-
Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen eines von einer zu messenden physikalischen Größe abhängigen physikalischen Geberfeldes.
-
Aus der
WO 2010 / 037 810 A1 ist ein Sensor mit einer Sensorschaltung bekannt, die eingerichtet ist, über ein von einer zu messenden physikalischen Größe abhängiges physikalisches Geberfeld ein von der zu messenden physikalischen Größe abhängiges Sensorsignal auszugeben.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, den diesen Sensor zu verbessern. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Sensor zum Erfassen eines von einer zu messenden physikalischen Größe abhängigen physikalischen Geberfeldes einen eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite aufweisenden Leadframe mit einer Bestückinsel, einer Schnittstelle und wenigstens zwei von der Schnittstelle zur Bestückinsel führenden Leiterbahnen, eine auf der Oberseite der Bestückinsel des Leadframes getragene Sensorschaltung zum Erfassen des Geberfeldes und zum Ausgeben eines vom Geberfeld abhängigen Sensorsignals über die Schnittstelle, und ein auf der Unterseite des Leadframes getragenes Filterbauteil, das eingerichtet ist, betriebsfremde elektrische Signale an den Leiterbahnen zu filtern.
-
Dem Sensor liegt die Überlegung zugrunde, dass die im Rahmen des eingangs genannten Sensors elektronische Schutzelemente genannten Filterbauteile zwischen der Schnittstelle und der Bestückinsel elektronisch verschaltet werden, um die elektromagnetische Verträglichkeit, EMV genannt, der Sensorschaltung zu steigern oder die Sensorschaltung vor Schäden durch elektrostatische Entladungen, ESD genannt, zu schützen.
-
In dem eingangs genannten Sensor ist das elektronische Schutzelement genannte Filterbauteil jedoch auf der Oberseite des Leadframes angeordnet.
-
Fertigungstechnisch ist es am günstigsten, die Sensorschaltung auf dem Leadframe zu verbonden. Hierzu müssen die Leiterbahnen des Leadframes an den zu verbondenden Stellen mechanisch versteift sein, weshalb um die Leiterbahnen ein Halterahmen, auch Dambar genannt, angeordnet ist, der die Leiterbahnen beim Anbinden der Bonddrähte mechanisch stützt. So ist eine stabile Klemmung der Leiterbahnen beim Bonden sichergestellt und garantiert eine gleichbleibend hohe Qualität der Drahtbond-Verbindungen. Darüber hinaus wird der umlaufende Dambar auch als Barriere beim Einhüllen der Sensorschaltung in eine Schutzmasse, wie beispielsweise einen Duroplast-Mold verwendet.
-
Weil das elektronische Schutzelement genannte Filterbauteil im eingangs genannten Sensor jedoch auf der Oberseite des Leadframes angeordnet ist, muss dieser umlaufende Dambar auch das Filterbauteil gelegt werden, was jedoch den Bauraum unnötig erhöht. Daher wird im Rahmen des angegebenen Sensors vorgeschlagen, das Filterbauteil auf der Unterseite des Leadframes anzuordnen. Auf diese Weise kann die Bond-Stelle auf den Leiterbahnen des Leadframes nahe am umlaufenden Dambar und gleichzeitig aber das Filterbauteil innerhalb des eigentlich für die Sensorschaltung vorgesehenen umlaufenden Dambars angeordnet werden. Somit kommt der angegebene Sensor mit weniger Bauraum aus, was insbesondere in der Automobilindustrie ein entscheidender Vorteil ist.
-
Der umlaufende Dambar selbst wird vor der Fertigstellung, also nach dem Einhausen der Sensorschaltung in der Schutzmasse wieder entfernt, so dass er am fertigen Sensor nicht vorhanden ist.
-
In einer Weiterbildung des angegebenen Sensors ist die Bestückinsel auf ein Bezugspotential, wie beispielsweise Masse gelegt. Die oben genannten betriebsfremden elektrischen Signale enthalten in der Regel Gleichtaktstörungen, die auf ein Bezugspotential geleitet werden müssen. Wenn die Bestückinsel auf das Bezugspotential gelegt ist, kann jede Leiterbahn des Leadframes, die nicht mit der Bestückinsel direkt verbunden ist, in einfacher Weise für die Gleichtaktstörungen über das Filterelement direkt auf das Bezugspotential gelegt werden, weil die Bestückinsel in der Regel die geometrisch größte Ausdehnung hat und damit an alle anderen Leiterbahnen herangeführt ist. Dabei sollte das Filterelement zweckmäßigerweise kapazitiv beispielsweise in Form eines Filterkondensators ausgebildet sein. Daher ist das Filterbauteil in einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Sensors, wenn es beispielsweise zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen eingesetzt werden soll, einseitig mit der auf das Bezugspotential gelegten Bestückinsel verbunden und kann auf der anderen Seite mit der Leiterbahn des Leadframes verbunden werden, die hinsichtlich der zu unterdrückenden Gleichtaktstörungen auf das Bezugspotential werden soll.
