EP2008071A1 - Sensor apparatus - Google Patents

Sensor apparatus

Info

Publication number
EP2008071A1
EP2008071A1 EP07727187A EP07727187A EP2008071A1 EP 2008071 A1 EP2008071 A1 EP 2008071A1 EP 07727187 A EP07727187 A EP 07727187A EP 07727187 A EP07727187 A EP 07727187A EP 2008071 A1 EP2008071 A1 EP 2008071A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
sensor device
force
bending point
sensor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07727187A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frieder Haag
Sascha Goetzl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2008071A1 publication Critical patent/EP2008071A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/04—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs
    • G01L1/044—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs of leaf springs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for detecting a pressure or a force with at least one sensor element which is made of a semiconductor substrate and is sensitive to bending and which is largely molded into a housing.
  • Such sensor devices are used for a wide variety of applications in the field of consumer electronics, for example in touch-sensitive screens of PDAs and smartphones or in laptops which are equipped with a touch-sensitive surface as a mouse replacement.
  • the force / pressure sensors that are used here for measuring value acquisition must also be very robust, since in the typical applications of the touch-sensitive surfaces in question, the so-called touchpads, Forces of up to approx. 5 N occur. In addition, the force / pressure sensors used here should be overload-proof against breakage or similar up to approx. 50 N.
  • German patent application 10 2005 03 69 55 describes a sensor device of the type mentioned at the outset, which both fulfills the above-mentioned requirements for measurement accuracy and is sufficiently robust.
  • This known sensor device comprises a pressure sensor chip, which is produced from a semiconductor substrate using surface micromechanical methods and is largely molded into a housing.
  • the micromechanical structure of the pressure sensor chip comprises a membrane that spans and seals off a cavern.
  • the upper housing part of the known sensor device formed above the membrane should be movable at least within certain limits and have a force shunt to the membrane, so that a force acting on the upper housing part is at least partially transmitted to the membrane.
  • the pressure sensor chip used here is a micromechanical component that is relatively complex to manufacture.
  • the manufacturing requirements for the housing of the pressure sensor chip, in particular for the upper housing part, are also relatively high, so that the known sensor device as a whole is relatively expensive in view of the constantly falling prices for products from the field of consumer electronics.
  • the present invention proposes a particularly cost-effective further development of the known sensor device, which is distinguished by a very simple, robust and easy-to-use structure and at the same time enables measurement value acquisition with the accuracy required for applications in consumer electronics.
  • the housing has at least one predetermined bending point, on which the pressure to be recorded or the force to be recorded acts.
  • Sensor element is arranged in the area of this predetermined bending point, so that it is bent together with the housing and, in the event of a bending, provides an output signal corresponding to the force causing the bending.
  • the forces to be detected generally cause the housing of the known sensor device to bend.
  • the construction of the known sensor device can be greatly simplified if one detects this bending of the housing directly or indirectly.
  • the pressure sensor chip with its relatively complicated micromechanical structure can be replaced by a very simple sensor element sensitive to bending, such as one or more strain gauges.
  • any sensor element that is sensitive to bending can be used as a sensor element - including a pressure sensor chip.
  • a sensor element - including a pressure sensor chip for a particularly simple and inexpensive variant, the use of silicon strips with piezo-sensitive resistors as the sensor element is proposed.
  • thermoset in particular from an epoxy
  • FIG. 1a shows a section through a first sensor device 10
  • Ib shows a top view of this first sensor device 10.
  • FIG. 2a shows a section through a second sensor device 20
  • the housing 1 has a predetermined bending point 4.
  • the housing 1 is deliberately weakened in the area of the predetermined bending point 4, for example by the wall being made thinner or having been provided with a notch.
  • the predetermined bending point 4 must be arranged and aligned so that it can absorb the force to be detected.
  • the sensor element 3 extends over the area of the predetermined bending point 4 and is accordingly bent together with the housing 1 when a force, as indicated by the arrow 2, acts on the sensor device 10.
  • two predetermined bending points 24 are formed on the housing 21.
  • the sensor element 23 extends over both predetermined bending points 24. It is - as in the case of Sensor device 10 - arranged together with an ASIC 25 on a lead frame 26 and molded into the housing 21.
