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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung betrifft Drucksensor-Module, und insbesondere die Anordnung von Bauteilen innerhalb von Drucksensor-Modulen.
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HINTERGRUND
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Drucksensoren sind wichtige Bauteile in vielen Anwendungsbereichen, wie beispielsweise in der Automobilindustrie. In diesem Bereich werden Drucksensoren insbesondere in Airbag-Systemen verwendet, besonders innerhalb von Airbag-Systemen, und in Reifendruck-Überwachungssystemen. Ein Drucksensor kann in einem Drucksensor-Modul eingebaut sein und das Drucksensor-Modul kann mit einer Platte, wie einer Leiterplatte (PCB), verbunden sein. Die PCB kann zusätzliche elektrische Vorrichtungen zum Verarbeiten der von dem Drucksensor gelieferten Signale beinhalten. Das Drucksensor-Modul kann ferner elektrische Kontaktelemente aufweisen, die dazu ausgestaltet sind, mit Kontaktelementen einer jeden Art von Verbindungsanschluss auf der Kundenseite verbunden zu sein. Es werden ständig Anstrengungen unternommen, die Miniaturisierung von Drucksensor-Modulen voranzutreiben und auch die Einfachheit und Zuverlässigkeit der Befestigung von Drucksensor-Modulen an den Verbindungsanschlüssen der Kunden zu verbessern.
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So ist beispielsweise aus der
US 8,072,081 B2 bekannt, ein mikroelektromechanisches System (MEMS) neben einem Sensorchip und einem integrierten Chip für die Signalverarbeitung auch mit weiteren passiven Bauelementen in demselben Gehäuse anzuordnen.
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Ein in der
DE 102008005153 A1 beschriebenes Drucksensor-Modul weist passive Bauelemente auf, die sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein können.
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Die
DE 102012208361 A1 behandelt ein Gehäuse für Drucksensor-Module mit einem Sensorchip innerhalb des Gehäuses und externen Kontaktelementen, welche elektrisch und mechanisch mit einer metallischen Oberfläche eines Gehäusesubstrats verbunden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die anliegenden Zeichnungen sind beigefügt, um ein besseres Verständnis der Ausführungsformen bereitzustellen und sind in diese Beschreibung integriert und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen dar und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien der Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile der Ausführungsformen werden schnell erkannt, da sie unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung besser zu verstehen sind. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu im Verhältnis zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.
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1, die 1A und 1B aufweist, zeigt schematisch Darstellungen in der Draufsicht (A) und in der querschnittlichen Seitenansicht (B) eines Drucksensor-Moduls gemäß einem Beispiel eines ersten Aspekts der Offenbarung, wobei das Drucksensor-Modul einen Drucksensor-Chip und einen Chip eines integrierten passiven Bauelements (IPD) aufweist, die nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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2, die 2A–C aufweist, zeigt schematische Draufsicht-Darstellungen von Beispielen für Drucksensor-Module gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung, mit einem Drucksensor-Chip und einem IPD-Chip, die in einem gemeinsamen Gehäuse (A) angeordnet sind, einem Drucksensor-Chip und diskreten passiven Bauelementen, die in einem gemeinsamen Gehäuse (B) angeordnet sind, und einem Drucksensor-Chip, einem IPD-Chip und diskreten passiven Bauelementen, die in einem gemeinsamen Gehäuse (C) angeordnet sind.
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3 zeigt eine schematische querschnittliche Darstellung einer Seitenansicht eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung, wobei das Drucksensor-Modul einen Drucksensor-Chip und einen IPD-Chip aufweist, die jeweils auf der Vorderseite und der Rückseite eines Leiterrahmens angeordnet sind.
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4, die 4A und 4B aufweist, zeigt schematische Draufsicht-Darstellungen von Beispielen von Drucksensor-Modulen gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung, mit einem Drucksensor-Modul, das vier externe Kontaktelemente mit verschweißbaren freien Enden (A) aufweist, und einem ähnlichen Drucksensor-Modul, das innerhalb eines kundenseitigen Endgeräts oder Gehäuses (B) befestigt ist.
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5 zeigt eine Aufbaudarstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls mit externen Kontaktelementen, von welchen eines mit einem Kühlkörper verbunden ist.
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6 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls gemäß dem zweiten Aspekt, wobei das Drucksensor-Modul einen Leitungsverbinder aufweist, der mit zwei Elementen der externen Kontaktelemente verbunden ist.