-
Alternativ oder zusätzlich können die oben genannten betriebsfremden elektrischen Signale auch Gegentaktstörungen enthalten, die dann in an sich bekannter Weise mit dem Filterbauteil dadurch unterdrückt werden können, wenn zwei Leiterbahnen hinsichtlich dieser Gegentaktstörungen miteinander kurzgeschlossen werden. Dazu sollte das Filterbauteil zweckmäßigerweise wieder kapazitiv ausgebildet sein.
-
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist die Sensorschaltung mit wenigstens einer der Leiterbahnen über einen Bonddraht elektrisch kontaktiert, der von der Bestückinsel aus gesehen nach dem Filterbauteil an die Leiterbahn elektrisch angeschlossen ist. Da die Leiterbahnen im Rahmen des angegebenen Sensors bei der Herstellung nahe an dem oben genannten umlaufenden Dambar herangeführt werden können, ist, wie bereits erwähnt, eine gleichbleibend hohe Qualität der Anbindung des Bonddrahtes an die Leiterbahn gewährleistet, weil die Leiterbahn beim Bonden mit dem Bonddraht durch den umlaufenden Dambar mechanisch stabil gehalten werden können.
-
In einer noch anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist das Filterbauteil ein passives elektronisches Bauelement, vorzugsweise ein kapazitives elektronisches passives Bauelement, wie beispielsweise ein Filterkondensator. Auf diese weise können die Leiterbahnen des Leadframes für die betriebsfremden elektrischen Signale mit dem Filterbauteil kurzgeschlossen werden, wenn diese Gleichtaktstörungen sind und auf das zuvor genannte Bezugspotential gelegt werden, wenn diese Gegentaktstörungen sind.
-
Das Filterbauteil selbst kann in beliebiger Weise mit den Leiterbahnen des Leadframes verbunden werden. In einer besonders günstigen Weitebildung des angegebenen Sensors ist das Filterbauteil auf der Unterseite des Leadframes jedoch mit diesem verklebt und/oder verlötet, weil sich dies mechanisch besonders schonend für die Bondverbindungen auf der Oberseite des Leadframes realisieren lässt.
-
In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst der angegebene Sensor ein auf der Oberseite des Leadframes getragenes weiteres Filterbauteil. Dieses Filterbauteil kann dann in besonders günstiger Weise gemeinsam mit der Sensorschaltung ebenfalls auf dem Leadframe verbondet werden, um beispielsweise große geometrische Distanzen überbrücken zu können.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines der angegebenen Sensoren die Schritte Bestücken der Oberseite des Leadframes mit der Sensorschaltung, Verdrahten der Sensorschaltung auf dem Leadframe und Bestücken des mit der Sensorschaltung bestückten und verdrahteten Leadframes auf der Unterseite.
-
Da die Sensorschaltung zum Verdrahten auf der Oberseite, wie bereits ausgeführt, verbondet wird, wird im Rahmen des angegebenen Verfahrens durch das Verdrahten der Sensorschaltung auf dem Leadframe auf der Oberseite vor dem Bestücken des Leadframes auf der Unterseite erreicht, dass der Leadframe beim Verbonden eben aufliegen kann, weil auf der Unterseite noch keine Bauelemente verschaltet sind.
-
Vorzugsweise sollte beim Bestücken der Unterseite des Leadframes ein kraft- und/oder wegüberwachter Bestückkopf verwendet werden, weil mit diesem eine geringe mechanische Belastung auf die Bondverbindungen auf der Oberseite des Leadframes gewährleistet ist.
