WO2003009429A1 - Sensorelement - Google Patents

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WO2003009429A1
WO2003009429A1 PCT/DE2002/002485 DE0202485W WO03009429A1 WO 2003009429 A1 WO2003009429 A1 WO 2003009429A1 DE 0202485 W DE0202485 W DE 0202485W WO 03009429 A1 WO03009429 A1 WO 03009429A1
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sensor element
element according
housing part
contact
wafer
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Joerg Boerner
Peter Farr
Andreas Kallenbach
Guenter Zwiener
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
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    • H01R13/6683—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit with built-in sensor
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a sensor element with a wafer element that is sensitive to the physical quantity to be sensed.
  • Sensor elements of the generic type are known. These are designed, for example, as magnetic field sensor elements and have a wafer element which holds magnetosensitive elements.
  • a disadvantage of the known arrangements is that they have to be manufactured with a relatively large amount of production effort, both with regard to the use of materials and the individual work steps.
  • the sensor element according to the invention offers the advantage that smaller overall sizes of sensor elements can be achieved, which ultimately lead to a lower installation volume required, for example in a motor vehicle. Furthermore, this enables a simpler and therefore more cost-effective production of the sensor elements according to the invention, in particular also suitable for mass production.
  • the fact that the contact device of the sensor element is integrated in a first housing part of the sensor element, and at the same time forms at least one external connection contact of the sensor element and a carrier for the wafer element advantageously makes it possible that only the dimensions of the wafer element - and thus no longer the larger dimensions of the complete integrated switching circuit used in the prior art circle - determine the dimensions of the sensor element.
  • the material required in the prior art for the housing of the Wa erimplantations to the integrated circuit and its use of construction volume are thus eliminated. At the same time, this results in a cost reduction since the wafer element having the sensor system no longer has to be enclosed separately.
  • the structure and the production process of a sensor element 10 shown completely in FIG. 4 are illustrated with the aid of FIGS. 1 to 4.
  • the starting point is the contact device 12 shown in FIG. 1, which according to the specific exemplary embodiment consists of two contact elements 14.
  • the contact elements 14 consist of an electrically conductive material.
  • the contour and shape of the contact elements 14 are determined by the later operating conditions of the sensor element 10. fits.
  • the contact elements 14 are, for example, bent and / or stamped parts.
  • the contact elements 14 are not connected to one another in an electrically conductive manner. According to further exemplary embodiments (not shown), the number of contact elements 14 can of course vary, in particular be smaller or larger than two.
  • the contact elements 14 are integrated into an injection molded part 16, which forms a first housing part 18 of the later sensor element 10.
  • the contact elements 14 can also be cast with the housing part 18, mechanically assembled or joined in another suitable manner.
  • the housing part 18 forms a connection space 20, in which contact pins 22 of the contact elements 14 are arranged. These are used for subsequent contacting with a connecting line for tapping the sensor signals.
  • the housing part 18 also forms a sensor region 24, within which the ends of the contact elements 14 facing away from the contact pins 22 are arranged.
  • One of the contact elements 14 forms a carrier 26 which has an essentially flat surface.
  • the carrier 26 can either be formed in one piece with the contact element or it is additionally connected to the contact element 14, for example by soldering, conductive adhesive or other suitable methods.
  • a wafer element 28 is arranged directly on the carrier 26, said wafer element comprising the sensitive elements and possibly control and evaluation electronics for the sensitive elements.
  • the wafer element 28 is hereby attached directly to the carrier 26, for example by gluing or other suitable measures.
  • the wafer element 28 is then electrically contacted with the contact elements 14.
  • bond wires 30 are placed between connection points 32 of the wafer element 28 and connection points 34 of the contact elements 14.
  • the contacting between the wafer element 28 and the contact elements 14 can also take place via a flipchip contact.
  • the sensor area 24 of the first housing part 18 is provided with a second housing part 36.
  • This can also be done by an injection molding process, so that the wafer element 28 and the contact elements 14 as well as the bonding wires 30 are extrusion-coated: these are thus positively accommodated in the housing of the sensor element 10.
