DE102017129442A1

DE102017129442A1 - Druckmessanordnung

Info

Publication number: DE102017129442A1
Application number: DE102017129442.2A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US11513015B2; US20190178740A1; US20210088400A1; US10895512B2

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Druckmessanordnung. Die Druckmessanordnung beinhaltet einen ersten MEMS-Drucksensor, der auf einem Träger angeordnet ist, sowie einen zweiten MEMS-Drucksensor, der auf dem Träger angeordnet ist. Ferner beinhaltet die Druckmessanordnung eine auf dem Träger angeordnete integrierte Schaltung, die mit dem ersten MEMS-Drucksensor und dem zweiten MEMS-Drucksensor gekoppelt ist.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele befassen sich mit einer Druckmessanordnung.
Hintergrund
Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen sind Sensoren für gewöhnlich redundant vorgesehen. Der Signalvergleich der Sensoren erfolgt dabei global. Bei Drucksensoren für Seitenairbags im Fahrzeug werden beispielsweise die Messwerte der in verschiedenen Türen bzw. Klappen des Fahrzeugs verbauten Drucksensoren miteinander verglichen. Ein solcher Vergleich kann nur zu einem zuverlässigen Ergebnis führen, wenn der jeweils anliegende Druck identisch ist. Dies ist bei Seitentüren z.B. der Fall, wenn der Druck innerhalb der Tür identisch zum Umgebungsdruck ist. Jedoch können solche Tests nicht ausgeführt werden, wenn die Gefahr eines Unfalls nicht ausgeschlossen werden kann, um die Bereitschaft des Seitenairbags zu gewährleisten. Entsprechend können solche Test für gewöhnlich nur im Rahmen eines Startvorgangs des Fahrzeugs durchgeführt werden.
Zusammenfassung
Es besteht somit ein Bedürfnis, ein verbessertes Konzept zur redundanten Druckmessung bereitzustellen.
Der Bedarf kann durch den Gegenstand der Patentansprüche gedeckt werden.
Ausführungsbeispiele einer Druckmessanordnung umfassen einen ersten MEMS (Mikro-ElektroMechanisches System, engl. MicroElectroMechanical System)-Drucksensor, der auf einem Träger angeordnet ist, sowie einen zweiten MEMS-Drucksensor, der auf dem Träger angeordnet ist. Ferner umfasst die Druckmessanordnung eine auf dem Träger angeordnete integrierte Schaltung, die mit dem ersten MEMS-Drucksensor und dem zweiten MEMS-Drucksensor gekoppelt ist.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Druckmessanordnung;
2 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Druckmessanordnung;
3 und 4 zeigen eine Vorder- sowie eine Rückansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Druckmessanordnung;
5 und 6 zeigen eine Seiten- sowie Vorderansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer Druckmessanordnung;
7, 8 und 9 zeigen eine Seiten-, Vorder- sowie Rückansicht eines fünften Ausführungsbeispiels einer Druckmessanordnung; und
10 und 11 zeigen eine Seiten- sowie Vorderansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Druckmessanordnung.

Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können.
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer“, „ eine“, „eines“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, aufweist“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z.B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, solange dies hierin nicht ausdrücklich anders definiert ist.
1 zeigt eine Druckmessanordnung 100 umfassend einen ersten MEMS-Drucksensor 110, der auf einem Träger 140 angeordnet ist, sowie einen zweiten MEMS-Drucksensor 120, der auf dem Träger 140 angeordnet ist. Ferner umfasst die Druckmessanordnung 100 eine auf dem Träger 140 angeordnete integrierte Schaltung 130, die mit dem ersten MEMS-Drucksensor 110 und dem zweiten MEMS-Drucksensor 120 gekoppelt ist.
Die Druckmessanordnung 100 kann eine redundante Druckmessung mittels der ersten und zweiten MEMS-Drucksensoren 110, 120 ermöglichen. Da die beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 auf demselben Träger 140 angeordnet sind, kann selbst bei Ausfall eines der MEMS-Drucksensoren 110, 120 eine Druckmessung am Ort der Druckmessanordnung bereitgestellt werden. Bei dem Träger 140 kann es sich um jeglichen Schaltungs- bzw. Bauteilträger handeln, der geeignet ist MEMS-Bauteile sowie Halbleiterbauteile aufzunehmen. Beispielsweise kann der Träger 140 ein Anschlußrahmen (engl. lead frame) sein.
Über die integrierte Schaltung 130, die mit beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 gekoppelt ist, kann eine Plausibilisierung der Messwerte der MEMS-Drucksensoren 110, 120 und somit die Feststellung einer Beeinträchtigung bzw. Beschädigung eines der MEMS-Drucksensoren 110, 120 erfolgen.