-
Der angegebene Sensor kann ein Airbag-Beschleunigungssensor, ein Raddrehzahlsensor oder ein Inertialsensor für ein Fahrzeug sein.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug einen angegebenen Sensor.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
-
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit einer Fahrdynamikregelung,
-
2 einen schematische Darstellung eines Inertialsensors in dem Fahrzeug der 1,
-
3 eine Ausführung des Inertialsensors der 2 in einer schematischen Schnittdarstellung,
-
4 der Inertialsensors der 3 auf einer Leiterplatte in einer schematischen Seitenansicht, und
-
5 der Inertialsensors der 3 auf einer Leiterplatte in einer schematischen Draufsicht, zeigen.
-
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
-
Es wird auf
1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges
2 mit einer an sich bekannten Fahrdynamikregelung zeigt. Details zu dieser Fahrdynamikregelung können beispielsweise der
DE 10 2011 080 789 A1 entnommen werden.
-
Das Fahrzeug 2 umfasst ein Chassis 4 und vier Räder 6. Jedes Rad 6 kann über eine ortsfest am Chassis 4 befestigte Bremse 8 gegenüber dem Chassis 4 verlangsamt werden, um eine Bewegung des Fahrzeuges 2 auf einer nicht weiter dargestellten Straße zu verlangsamen.
-
Dabei kann es in einer dem Fachmann bekannten Weise passieren, dass das die Räder 6 des Fahrzeugs 2 ihre Bodenhaftung verlieren und sich das Fahrzeug 2 sogar von einer beispielsweise über ein nicht weiter gezeigtes Lenkrad vorgegebenen Trajektorie durch Untersteuern oder Übersteuern wegbewegt. Dies wird durch an sich bekannte Regelkreise wie ABS (Antiblockiersystem) und ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) vermieden.
-
In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 dafür Drehzahlsensoren 10 an den Rädern 6 auf, die eine Drehzahl 12 der Räder 6 erfassen. Ferner weist das Fahrzeug 2 einen Inertialsensor 14 auf, der nachstehend Fahrdynamidaten 16 genannte Inertialdaten des Fahrzeuges 2 erfasst die beispielsweise eine Nickrate, eine Wankrate, eine Gierrate, eine Querbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges 2 umfassen können.
-
Basierend auf den erfassten Drehzahlen 12 und Fahrdynamikdaten 16 kann ein Regler 18 in einer dem Fachmann bekannten Weise bestimmen, ob das Fahrzeug 2 auf der Fahrbahn rutscht oder sogar von der oben genannten vorgegebenen Trajektorie abweicht und entsprechen mit einem an sich bekannten Reglerausgangssignal 20 darauf reagieren. Das Reglerausgangssignal 20 kann dann von einer Stelleinrichtung 22 verwendet werden, um mittels Stellsignalen 24 Stellglieder, wie die Bremsen 8 anzusteuern, die auf das Rutschen und die Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie in an sich bekannter Weise reagieren.
-
Der Regler 18 kann beispielsweise in eine an sich bekannte Motorsteuerung des Fahrzeuges 2 integriert sein. Auch können der Regler 18 und die Stelleinrichtung 22 als eine gemeinsame Regeleinrichtung ausgebildet und optional in die zuvor genannte Motorsteuerung integriert sein.
-
Um die nachstehenden Erklärungen zu vereinfachen soll in nicht einschränkender davon ausgegangen werden, dass der Inertialsensor 14 als Fahrdynamikdaten 16 die in 2 angedeutete Querbeschleunigung 26 auf das Fahrzeug sowie die Gierrate 28 erfasst, mit der sich das Fahrzeuges 2 um seine Hochachse dreht, weil diese im Rahmen des zuvor genannten Stabilitätsprogrammes in der Regel zum Einsatz kommen.
-
Zwar wird die Erfindung anhand des Inertialsensors 14 näher erläutert, jedoch kann die Erfindung auf beliebige Sensoren, wie beispielsweise die genannten Drehzahlsensoren 10 angewendet werden.
-
Nachstehend wird das ein mögliches Prinzip für den Inertialsensors 14 anhand von 2 und 3 näher erläutert.
-
Zur Erfassung der Querbeschleunigung 26 ist in dem Inertialsensor 14 ein Querbeschleunigungsmessaufnehmer 30 angeordnet. Der Querbeschleunigungsmessaufnehmer 30 ist einem physikalischen Geberfeld in Form eines Zentrifugalkraftfeldes 32 ausgesetzt, das auf den Querbeschleunigungsmessaufnehmer 30 wirkt und mit der zu erfassenden Querbeschleunigung 26 auf das Fahrzeug 2 beschleunigt. Die erfasste Querbeschleunigung 26 wird anschließend an eine Signalaufbereitungsschaltung 34 ausgegeben.