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7, die 7A und 7B aufweist, zeigt eine schematische Draufsicht-Darstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls gemäß dem zweiten Aspekt, wobei elektrische Verbindungen zwischen dem Drucksensor-Chip, dem IPD-Chip und den externen Kontaktelementen (A) dargestellt sind, und eine schematische Schaltkreisdarstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Chips (B).
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die Aspekte und Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen durchgängig dazu verwendet werden, gleiche Elemente zu bezeichnen. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten zum Zwecke der Beschreibung dargelegt, um ein gutes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Ausführungsformen bereitzustellen. Es kann für einen Fachmann jedoch offensichtlich sein, dass einer oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen mit einem geringeren Grad an spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um die Beschreibung eines Aspekts oder mehrerer Aspekte der Ausführungsformen zu erleichtern. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es sollte ferner angemerkt werden, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu oder nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
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In der nachstehenden detaillierten Beschreibung wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden, und in welchen zur Veranschaulichung spezifische Aspekte gezeigt werden, in welchen die Erfindung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht kann richtungsweisende Terminologie, wie z. B. ”oben”, ”unten”, ”vorne”, ”hinten”, etc., in Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Komponenten der beschriebenen Bauelemente in einer Reihe unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, kann die richtungsweisende Terminologie zur Veranschaulichung verwendet werden und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es ist zu verstehen, dass andere Aspekte verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Deshalb ist die nachfolgende detaillierte Beschreibung nicht auf beschränkende Weise anzusehen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird von den anliegenden Ansprüchen definiert.
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Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich anderes angegeben ist.
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Die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe ”gebondet”, ”befestigt”, ”verbunden”, ”gekoppelt” und/oder ”elektrisch verbunden/elektrisch gekoppelt” sollen nicht bedeuten, dass die Elemente oder Schichten in direktem Kontakt miteinander stehen müssen; es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten jeweils zwischen den ”gebondeten”, ”befestigten”, ”verbundenen”, ”gekoppelten” und/oder ”elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sein. Gemäß der Offenbarung können jedoch die zuvor genannten Begriffe optional auch die spezifische Bedeutung haben, dass die Elemente oder Schichten in direktem Kontakt miteinander stehen, d. h. dass keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten jeweils zwischen den ”gebondeten”, ”befestigten”, ”verbundenen”, ”gekoppelten” und/oder ”elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sind.
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Ferner kann das Wort ”über”, das in Bezug auf ein Teil, Element oder eine Materialschicht verwendet wird, das/die ”über” einer Oberfläche gebildet oder positioniert ist, hierin so verwendet werden, dass es bedeutet, dass das Teil, Element oder die Materialschicht ”indirekt auf” der implizierten Oberfläche positioniert (z. B. platziert, gebildet, abgeschieden, etc.) ist, wobei ein Teil oder mehrere zusätzliche Teile, Elemente oder Schichten zwischen der implizierten Oberfläche und dem Teil, Element oder der Materialschicht angeordnet ist. Das Wort ”über”, das in Bezug auf ein Teil, ein Element oder eine Materialschicht verwendet wird, das/die ”über” einer Oberfläche gebildet oder positioniert ist, kann jedoch optional auch die spezifische Bedeutung haben, dass das Teil, Element oder die Materialschicht ”direkt auf”, z. B. in direktem Kontakt mit, der implizierten Oberfläche positioniert (z. B. platziert, gebildet, abgeschieden, etc.) ist.
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Während ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform in Bezug auf lediglich eine mehrerer Umsetzungen offenbart sein kann, kann zusätzlich je nach Belieben und Vorteil für jede gegebene oder bestimmte Anwendung ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Umsetzungen kombiniert werden. Ferner, insofern als die Begriffe ”einschließen”, ”aufweisen”, ”mit” oder andere Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen derartige Begriffe ähnlich dem Begriff ”umfassen” einschließend sein. Die Begriffe ”gekoppelt” und ”verbunden” können zusammen mit Ableitungen davon verwendet werden. Es ist zu verstehen, dass diese Begriffe verwendet werden können, um anzuzeigen, dass zwei Elemente miteinander kooperieren oder zusammenwirken, ganz gleich ob sie in direktem physikalischen oder elektrischen Kontakt stehen, oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Der Begriff ”beispielhaft” ist lediglich als Beispiel zu verstehen, und nicht als die beste oder optimale Möglichkeit. Die nachstehende detaillierte Beschreibung soll daher nicht als beschränkend angesehen werden, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird von den anliegenden Ansprüchen definiert.