Beispielsweise kann die integrierte Schaltung 130 ausgebildet sein, zu bestimmen, ob ein Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 110 gemäß einem vorgegebenen Kriterium einem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 120 entspricht. Das vorgegebene Kriterium kann dabei z.B. sein, dass der Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 110 (im Rahmen der Fehlertoleranz) identisch zu dem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 120 ist. Alternativ kann das vorgegebene Kriterium z.B. sein, dass eine Veränderung des Messwerts des ersten MEMS-Drucksensors 110 (im Rahmen der Fehlertoleranz) identisch oder entgegengesetzt zu einer Veränderung des Messwerts des zweiten MEMS-Drucksensors 120 ist. Derart können die Messwerte der beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 verifiziert werden.
Falls der Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 110 nicht dem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 120 entspricht, kann die integrierte Schaltung 130 ferner eingerichtet sein, den ersten MEMS-Drucksensor 110 und den zweiten MEMS-Drucksensor 120 anzusteuern, einen Selbsttest durchzuführen. Bei der Durchführung des Selbsttest führen die MEMS-Drucksensoren 110, 120 jeweils eine vorbestimmte Testroutine bzw. Testprozedur durch, um eine korrekte Funktionsweise des MEMS-Drucksensors zu prüfen. Mit anderen Worten: Die integrierte Schaltung 130 kann so verifizieren, ob ein Defekt bzw. eine Beschädigung an einem der MEMS-Drucksensoren 110, 120 vorliegt.
Falls die integrierte Schaltung 130 in Folge der Selbsttests der MEMS-Drucksensoren 110, 120 feststellt, dass einer der MEMS-Drucksensoren 110, 120 keine zuverlässigen Messwerte mehr liefern kann (z.B. aufgrund Beschädigung), kann die integrierte Schaltung 130 eingerichtet sein, (nur) die Messwerte des anderen der beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 als Messwert der Druckmessanordnung an einem Ausgang (nicht gezeigt) für eine externe Entität (z.B. ein Steuerungsgerät eines Fahrzeugs) bereitzustellen. Ferner kann die integrierte Schaltung 130 eingerichtet sein, den anderen der beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 nach einem vorbestimmten Schema anzusteuern, einen Selbsttest durchzuführen. Derart kann die integrierte Schaltung 130 verifizieren, ob der andere der beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 weiterhin ordnungsgemäß funktioniert. Weiterhin kann die integrierte Schaltung 130 auch eingerichtet sein, am Ausgang ein Warnsignal für eine externe Entität bereitzustellen, dass Informationen über den Verlust der Redundanz der Druckmessung und/oder Informationen über die Zuverlässigkeit der Messwerte der MEMS-Drucksensoren 110, 120 (z.B. dass einer der beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 einen Fehler bei der Durchführung des Selbsttest erkannt hat) umfasst. Derart kann verhindert werden, dass die externe Entität mit falschen Messwerten arbeitet.
Alternativ kann die Druckmessanordnung 100 die Messwerte der beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 auch am Ausgang für die externe Entität bereitstellen und die externe Entität (z.B. ein Steuergerät oder ein entsprechend konfigurierter Prozessor) führt den oben beschriebenen Vergleich, ob der Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 110 gemäß einem vorgegebenen Kriterium dem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 120 entspricht, durch. Falls der Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 110 nicht dem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 120 entspricht, kann die externe Entität Informationen darüber an die integrierte Schaltung 130 übermitteln, so dass die integrierte Schaltung 130 wiederum den ersten MEMS-Drucksensor 110 und den zweiten MEMS-Drucksensor 120 ansteuern kann, einen Selbsttest durchzuführen.
Der erste MEMS-Drucksensor 110 und der zweite MEMS-Drucksensor 120 können sowohl baugleich ausgeführt sein, als auch verschieden aufgebaut sein. Beispielsweise können die MEMS-Drucksensoren 110, 120 gleiche oder verschiede große Membrangrößen aufweisen. Ebenso können die MEMS-Drucksensoren 110, 120 auf verschiedenen oder demselben Messprinzip basieren. So können die beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 zur kapazitiven oder auch zur piezoresistiven Druckmessung ausgebildet sein.
Bei der in 1 gezeigten Druckmessanordnung 100 sind die beiden MEMS-Drucksensoren 110, 120 sowie die integrierte Schaltung 130 nebeneinander auf derselben Oberfläche des Trägers 140 angeordnet. Jedoch können die MEMS-Drucksensoren 110, 120 sowie die integrierte Schaltung 130 alternativ auch auf verschiedenen Seiten des Trägers 140 oder auch aufeinander angeordnet sein. Verschiedene Anordnungsmöglichkeiten werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 bis 9 näher beschrieben.
2 zeigt eine weitere Druckmessanordnung 200, die wiederum einen ersten MEMS-Drucksensor 210, der auf einem Träger 240 angeordnet ist, sowie einen zweiten MEMS-Drucksensor 220, der auf dem Träger 240 angeordnet ist, umfasst. Ferner ist eine integrierte Schaltung 230 (z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, engl. Application-Specific Integrated Circuit, ASIC), die mit dem ersten MEMS-Drucksensor 210 und dem zweiten MEMS-Drucksensor 220 gekoppelt ist, auf dem Träger 240 angeordnet. Dabei ist der erste MEMS-Drucksensor 210 auf einer ersten Seite des Trägers 240 (z.B. ein Anschlußrahmen) angeordnet, und der zweite MEMS-Drucksensor 220 ist auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägers 240 angeordnet. In der Druckmessanordnung 200 ist die integrierte Schaltung 230 zwischen dem ersten MEMS-Drucksensor 210 und dem Träger 240 angeordnet.
