auch bei der Bestückung mit Kondensatoren oder Widerständen üblicherweise Verwendung findet. Die Materialeigenschaften, die Dimension und die Geometrie des Dämpferelements 14 sind derart ausgewählt, dass eine gewünschte Schwingungs- und Dämpfungscharakteristik erzielt wird.
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In 8 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die siebte Ausführungsform im Wesentlichen der in 7 illustrierten sechsten Ausführungsform gleicht, wobei die Endbereiche des im Wesentlichen u-förmig ausgebildeten Entlastungsschlitzes 5' derart zueinander abgewinkelt und verlängert sind, dass die Breite 16' des Anbindungsbereichs 16 gegenüber der Breite 15' des Teilbereichs 15 reduziert ist. Auf diese Weise wird die Schwingungscharakteristik exemplarisch dahingehend modifiziert, dass sich die Eigenfrequenz zu niedrigeren Frequenzen verschiebt. Die Charakteristik des Masse-Feder-Dämpfungssystems wird sowohl durch das Material des Dämpferelements 14, als auch durch die Struktur, d. h. die Länge und die Geometrie des Entlastungsschlitzes 5' bestimmt. Die Dämpfungscharakteristik des Dämpferelements 14 kann neben den intrinsischen Materialeigenschaften noch durch dessen Geometrie abgestimmt werden. Ferner ist eine Anpassung über die Breite und Höhe des Dämpferelements 14 denkbar.
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In 9 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die achte Ausführungsform im Wesentlichen der in 8 illustrierten siebten Ausführungsform gleicht, wobei der Auswertechip 8 und das Sensorelement 3 in ein gemeinsamenes Sensormodul 17 integriert sind. Die 9 zeigt ein LGA-Sensormodul. Alternativ sind aber auch SOIC-Sensormodule denkbar. Gemäß einer weiteren Alternative ist denkbar, dass das Trägerelement 2 eine Leiterplatte umfasst, auf welcher das Sensormodul 17 angeordnet ist. In dieser Alternative ist der Entlastungsschlitz 5' unmittelbar in die Leiterplatte eingebracht, so dass der von dem Entlastungsschlitz 5' umgebende Teilbereich 16 der Leiterplatte, auf welchem auch das Sensormodul 17 angeordnet ist, gegenüber der restlichen Leiterplatte schwingfähig ist.