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Die Beispiele für hierin beschriebene Drucksensor-Module können Drucksensor-Chips und andere Arten von Chips aufweisen, wie beispielsweise IPD-Chips, also Chips integrierter passiver Bauelemente (IPD). Wenigstens ein Teil oder alle dieser Chips können aus Halbleiter-Chips hergestellt sein. Die Halbleiter-Chips können auf Basis eines bestimmten Halbleiter-Materials, beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, AlGaAs, hergestellt sein, aber sie können auch auf Basis eines anderen Halbleiter-Materials hergestellt sein, und können ferner anorganische und/oder organische Materialien beinhalten, die keine Halbleiter sind, wie beispielsweise Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
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Die Beispiele für ein Drucksensor-Modul können einen Verkapselungsstoff oder ein Kapselmaterial aufweisen, in welchem der Drucksensor-Chip und einer oder mehrere des integrierten passiven Bauelement-Chips oder der diskreten passiven Bauelemente eingebettet sind. Das Kapselmaterial kann ein beliebiges elektrisch isolierendes Material, wie z. B. jede Art von Formmasse, jede Art von Harzmaterial oder jede Art von Epoxidmaterial, sein. Das Kapselmaterial kann auch ein Polymermaterial, ein Polyimidmaterial, ein thermoplastisches Material, ein Silikonmaterial, ein Keramikmaterial und ein Glasmaterial sein. Das Kapselmaterial kann auch ein jedes der zuvor genannten Materialien aufweisen und ferner darin eingebettete Füllmaterialien, wie z. B. wärmeleitfähige Inkrementmaterialien, einschließen. Diese Füllinkrementmaterialien können beispielsweise aus AlO oder Al2O3, AlN, BN oder SiN hergestellt sein. Ferner können die Füllinkrementmaterialien die Form von Fasern aufweisen und können beispielsweise aus Karbonfasern oder Nanoröhrchen hergestellt sein.
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1 weist 1A und 1B auf und zeigt in schematischer Form eine Draufsicht-Darstellung (A) und eine querschnittliche Seitenansichts-Darstellung (B) entlang der Linie B-B von 1A eines beispielhaften Drucksensor-Moduls gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung. Das Drucksensor-Modul 10 gemäß 1 weist ein Gehäuse 1, einen Drucksensor-Chip 2 und einen Chip eines integrierten passiven Bauelements (IPD) 3 auf, wobei der Drucksensor-Chip 2 und der IPD-Chip 3 innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sind. Gemäß einem weiteren Beispiel hierfür kann der IPD-Chip 3 entweder durch diskrete passive Bauelemente ersetzt sein oder diskrete passive Bauelemente können ergänzend verwendet werden, wie von den weiteren Beispielen nachstehend gezeigt wird. Infolgedessen sind der Drucksensor-Chip 2 und einer oder mehrere des IPD-Chips 3 und der diskreten passiven Bauelemente innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist das Drucksensor-Modul 10 ferner einen Leiterrahmen 4 auf, wobei der Drucksensor-Chip 2 und einer oder mehrere des IPD-Chips 3 und der diskreten passiven Bauelemente mit unterschiedlichen Abschnitten des Leiterrahmens 4 verbunden sind. Der Drucksensor-Chip 2 und der IPD-Chip 3 können beispielsweise auf Kontaktinseln des Leiterrahmens 4 befestigt sein.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist das Drucksensor-Modul 10 ferner ein Kapselmaterial 5, das den Drucksensor-Chip 2 einkapselt, und einen oder mehrere des IPD-Chips 3 und der diskreten passiven Bauelemente auf. Das Kapselmaterial 5 kann auf solche Weise angeordnet sein, dass es den Drucksensor-Chip 2 und den IPD-Chip 3 und/oder die passiven diskreten Bauelemente und auch die Hauptabschnitte des Leiterrahmens 4 einkapselt.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts sind der Drucksensor-Chip 2 und der IPD-Chip 3 und/oder die passiven diskreten Bauelemente nicht auf einer Leiterplatte (PCB) befestigt, und ferner enthält das Innere des Gehäuses 1 überhaupt keine PCB.