Dabei ist der zweite MEMS-Drucksensor 220 auf die zweite Seite des Trägers 240 geklebt (z.B. mittels eines weichen Klebers 260). Der erste MEMS-Drucksensor 210 ist auf die integrierte Schaltung 230 geklebt.
Durch die Anordnung der MEMS-Drucksensoren 210, 220 auf unterschiedlichen Seiten des Trägers 240 kann eine simultane mechanische Beschädigung beider MEMS-Drucksensoren 210, 220 nahezu ausgeschlossen werden. Ebenso kann eine hohe mechanische Entkopplung der beiden MEMS-Drucksensoren 210, 220 durch die integrierte Schaltung 230 und den Träger 240 ermöglicht werden - insbesondere auch durch die Verwendung des weichen Klebers 260 für die Befestigung der MEMS-Drucksensoren 210, 220.
Druckmessanordnung 200 umfasst zudem eine oder mehrere Gelschichten 250, die den ersten MEMS-Drucksensor 210 und/oder den zweiten MEMS-Drucksensor 220 und/oder einen mit dem ersten MEMS-Drucksensor 210 oder dem zweiten MEMS-Drucksensor 220 gekoppelten Bonddraht 211 bzw. 221 zumindest teilweise bedeckt bzw. bedecken. Die Gelschicht 250 kann z.B. Silikon umfassen. Mittels des Gels können die Oberflächen der MEMS-Dies und der Bonddrähte geschützt werden.
In 2 ist ferner angedeutet, dass der Träger 240, der erste MEMS-Drucksensor 210, der zweite MEMS-Drucksensor 220 und/oder die integrierte Schaltung 230 zumindest teilweise von einer Vergussmasse 270 umhüllt sind. Die Vergussmasse 270 ist z.B. Teil eines Gehäuses (engl. Package), das die weiteren Komponenten der Druckmessanordnung 200 umhüllt.
Durch entsprechende Formung der Vergussmasse 270 bzw. des Gehäuses der Druckmessanordnung 200 können ein erster Druckeinlass 280 und ein zweiter Druckeinlass 290 gebildet werden, welche in 2 nur angedeutet sind. Über den ersten Druckeinlass 280 kann ein Bereich vor der ersten Seite des Trägers 240 und somit der erste MEMS-Drucksensor 210 mit einem am ersten Druckeinlass 280 herrschenden ersten Druck in Kontakt gebracht bzw. beaufschlagt werden. Entsprechend kann über den zweiten Druckeinlass 290 ein Bereich vor der zweiten Seite des Trägers 240 und somit der zweite MEMS-Drucksensor 220 mit einem am zweiten Druckeinlass 290 herrschenden zweiten Druck in Kontakt gebracht bzw. beaufschlagt werden.
Somit ist der erste MEMS-Drucksensor 210 ausgebildet, den am ersten Druckeinlass 280 herrschenden ersten Druck zu messen, während der zweite MEMS-Drucksensor 220 ausgebildet ist, den am zweiten Druckeinlass 290 herrschenden zweiten Druck zu messen. Stehen beide Druckeinlässe 280, 290 z.B. mit demselben Volumen in Kontakt, sind der erste und der zweiten Druck im Wesentlichen identisch. Entsprechend sollten beide MEMS-Drucksensoren 210, 220 dieselben Messwerte ausgeben. Mittels der integrierten Schaltung 230 kann dies überwacht werden. Alternativ können die beiden Druckeinlässe 280, 290 auch mit verschiedenen Volumen in Kontakt stehen, so dass erste Druck unterschiedlich zu dem zweiten Druck sein kann. Entsprechend kann die integrierte Schaltung 230 aus den Messwerten der beiden MEMS-Drucksensoren 210, 220 z.B. einen Druckdifferenz zwischen dem am ersten Druckeinlass 280 herrschenden ersten Druck und dem am zweiten Druckeinlass 290 herrschenden zweiten Druck messen.
Druckmessanordnung 200 kann somit als ein Mehr-Chip-Gehäuse (engl. multichip package) mit einem ASIC und zwei MEMS-Zellen zur Druckmessung verstanden werden. Eine MEMS-Zelle ist dabei auf dem ASIC angeordnet, während die andere MEMS-Zelle auf der Rückseite des Anschlußrahmens angeordnet ist. Wie bereits oben angemerkt, kann derart eine gleichzeitige mechanische Beschädigung beider MEMS-Zellen nahezu ausgeschlossen werden. Ebenso können der ASIC und der Anschlußrahmen eine hervorragende mechanische Entkopplung der MEMS-Zellen ermöglichen, insbesondere in Kombination mit dem weichen Kleber für die Befestigung der MEMS-Dies.