  • the ASIC 25 is located in the left half of the housing, which sits directly on a circuit board when assembled.
  • the right half of the housing is only fixed on the end of the circuit board. Because of the special shape of the housing of the sensor device 20, even in the assembled state, there remains an intermediate space between the printed circuit board and the central area 30 of the right half of the housing, in which the two predetermined bending points 24 are arranged.

Abstract

The present invention proposes a particularly cost-effective sensor apparatus for detecting a pressure or a force, said apparatus being distinguished by a very simple and robust design which is easy to apply and simultaneously making it possible to detect measured values with the level of accuracy required for applications in consumer electronics. To this end, the sensor apparatus comprises at least one sensor element (3) which is produced from a semiconductor substrate, is sensitive to bending and is moulded into a housing (1) to the greatest possible extent. In addition, the housing (1) has at least one desired bending point (4) on which the pressure or force to be detected acts. Since the sensor element (3) is arranged in the region of the desired bending point (4), it is bent together with the housing (1) and then provides a corresponding output signal.

Description

Sensorvorrichtung Sensor device
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Drucks bzw. einer Kraft mit mindestens einem aus einem Halbleitersubstrat hergestellten, gegen Verbiegung empfindlichen Sensorelement, das weitestgehend in ein Gehäuse gemoldet ist.The invention relates to a sensor device for detecting a pressure or a force with at least one sensor element which is made of a semiconductor substrate and is sensitive to bending and which is largely molded into a housing.
Derartige Sensorvorrichtungen werden für verschiedenste Anwendungen im Bereich der Consumer-Elektronik eingesetzt, beispielsweise bei berührungsempfindlichen Bildschirmen von PDAs und Smartphones oder bei Laptops, die mit einer berührungsempfindlichen Fläche als Mausersatz ausgestattet sind.Such sensor devices are used for a wide variety of applications in the field of consumer electronics, for example in touch-sensitive screens of PDAs and smartphones or in laptops which are equipped with a touch-sensitive surface as a mouse replacement.
Es ist bekannt, die Oberfläche einer solchen berührungsempfindlichen Fläche als starre Platte auszuführen, die an mehreren Punkten auf kraftempfindlichen Elementen gelagert ist. Mit Hilfe des Hebelgesetzes kann aus dem Verhältnis der an den einzelnen Messpunkten erfassten Kräfte auf die Position der Krafteinwirkung, also die Position eines Stifts bzw. Fingers, geschlossen werden. Dazu müssen die Kräfte aber mit einer Genauigkeit von ca. 1% bestimmt werden können. Die Anpresskraft ergibt sich aus der Summe der erfassten Kräfte und kann ggf. als Strichstärke wiedergegeben werden .It is known to design the surface of such a touch-sensitive surface as a rigid plate which is supported at several points on force-sensitive elements. With the help of the lever law, the position of the force action, ie the position of a pin or finger, can be inferred from the ratio of the forces detected at the individual measuring points. To do this, the forces must be able to be determined with an accuracy of approx. 1%. The contact pressure results from the sum of the detected forces and can be reproduced as a line width if necessary.
Die Kraft-/Drucksensoren, die hier zur Messwerterfassung eingesetzt werden, müssen außerdem sehr robust sein, da bei den typischen Anwendungen der hier in Rede stehenden berührungsempfindlichen Flächen, den sogenannten Touchpads, Kräfte von bis ca. 5 N auftreten. Darüber hinaus sollten die hier verwendeten Kraft-/Drucksensoren bis ca. 50 N überlastsicher gegen Bruch oder ähnliches sein.The force / pressure sensors that are used here for measuring value acquisition must also be very robust, since in the typical applications of the touch-sensitive surfaces in question, the so-called touchpads, Forces of up to approx. 5 N occur. In addition, the force / pressure sensors used here should be overload-proof against breakage or similar up to approx. 50 N.
