DE10340938A1 - Sensoranordnung - Google Patents

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Wolfgang Woernle
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, die insbesondere zur Messung von Beschleunigungen oder Drehraten verwendbar ist. DOLLAR A Um eine gute Abschirmwirkung des Sensors mit relativ geringem Aufwand zu erreichen, ohne bereits durch die Leadframes und Leiterbahnen des Trägerelementes, d. h. insbesondere einer Leiterplatte, zu erreichen, weist die Sensoranordnung mindestens auf: DOLLAR A einen Sensorchip (2), DOLLAR A einen Leadframe (5), auf das der Sensorchip (2) gesetzt ist, DOLLAR A ein Kunststoffgehäuse (7), in dem der Sensorchip (2) und ein Teil des Leadframes (5) eingeschmolzen ist, DOLLAR A ein Trägerelement (9) mit Leiterbahnen (10), auf das der Leadframe (5) gesetzt ist, wobei der Leadframe (5) an die Leiterbahnen (10) angeschlossen ist, DOLLAR A wobei der Sensorchip (2) zwischen dem Leadframe (5) und dem Trägerelement (9) angeordnet ist und auf dem Trägerelement (9) unterhalb des Sensorchips (2, 3) ein leitfähiger Bereich (10, 15) ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere zur Messung von Beschleunigungen oder Drehraten.
  • Mikromechanische Sensoren, z. B. Beschleunigungs- und Drehratensensoren weisen häufig zwei Siliziumchips auf. Hier ist auf einem Chip die mikromechanische Sensorstruktur und auf dem anderen die elektronische Auswerteschaltung aufweisen. Alternativ hierzu können auch die Mikromechanik und die Auswerteschaltung auf nur einem einzigen Chip integriert sein.
  • Die Verpackung der Chips erfolgt mit geringem Herstellungsaufwand und geringen Herstellungskosten in Chipgehäusen, wie z. B. PLCC- oder SOIC-Gehäusen. Hierbei werden die Chips auf einen Leadframe bzw. Leiterrahmen aus Metall aufgeklebt und anschließend mit einer Kunststoffmasse umspritzt bzw. gemoldet. Die derartig gemoldeten Standard-Chipgehäuse werden üblicherweise auf eine Leiterplatte als geeignete Trägereinrichtung zusammen mit anderen elektrischen Bauelementen bestückt.
  • In der Anwendung sind derartige Sensoren oft elektromagnetischen Feldern ausgesetzt, die zu Störungen der Sensorsignale führen können. Derartige Störungen treten insbesondere bei kapazitiven, abgetasteten Sensorsystemen deutlich in Erscheinung. Höhe Anforderungen für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bestehen z. B. bei ausgelagerten Sensoren für Airbagsystemen in Kraftfahrzeugen.
  • Um eine Beeinflussung der Sensoren zu vermeiden, sind dementsprechend oft zusätzliche Maßnahmen, z. B. eine Abschirmung des Sensors durch ein Metallgehäuse erforderlich. Hierdurch wird die Sensoranordnung aufwendiger, schwerer und kostspieliger.
  • Die erfindungsgemäße Sensoranordnung weist demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass bei geringem Herstellungsaufwand und vorteilhafterweise geringen Herstellungskosten eine hohe Unempfindlichkeit gegen elektrische Felder erreicht werden kann. Dementsprechend können zusätzliche Maßnahmen zur Abschirmung elektromagnetischer Felder entfallen bzw. kann eine höhere Sensorperformance ohne zusätzliche EMV-Schutzmaßnahmen erreicht werden.
    •
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Abschirmwirkung bereits durch die Leadframes und Leiterbahnen des Trägerelementes, d.h. insbesondere einer Leiterplatte, zu erreichen.
  • Erfindungsgemäß kann dies überraschenderweise bereits durch eine gegenüber herkömmlichen Systemen umgedrehte Anordnung des einen oder mehreren Chips auf dem Leadframe erreicht werden, so dass der Chip bzw. die Chips zwischen dem Leadframe und Leiterbahnen/Leiterflächen des z.B. als Leiterplatte ausgebildeten Trägerelementes angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung kann die äußere Form bekannter Kunststoffgehäuse, z. B. SOIC oder PLCC, beibehalten werden, so dass von herkömmlichen Systemen ausgehend in der Herstellung geringe Umrüstkosten anfallen. Im Wesentlichen können an sich bekannte Leadframes verwendet werden, die in ihrem mittleren Bereich zwischen den Anschlusspins statt der üblichen Wölbung nach unten erfindungsgemäß vorteilhafterweise eine Wölbung nach oben aufweisen. An den Leadframe können die an sich bereits bekannten Sensorchips und Auswertechips geklebt werden.
  • Somit können vorzugsweise reine Kunststoffgehäuse ohne zusätzliche z. B. metallische Abschirmungen verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß kann insbesondere ein Sensorchip mit geeigneter Strukturierung verwendet werden, bei dem das Sensorsignal kapazitiv ausgelesen wird. Hierbei kann eine Messung der Beschleunigung oder Drehrate, z. B. für Airbagsysteme in Kraftfahrzeugen, verwendet werden.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Sensoranordnung;
  • 2 eine Unteransicht des teilweise gebrochen dargestellten Gehäuses mit eingeschmolzenen Chips.
  • Ein Sensoranordnung 1 weist einen durch mikromechanische Strukturierung hergestellten Sensorchip 2 und einen ASIC (application specified integrated circuit) 3 auf, die über Leitungsbonds 4 miteinander verbunden sind. Die Chips 2, 3 sind auf ein Leadframe 5 mit mehreren Anschlusspins 6 aufgeklebt und über weitere Leitungsbonds 4 mit den Anschlusspins 6 verbunden. Die Chips 2, 3 sind mit einem mittleren Bereich des Leadframes 5 in einem Kunststoffgehäuse 7 eingespritzt bzw. gemoldet. Wie aus dem Querschnitt der 2 zu entnehmen ist, sind die Chips 2, 3 und die sie verbindenden Leitungsbonds 4 hierdurch vollständig von der Kunststoffmasse des Kunststoffgehäuses 7 umgeben.
  • Das Leadframe 5 ist mit den Anschlusspins 6 auf eine Leiterplatte 9 aufgesetzt und mit Leiterbahnen 10 und einer Massefläche 15 der Leiterplatte 9 verlötet.
  • Erfindungsgemäß sind die Sensoren 2, 3 zwischen dem Leadframe 5 und der Leiterplatte 9 angeordnet. Dementsprechend weisen die auf den Leadframe 5 geklebten Unterseiten 12 der Chips 2, 3 gemäß 2 nach oben und ihre Oberseiten 13 nach unten, d.h. zu der Leiterplatte 9 hin. Erfindungsgemäß erstreckt sich vorteilhafterweise die Massefläche 15 auf der Leiterplatte 9 bis in den Bereich unterhalb der Chips 2, 3, so dass die Chips 2, 3 nach oben und den Seiten hin durch den Leadframe 5 und nach unten durch die Massefläche 15 und gegebenenfalls weitere Leiterbahnen 10 gegenüber elektromagnetischer Strahlung abgeschirmt sind.
  • Zur Herstellung der gezeigten Sensoranordnung 1 werden zunächst die Chips 2, 3 in bekannter Weise auf den Leadframe 5 geklebt und durch die Leitungsbonds 4 miteinander und mit den Anschlusspins 6 verbunden. Nachfolgend wird das Kunststoffgehäuse 7 gespritzt bzw. gemoldet und das Gehäuse 7 mit den Anschlusspins 3 mit nach unten zeigenden Chips 2, 3 in an sich bekannter Weise auf die Leiterplatte 9 gesetzt und mit den Leiterbahnen 10 und der Massefläche 15 verlötet. Die Leiterplatte 9 kann hierbei in an sich bekannter Weise mit weiteren Bauelementen bestückt werden.
  • Der Sensorchip 2 ist vorteilhafterweise ein Beschleunigungssensor mit z. B. durch Strukturierung gewonnenen Sturkuren, die aufgrund Beschleunigung zueinander verstellbar sind, woraus durch z. B. kapazitive Messungen Änderungen der Abstände der Strukturen ermittelt werden können.