Wie bereits in Zusammenhang mit 1 angemerkt, kann jede Art von MEMS-Drucksensor bzw. MEMS-Zelle verwendet werden (z.B. kapazitiv oder piezoresistiv). Ebenso kann die Unabhängigkeit der MEMS-Drucksensoren bzw. MEMS-Zellen durch die Verwendung diverser (d.h. nicht baugleicher) MEMS-Drucksensoren bzw. MEMS-Zellen (mit beispielsweise unterschiedlich großen Membranen) verbessert werden.
Wie auch die in 1 gezeigte integrierte Schaltung 130 kann auch die integrierte Schaltung 230 ausgebildet sein, die Messwerte der MEMS-Drucksensoren 210, 220 zu vergleichen und diese ggf. ansteuern, einen Selbsttest durchzuführen. Dadurch, dass die MEMS-Drucksensoren 210, 220 bei Bedarf einen Selbsttest durchführen können, kann die Bereitschaft (Verfügbarkeit) des Systems selbst bei Ausfall eines der MEMS-Drucksensoren 210, 220 aufrechterhalten werden.
Die Kopplung der MEMS-Drucksensoren 210, 220 mit der integrierten Schaltung 230 ist mit mehr Details in den 3 und 4 gezeigt, welche eine Vorder- und Rückansicht der Druckmessanordnung 200 zeigen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Gelschicht 250, der Kleber 260 und die Vergussmaße 270 in 3 und 4 nicht gezeigt.
3 zeigt eine Vorderansicht des Drucksensors 200, d.h. eine Draufsicht auf die erste Seite des Trägers 240, welcher als Anschlußrahmen ausgebildet ist. Der erste MEMS-Drucksensor 210 ist auf die integrierte Schaltung 230 geklebt, welche wiederum auf die erste Seite des Trägers 240 geklebt ist. Die integrierte Schaltung 230 ist über eine Mehrzahl an Bonddrähten 231 mit dem ersten MEMS-Drucksensor 210 (elektrisch) gekoppelt. Alternativ könnten der erste MEMS-Drucksensor 210 und die integrierten Schaltung 230 auch auf einem gemeinsamen Die ausgebildet sein. Die integrierte Schaltung 230 ist ferner über eine Mehrzahl an Bonddrähten mit leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten (engl. leads) 1, 2, ..., 8 des Trägers 240 gekoppelt. Über die Kontakte 1, 2, ..., 8 des Trägers 240 kann die integrierte Schaltung 230 mit Entitäten außerhalb der Druckmessanordnung gekoppelt werden bzw. kommunizieren.
Ferner weist der Träger 240 weitere leitfähige Bereiche bzw. Kontakte a, b, ..., e auf. Die die integrierte Schaltung 230 ist über zumindest einen ersten Bonddraht (hier eine Mehrzahl an Bonddrähten) auf der ersten Seite des Trägers 240 mit den leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten a, b, ..., e leitfähig gekoppelt.
Ferner ist aus 4, die eine Rückansicht der Druckmessanordnung 200 (d.h. eine Draufsicht auf die zweite Seite des Trägers 240) zeigt, ersichtlich, dass der zweite MEMS-Drucksensor 220 über zumindest einen zweiten Bonddraht (hier eine Mehrzahl an Bonddrähten) auf der zweiten Seite des Trägers 240 mit den leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten a, b, ..., e Trägers 240 leitfähig gekoppelt ist.
Über die leitfähige Bereiche bzw. Kontakte a, b, ..., e des Trägers 240 kann der zweite MEMS-Drucksensor 220 mit wenig Aufwand mit der integrierten Schaltung 230 auf der anderen Seite des Trägers 240 gekoppelt werden.
In 5 ist weiterhin eine alternative Druckmessanordnung 500 gezeigt, bei der der erste MEMS-Drucksensor 310 und der zweite MEMS-Drucksensor 520 auf derselben Seite des Trägers 540 angeordnet sind. Die integrierte Schaltung 530 ist dabei zwischen dem Träger 540 und sowohl dem ersten MEMS-Drucksensor 510 als auch dem zweiten MEMS-Drucksensor 520 angeordnet. Beispielsweise können der erste MEMS-Drucksensor 510 und der zweite MEMS-Drucksensor 520, wie in 5 gezeigt, mittels eines (weichen) Klebers 560 auf die integrierte Schaltung 530 geklebt sein. Alternativ könnten die MEMS-Drucksensoren 510, 520 und die integrierten Schaltung 530 auch auf einem gemeinsamen Die ausgebildet sein.