In der deutschen Patentanmeldung 10 2005 03 69 55 wird eine Sensorvorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, die sowohl die voranstehend genannten Anforderungen an die Messgenauigkeit erfüllt als auch hinreichend robust ist. Diese bekannte Sensorvorrichtung umfasst einen Drucksensorchip, der mit Verfahren der Oberflächenmikromechanik aus einem Halbleitersubstrat hergestellt ist und weitestgehend in ein Gehäuse gemoldet ist. Die mikromechanische Struktur des Drucksensorchips umfasst eine Membran, die eine Kaverne überspannt und abschließt. Das oberhalb der Membran ausgebildete Gehäuseoberteil der bekannten Sensorvorrichtung soll wenigstens in gewissen Grenzen beweglich sein und einen Kraftnebenschluss zur Membran aufweisen, so dass eine auf das Gehäuseoberteil wirkende Kraft zumindest teilweise auf die Membran übertragen wird.German patent application 10 2005 03 69 55 describes a sensor device of the type mentioned at the outset, which both fulfills the above-mentioned requirements for measurement accuracy and is sufficiently robust. This known sensor device comprises a pressure sensor chip, which is produced from a semiconductor substrate using surface micromechanical methods and is largely molded into a housing. The micromechanical structure of the pressure sensor chip comprises a membrane that spans and seals off a cavern. The upper housing part of the known sensor device formed above the membrane should be movable at least within certain limits and have a force shunt to the membrane, so that a force acting on the upper housing part is at least partially transmitted to the membrane.
Bei dem hier verwendeten Drucksensorchip handelt es sich um ein relativ aufwändig herzustellendes mikromechanisches Bauelement. Auch die fertigungstechnischen Anforderungen an das Gehäuse des Drucksensorchips, insbesondere an das Gehäuseoberteil, sind relativ hoch, so dass die bekannte Sensorvorrichtung insgesamt im Hinblick auf die stetig fallenden Preise für Produkte aus dem Bereich der Consumer- Elektronik relativ teuer ist.The pressure sensor chip used here is a micromechanical component that is relatively complex to manufacture. The manufacturing requirements for the housing of the pressure sensor chip, in particular for the upper housing part, are also relatively high, so that the known sensor device as a whole is relatively expensive in view of the constantly falling prices for products from the field of consumer electronics.
Vorteile der Erfindung Mit der vorliegenden Erfindung wird eine besonders kostengünstige Weiterbildung der bekannten Sensorvorrichtung vorgeschlagen, die sich durch einen sehr einfachen, robusten und einfach zu applizierenden Aufbau auszeichnet und gleichzeitig eine Messwerterfassung mit der für Anwendungen in der Consumer-Elektronik erforderlichen Genauigkeit ermöglicht .Advantages of the invention The present invention proposes a particularly cost-effective further development of the known sensor device, which is distinguished by a very simple, robust and easy-to-use structure and at the same time enables measurement value acquisition with the accuracy required for applications in consumer electronics.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Gehäuse mindestens eine Sollbiegestelle aufweist, auf die der zu erfassende Druck bzw. die zu erfassende Kraft einwirkt. DasAccording to the invention, this is achieved in that the housing has at least one predetermined bending point, on which the pressure to be recorded or the force to be recorded acts. The
Sensorelement ist im Bereich dieser Sollbiegestelle angeordnet, so dass es zusammen mit dem Gehäuse verbogen wird und im Falle einer Verbiegung ein Ausgangssignal entsprechend der die Verbiegung verursachenden Kraft liefert.Sensor element is arranged in the area of this predetermined bending point, so that it is bent together with the housing and, in the event of a bending, provides an output signal corresponding to the force causing the bending.