  • the outlay for producing the sensor element 10 is low. There is no additional encapsulation of the wafer element 28 before it is introduced into the sensor element 10. On the contrary, the wafer element 28 is encapsulated directly by the housing of the sensor element 10. A structural height, in particular in the sensor region 24, of the housing can thus be optimized to the structural height of the wafer element 28.
  • the sensor element 10 shown can be used, for example, as a magnetic field sensor element for detecting a change in the magnetic field and converting this change in the magnetic field into a proportional electrical signal.
  • Such magnetic field sensors. are used, for example, with pulse generators on moving parts. For example, a path, a speed, an acceleration, an acceleration gradient and / or an angle can be measured from this.
  • Such sensors can be used in motor vehicle technology, for example as speed sensors and / or angle sensors, in anti-lock braking systems (ABS), in electronic stability systems (ESP) or the like.
  • ABS anti-lock braking systems
  • ESP electronic stability systems
  • the miniaturization by the sensor element 10 according to the invention helps to improve the possible uses of the sensor elements 10, in particular in the motor vehicle sector.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement mit einem für die zu sensierende physikalische Größe empfindlichen Waferelement, einer Kontakteinrichtung für das Waferelement und ein das Waferelement und die Kontakteinrichtung umgebendes Gehäuse. Es ist vorgesehen, dass die Kontakteinrichtung (12) in einem ersten Gehäuseteil (18) des Gehäuses integriert ist, und gleichzeitig wenigstens einen äußeren Anschlusskontakt (22) des Sensorelementes (10) und einen Träger (26) für das Waferelement (28) ausbildet.

Description

Sensorelement
Die Erfindung betrifft ein Sensorelement mit einem für die zu sensierende physikalische Größe empfindlichen Waferelement .
Stand der Technik
Sensorelemente der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese sind beispielsweise als Magnetfeldsensorelemente ausgebildet und besitzen ein Waferelement, das magnetosensitive Elemente u fasst.
Bekannt ist, ein die sensitiven Elemente aufweisendes Waferelement mit einem Leadframe zu kontaktieren und Leadframe und Waferelement zu kapseln, so dass ein integrierter Schaltkreis entsteht. Aus diesem ragen dann Kontaktelemente in Form von Anschlussfahnen oder dergleichen. Beispielhaft ist ein derartiger Aufbau eines integrierten Schaltkreises in der US-PS 5,221,859 dargestellt .
Sollen derartige integrierte Schaltkreise zum Erfassen physikalischer Größen, beispielsweise in der Kraft fahr- zeugtechnik, eingesetzt werden, ist bekannt, diese in ein entsprechendes Gehäuse zu integrieren und mit aus dem Gehäuse herausgeführten Kontaktelementen zu kontaktieren . Die aus dem Gehäuse herausgeführten Kontaktelemente dienen zum Abgreifen der Sensorsignale . Bei- spielha t ist ein derartiger Aufbau in der US-PS 5 , 521 , 785 gezeigt .
Bei den bekannten Anordnungen ist nachteilig, dass diese mit einem verhältnismäßig großen Herstellungs- aufwand, sowohl hinsichtlich des Materialeinsatzes als auch der einzelnen Arbeitsschritte , hergestellt werden müsse .
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Sensorelement mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil , dass insgesamt kleinere Baugrößen von Sensorelementen erzielbar sind, die letztendlich zu einem geringeren benötigten Einbauvolumen, beispielsweise im Kraftfahrzeug , führen . Ferner wird hierdurch eine einfachere und somit kostengünstigere , insbesondere auch für eine Massenproduktion geeignete Herstellung der erfindungsgemäßen Sensorelemente möglich . Dadurch, dass die Kon- takteinrichtung des Sensorelementes in ein erstes Gehäuseteil des Sensorelementes integriert ist , und gleichzeitig wenigstens einen äußeren Anschlusskontakt des Sensorelementes und einen Träger für das Waferelement ausbildet, wird vorteilhaft möglich, das s nur noch die Abmessungen des Waf erelementes - und somit nicht mehr die größeren Abmessungen des im Stand der Technik verwendeten kompletten integrierten Schalt- kreises - die Abmessungen des Sensorelementes bestimmen . Das im Stand der Technik für die Einhausung des Wa erelementes zum integrierten Schaltkreis benötigte Material und dessen Bauvolumeneinsatz entfallen somit . Gleichzeitig ergibt sich hierdurch eine Kostenreduktion , da das die Sensorik aufweisende Waferel ement nicht mehr separat eingehaust werden muss .