-
Zur Erfassung der Gierrate
28 ist in dem Inertialsensor
14 ein Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer
36 angeordnet. Der Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer
36 ist einem physikalischen Geberfeld in Form eines Corioliskraftfeldes
38 ausgesetzt. Als Antwort auf das Corioliskraftfeld
38 gibt der Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer
36 ein Gebersignal
40 aus, das dann in einer gegebenenfalls noch zum Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer
36 dazugehörenden Auswerteeinrichtung
42 in die Gierrate
28 umgerechnet werden kann. Ein Beispiel, wie die Gierrate
28 basierend auf einem Corioliskraftfeld
38 erfasst werden kann, ist in der Druckschrift
DE 10 2010 002 796 A1 beschrieben, weshalb hier der Kürze halber darauf verzichtet werden soll. Auch die erfasste Gierrate
28 wird an die Signalaufbereitungsschaltung
34 ausgegeben.
-
In der Signalaufbereitungsschaltung 34 können die so erfasste Querbeschleunigung 26 und Gierrate 28 nachbearbeitet werden, um beispielsweise den Rauschbandabstand zu mindern und die Signalstärke zu erhöhen. Die so aufbereitete Querbeschleunigung 26 und Gierrate 28 kann dann an eine Schnittstelle 44 ausgegeben werden, die dann die beiden erfassten Signale als Fahrdynamikdaten 16 an den Regler 18 sendet. Diese Schnittstelle 44 könnte beispielsweise basierend auf dem PSI5-Standard oder dem CAN-Standard aufgebaut sein.
-
Im Rahmen der vorliegenden Ausführung bilden die beiden Messaufnehmer 30, 36 und die Signalaufbereitungsschaltung 34 eine Sensorschaltung 46 aus, die auf einem als Leadframe 48 ausgeführten Schaltungsträger getragen und verschaltet ist. Gegebenenfalls nicht auf dem Leadframe 48 realisierbare Verschaltungen können hier über elektrische Leitungen in Form von Bonddrähten 50 realisiert werden. Die Schnittstelle 44 kann in die Signalaufbereitungsschaltung 34 integriert und als anwendungsspezifische integrierte Schaltung, nachstehend ASIC 34 (engl: application-specific integrated circuit) genannt, ausgebildet sein.
-
Die Sensorschaltung 46 kann ferner von einem mechanischen Entkopplungsmaterial 51, auch Globetop-Masse 51 genannt, in Form eines Silikonmaterials umhüllt sein, das wiederum gemeinsam in einer als Spritzpressmaterial 52 ausgebildeten Schutzmasse 52, wie beispielsweise einem Duroplast in Form eines Epoxidharzes 52 verkapselt sein kann.
-
Schließlich ragen vom Inertialsensor 14 entsprechende Kontaktmöglichkeiten, wie in 2 gezeigte Beinchen 54 zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltkreis wie beispielsweise des Reglers 18 ab.
-
Es wird auf die 4 und 5 Bezug genommen, in denen eine Weiterbildung des Inertialsensors 14 gezeigt ist.
-
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungen sind die beiden Messaufnehmer 30, 36 in einem einzigen Bauelement zusammengefasst.
-
Im Rahmen der 4 und 5 umfasst der Leadframe 48 einen umlaufenden Halterahmen 56 oder auch Dambar 56 genannt. Innerhalb des umlaufenden Dambars 56 ist eine Bestückinsel 58 über Stege 60 oder auch Dambaranbindungen 60 genannt gehalten. Von der Bestückinsel 58 führen Leiterbahnen 62 zur Schnittstelle 54, wobei eine der Leiterbahnen 62 einstückig mit der Bestückinsel 58 verbunden ist. Auch diese Leiterbahnen 62 sind am umlaufenden Dambar 56 gehalten. Die Leiterbahnen 62 innerhalb des umlaufenden Dambars 56 werden Innerleads genannt, während die Leiterbahnen 62 außerhalb des Dambars 56 Outerleads 54 genannt werden.