Die integrierte Schaltung 530 weist dabei die bereits oben in Zusammenhang mit den integrierten Schaltungen 130 und 230 beschriebenen Eigenschaften und Fähigkeiten auf. Ferner können Bauteile der Druckmessanordnung 500 wiederum zumindest teilweise von einer Vergussmasse 570 umhüllt sein. Ebenso können die MEMS-Drucksensoren 510, 520 als auch damit gekoppelten Bonddrähte zumindest teilweise von einer Gelschicht 550 bedeckt sein. Für Einzelheiten bzgl. der Gelschicht 550 oder der Umhüllung mit der Vergussmasse 570 sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In 5 sind beiden MEMS-Drucksensoren 510, 520 auf der ersten Seite (Vorderseite) des Trägers 540 angeordnet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die beiden MEMS-Drucksensoren 510, 520 auf der zweiten Seite (Rückseite) des Trägers 540 angeordnet sein können.
In 6 ist ferner noch eine Vorderansicht der Druckmessanordnung 500, d.h. eine Draufsicht auf die erste Seite des Trägers 540, gezeigt, um die Kopplung der integrierten Schaltung 530 an die MEMS-Drucksensoren 510, 520 zu verdeutlichen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Gelschicht 550, der Kleber 560 und die Vergussmaße 570 in 6 nicht gezeigt.
Die integrierte Schaltung 530 ist über eine erste Mehrzahl an Bonddrähten 531 mit dem ersten MEMS-Drucksensor 510 (elektrisch) gekoppelt. Ferner ist die integrierte Schaltung 530 ist über eine zweite Mehrzahl an Bonddrähten 532 mit dem zweiten MEMS-Drucksensor 520 (elektrisch) gekoppelt. Die integrierte Schaltung 530 ist ferner über eine Mehrzahl an Bonddrähten mit leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten 1, 2, ..., 8 des Trägers 540 gekoppelt. Über die Kontakte 1, 2, ..., 8 des Trägers 540 kann die integrierte Schaltung 530 mit Entitäten außerhalb der Druckmessanordnung gekoppelt werden bzw. kommunizieren.
Druckmessanordnung 500, welche beide MEMS-Zellen auf der Chipoberfläche (d.h. der integrierten Schaltung 530) trägt, kann im Vergleich zu den Druckmessanordnungen 100 und 200 eine reduzierten Unabhängigkeit der beiden MEMS-Drucksensoren 510, 520 bzgl. mechanischer Beschädigungen aufweisen, jedoch kann die Druckmessanordnung 500 kostengünstiger hergestellt werden (z.B. das Gehäuse bzw. der Zusammenbau können günstiger sein).
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckmessanordnung 700, welche differentielle Drucksensorzellen, die jeweils mit einem ersten Druckeinlass auf der Vorderseite und einem zweiten Druckeinlass auf der Rückseite des Die in Kontakt stehen, ist in 7 gezeigt.
Die Druckmessanordnung 700 umfasst einen ersten MEMS-Drucksensor 710, der auf einer ersten Seite (Vorderseite) des Trägers 740 angeordnet ist, und einen zweiten MEMS-Drucksensor, der auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite (Rückseite) des Trägers 740 angeordnet ist. Wie in 7 gezeigt, kann der erste MEMS-Drucksensor 710 beispielsweise mittels eines (weichen) Klebers 760 auf die erste Seite des Trägers 740 geklebt sein. Ebenso kann der zweite MEMS-Drucksensor 720 mittels des Klebers 760 auf die zweite Seite des Trägers 740 geklebt sein. Alternativ können die MEMS-Drucksensoren 710, 720 auch mittels jeder anderen geeigneten Methode an dem Träger 740 befestigt werden. Dabei ist der erste MEMS-Drucksensor 710 teilweise über einer ersten Aussparung 741 in dem Träger 740 angeordnet, währen der zweite MEMS-Drucksensor 720 teilweise über einer zweiten Aussparung 742 in dem Träger 740 angeordnet ist. Wie bereits in Zusammenhang mit den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben, können die MEMS-Drucksensoren 710, 720 als auch damit gekoppelten Bonddrähte zumindest teilweise von einer Gelschicht 750 bedeckt sein.
Die Kopplung der MEMS-Drucksensoren 710, 720 mit der integrierten Schaltung 730 ist mit mehr Details in den 8 und 9 gezeigt, welche eine Vorder- und Rückansicht der Druckmessanordnung 700 zeigen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Gelschicht 750, der Kleber 760 und die Vergussmaße 770 in 8 und 9 nicht gezeigt. Ferner sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 8 und 9 lediglich die Aussparungen 742 bzw. 741 eingezeichnet, jedoch nicht die jeweils auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers 740 befindlichen MEMS-Drucksensoren 720 bzw. 710.
8 zeigt eine Vorderansicht des Drucksensors 700, d.h. eine Draufsicht auf die erste Seite des Trägers 740, welcher als Anschlußrahmen ausgebildet ist. Der erste MEMS-Drucksensor 710 ist auf die erste Seite des Trägers 740 geklebt. Die integrierte Schaltung 730 ist über eine Mehrzahl an Bonddrähten mit dem ersten MEMS-Drucksensor 710 (elektrisch) gekoppelt. Die integrierte Schaltung 730 ist ferner über eine Mehrzahl an Bonddrähten mit leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten 1, 2, ..., 8 des Trägers 740 gekoppelt. Über die Kontakte 1, 2, ..., 8 des Trägers 740 kann die integrierte Schaltung 730 mit Entitäten außerhalb der Druckmessanordnung gekoppelt werden bzw. kommunizieren.