Zunächst ist erkannt worden, dass die zu erfassenden Kräfte in der Regel eine Verbiegung des Gehäuses der bekannten Sensorvorrichtung verursachen. Erfindungsgemäß ist dann erkannt worden, dass sich der Aufbau der bekannten Sensorvorrichtung stark vereinfachen lässt, wenn man diese Verbiegung des Gehäuses mittelbar oder unmittelbar erfasst. In diesem Fall kann nämlich der Drucksensorchip mit seiner relativ komplizierten mikromechanischen Struktur durch ein sehr einfaches gegen Verbiegungen empfindliches Sensorelement, wie z.B. einen oder auch mehrere Dehnmessstreifen, ersetzt werden. Ergänzend dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Gehäuse mit mindestens einer Sollbiegestelle auszustatten. Diese Maßnahme unterstützt die Messgenauigkeit bzw. Messempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, da das Gehäuse bei einer Krafteinwirkung im Bereich der Sollbiegestelle eine signifikante, definierte Verbiegung erfährt. Da das Sensorelement mit dem Gehäuse verbogen wird, liefert es ein entsprechend differenziertes Ausgangssignal.First of all, it was recognized that the forces to be detected generally cause the housing of the known sensor device to bend. According to the invention, it was then recognized that the construction of the known sensor device can be greatly simplified if one detects this bending of the housing directly or indirectly. In this case, the pressure sensor chip with its relatively complicated micromechanical structure can be replaced by a very simple sensor element sensitive to bending, such as one or more strain gauges. In addition to this, it is proposed according to the invention to provide the housing with at least one predetermined bending point. This measure supports the measuring accuracy or measuring sensitivity of the sensor device according to the invention, since the housing experiences a significant, defined bending when a force is exerted in the area of the predetermined bending point. Since that Sensor element is bent with the housing, it delivers a differentiated output signal.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, insbesondere des Sensorelements sowie des Gehäuses.Basically, there are various options for realizing the sensor device according to the invention, in particular the sensor element and the housing.
Als Sensorelement kommt prinzipiell jedes Sensorelement in Frage, das gegen Verbiegung empfindlich ist - also auch ein Drucksensorchip. Für eine besonders einfache und kostengünstige Variante wird die Verwendung von Siliziumstreifen mit piezoempfindlichen Widerständen als Sensorelement vorgeschlagen.In principle, any sensor element that is sensitive to bending can be used as a sensor element - including a pressure sensor chip. For a particularly simple and inexpensive variant, the use of silicon strips with piezo-sensitive resistors as the sensor element is proposed.
Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Fertigung erweist es sich als vorteilhaft, das Gehäuse aus einem Duroplasten, insbesondere aus einem Epoxid, herzustellen.With regard to simple and inexpensive production, it proves to be advantageous to produce the housing from a thermoset, in particular from an epoxy.
Ist die Richtung der zu erfassenden Kräfte vorgegeben, wie beispielsweise im Falle einer berührungsempfindlichen Fläche, wo jeweils nur die senkrecht zu dieser Fläche wirkende Kraftkomponente ausgewertet wird, so kann die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung zum Anschluss an eine Auswerteeinheit einfach auf einer Leiterplatte montiert werden. In der Regel wird die Leiterplatte dann senkrecht zur Kraftrichtung orientiert, so dass sie die zu erfassenden Kräfte zumindest teilweise aufnehmen kann. In diesem Fall wird das Gehäuse der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung bevorzugt so auf der Leiterplatte montiert, dass es in mindestens einem Bereich außerhalb der Sollbiegestelle unterstützt wird und über die Sollbiegestelle gegen die Leiterplatte verbiegbar ist. Dabei sollten die mechanischen und elektrischen Verbindungen zwischen der Sensorvorrichtung und der Leiterplatte möglichst wenig beansprucht werden. Das kann einfach durch Unterstützung des Gehäuses in mindestens zwei Bereichen erreicht werden, wenn diese Bereiche so gewählt sind, dass eine Krafteinwirkung an der Sollbiegestelle kein Drehmoment am montierten Gehäuse bewirkt.If the direction of the forces to be detected is predetermined, for example in the case of a touch-sensitive surface, where only the force component acting perpendicular to this surface is evaluated, the sensor device according to the invention can be easily mounted on a circuit board for connection to an evaluation unit. As a rule, the circuit board is then oriented perpendicular to the direction of force, so that it can at least partially absorb the forces to be detected. In this case, the housing of the sensor device according to the invention is preferably mounted on the printed circuit board in such a way that it is supported in at least one area outside the predetermined bending point and can be bent against the printed circuit board via the predetermined bending point. The mechanical and electrical connections between the sensor device and the circuit board should be stressed as little as possible. The can be easily achieved by supporting the housing in at least two areas if these areas are selected so that a force applied at the predetermined bending point does not cause any torque on the assembled housing.
Zeichnungdrawing
Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.As already discussed above, there are various ways of advantageously designing and developing the teaching of the present invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the claims subordinate to claim 1 and on the other hand to the following description of two exemplary embodiments of the invention with reference to the drawings.
