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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung aufweisend ein Gehäusegrundteil, ein Trägerteil, eine auf dem Trägerteil angeordnete Chipstruktur, und eine Feder/Dämpfer-Einrichtung, über welche das Gehäusegrundteil und das Trägerteil elastisch miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Gehäuse für eine Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Sensorvorrichtungen, welche beispielsweise in Sicherheitssystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, weisen üblicherweise eine Chipstruktur mit einem oder mehreren Sensorchips sowie einem Auswertechip auf. Der Sensorchip ist in Form eines mikromechanischen Bauelements (MEMS, Micro electro mechanical system) mit beweglichen Funktionselementen ausgebildet, um eine physikalische Messgröße wie zum Beispiel eine Beschleunigung oder eine Drehrate zu erfassen. Der Auswertechip dient zur Steuerung des Sensorchips und zur Auswertung bzw. Weiterverarbeitung von Messsignalen des Sensorchips.
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Eine Anforderung bei derartigen Sensorvorrichtungen besteht darin, die Sensorchips vor äußeren mechanischen Einflüssen wie zum Beispiel Vibrationen zu entkoppeln, um eine genaue Messung zu ermöglichen. Bei einem Sensorchip zum Erfassen einer Drehrate werden beispielsweise Funktionselemente zur Schwingung bei einer vorgegebenen Arbeitsfrequenz angeregt. Eine Veränderung der Arbeitsfrequenz durch äußere Einflüsse hat eine Beeinträchtigung bzw. Verfälschung der Messung zur Folge. Die Chipstruktur wird daher in einem Gehäuse montiert, welches eine ausreichende Dämpfung – im Falle eines Drehratensensors insbesondere bei dessen Arbeitsfrequenz – ermöglicht.
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Die
DE 10 2006 026 878 A1 offenbart eine Sensorvorrichtung mit einem Trägerteil zum Aufnehmen einer Chipstruktur, welches horizontal innerhalb eines rahmenförmigen Gehäusegrundteils angeordnet ist. In einem Zwischenraum zwischen dem Trägerteil und dem Gehäusegrundteil ist ein elastisches Material ausgebildet, so dass das Trägerteil gegenüber dem Gehäusegrundteil elastisch auslenkbar ist und eine Federung bzw. Dämpfung der Chipstruktur ermöglicht wird. Die horizontale Anordnung des Trägerteils innerhalb des Gehäusegrundteils ist jedoch mit einem relativ großen Platzbedarf verbunden.
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Zur elektrischen Kontaktierung weist das rahmenförmige Gehäusegrundteil Kontaktelemente auf, welche über freistehende Bonddrähte an die auf der Trägerplatte angeordnete Chipstruktur angeschlossen sind. Diese Ausgestaltung hat jedoch eine geringe Fallstabilität der Sensorvorrichtung zur Folge. Eine bei einem Stoß auftretende Auslenkung des Trägerteils gegenüber dem Gehäusegrundteil kann ein Stauchen bzw. eine plastische Verformung der Bonddrähte hervorrufen, was zu Berührungen zwischen den Bonddrähten und damit zu unerwünschten Kurzschlüssen im Betrieb der Sensorvorrichtung führen kann. Möglich ist auch ein Reißen der Bonddrähte bzw. ein Ablösen der Bonddrähte von ihren Kontaktstellen, wodurch die elektrische Verbindung unterbrochen wird.
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Die Offenlegungsschriften
DE 10 2006 011 753 A1 ,
US 2004/0104458 A1 ,
DE 10 2007 010 0711 A1 und
US 2009/0320593 A1 offenbaren ebenfalls Sensorvorrichtungen mit einer Einrichtung zur Federung bzw. Dämpfung einer jeweiligen Chipstruktur.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Sensorvorrichtung und ein verbessertes Gehäuse für eine Sensorvorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Gehäuse für eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Anstelle einer horizontalen Anordnung mit einem innerhalb eines rahmenförmigen Gehäusegrundteils vorgesehenen Trägerteils sind bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung das Gehäusegrundteil, die Feder/Dämpfer-Einrichtung und das Trägerteil jeweils zueinander übereinander angeordnet, d. h. dass die Feder/Dämpfer-Einrichtung (bzw. deren Komponenten) auf dem Gehäusegrundteil, und das Trägerteil oberhalb des Gehäusegrundteils auf der Feder/Dämpfer-Einrichtung vorgesehen ist. Durch diese „vertikale” Ausgestaltung kann die Sensorvorrichtung mit einer relativ geringen (lateralen) Baugröße verwirklicht werden. Die gewünschte Federungs- und Dämpfungsfunktion lässt sich über die Materialwahl von Komponenten der Feder/Dämpfer-Einrichtung, sowie über deren geometrische Auslegung einstellen.