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist das Gehäuse 1 in Draufsicht eine rechteckige oder quadratische Form auf, wie in den weiteren, untenstehenden Beispielen zu sehen ist. Gemäß einem weiteren Beispiel weist das Gehäuse 1 eine Formmasse auf. Das Gehäuse 1 kann ferner an seinem oberen Abschnitt einen umlaufenden, sich nach innen erstreckenden Vorsprung 1.1 aufweisen. Der Vorsprung 1.1 kann einen zentralen, runden offenen Durchgang 1.2 zum Drucksensor-Chip 2 aufweisen.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts sind der Drucksensor-Chip 2 und der IPD-Chip 3 und/oder die diskreten passiven Bauelemente elektrisch miteinander verbunden. Die elektrischen Verbindungen können beispielsweise über Drahtverbindungen realisiert sein.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist der IPD-Chip 3 ausschließlich passive elektronische Bauelemente, wie z. B. Widerstände und/oder Induktoren und/oder Kondensatoren, auf.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist der Drucksensor-Chip 2 einen Drucksensor (nicht dargestellt) und einen elektronischen Schaltkreis (nicht dargestellt) auf, der dazu ausgelegt ist, den Drucksensor auszulesen. Gemäß diesem Beispiel sind der Drucksensor und der elektronische Auslese-Schaltkreis innerhalb eines und desselben Halbleiter-Chips integriert. Gemäß einem weiteren Beispiel beinhaltet der Drucksensor-Chip 2 ausschließlich den Drucksensor und der elektronische Auslese-Schaltkreis ist in einen weiteren Halbleiter-Chip integriert, der innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Der weitere Halbleiter-Chip könnte auf seitlich nebeneinander liegender Weise in Bezug auf den Drucksensor-Chip 2 oder auf auf- oder übereinander liegender Weise in Bezug auf den Drucksensor-Chip 2 angeordnet sein.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist das Drucksensor-Modul 10 ferner externe Kontaktelemente 6 auf, die dazu ausgestaltet sind, an einer Leiterplatte befestigt zu sein und elektrische Verbindungen mit Kontaktelementen der Leiterplatte zu bilden. Gemäß einem Beispiel hiervon erstrecken sich die externen Kontaktelemente 6 nach außen über eine Außenwand des Gehäuses 1 hinaus.
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Gemäß einem weiteren Beispiel können die externen Kontaktelemente 6 so gebildet sein, dass sie eine glatte untere Oberfläche aufweisen, die bündig mit der unteren Oberfläche des Gehäuses 1 ist, so dass das Drucksensor-Modul 10 auf einer Leiterplatte (PCB) befestigt werden kann, indem es mit der unteren Oberfläche des Gehäuses 1 auf der PCB platziert wird und indem die externen Kontaktelemente 6 mit elektrischen Kontaktelementen der PCB verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Beispiel sind die externen Kontaktelemente 6 so ausgestaltet, dass sie leicht mit elektrischen Kontaktelementen, wie Leiterrahmen-Verbindungsstücken eines Kundenendgeräts, wie z. B. einem kundenseitigen Gehäuse, durch Einsatz von beispielsweise Laserschweißen oder Widerstandsschweißen verschweißt werden können. Gemäß einem weiteren Beispiel weisen die externen Kontaktelemente 6 einen metallischen Körper auf, wobei ein Abschnitt der Oberfläche des metallischen Körpers von einer Materialschicht bedeckt ist, wobei das Material der Materialschicht dazu ausgestaltet ist, ein Verschweißen der freien Enden mit den elektrischen Kontaktelementen der PCB zu erleichtern. Gemäß einem weiteren Beispiel weist das Material der Materialschicht eines oder mehrere aus NiNiP (im Falle von Laserschweißen) und Sn (im Falle von Widerstandsschweißen) auf.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist das Drucksensor-Modul 10 einen Leiterrahmen 4 auf, wobei die externen Kontaktelemente 6 mit dem Leiterrahmen 4 verbunden sind oder mit ihm einstückig oder integral ausgebildet sind. Gemäß einem weiteren Beispiel hierfür sind die externen Kontaktelemente 6 in einer Ebene platziert, die relativ zu einer Ebene eines zentralen Abschnitts des Leiterrahmens 4 versetzt ist, auf welcher der Drucksensor-Chip 2 und der IPD-Chip 3 und/oder die passiven diskreten Bauelemente befestigt sind.