Fig. Ia zeigt einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 10 und1a shows a section through a first sensor device 10 and
Fig. Ib zeigt eine Draufsicht auf diese erste Sensorvorrichtung 10.Ib shows a top view of this first sensor device 10.
Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 20 und2a shows a section through a second sensor device 20 and
Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf diese zweite Sensorvorrichtung 20.2b shows a top view of this second sensor device 20.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die in den Figuren Ia und b dargestellte Sensorvorrichtung 10 dient zum Erfassen eines Drucks bzw. einer Kraft, die im wesentlichen senkrecht von oben auf das Gehäuse 1 einwirkt, was durch den Pfeil 2 in Fig. Ia angedeutet wird. Die Sensorvorrichtung 10 umfasst ein gegen Verbiegung empfindliches Sensorelement 3, das aus einem Halbleitersubstrat hergestellt ist. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensorelement 3 um einen einfachen Siliziumstreifen mit piezoempfindlichen Widerständen. Der Siliziumstreifen und mit ihm die piezoempfindlichen Widerstände sind so angeordnet, dass sich ihr Widerstandswert bei einer Verbiegung in Richtung der Kraft 2 ändert. Das Sensorelement 3 ist in das Gehäuse 1 gemoldet. Als Moldmasse eignet sich beispielsweise ein Duroplast oder ein Epoxid. Je nach Anwendung können aber auch andere Materialien als Moldmasse verwendet werden.The sensor device 10 shown in FIGS. 1a and b serves to detect a pressure or a force which acts essentially vertically on the housing 1 from above, which is indicated by the arrow 2 in Fig. Ia. The sensor device 10 comprises a sensor element 3 which is sensitive to bending and which is produced from a semiconductor substrate. In the exemplary embodiment described here, the sensor element 3 is a simple silicon strip with piezo-sensitive resistors. The silicon strip and with it the piezo-sensitive resistors are arranged in such a way that their resistance value changes when they bend in the direction of the force 2. The sensor element 3 is molded into the housing 1. A thermoset or an epoxy, for example, is suitable as the molding compound. Depending on the application, other materials can also be used as molding compound.
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse 1 eine Sollbiegestelle 4 auf. Das Gehäuse 1 ist im Bereich der Sollbiegestelle 4 gezielt geschwächt, beispielsweise indem die Wandung dünner ausgeführt ist oder mit einer Kerbe versehen wurde. In jedem Fall muss die Sollbiegestelle 4 so angeordnet und ausgerichtet werden, dass sie die zu erfassende Kraft aufnehmen kann.According to the invention, the housing 1 has a predetermined bending point 4. The housing 1 is deliberately weakened in the area of the predetermined bending point 4, for example by the wall being made thinner or having been provided with a notch. In any case, the predetermined bending point 4 must be arranged and aligned so that it can absorb the force to be detected.
Das Sensorelement 3 erstreckt sich bis über den Bereich der Sollbiegestelle 4 und wird dementsprechend zusammen mit dem Gehäuse 1 verbogen, wenn eine Kraft, wie mit dem Pfeil 2 angedeutet, auf die Sensorvorrichtung 10 einwirkt.The sensor element 3 extends over the area of the predetermined bending point 4 and is accordingly bent together with the housing 1 when a force, as indicated by the arrow 2, acts on the sensor device 10.
Schließlich umfasst das hier dargestellte Sensorelement 10 noch einen ASIC 5, der über Bonddrähte 6 mit dem Sensorelement 3 verbunden ist und gemeinsam mit diesem auf einem Leadframe 7 angeordnet ist. Der ASIC 5 ist ebenfalls in das Gehäuse 1 gemoldet aber so positioniert, dass eine Verformung aufgrund einer auf das Gehäuse 1 wirkenden Kraft weitestgehend vermieden wird. Insbesondere wenn die Sensorvorrichtung 10 auf einer Leiterplatte montiert ist, kann eine derartige Verformung ausgeschlossen werden, da das Gehäuse 1 dann im Bereich des ASIC 5 auf der Leiterplatte aufsitzt, so dass die in diesem Bereich auf die Sensorvorrichtung 10 wirkende Kraft von der Leiterplatte aufgenommen wird. Die Sensorvorrichtung 10 umfasst Beinchen 8, über die sowohl die mechanische Montage auf einer Leiterplatte erfolgt als auch elektrische Verbindungen hergestellt werden.Finally, the sensor element 10 shown here also comprises an ASIC 5, which is connected to the sensor element 3 via bond wires 6 and is arranged together with the latter on a lead frame 7. The ASIC 5 is also molded into the housing 1 but positioned in such a way that deformation due to a force acting on the housing 1 is largely avoided. Especially when the If the sensor device 10 is mounted on a printed circuit board, such a deformation can be excluded, since the housing 1 then sits on the printed circuit board in the area of the ASIC 5, so that the force acting on the sensor device 10 in this area is absorbed by the printed circuit board. The sensor device 10 comprises pins 8, via which both mechanical assembly on a printed circuit board takes place and electrical connections are made.