Bevorzugte Ausgestaltungen, der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen ' genannten Merkmalen .
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs- beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert . Es zeigen :
Figuren verschiedene Komplettierungsstufen des 1 bis 4 Sensorelementes .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Anhand der Figuren 1 bis 4 wird der Aufbau und der Her- stellungspro∑ess eines in Figur 4 komplett darges tellten Sensorelementes 10 verdeutlicht . Ausgangspunkt ist die in Figur 1 gezeigte Kontakteinrichtung 12 , die gemäß dem konkreten Ausführungsbeispiel aus zwei Kontaktelementen 14 besteht . Die Kontaktelemente 14 beste- hen aus einem elektrisch leitenden Material . Die Kontur und Formgebung der Kontaktelemente 14 sind an die späteren Einsatzbedingungen des Sensorelementes 10 ange- passt. Die Kontaktelemente 14 sind beispielsweise Biege- und/oder Stanzteile. Die Kontaktelemente 14 sind nicht miteinander elektrisch leitend verbunden. Nach weiteren - nicht dargestellten - Ausführungsbeispielen kann natürlich die Anzahl der Kontaktelemente 14 variieren, insbesondere kleiner oder größer als zwei sein.
Die Kontaktelemente 14 werden, wie Figur 2 verdeut- licht, in ein Spritzgussteil 16 integriert, das ein erstes Gehäuseteil 18 des späteren Sensorelementes 10 bildet. Die Kontaktelemente 14 können mit dem Gehäuseteil 18 auch vergossen, mechanisch montiert oder auf andere geeignete Weise gefügt sein.
Das Gehäuseteil 18 bildet einen Anschlussraum 20 aus, in dem Kontaktstifte 22 der Kontaktelemente 14 angeordnet sind. Diese dienen der späteren Kontaktierung mit einer Verbindungsleitung zum Abgreifen der Sensor- Signale. Das Gehäuseteil 18 bildet ferner einen Sensorbereich 24 aus, innerhalb dem die den Kontaktstiften 22 abgewandten Enden der Kontaktelemente 14 angeordnet sind.
Eines der Kontaktelemente 14 bildet einen Träger 26 aus, der eine im Wesentlichen ebene Oberfläche besitzt. Der Träger 26 kann entweder einstückig mit dem Kontaktelement ausgebildet sein oder dieser ist zusätzlich, beispielsweise durch Löten, Leitkleben oder andere geeignete Verfahren, mit dem Kontaktelement 14 verbunden. Auf den Träger 26 wird, wie Figur 3 verdeutlicht , ein Waferelement 28 direkt angeordnet , das die sensitiven Elemente und gegebenenfalls Änsteuer- und Auswerteelektronik für die sensitiven Elemente umfasst . Das Waferelement 28 wird hierbei direkt auf den Träger 26 , beispielsweise durch Kleben oder andere geeignete Maßnahmen , befestigt . - Wie die vergrößerte Darstellung in Figur 3a verdeutlicht , wird anschließend das Waferelement 28 elektrisch mit den Kontaktelementen 14 kon- taktiert . Hierzu werden Bonddrähte 30 zwischen Anschlusspunkten 32 des Waf erelementes 28 und Anschlusspunkten 34 der Kontaktelemente 14 gelegt . Die Kontaktierung zwischen Waferelement 28 und den Kontaktelementen 14 kann auch über eine Flipchip-Kontaktierung erfolgen . .