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Erfindungsgemäß weist die Feder/Dämpfer-Einrichtung ein Dämpferelement aus einem deformierbaren Material auf. Bei dem deformierbaren Material handelt es sich vorzugsweise um Flüssigsilikonkautschuk, welches sowohl eine Dämpfungs- als auch eine Federungswirkung aufweist. Auf diese Weise besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Feder/Dämpfer-Einrichtung lediglich mit einem oder mehreren solchen Dämpferelementen auszubilden.
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Erfindungsgemäß weist die Feder/Dämpfer-Einrichtung ein von dem Dämpferelement separates Federelement auf. In dieser Ausgestaltung können die Federungs- und Dämpfungseigenschaften getrennt voneinander verwirklicht werden, d. h. dass insbesondere das Dämpferelement gezielter zur Dämpfung und das Federelement gezielter zur Federung ausgelegt werden kann, wodurch sich die Federungs- und Dämpfungseigenschaften gegebenenfalls weiter verbessern lassen. Als mögliches Federelement kommt vorzugsweise eine Druckfeder oder eine Tellerfeder in Betracht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Feder/Dämpfer-Einrichtung neben dem Dämpferelement ein mit dem Trägerteil verbundenes erstes Verbindungselement und ein mit dem Gehäusegrundteil verbundenes zweites Verbindungselement auf. Hierbei umschließt das Dämpferelement das erste Verbindungselement, und das zweite Verbindungselement umschließt das Dämpferelement. Bei einer solchen Feder/Dämpfer-Einrichtung besteht die Möglichkeit, dass das Trägerteil und das Gehäusegrundteil nicht nur elastisch aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt, sondern auch seitlich gegeneinander verschoben werden können, wodurch eine Entkopplung gegenüber Stößen und Vibrationen in sämtlichen Raumrichtungen erzielt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung Kontaktelemente zur externen Kontaktierung auf, welche elektrisch mit der Chipstruktur verbunden sind. Die Sensorvorrichtung weist des weiteren eine flexible Leiterplatte auf, über welche wenigstens ein Teil der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktelementen und der Chipstruktur hergestellt ist. Über die flexible Leiterplatte können Abstandsänderungen zwischen dem Trägerteil und dem Gehäusegrundteil, welche bei Auslenkungen des Trägerteils auftreten, entsprechend ausgeglichen werden. Auf diese Weise werden elektrische Kurzschlüsse und ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der Chipstruktur und den Kontaktelementen vermieden.
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Den gleichen Vorteil bietet eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei welcher die Feder/Dämpfer-Einrichtung ein Federelement aufweist, über welches wenigstens ein Teil der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktelementen und der Chipstruktur hergestellt ist. Alternativ kann auch ein Dämpferelement aus einem Leitgummimaterial eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Gehäuse für eine Sensorvorrichtung vorgeschlagen, welches ein Gehäusegrundteil, ein Trägerteil zum Tragen einer Chipstruktur, und eine Feder/Dämpfer-Einrichtung aufweist, über welche das Gehäusegrundteil und das Trägerteil elastisch miteinander verbunden sind. Das Gehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäusegrundteil, die Feder/Dämpfereinrichtung und das Trägerteil zueinander übereinander angeordnet sind, wodurch eine geringe (laterale) Baugröße ermöglicht wird. Zudem weist die Feder/Dämpfer-Einrichtung ein Dämpferelement aus einem deformierbaren Material und ein von dem Dämpferelement separates Federelement auf.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 bis 4 unterschiedliche Sensorvorrichtungen, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung;
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5 und 6 eine weitere Sensorvorrichtung in einer schematischen seitlichen Darstellung und in einer schematischen Aufsichtsdarstellung;
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7 und 8 eine weitere Sensorvorrichtung in einer schematischen seitlichen Darstellung und in einer schematischen Aufsichtsdarstellung; und
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9 und 10 weitere Sensorvorrichtungen, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung.