Ferner weist der Träger 740 weitere leitfähige Bereiche bzw. Kontakte a, b, ..., e auf. Die die integrierte Schaltung 730 ist über zumindest einen ersten Bonddraht (hier eine Mehrzahl an Bonddrähten) auf der ersten Seite des Trägers 740 mit den leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten a, b, ..., e leitfähig gekoppelt.
Ferner ist aus 9, die eine Rückansicht der Druckmessanordnung 700 (d.h. eine Draufsicht auf die zweite Seite des Trägers 740) zeigt, ersichtlich, dass der zweite MEMS-Drucksensor 720 über zumindest einen zweiten Bonddraht (hier eine Mehrzahl an Bonddrähten) auf der zweiten Seite des Trägers 740 mit den leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten a, b, ..., e Trägers 740 leitfähig gekoppelt ist.
Über die leitfähige Bereiche bzw. Kontakte a, b, ..., e des Trägers 740 kann der zweite MEMS-Drucksensor 720 mit wenig Aufwand mit der integrierten Schaltung 730 auf der anderen Seite des Trägers 740 gekoppelt werden.
Weiterhin umfasst die in 7 gezeigte Druckmessanordnung 700 einen ersten Druckeinlass 780 und einen zweiten Druckeinlass 780. Die Druckeinlässe 780, 790 sind in einem Gehäuse der Druckmessanordnung 700, welches beispielsweise von der Vergussmasse 770 gebildet sein kann, gebildet.
Über den ersten Druckeinlass 780 kann ein Bereich vor der ersten Seite des Trägers 740 mit einem am ersten Druckeinlass 780 herrschenden ersten Druck in Kontakt gebracht werden. Entsprechend kann über den zweiten Druckeinlass 790 ein Bereich vor der zweiten Seite des Trägers 740 mit einem am zweiten Druckeinlass 790 herrschenden zweiten Druck in Kontakt gebracht werden. Aufgrund der Aussparungen 741, 742 werden somit die MEMS-Drucksensoren 710, 720 sowohl mit dem ersten Druck als auch mit dem zweiten Druck beaufschlagt. Der erste MEMS-Drucksensor 710 und der zweite MEMS-Drucksensor 720 sind somit jeweils ausgebildet, eine Druckdifferenz zwischen dem am ersten Druckeinlass 780 herrschenden ersten Druck und dem am zweiten Druckeinlass 790 herrschenden zweiten Druck zu messen.
Ferner umfasst die Druckmessanordnung 700 noch eine auf dem Träger 740 angeordnete integrierte Schaltung 730, die mit dem ersten MEMS-Drucksensor 710 und dem zweiten MEMS-Drucksensor 720 gekoppelt ist. Über die integrierte Schaltung 730 kann wiederum eine Plausibilisierung der Messwerte der MEMS-Drucksensoren 710, 720 und somit die Feststellung einer Beeinträchtigung bzw. Beschädigung eines der MEMS-Drucksensoren 710, 720 erfolgen.
Beispielsweise kann die integrierte Schaltung 730 ausgebildet sein, zu bestimmen, ob ein Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 710 gemäß einem vorgegebenen Kriterium einem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 720 entspricht. Das vorgegebene Kriterium kann dabei z.B. sein, dass der Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 710 (im Rahmen der Fehlertoleranz) identisch zu dem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 720 ist. Alternativ kann das vorgegebene Kriterium z.B. sein, dass eine Veränderung des Messwerts des ersten MEMS-Drucksensors 710 (im Rahmen der Fehlertoleranz) entgegengesetzt zu einer Veränderung des Messwerts des zweiten MEMS-Drucksensors 720 ist. Derart können die Messwerte der beiden MEMS-Drucksensoren 710, 720 verifiziert werden.
Falls der Messwert des ersten MEMS-Drucksensors 710 nicht dem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors 720 entspricht, kann die integrierte Schaltung 730 ferner eingerichtet sein, den ersten MEMS-Drucksensor 710 und den zweiten MEMS-Drucksensor 720 anzusteuern, einen Selbsttest durchzuführen. Die integrierte Schaltung 730 kann so verifizieren, ob ein Defekt bzw. eine Beschädigung an einem der MEMS-Drucksensoren 710, 720 vorliegt.
Falls die integrierte Schaltung 730 in Folge der Selbsttest der MEMS-Drucksensoren 710, 720 feststellt, dass einer der MEMS-Drucksensoren 710, 720 keine zuverlässigen Messwerte mehr liefern kann (z.B. aufgrund Beschädigung), kann die integrierte Schaltung 730 eingerichtet sein, die Messwerte des anderen der beiden MEMS-Drucksensoren 710, 720 als Messwert der Druckmessanordnung an einem Ausgang (nicht gezeigt) für externe Entitäten (z.B. ein Steuerungsgerät eines Fahrzeugs) bereitzustellen. Ferner kann die integrierte Schaltung 730 eingerichtet sein, den anderen der beiden MEMS-Drucksensoren 710, 720 nach einem vorbestimmten Schema anzusteuern, einen Selbsttest durchzuführen. Derart kann die integrierte Schaltung 730 verifizieren, ob der andere der beiden MEMS-Drucksensoren 710, 720 weiterhin ordnungsgemäß funktioniert.