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Gemäß einem weiteren Beispiel hierfür ist eine gleiche Anzahl von externen Kontaktelementen 6 an jeder von zwei gegenüberliegenden Seitenkanten des Gehäuses 1 angeordnet. Gemäß einem weiteren Beispiel hierfür sind zwei externe Kontaktelemente 6 an jeder von zwei gegenüberliegenden Seitenkanten des Gehäuses 1 angeordnet. Beispiele hierfür werden nachstehend gezeigt und erläutert.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Chips 10 des ersten Aspekts weisen die externen Kontaktelemente die Form länglicher Streifen auf, die eine rechteckige Form aufweisen können und die ein Länge-Breite-Verhältnis größer als 4 aufweisen können. Die Länge der länglichen Streifen oder Balken kann größer als 1 mm sein, insbesondere in einem Bereich von 1,0 mm bis 3,0 mm liegen.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weisen die externen Kontaktelemente 6 ein Element oder mehrere Elemente von wenigstens einem ersten externen Kontaktelement, das mit einem oder mehreren des IPD-Chips 3 und der diskreten passiven Bauelemente verbunden ist, wenigstens einem zweiten externen Kontaktelement, das mit dem Drucksensor-Chip 2 verbunden ist, und wenigstens einem dritten externen Kontaktelement auf, das weder mit dem IPD-Chip 3, den diskreten passiven Bauelementen, noch dem Drucksensor-Chip 2 verbunden ist. Gemäß einem weiteren Beispiel hierfür kann das wenigstens eine dritte externe Kontaktelement so angeordnet sein, dass es keine elektrische Funktion aufweist, sondern lediglich als zusätzliches mechanisches Verbindungselement dient, das mit einer kundenseitigen PCB genauso zu verbinden ist, wie die ersten und zweiten externen Kontaktelemente. Gemäß einem weiteren Beispiel hierfür kann es sein, dass manche der externen Kontaktelemente, wie z. B. das wenigstens eine zweite externe Kontaktelement, lediglich zu Kalibrierungszwecken nach der Herstellung des Drucksensor-Moduls verwendet werden, jedoch keine elektrischen Funktionen während des Betriebs des Drucksensor-Moduls aufweisen. Ein Beispiel hierfür wird nachstehend detaillierter dargestellt und beschrieben.
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Der Einfachheit halber ist der Drucksensor-Chip 2 nicht im Detail in 1 dargestellt. Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 10 des ersten Aspekts weist der Drucksensor-Chip 2 eine schwebende Membran auf, insbesondere eine piezoaktive schwebende Membran oder eine kapazitive schwebende Membran. Gemäß einem Beispiel weist eine erste Hauptseite der schwebenden Membran nach außen und eine zweite Hauptseite der Membran, die gegenüber der ersten Hauptseite liegt, weist in Richtung einer innenliegenden Kavität. Auf diese Weise kann eine äußere Atmosphäre oder ein äußeres Medium, insbesondere Luft, durch die Öffnung 1.2 zur Membran des Drucksensor-Chips 2 strömen, um die Membran zu beaufschlagen und eine Bewegung der Membran ansprechend auf den Druck des Mediums, das die erste Hauptseite der Membran beaufschlagt, zu verursachen. Elektrische Signale werden aufgrund der Bewegung oder der Verlagerung der Membran erzeugt und diese elektrischen Signale werden an einen elektrischen Auslese-Schaltkreis geleitet. Gemäß einem Beispiel kann der Drucksensor-Chip 2 auch auf einem sogenannten Ansaugunterdruck-MAP-Sensor basieren.
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2 weist 2A, 2B und 2C auf und zeigt in schematischer Form Draufsicht-Darstellungen unterschiedlicher Beispiele für Drucksensor-Module gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung, wobei besondere Einzelheiten, die in 1 gezeigt wurden, hier der Einfachheit halber weggelassen wurden.
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2A zeigt ein Drucksensor-Modul 20A, das ähnlich dem in Bezug auf 1 dargestellten und beschriebenen Modul ist, wobei ein Drucksensor-Chip 22 und ein IPD-Chip 23 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet und an unterschiedlichen Abschnitten eines Leiterrahmens 24 befestigt sind.
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2B zeigt ein Drucksensor-Modul 208, in welchem anstelle eines IPD-Chips diskrete Bauelemente 25 zusammen mit dem Drucksensor-Chip 22 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind. Die diskreten Bauelemente 25 können eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweisen: Kondensatoren, Widerstände und Induktoren. Der Drucksensor-Chip 22 und die diskreten Bauelemente 25 können an unterschiedlichen Abschnitten eines Leiterrahmens 24 befestigt sein.