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Die folgenden Figuren zeigen mögliche Ausführungsformen von Sensorvorrichtungen, welche auch als „Sensormodul” oder „Sensorpackage” bezeichnet werden. Als Anwendungsgebiete der Sensorvorrichtungen kommen beispielsweise Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen wie zum Beispiel ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) in Betracht. Die Sensorvorrichtungen weisen eine Einrichtung zur Federung und Dämpfung auf, um eine Chipstruktur vor äußeren mechanischen Einflüssen wie zum Beispiel Stößen oder Vibrationen zu entkoppeln.
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1 zeigt eine Sensorvorrichiung 100 in einer schematischen seitlichen Darstellung. Die Sensorvorrichtung 100 weist ein plattenförmiges Trägerteil 120 zum Tragen einer Chipstruktur auf, welches im Folgenden als Trägerplatte 120 bezeichnet wird. Die Chipstruktur umfasst einen Auswertechip 140 und zwei mikromechanische Sensorchips 130, 131, von denen einer zum Beispiel zum Erfassen einer Beschleunigung und der andere zum Erfassen einer Drehrate ausgebildet ist. Hierbei sind der Sensorchip 130 und der Auswertechip 140 nebeneinander auf einer Oberseite der Trägerplatte 120, und der Sensorchip 131 ist auf dem Auswertechip 140 angeordnet. Die Fixierung der Chips 130, 131, 140 erfolgt beispielsweise über Klebstoffschichten (nicht dargestellt). Der Auswertechip 140, welcher insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, application specific integrated circuit) ausgebildet sein kann, wird zum Steuern der Sensorchips 130, 131 und zum Auswerten bzw. Weiterverarbeiten von Messsignalen der Sensorchips 130, 131 eingesetzt. Zu diesem Zweck ist der Auswertechip 140 elektrisch mit den Sensorchips 130, 131 verbunden, beispielsweise über Bonddrähte (nicht dargestellt). Für Details zu Möglichkeiten der elektrischen Kontaktierung wird auf weiter unten beschriebene Ausführungsformen von weiteren Sensorvorrichtungen verwiesen.
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Neben der Trägerplatte 120 weist die Sensorvorrichtung 100 ein plattenförmiges Gehäusegrundteil 110 auf, welches im Folgenden als Grundplatte 110 bezeichnet wird. Die Grundplatte 110 ist in einem Bereich unterhalb der Trägerplatte 120 und im Wesentlichen parallel zu der Trägerplatte 120 angeordnet. Zwischen Grundplatte 110 und Trägerplatte 120 befindet sich eine Feder/Dämpfer-Einrichtung, welche an den Randbereichen der Platten 110, 120 vorgesehene Federelemente 150 und weiter innen angeordnete Dämpferelemente 160 umfasst. Über die Feder- und Dämpferelemente 150, 160, welche beispielsweise über einen Klebstoff an einer Unterseite der Trägerplatte 120 und an einer Oberseite der Grundplatte 110 befestigt sind, sind die beiden Platten 110, 120 elastisch miteinander verbunden, so dass die Platten 110, 120 zu einem gewissen Grad aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt werden können. Insbesondere die mikromechanischen Sensorchips 130, 131, welche bewegliche bzw. im Betrieb der Sensorvorrichtung 100 bei einer vorgegebenen Arbeitsfrequenz schwingende Funktionselemente aufweisen, können auf diese Weise vor äußeren mechanischen Einflüssen wie zum Beispiel Stößen oder Vibrationen entkoppelt werden, wodurch Fehlfunktionen oder Beschädigungen vermieden werden.