Im Gegensatz zur linken Seite des Gehäuses 1, wo der ASIC 5 placiert ist, wird das rechte Ende des Gehäuses 1, wo sich die Sollbiegestelle 4 befindet, nicht unterstützt, so dass dieses Ende bei entsprechender Krafteinwirkung gegen die Leiterplatte gebogen wird. An diesem rechten Gehäuseende ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch ein nasenartiger Vorsprung 9 als bevorzugter Angriffspunkt für die zu erfassende Kraft ausgebildet.In contrast to the left side of the housing 1, where the ASIC 5 is placed, the right end of the housing 1, where the predetermined bending point 4 is located, is not supported, so that this end is bent against the printed circuit board when a corresponding force is applied. In the present exemplary embodiment, a nose-like projection 9 is also formed on this right housing end as the preferred point of application for the force to be detected.
Mit der in den Figuren Ia und b dargestellten Variante einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 wird eine sogenannte Zweipunkt-Biegung realisiert. Dementsprechend müssen sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung zwischen Sensorvorrichtung 10 und Leiterplatte bei dieser Ausführungsform ein Drehmoment gegenhalten, das durch eine Krafteinwirkung gemäß Pfeil 2 hervorgerufen wird.A so-called two-point bend is realized with the variant of a sensor device 10 according to the invention shown in FIGS. 1a and b. Accordingly, in this embodiment, both the mechanical and the electrical connection between sensor device 10 and printed circuit board have to counteract a torque which is caused by a force acting according to arrow 2.
Die Figuren 2a und b zeigen eine Sensorvorrichtung 20, bei der dieses Problem nicht auftritt, weil hier eine sogenannte Dreipunkt-Biegung realisiert ist.FIGS. 2a and b show a sensor device 20 in which this problem does not occur because a so-called three-point bend is implemented here.
Dazu sind am Gehäuse 21 zwei Sollbiegestellen 24 ausgebildet. Das Sensorelement 23 erstreckt sich über beide Sollbiegestellen 24. Es ist - wie auch im Fall der Sensorvorrichtung 10 - zusammen mit einem ASIC 25 auf einem Leadframe 26 angeordnet und in das Gehäuse 21 gemoldet. Der ASIC 25 befindet sich in der linken Gehäusehälfte, die in montiertem Zustand direkt auf einer Leiterplatte aufsitzt. Die rechte Gehäusehälfte ist lediglich endseitig auf der Leiterplatte festgelegt. Aufgrund der speziellen Gehäuseform der Sensorvorrichtung 20 verbleibt auch im montierten Zustand ein Zwischenraum zwischen der Leiterplatte und dem mittleren Bereich 30 der rechten Gehäusehälfte, in dem die beiden Sollbiegestellen 24 angeordnet sind. Ein nasenartiger Vorsprung 29, der mittig zwischen den beiden Sollbiegestellen 24 am Gehäuse 21 ausgebildet ist, stellt hier den bevorzugten Kraftangriffspunkt für die Messwerterfassung dar. Bei einer entsprechenden Krafteinwirkung aus Richtung des Pfeils 22 werden der mittlere Bereich 30 des Gehäuses 21 und damit auch das Sensorelement 23 in Richtung der Leiterplatte verbogen. Da das Gehäuse 21 aber zu beiden Seiten des Bereichs 30 auf der Leiterplatte aufsitzt, wird die einwirkende Kraft gleichmäßig von der Leiterplatte aufgenommen, so dass keine der Verbindungsstellen zwischen Sensorvorrichtung 20 und Leiterplatte ein Drehmoment erfährt.For this purpose, two predetermined bending points 24 are formed on the housing 21. The sensor element 23 extends over both predetermined bending points 24. It is - as in the case of Sensor device 10 - arranged together with an ASIC 25 on a lead frame 26 and molded into the housing 21. The ASIC 25 is located in the left half of the housing, which sits directly on a circuit board when assembled. The right half of the housing is only fixed on the end of the circuit board. Because of the special shape of the housing of the sensor device 20, even in the assembled state, there remains an intermediate space between the printed circuit board and the central area 30 of the right half of the housing, in which the two predetermined bending points 24 are arranged. A nose-like projection 29, which is formed centrally between the two predetermined bending points 24 on the housing 21, represents the preferred force application point for the measurement value acquisition. With a corresponding force action from the direction of the arrow 22, the central region 30 of the housing 21 and thus also the sensor element 23 bent towards the circuit board. However, since the housing 21 is seated on both sides of the region 30 on the circuit board, the force acting is absorbed evenly by the circuit board, so that none of the connection points between the sensor device 20 and the circuit board experiences any torque.