Claims (10)

  1. Sensoranordnung, mit mindestens: einem Sensorchip (2), einem Leadframe (5), auf das der Sensorchip (2) gesetzt ist, einem Kunststoffgehäuse (7), in dem der Sensorchip (2) und ein Teil des Leadframes (5) eingeschmolzen ist, einem Trägerelement (9) mit Leiterbahnen (10), auf das der Leadframe (5) gesetzt ist, wobei der Leadframe (5) an die Leiterbahnen (10) angeschlossen ist, wobei der Sensorchip (2) zwischen dem Leadframe (5) und dem Trägerelement (9) angeordnet ist und auf dem Trägerelement (9) unterhalb des Sensorchips (2, 3) ein leitfähiger Bereich (10, 15) ausgebildet sind.
  2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Bereich (10, 15) des Trägerelementes (9) unterhalb des Sensorchips (2, 3) Leiterbahnen (10) aufweist.
  3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Bereich (10, 15) des Trägerelementes (9) unterhalb des Sensorchips (2, 3) eine Massefläche (15) aufweist.
  4. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (2) mit seiner Unterseite (12) auf das Leadframe (5) gesetzt ist und seine Oberseite (13) dem Trägerelement (9) gegenüberliegt.
  5. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Auswertechip (3) aufweist, der mit dem Sensorchip (2) über Leitungsbonds (4) verbunden ist, wobei der Auswertechip (3) mit dem Sensorchip (2) in dem Kunststoffgehäuse (7) eingeschmolzen ist.
  6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensorchip (2) eine Auswerteschaltung integriert ist.
  7. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (2) mikromechanisch strukturiert ist zur Messung von Beschleunigungen und/oder Drehraten.
  8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (2) kapazitiv auslesbar ist.
  9. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement eine Leiterplatte (9) ist.
  10. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (7) frei von metallischen Abschirmeinrichtungen ist.
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