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Die separate Ausgestaltung von Federelementen 150 und Dämpferelementen 160 macht es möglich, die Federungs- und Dämpfungseigenschaften der Sensorvorrichtung 100 getrennt voneinander einzustellen. Insbesondere können die Feder- und Dämpferelemente 150, 160 optimal aufeinander abgestimmt werden. Bei einem Federelement 150 handelt es sich beispielsweise um eine Druckfeder, welche insbesondere als Tellerfeder ausgebildet sein kann. Als Dämpferelement 160 dient ein Formteil aus einem deformierbaren Material, wie zum Beispiel einem Kunststoff in Schaumstoffform. Alternativ ist der Einsatz eines Gummimaterials, insbesondere Flüssigsilikonkautschuk (LSR, liquid silicone rubber), oder eines Gelmaterials wie zum Beispiel Silikongel, denkbar.
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Durch die vertikale Übereinander-Anordnung der Grundplatte 110, der Feder- und Dämpferelemente 150, 160, und der Trägerplatte 120 mit der Chipstruktur ergibt sich eine geringe laterale Baugröße der Sensorvorrichtung 100. Die Grundplatte 110 kann ferner mit weiteren nicht dargestellten Gehäusekomponenten verbunden sein. Ein Beispiel ist eine Verkapselung, welche die Trägerplatte 120 mit der darauf angeordneten Chipstruktur umschließt. Auch kann die Grundplatte 110 Kontaktelemente zur externen Kontaktierung aufweisen. Für Details zu derartigen Ausgestaltungen wird auf weiter unten beschriebene Ausführungsformen von weiteren Sensorvorrichtungen verwiesen.
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2 zeigt eine Sensorvorrichtung 101 in einer schematischen seitlichen Darstellung, welche im Wesentlichen die gleichen Komponenten aufweist wie die Sensorvorrichtung 100 von 1. Im Unterschied zu der Sensorvorrichtung 100 sind bei der Sensorvorrichtung 101 die Chips 130, 131, 140 auf unterschiedlichen Seiten der Trägerplatte 120 angeordnet, d. h. dass der Sensorchip 130 auf einer Unterseite und der Auswertechip 140 mit dem darauf angeordneten Sensorchip 131 auf einer Oberseite der Trägerplatte 120 vorgesehen sind. Durch diese Ausgestaltung kann die Sensorvorrichtung 101 noch platzgünstiger verwirklicht werden. 2 zeigt darüber hinaus passive Bauelemente 145 als weitere mögliche Bestandteile der Sensorvorrichtung 101. Die passiven Bauelementen 145, welche beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und/oder Spulen umfassen, können hierbei ebenfalls platzgünstig auf der Ober- und Unterseite der Trägerplatte 120 angeordnet sein, und beispielsweise über ein Lötmittel auf der Trägerplatte 120 befestigt sein.
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3 zeigt eine weitere Sensorvorrichtung 102 in einer schematischen seitlichen Darstellung, anhand derer eine mögliche Ausgestaltung zur elektrischen Kontaktierung veranschaulicht wird. Die Sensorvorrichtung 102 weist wie die Sensorvorrichtungen 100, 101 der 1 und 2 eine Grundplatte 110 und eine Trägerplatte 120 auf, welche zueinander übereinander angeordnet und über Federelemente 150 und Dämpferelemente 160 elastisch miteinander verbunden sind. Auf der Trägerplatte 120 befindet sich ein Chipsatz mit einem Auswertechip 140 und zwei Sensorchips 130, 131, sowie passive Bauelemente 145. Für einen platzgünstigen Aufbau sind die Chips 130, 131, 140 auf einer Oberseite und die passiven Bauelemente 145 auf einer Unterseite der Trägerplatte 120 angeordnet.
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Die Trägerplatte 120 ist in Form einer Leiterplatte mit einer Umverdrahtungs- bzw. Leiterbahnstruktur einschließlich Kontaktstellen bzw. -flächen ausgebildet (nicht dargestellt). Als isolierendes Trägermaterial kann die Trägerplatte zum Beispiel einen Kunststoff oder eine Keramik aufweisen. Auch die Chips 130, 131, 140 weisen Kontaktflächen für eine elektrische Kontaktierung auf (nicht dargestellt). Die Kontaktierung der Chips 130, 131, 140 auf der Trägerplatte 120 wird wie in 3 angedeutet über Bonddrähte 190 hergestellt, welche an die Kontaktflächen der Chips 130, 131, 140 und der Trägerplatte 120 auf deren Oberseite angeschlossen sind. Hierbei erfolgt die elektrische Verbindung zwischen dem Auswertechip 140 und dem auf dem Auswertechip 140 angeordneten Sensorchip 131 ausschließlich über Bonddrähte 190, und zwischen dem Auswertechip 140 und dem daneben angeordneten Sensorchip 130 zusätzlich über die Trägerplatte 120 bzw. deren Leiterbahnstruktur.