An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch Varianten umfasst, mit denen beispielsweise eine Vierpunkt-Biegung realisiert wird. Selbstverständlich können alle Varianten einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit oder ohne spezielle Ausformung eines Angriffspunkts für die zu erfassenden Kräfte ausgeführt werden. Außerdem kommen für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung neben der hier dargestellten SOIC- Gehäuseform mit Beinchen auch andere Gehäuseformen, wie beispielsweise QFN-Gehäuse, in Frage. At this point, it should be expressly pointed out that the present invention also includes variants with which, for example, a four-point bend is realized. Of course, all variants of a sensor device according to the invention can be carried out with or without special shaping of a point of application for the forces to be detected. In addition to the SOIC housing shape with legs shown here, other housing shapes, such as QFN housings, are also suitable for the sensor device according to the invention.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Drucks bzw. einer1. Sensor device for detecting a pressure or a
Kraft, mit mindestens einem aus einem Halbleitersubstrat hergestellten, gegen Verbiegung empfindlichen SensorelementForce, with at least one sensor element made of a semiconductor substrate and sensitive to bending
(3), das weitestgehend in ein Gehäuse (1) gemoldet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (1) mindestens eine Sollbiegestelle (4) aufweist, auf die der zu erfassende Druck bzw. die zu erfassende Kraft einwirkt, dass das Sensorelement (3) im Bereich der Sollbiegestelle (4) angeordnet ist und zusammen mit dem Gehäuse (1) verbogen wird und dass das Sensorelement (3) im Falle einer Verbiegung ein entsprechendes Ausgangssignal liefert .(3), which is largely molded into a housing (1), characterized in that the housing (1) has at least one predetermined bending point (4) on which the pressure or the force to be detected acts, that the sensor element (3 ) is arranged in the area of the predetermined bending point (4) and is bent together with the housing (1) and that the sensor element (3) delivers a corresponding output signal in the event of a bend.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Siliziumstreifen mit piezoempfindlichen Widerständen als Sensorelement (3) dient.2. Sensor device according to claim 1, characterized in that a silicon strip with piezo-sensitive resistors serves as the sensor element (3).
3. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus einem Duroplasten, insbesondere aus einem Epoxid, gefertigt ist.3. Sensor device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the housing (1) is made of a thermoset, in particular an epoxy.
4. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) auf einer Leiterplatte montiert ist, so dass es in mindestens einem Bereich außerhalb der Sollbiegestelle (4) unterstützt wird und über die Sollbiegestelle (4) gegen die Leiterplatte verbiegbar ist.4. Sensor device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing (1) is mounted on a printed circuit board, so that it is supported in at least one area outside the predetermined bending point (4) and against the predetermined bending point (4) PCB is bendable.
5. Sensorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) in mindestens zwei Bereichen unterstützt ist, so dass eine Krafteinwirkung an der Sollbiegestelle (4) kein Drehmoment am montierten Gehäuse (1) bewirkt. 5. Sensor device according to claim 4, characterized in that the housing (1) in at least two Areas are supported so that the application of force at the predetermined bending point (4) does not produce any torque on the assembled housing (1).