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2C zeigt ein Drucksensor-Modul, in welchem ein IPD-Chip 26 sowie diskrete Bauelemente 27 zusammen mit dem Drucksensor-Chip 22 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind. Die diskreten Bauelemente 27 können eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweisen: Kondensatoren, Widerstände und Induktoren. Der Drucksensor-Chip 22, der IPD-Chip 26 und die diskreten Bauelemente 27 können an unterschiedlichen Abschnitten eines Leiterrahmens 24 befestigt sein.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls gemäß dem ersten Aspekt. In den Beispielen der in den 1 und 2 dargestellten Drucksensor-Module sind der Drucksensor-Chip und der IPD-Chip oder die diskreten Bauelemente beide auf einer oberen Hauptseite des Leiterrahmens befestigt. Das Drucksensor-Modul 30, wie es in 3 dargestellt ist, weicht von den Beispielen der 1 und 2 insofern ab, als dass der Drucksensor-Chip 2 und der IPD-Chip 3 auf unterschiedlichen Hauptseiten des Leiterrahmens 4 befestigt sind. Der IPD-Chip 3 kann auf der unteren Hauptseite des Leiterrahmens 4 befestigt sein, während der Drucksensor-Chip 2 auf der oberen Hauptseite des Leiterrahmens 4 befestigt sein kann. Wenn diskrete passive Bauelemente anstelle von oder zusätzlich zu dem IPD-Chip 3 verwendet werden, können die diskreten passiven Bauelemente auch auf der unteren Hauptseite des Leiterrahmens 4 befestigt werden. Wenn sowohl der IPD-Chip 3 als auch die diskreten passiven Bauelemente verwendet werden, ist es auch möglich, dass eines der beiden Elemente auf der oberen Hauptseite des Leiterrahmens 4 befestigt ist und das andere der Elemente auf der unteren Hauptseite des Leiterrahmens 4 befestigt ist. Jedenfalls stellt die Möglichkeit der Befestigung des IPD-Chips 3 und/oder der diskreten passiven Bauelemente auf der unteren Hauptseite des Leiterrahmens 4 eine größere Flexibilität und Freiheit bei der Dimensionierung des Drucksensor-Chips 2 und dessen Platzierung auf der oberen Hauptseite des Leiterrahmens 4 bereit.
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Weitere Beispiele des Drucksensor-Moduls 10 gemäß dem ersten Aspekt können durch Kombination mit einem jeden der verschiedenen Beispiele oder Merkmale, die nachstehend in Zusammenhang mit dem Drucksensor-Modul 40 gemäß einem zweiten Aspekt weiter beschrieben werden, ausgestaltet oder gebildet werden.
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4 weist 4A und 4B auf und zeigt in schematischer Form eine Draufsicht-Darstellung eines beispielhaften Drucksensor-Moduls gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung (A) und eine schematische Draufsicht-Darstellung desselben oder eines ähnlichen Drucksensor-Moduls, das in einem kundenseitigen Gehäuse (B) befestigt ist. Das Drucksensor-Modul 40 gemäß 4 weist ein Gehäuse 41, einen Drucksensor-Chip 42, der innerhalb des Gehäuses 41 angeordnet ist, und externe Kontaktelemente 46 auf, wobei die externen Kontaktelemente 46 dazu ausgestaltet sind, mit einer metallischen Oberfläche beispielsweise einer kundenseitigen Verbindungsklemme 100, wie sie schematisch in 4B dargestellt ist, verschweißt zu werden. Gemäß einem Beispiel hierfür erstrecken sich die externen Kontaktelemente 46 durch eine Außenwand des Gehäuses 1 und weisen insbesondere die Form von länglichen Streifen oder Balken auf, die ein Länge-Breite-Verhältnis größer als 4 aufweisen können. Die Länge der länglichen Streifen oder Balken kann größer als 1 mm sein, insbesondere in einem Bereich von 1,0 mm bis 3,0 mm liegen.