-
Die Messaufnehmer 30, 36 sowie die Signalaufbereitungsschaltung 34 sind gemeinsam mit einem Filterbauteil in Form eines ersten Filterelementes 64 auf einer Oberseite 66 des Leadframes 48 im Bereich der Bestückinsel 58 gehalten. Hierbei handelt es sich typischerweise um eine Schutzdiode mit mindestens einer Bondstelle. Alternativ können als Filterelement auch Varistoren, Zenerdioden, Widerstände, Kondensatoren oder dergleichen verwendet werden. Dabei verschalten die Bonddrähte 50 die auf der Oberseite 66 gehaltenen elektrischen Bauelemente in Form der Messaufnehmer 30, 36, der Signalverarbeitungsschaltung 34, des ersten Filterelement 64 mit den Leiterbahnen 62 elektrisch.
-
Auf einer Unterseite 68 des Leadframes 48, die der Oberseite 66 des Leadframes 48 gegenüberliegt, sind weitere Filterbauteile in Form eines zweiten Filterelementes 70, eines dritten Filterelementes 72, eines vierten Filterelementes 74 und eines fünften Filterelementes 76 angeordnet. Je eines des zweiten Filterelementes 70, des dritten Filterelementes 72 und des vierten Filterelementes 74 bindet je eine der nicht mit der Bestückinsel 58 einstückig verbundenen Leiterbahnen 62 an die Bestückinsel 58 an. Das fünfte Filterelement 76 ist in Reihe in einer der Leiterbahnen verschaltet. Dabei ist die Bestückinsel 58 auf ein Bezugspotential in Form von Masse 78 gelegt, so dass das zweite Filterelement 70, das dritte Filterelement 72 und das vierte Filterelement 74 die entsprechenden Leiterbahnen 62 in einem bestimmten Frequenzband erden und das fünfte Filterelement 76 in der entsprechenden Leiterbahn 62 in einem bestimmten Frequenzband einen elektrischen Widerstand darstellt. Das oder die Frequenzband/-bänder ist/sind so gewählt, dass für den Inertialsensor 14 eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit und eine hohe Sicherheit gegen elektrostatische Entladungen realisiert wird.
-
Der Leadframe 48 kann aus einer Kupferlegierung oder einer Eisen-Nickel-Legierung gefertigt sein und als Kontaktierschicht für die Bonddrähte 50 eine Silberschicht umfassen. Zum Herstellen des in 4 und 5 gezeigten Inertialsensors 14 wird zunächst der Inertialsensor 14 auf der Oberseite 66 mit den elektronischen Bauelementen 30, 36, 34, 64 bestückt und über die Bonddrähte 50 elektrisch verschaltet. Beim Verbonden werden die Bonddrähte 50 an die Kontaktierschicht des Leadframes 48 angebunden, wobei der Leadframe 48 mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Daher wird der Leadframe 48 während des Bondvorgangs am umlaufenden Dambar 56 geklemmt, um trotz der mechanischen Belastungen eine hohe Stabilität zu sichern und eine gleichbleibend hochqualitative Drahtbondverbindung zu erreichen.
-
Nach dem Bondvorgang kann der Leadframe 48 auf der Unterseite 68 mit den verbleibenden Filterelementen 70 bis 76 bestückt werden. Diese Filterelemente 70 bis 76 werden dabei vorzugsweise verklebt und/oder verlötet.
-
Um die mechanischen Beanspruchungen auf den Leadframe 48 beim Bestücken mit den verbleibenden Filterelementen 70 bis 76 so gering wie möglich zu halten und die Drahtbondverbindungen zwischen den Bonddrähten 50 und dem Leadframe 48 nicht zu gefährden, sollten beim Bestücken des Leadframes 48 mit den verbleibenden Filterelementen 70 ein kraft- und/oder wegüberwachter Bestückkopf verwendet werden.
-
Anschließend wird der Inertialsensor 14 in dem Entkopplungsmasse 51 und der Schutzmasse 52 eingehüllt, wobei in 4 der Übersichtlichkeit halber nur die Schutzmasse 52 dargestellt ist, weil auf die Entkopplungsmasse 51 je nach Sensor auch verzichtet werden kann. Abschließend wird der umlaufende Dambar 56 beispielsweise durch Stanzen vom fertigen Inertialsensor 14 durch Freistanzen des Inertialsensors 14 entfernt. Der so gebildete Sensor kann dann noch in einer weiteren, nicht gezeigten Schutzmasse eingehaust werden, um ihn vor eintretender Feuchtigkeit an den verbleibenden Dambaranbindungen 60 zu schützen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2010/037810 A1 [0002]
- DE 102011080789 A1 [0028]
- DE 102010002796 A1 [0038]