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Die passiven Bauelemente 145 kontaktieren Kontaktflächen der Trägerplatte 120 auf deren Unterseite. Zu diesem Zweck sind die Bauelemente 145 zum Beispiel als SMD-Bauteile (surface-mounted device) ausgebildet, und über ein Lötmittel mit den Kontaktflächen verbunden (nicht dargestellt). Alternativ ist der Einsatz eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes vorstellbar. Über die Leiterbahnstruktur der Trägerplatte 120 erfolgt die weitere elektrische Verbindung der passiven Bauelemente 145 mit der Chipstruktur bzw. dem Auswertechip 140.
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Anstelle die Chips 130, 131, 140 auf der Trägerplatte 120 über Bonddrähte 190 zu kontaktieren, ist auch hier alternativ der Einsatz von SMD-Montagetechniken möglich (nicht dargestellt). Beispielsweise können die Chips 130, 131, 140 mit Lötkugeln in Form einer Kugelgitteranordnung (BGA, ball grid array) auf ihren Unterseiten ausgebildet werden, welche entsprechende Kontaktflächen kontaktieren. Möglich ist es auch, dass die Trägerplatte 120 und die Chips 130, 131, 140 aufeinander abgestimmte Anordnungen von Anschlussflächen (LGA, land grid array) aufweisen, welche durch, ein Lötmittel miteinander kontaktiert werden. Anstelle eines Lötmittels kann auch ein elektrisch leitfähiger Klebstoff zum Einsatz kommen.
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Zum Zwecke der externen Kontaktierung ist die Sensorvorrichtung 102 mit Anschlüssen bzw. Kontaktelementen 115 versehen, welche wie in 3 dargestellt an der Grundplatte 110 ausgebildet sein können. Die Kontaktelemente 115 können insbesondere in Form eines als „lead frame” bezeichneten Leitungsrahmens ausgebildet sein, welcher sich teilweise durch die Grundplatte 110 erstreckt. Entsprechend der Trägerplatte 120 kann auch die Grundplatte 110 in Form einer Leiterplatte ausgebildet sein, bei der als isolierendes Trägermaterial zum Beispiel ein Kunststoff oder eine Keramik verwendet wird. Für die weitere elektrische Verbindung zur Chipstruktur bzw. zu dem Auswertechip 140 werden die Federelemente 150 eingesetzt, welche als Federkontakte ausgebildet sind, über welche ein elektrischer Strom fließen kann. Die Federelemente 150 sind hierbei an Kontakte bzw. Kontaktflächen auf der Unterseite der Trägerplatte 120 und auf der Oberseite der Grundplatte 110 angeschlossen, beispielsweise über ein Lötmittel oder einen leitfähigen Klebstoff.
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Zum Schutz der Chipstruktur, beispielsweise bei der Montage der Sensorvorrichtung 102 in einem Automobil oder gegenüber äußeren Einflüssen wie zum Beispiel Staub- oder Schmutzpartikeln, weist die Sensorvorrichtung 102 ferner wie in 3 angedeutet eine Verkapselung 180 auf. Die Verkapselung 180 kann zum Beispiel als separate Gehäusekomponente ausgebildet werden, welche an der Grundplatte 110 befestigt wird. Alternativ kann die Grundplatte 110 auch zusammen mit einem Teil der Verkapselung 180 als integrales Gehäuseteil ausgebildet sein. Ein derartiges Gehäuseteil kann zum Beispiel die Grundplatte 110 und mit der Grundplatte 110 verbundene Gehäusewände umfassen, wobei die Gehäusewände die auf der Grundplatte 110 übereinander angeordneten Feder- bzw. Dämpferelemente 150, 160 und die Trägerplatte 120 mit der Chipstruktur rahmenförmig umgeben. Zum Vervollständigen der Verkapselung 180 kann an die Gehäusewände ein Deckel angebracht werden (nicht dargestellt).