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Gemäß einem Beispiel des Drucksensor-Moduls 40 des zweiten Aspekts weisen die externen Kontaktelemente 46 einen metallischen Körper auf, wobei ein Abschnitt der Oberfläche von einer Materialschicht bedeckt ist, wobei das Material der Materialschicht dazu ausgestaltet ist, ein Verschweißen der externen Kontaktelemente mit metallischen Verbindungselementen eines Verbindungsanschlusses zu erleichtern. Gemäß einem Beispiel hierfür weist das Material der Materialschicht eines oder mehrere der folgenden auf: NiNiP und Sn. Es hat sich gezeigt, dass eine Materialschicht basierend auf NiNiP das Laserschweißen erleichtert und es hat sich gezeigt, dass eine Materialschicht basierend auf Sn das Widerstandsschweißen erleichtert. Gemäß einem Beispiel ist die gesamte Oberfläche der externen Kontaktelemente 46 von der Materialschicht bedeckt. Gemäß einem weiteren Beispiel ist lediglich ein bestimmter Abschnitt von der Materialschicht bedeckt, wie beispielsweise lediglich eine untere Hauptseite, die den Abschnitt bildet, der in Kontakt mit der metallischen Oberfläche des kundenseitigen Gehäuses steht.
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Wie aus 4B ersichtlich ist, wurde das Drucksensor-Modul 40 in ein kundenseitiges Endgerät oder Gehäuse 100 eingesetzt. Das kundenseitige Gehäuse 100 weist elektrische Leitungen 110 oder Leiterbahnen auf, um das Drucksensor-Modul darauf zu platzieren, wobei die externen Kontaktelemente 46 mit den elektrischen Leitungen 110 verschweißt sind. Das kundenseitige Gehäuse 100 kann genauso viele elektrische Leitungen 110 wie externe Kontaktelemente 46 aufweisen, die in dem Drucksensor-Modul 40 enthalten sind.
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Weitere Beispiele des Drucksensor-Moduls 40 gemäß dem zweiten Aspekt können durch Kombination mit einem jeden der verschiedenen Beispiele oder Merkmale, die in Zusammenhang mit dem Drucksensor-Modul 10 gemäß dem ersten Aspekt beschrieben wurden, ausgestaltet oder gebildet werden.
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5 zeigt eine Aufbaudarstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls mit externen Kontaktelementen, von welchen eines mit einem Kühlkörper verbunden ist. Das Drucksensor-Modul 50 gemäß 5 kann ein Modul gemäß dem ersten Aspekt oder ein Modul gemäß dem zweiten Aspekt sein. Das Drucksensor-Modul 50 gemäß 5 weist einen Drucksensor-Chip 52 und einen IPD-Chip 53 auf, die nebeneinander innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 51 angeordnet sind. Die Chips 52 und 53 können in ein Kapselmaterial 55 eingebettet sein. Die Chips 52 und 53 können elektrisch mit Drähten oder Leitungen 56 verbunden sein, die Teil eines Leiterrahmens sein können. Der Drucksensor-Chip 52 kann an einem Kühlkörper 58 befestigt sein, wobei der Kühlkörper 58 auf einem metallischen Material, wie beispielsweise Kupfer, basieren kann und ferner kann der Kühlkörper 58 auch Teil des Leiterrahmens sein. Die Hauptfunktion des Kühlkörpers 58 ist die Aufnahme der Wärme, die von dem Drucksensor-Chip 52 im Betrieb erzeugt wird, und die Ableitung der Wärme nach außen. Zu diesem Zweck kann der Kühlkörper 58 seitliche Dimensionen aufweisen, die mit denjenigen des Drucksensor-Chips 52 vergleichbar sind, und kann ferner mit einem der Drähte 56 verbunden sein, um die Wärme nach außen leiten zu können. Der Kühlkörper 58 kann auch eine elektrische Funktion aufweisen, wie z. B. das Verbinden des Drucksensor-Chips 52 mit der Außenseite.