In 10 ist noch eine weitere Druckmessanordnung 1000 gezeigt, bei der der erste MEMS-Drucksensor 1010 und der zweite MEMS-Drucksensor 1020 auf derselben Seite des Trägers 1040 angeordnet sind. Der erste MEMS-Drucksensor 1010 und die integrierte Schaltung 1030 sind dabei auf einem gemeinsamen Die 1090 ausgebildet. Der zweite MEMS-Drucksensor 1020 ist mittels eines (weichen) Klebers 1060 auf die integrierte Schaltung 1030 bzw. den Die 1090 geklebt.
Der erste MEMS-Drucksensor 1010 ist dabei in einem ersten Bereich 1091 des Dies 1090 angeordnet. Der erste Bereich 1091 des Dies 1090 ist von einem zweiten Bereich 1092 des Dies 1090, in dem die integrierten Schaltung 1030 ausgebildet ist, stressentkoppelt. Mit anderen Worten: Der erste Bereich 1091 des Dies 1090 ist von dem zweiten Bereich 1092 des Dies 1090 mechanisch entkoppelt. Bei dem ersten Bereich 1091 kann es sich z.B. um eine „Insel“ aus Silizium handeln, in welcher der erste MEMS-Drucksensor 1010 ausgebildet ist und welche über eine federnde (Halbleiter-)Struktur an dem zweiten Bereich 1092 des Dies 1090 aufgehängt ist.
Die beiden MEMS-Drucksensor 1010, 1020 der Druckmessanordnung 1000 sind mittels verschiedener Prozesse hergestellt, d.h. sie sind divers implementiert. Entsprechend kann die Anfälligkeit der Druckmessanordnung 1000 gegenüber systematischen Fehlern in den Herstellungsprozessen der beiden MEMS-Drucksensor 1010, 1020 reduziert werden.
Die integrierte Schaltung 1030 weist dabei die bereits oben in Zusammenhang mit den integrierten Schaltungen 130 und 230 beschriebenen Eigenschaften und Fähigkeiten auf. Ferner können Bauteile der Druckmessanordnung 1000 wiederum zumindest teilweise von einer Vergussmasse 1070 umhüllt sein. Ebenso können die MEMS-Drucksensoren 1010, 1020 als auch damit gekoppelte Bonddrähte zumindest teilweise von einer Gelschicht 1050 bedeckt sein. Für Einzelheiten bzgl. der Gelschicht 1050 oder der Umhüllung mit der Vergussmasse 1070 sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In 11 ist ferner noch eine Vorderansicht der Druckmessanordnung 1000, d.h. eine Draufsicht auf die erste Seite des Trägers 1040, gezeigt, um die Einbettung des ersten MEMS-Drucksensors 1010 sowie der integrierten Schaltung 1030 in den gemeinsamen Die 1090 sowie die Kopplung der integrierten Schaltung 1030 an den zweiten MEMS-Drucksensoren 1020 zu verdeutlichen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Gelschicht 1050, der Kleber 1060 und die Vergussmaße 1070 in 11 nicht gezeigt.
Der erste MEMS-Drucksensor 1010 ist in dem vom restlichen Die 1090 stressentkoppelten Bereich 1091 ausgebildet. Der MEMS-Drucksensor 1010 ist über den Die 1090 mit der integrierten Schaltung 1030 (elektrisch) gekoppelt.
Die im zweiten Bereich 1092 die Dies 1090 ausgebildete integrierte Schaltung 1030 ist über eine Mehrzahl an Bonddrähten 1031 mit dem zweiten MEMS-Drucksensor 1020 (elektrisch) gekoppelt. Die integrierte Schaltung 1030 ist ferner über eine Mehrzahl an Bonddrähten mit leitfähigen Bereichen bzw. Kontakten 1, 2, ..., 8 des Trägers 1040 gekoppelt. Über die Kontakte 1, 2, ..., 8 des Trägers 1040 kann die integrierte Schaltung 1030 mit Entitäten außerhalb der Druckmessanordnung gekoppelt werden bzw. kommunizieren.
Alternativ kann der zweite MEMS-Drucksensor 1020 auch auf der zweiten Seite des Trägers 1040 angeordnet sein (z.B. mittels des (weichen) Klebers 1060 auf die zweite Seite des Trägers 1040 geklebt sein). Durch die Anordnung der MEMS-Drucksensoren 1010, 1020 auf verschiedenen Seiten des Trägers 1040 kann die Gefahr einer gleichzeitigen (mechanischen) Beschädigung beider MEMS-Drucksensoren 1010, 1020 reduziert werden.