Schließlich wird der Sensorbereich 24 des ersten Gehäuseteiles 18 mit einem zweiten Gehäuseteil 36 versehen. Dies kann ebenfalls durch einen Spritzgussvorgang erfolgen, so dass das Waferelement 28 und die Kontaktelemente 14 sowie die Bonddrähte 30 umspritzt sind: Diese sind somit formschlüssig in das Gehäuse des Sensorelementes 10 aufgenommen. Denkbar ist auch, das Gehäuseteil 36 separat zu fertigen und mit dem Gehäuse- teil 18 zu fügen, beispielsweise durch verschweißen, vergießen, oder mechanisch zu montieren.
Anhand der vorstehenden Erläuterungen wird ohne weiteres deutlich, dass der Aufwand zur Herstellung des Sen- sorelementes 10 gering ist. Eine zusätzliche Kapselung des Waferelementes 28 vor Einbringen in das Sensorelement 10 entfällt. Im Gegenteil, das Waferelement 28 wird direkt durch das Gehäuse des Sensorelement es 10 gekapselt . Somit kann eine Bauhöhe, insbesondere im Sensorbereich 24 , des Gehäuses auf die Bauhöhe des Waf erelementes 28 optimiert werden .
Das dargestellte Sensorelement 10 ist beispielsweise als Magnetfeldsensorelement zur Detektion einer Magnetfeldänderung und Wandlung dieser Magnetfeldänderung in ein proportionales elektrisches Signal einset zbar . Der- artige Magnetfeldsensoren . finden beispielsweise bei Impulsgebern an bewegten Teilen Anwendung . Hieraus kann beispielsweise ein Weg, eine Geschwindigkeit , eine Beschleunigung, ein Beschleunigungsgradient und/oder ein Winkel gemessen werden . In der Kraftfahrzeugtechnik lassen sich derartige Sensoren , beispielsweise als Drehzahlsensoren und/oder Winkelsensoren, bei Anti- blockiersystemen (ABS) , bei elektronischen Stabilitätssystemen (ESP) oder dergleichen, einsetzen . Letztendlich trägt die Miniaturisierung durch das erfin- dungsgemäße Sensorelement 10 dazu bei , die Einsat zmöglichkeiten der Sensorelemente 10 , insbesondere im Kraftfahrzeugbereich , zu verbessern .

Claims

Patentansprüche
1 . Sensorelement mit einem für die zu sensierende physi kalische Größe empfindlichen Waferelement, einer Kontakteinrichtung für das Waferelement und ein das Wafer- element und die Kontakteinrichtung umgebendes Gehäuse , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung ( 12 ) in einem ersten Gehäuseteil (18 ) des Gehäuses integriert ist , und gleichzeitig wenigstens einen äußeren Anschlusskontakt ( 22 ) des Sensorelementes ( 10 ) und einen Träger (26) für das Waferelement (28 ) ausbildet .
2 . Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (26) einstückig mit einem der Kontaktelemente ( 14 ) ausgebildet ist .
3. Sensorelement nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (26) als ein separates Teil mit einem der Kontaktelemente (14) gefügt ist.
4. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Waferelement (28) auf dem Träger (26) kraftschlüssig befestigt ist.
5. Sensorelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, class das Waferelement (28) auf den Träger (26) geklebt ist.
6. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusspunkte (32) des Waferelementes (28) mit Anschlusspunkten (34) der Kontaktelemente (14) über Bonddrähte (30) elek- frisch leitend verbunden sind.
7. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusspunkte (32) des Waferelementes (28) mit Anschlusspunkten (34) der Kontaktelemente (14) über eine Flipchip-Kontaktierung elektrisch leitend verbunden sind.
8. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Waferelement (28), die Bonddrähte (30) oder die Flipchip-Kontaktierung und die Kontaktelemente (14) durch ein Gehäuseteil (36) des Sensorelementes (10) umgeben sind.
9. Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich- net, dass das Gehäuseteil (36) an das Gehäuseteil (18) angespritzt ist.
10. Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (36) mit dem Gehäuseteil (18) vergossen, verschweißt oder montiert ist.
11. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (12) von dem Gehäuseteil (18) umspritzt ist.
12. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt einrichtung (12) mit dem Gehäuseteil (18) vergossen ist.
13. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (12) mit dem Gehäuseteil (18) mechanisch montiert ist.
14. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) ein Magnetfeldsensorelement ist.
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