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6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls mit einem Leitungsverbinder, der mit zwei Elementen der externen Kontaktelemente verbunden ist. Das Drucksensor-Modul 60 gemäß 6 kann ein Modul gemäß dem ersten Aspekt oder ein Modul gemäß dem zweiten Aspekt sein. Das Drucksensor-Modul 60 gemäß 6 weist ein Gehäuse 61 und externe Kontaktelemente 66 in einer ähnlichen Konfiguration, wie der in einem der zuvor genannten Beispiele beschriebenen, auf. Wie auch vorstehend genannt wurde, kann es sein, dass bestimmte Elemente der externen Kontaktelemente 66 eigentlich Attrappen sind, was bedeutet, dass sie entweder nicht elektrisch mit einem der Chips oder Bauelemente des Moduls 60 verbunden sind, oder dass sie elektrisch mit einem jeden beliebigen der Chips oder Bauelemente verbunden sind, die elektrische Verbindung jedoch nicht dem Betrieb des Moduls 60 dient, sondern lediglich Kalibrierungszwecken im Herstellungsverfahren des Moduls 60. Im Modul 60 gemäß 6 sind die beiden externen Kontaktelemente 66 auf der linken Seite des Moduls 60 Attrappen und lediglich die beiden externen Kontaktelemente 66 auf der rechten Seite des Moduls 60 sind echt. Das Beispiel eines Drucksensor-Moduls 60 gemäß 6 dient dem Zweck, zu zeigen, dass auf der Kundenseite nicht nur Gehäuse, wie das in 4B gezeigte, bestehen, sondern auch andere Formen von Verbindungsanschlüssen, insbesondere solche mit Verbindungselementen wie beispielsweise Buchsen oder Steckbuchsen. Zu diesem Zweck kann ein Leitungsverbinder 67 eingesetzt werden, der auf einer Seite mit den beiden betreffenden externen Kontaktelementen 66 verbunden ist, und auf der anderen Seite mit Drähten 68 verbunden ist. Die Drähte 68 können beispielsweise flexible Drähte sein, so dass sie flexibel mit einer jeden Art von kundenseitigem Verbindungselement verbunden werden können. Die Drähte 68 können auch Teil eines Steckers sein, der mit einer kundenseitigen Buchse verbunden werden kann. Der Leitungsverbinder 67 kann eine andere Form und Gestalt aufweisen. Sein einziger Zweck ist die interne Verbindung jeweils eines jeden der externen Kontaktelemente 66 mit einem der Drähte 68.
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7, die 7A und 7B aufweist, zeigt eine Aufbaudarstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Moduls, wobei elektrische Verbindungen zwischen dem Drucksensor-Chip, dem IPD-Chip und den externen Kontaktelementen (A) dargestellt sind, und eine schematische Schaltkreisdarstellung eines Beispiels eines Drucksensor-Chips (B). Das Drucksensor-Modul 70 gemäß 7 kann ein Modul gemäß dem ersten Aspekt oder ein Modul gemäß dem zweiten Aspekt sein. Das Drucksensor-Modul 70 weist einen Drucksensor-Chip 72 und einen IPD-Chip 73 auf, die beide Kontaktinseln an ihren jeweiligen oberen Hauptseiten aufweisen. Die Chips 72 und 73 sind elektrisch miteinander über Bonddrähte verbunden. Der IPD-Chip 73 enthält ausschließlich passive elektrische Bauelemente, nämlich die Widerstände R1 und R2 und die Kondensatoren C1, C2, C3 und Cbuf. Das Drucksensor-Modul 70 weist ferner sechs externe Kontaktelemente 76.1 bis 76.6 auf, wobei lediglich die externen Kontaktelemente 76.1 und 76.2 wichtig für den Betrieb des Drucksensor-Moduls 70 sind. Das Kontaktelement 76.1 ist mit dem Massepotenzial (GND) und mit beiden Chips 72 und 73 verbunden und das Kontaktelement 76.2 ist mit dem IPD-Chip 73 verbunden, wobei 7B zeigt, dass die elektrischen Ausgabesignale des Drucksensor-Chips 72 an den IPD-Chip 73 und von dort zum Kontaktelement 76.2 geleitet werden. Die Kontaktelemente 76.3, 76.5 und 76.6 sind mit dem Drucksensor-Chip 72 verbunden und sind lediglich während des Herstellungsverfahrens des Drucksensor-Moduls 70 für Kalibrierungszwecke von Bedeutung. Danach dienen die Kontaktelemente 76.5 und 76.6 keinem Zweck, wohingegen das Kontaktelement 76.3 als mechanische Abstützung verwendet werden kann, d. h. für das Verschweißen mit einem kundenseitigen Substrat, wie in 4B dargestellt. Das Kontaktelement 76.4 ist von Anfang an nicht elektrisch mit einem der Chips 72 und 73 verbunden und wird lediglich als mechanische Abstützung verwendet, d. h. für das Verschweißen mit einem kundenseitigen Substrat, wie in 4B dargestellt. Die Kontaktelemente 76.1 bis 76.4 können mit einer geeigneten Materialschicht versehen sein, um, wie ebenfalls zuvor beschrieben, das Verschweißen zu erleichtern.