Die vorstehenden beschriebenen Druckmessanordnungen 100, 200, 500, 700 und 1000 können als Ausführungsbeispiele einer zweikanaligen Druckmessarchitektur verstanden werden, die eine völlig redundante Druckmessung ermöglichen kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Druckmessanordnung (100), umfassend: einen ersten MEMS-Drucksensor (110), der auf einem Träger (140) angeordnet ist; einen zweiten MEMS-Drucksensor (120), der auf dem Träger (140) angeordnet ist; und eine auf dem Träger (140) angeordnete integrierte Schaltung (130), die mit dem ersten MEMS-Drucksensor (110) und dem zweiten MEMS-Drucksensor (120) gekoppelt ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) auf einer ersten Seite des Trägers (140) angeordnet ist, und wobei der zweite MEMS-Drucksensor (120) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägers (140) angeordnet ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 2, wobei der zweite MEMS-Drucksensor (120) auf die zweite Seite des Trägers (140) geklebt ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) auf die erste Seite des Trägers (140) geklebt ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die integrierte Schaltung (130) zwischen dem ersten MEMS-Drucksensor (110) und dem Träger (140) angeordnet ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 5, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) auf die integrierte Schaltung (130) geklebt ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) und die integrierte Schaltung (130) auf einem gemeinsamen Die ausgebildet sind.
Druckmessanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner umfassend: einen ersten Druckeinlass und einen zweiten Druckeinlass, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) ausgebildet ist, einen am ersten Druckeinlass herrschenden ersten Druck zu messen; und wobei der zweite MEMS-Drucksensor (120) ausgebildet ist, einen am zweiten Druckeinlass herrschenden zweiten Druck zu messen.
Druckmessanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner umfassend: einen ersten Druckeinlass und einen zweiten Druckeinlass, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) und der zweite MEMS-Drucksensor (120) jeweils ausgebildet sind, eine Druckdifferenz zwischen einem am ersten Druckeinlass herrschenden ersten Druck und einem am zweiten Druckeinlass herrschenden zweiten Druck zu messen.
Druckmessanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Träger zumindest einen leitfähigen Bereich aufweist, wobei die integrierte Schaltung (130) über zumindest einen ersten Bonddraht auf der ersten Seite des Trägers mit dem zumindest einen leitfähigen Bereich leitfähig gekoppelt ist, und wobei der zweite MEMS-Drucksensor (120) über zumindest einen zweiten Bonddraht auf der zweiten Seite des Trägers mit dem zumindest einen leitfähigen Bereich leitfähig gekoppelt ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) und der zweite MEMS-Drucksensor (120) auf derselben Seite des Trägers (140) angeordnet sind.
Druckmessanordnung nach Anspruch 11, wobei die integrierte Schaltung (130) zwischen dem Träger (140) und sowohl dem ersten MEMS-Drucksensor (110) als auch dem zweiten MEMS-Drucksensor (120) angeordnet ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 12, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) und der zweite MEMS-Drucksensor (120) auf die integrierte Schaltung geklebt sind.
Druckmessanordnung nach Anspruch 11, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) und die integrierte Schaltung (130) auf einem gemeinsamen Die ausgebildet sind, und wobei der zweite MEMS-Drucksensor (120) auf die integrierte Schaltung geklebt ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 7 oder Anspruch 14, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) in einem ersten Bereich des Dies angeordnet ist, der von einem zweiten Bereich des Dies stressentkoppelt ist, und wobei die integrierten Schaltung (130) in dem zweiten Bereich des Dies ausgebildet ist.
Druckmessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (140) ein Anschlußrahmen ist.
Druckmessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Gelschicht, die den ersten MEMS-Drucksensor (110) und/oder den zweiten MEMS-Drucksensor (120) und/oder einen mit dem ersten MEMS-Drucksensor (110) oder dem zweiten MEMS-Drucksensor (120) gekoppelten Bonddraht zumindest teilweise bedeckt.
Druckmessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (140), der erste MEMS-Drucksensor (110), der zweite MEMS-Drucksensor (120) und/oder die integrierte Schaltung (130) zumindest teilweise von einer Vergussmasse umhüllt sind.
Druckmessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (130) ausgebildet ist, zu bestimmen, ob ein Messwert des ersten MEMS-Drucksensors (110) gemäß einem vorgegebenen Kriterium einem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors (120) entspricht.
Druckmessanordnung nach Anspruch 19, wobei, falls der Messwert des ersten MEMS-Drucksensors (110) nicht dem Messwert des zweiten MEMS-Drucksensors (120) entspricht, die integrierte Schaltung (130) ferner eingerichtet ist, den ersten MEMS-Drucksensor (110) und den zweiten MEMS-Drucksensor (120) anzusteuern, einen Selbsttest durchzuführen.
Druckmessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) und der zweite MEMS-Drucksensor (120) baugleich sind.
Druckmessanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der erste MEMS-Drucksensor (110) und der zweite MEMS-Drucksensor (120) verschieden aufgebaut sind.