EP07727187A 2006-04-10 2007-03-21 Sensor apparatus Withdrawn EP2008071A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006016813A DE102006016813A1 (en) 2006-04-10 2006-04-10 sensor device
PCT/EP2007/052711 WO2007115916A1 (en) 2006-04-10 2007-03-21 Sensor apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2008071A1 true EP2008071A1 (en) 2008-12-31

Family

ID=38180548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07727187A Withdrawn EP2008071A1 (en) 2006-04-10 2007-03-21 Sensor apparatus

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2008071A1 (en)
JP (1) JP2009533660A (en)
KR (1) KR20090005318A (en)
DE (1) DE102006016813A1 (en)
WO (1) WO2007115916A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10190925B2 (en) * 2016-07-18 2019-01-29 Honeywell International Inc. Low cost overmolded leadframe force sensor with multiple mounting positions
DE102018209592A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 Hoffmann + Krippner Gmbh Force measuring device
KR20200046282A (en) 2018-10-24 2020-05-07 삼성전자주식회사 Integrated circuit device and high bandwidth memory device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3224792A1 (en) * 1982-07-02 1984-01-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München INTEGRATED SENSOR FOR FORCE AND WAY
JPS6191937A (en) * 1984-10-12 1986-05-10 Sanken Electric Co Ltd Manufacture of resin sealed semiconductor device
IL116536A0 (en) * 1995-12-24 1996-03-31 Harunian Dan Direct integration of sensing mechanisms with single crystal based micro-electric-mechanics systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007115916A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090005318A (en) 2009-01-13
WO2007115916A1 (en) 2007-10-18
DE102006016813A1 (en) 2007-10-11
JP2009533660A (en) 2009-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60317273T2 (en) Sensor for mechanical deformation measurement
EP1581787B1 (en) Pressure sensor comprising an elastic sensor layer with a microstructured surface
DE102008040525A1 (en) Micromechanical sensor element, method for producing a micromechanical sensor element and method for operating a micromechanical sensor element
DE102012207939A1 (en) Spring stop for accelerometer
DE102006002114A1 (en) Micromechanical sensor unit for use as e.g. piezo-resistive microphone, has carrier unit arranged in area of membrane and connected with frame, and piezo resistors arranged in area of rods for detection of deformation of membrane
WO2013152901A1 (en) Micromechanical pressure sensor
DE10212023A1 (en) Sensor cell, especially for use in the sensor mat of a motor vehicle seat, has a piezoelectric resistance element with at least one additional contact so that two resistance measurements are made
EP2008071A1 (en) Sensor apparatus
DE102005001298A1 (en) Device for measuring forces, in particular pressure sensor, and associated manufacturing method
DE19620459B4 (en) Semiconductor accelerometer and method for evaluating the properties of a semiconductor accelerometer
DE202016008592U1 (en) sensor
DE102013113173A1 (en) Strain, force sensor measuring device, has load bearing part provided with bearing device, measuring objects measuring load of thin plate, and two strain parts fixed with end of beam, load receiving part, strain part and load bearing
DE102016210479A1 (en) Micromechanical component for a pressure sensor device
DE102009000071A1 (en) Capacitive pressure sensor
DE102008011942A1 (en) Switching arrangement for converting deformations of membrane of high pressure sensor in motor vehicle into electrical signal, has sensor resistor for detecting signal, and contact surface electrically contacting resistor over feed line
DE4226224C2 (en) Sensor responsive to the action of a force
DE102005020176A1 (en) Micromechanical pressure sensor and a corresponding manufacturing method
DE102011105539B4 (en) Device for converting a force into an electrical signal, in particular piezoresistive force sensor
DE102021102765A1 (en) Sensor device with overload protection
EP3581902B1 (en) Device for measuring a force
DE102007054027B4 (en) Device and method for capacitive force measurement
WO2013017389A1 (en) Detecting a deformation parameter of a piezoelectric bending transducer
DE102017208048B3 (en) Micromechanical pressure sensor
DE19956914C2 (en) Piezoresistive force sensor
WO2010105800A2 (en) Printed circuit board with an elastically deformable formed sensor region

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20081110

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE FR IT

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20111001