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Eine elektrische Verbindung zwischen der Grundplatte 110 und der Trägerplatte 120 kann anstelle der Federelemente 150 alternativ auch über die Dämpferelemente 160 hergestellt werden. Zu diesem Zweck weisen die Dämpferelemente 160 ein elektrisch leitfähiges Gummimaterial, auch als Leitgummi bezeichnet, auf. Ein solcher Leitgummi umfasst beispielsweise ein Gummimaterial, welches mit elektrisch leitfähigen Partikeln wie zum Beispiel Kohlenstoffpartikeln gefüllt ist. Die Dämpferelemente 160 kontaktieren hierbei entsprechende Anschlüsse bzw. Kontaktflächen auf der Grundplatte 110 und der Trägerplatte 120.
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4 zeigt eine weitere Sensorvorrichtung 103, welche im Unterschied zur Sensorvorrichtung 102 von 3 lediglich Dämpferelemente 160 aus einem Leitgummimaterial zwischen der Trägerplatte 120 und der Grundplatte 110 und keine separaten Federelemente 150 aufweist. Neben der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Grund- und Trägerplatte 110, 120 werden die Dämpferelemente 160 gleichermaßen zur Dämpfung und zur Federung eingesetzt. Eine solche Kombination von Federungs- und Dämpfungsfunktion kann durch ein geeignetes Gummimaterial für die Dämpferelemente 160 wie insbesondere Flüssigsilikonkautschuk erzielt werden.
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Eine elektrische Verbindung zwischen Grund- und Trägerplatte kann auch durch andere Komponenten als die der Feder/Dämpfer-Einrichtung hergestellt werden. Zur Veranschaulichung zeigen die 5 und 6 eine Sensorvorrichtung 104 in einer schematischen seitlichen Darstellung und einer schematischen Aufsichtsdarstellung. Die Sensorvorrichtung 104 weist als Chipstruktur einen Sensorchip 130 und einen Auswertechip 140 auf, welche auf einer Oberseite einer Trägerplatte 121 angeordnet sind. Die Trägerplatte 121 weist eine Leiterbahnstruktur mit Kontaktflächen auf, welche über Bonddrähte 190 an Kontaktflächen der Chips 130, 140 angeschlossen sind. Auf einer Unterseite der Trägerplatte 121 sind passive Bauelemente 145 vorgesehen, deren Lage in 6 anhand von gestrichelten Linien angedeutet wird. Auch die passiven Bauelemente 145 kontaktieren entsprechende Kontaktstellen der Trägerplatte 121, beispielsweise über ein Lötmittel.
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Die Trägerplatte 121 ist über Dämpferelemente 160 elastisch mit einer Grundplatte 110 verbunden, welche Kontaktelemente 115 zur externen Kontaktierung aufweist. Die Dämpferelemente 160 werden hierbei gleichzeitig zur Federung und zur Dämpfung eingesetzt, und weisen ein Gummimaterial wie zum Beispiel Flüssigsilikonkautschuk auf. Wie in 6 anhand von gestrichelten Linien veranschaulicht wird, können die Dämpferelemente 160 in Eckbereichen von Grund- und Trägerplatte 110, 121 angeordnet sein. Alternativ können die Dämpferelemente auch als durchgehende Formteile ausgebildet sein, welche sich entlang einer gesamten Seitenkante der Trägerplatte 121 erstrecken (nicht dargestellt).
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Zur elektrischen Verbindung von Grund- und Trägerplatte 110, 121 weist die Sensorvorrichtung 104 zwei flexible Leiterplatten 170 auf. Eine flexible Leiterplatte 170 umfasst beispielsweise ein Band oder eine Folie aus einem flexiblen Kunststoffmaterial wie zum Beispiel Polyimid, auf welcher Kontakte und Leiterbahnen aus einem elektrisch leitfähigen bzw. metallischen Material angeordnet sind (nicht dargestellt). Möglich ist auch der Einsatz von zwei Polyimidfolien und einer zwischen den Polyimidfolien angeordneten Leiterbahnstruktur, oder einer Mehrlagenleiterplatte mit mehreren durch Polyimidfolien getrennten Leiterbahnebenen. Anstelle des Polyimids kann alternativ auch ein anderes flexibles bzw. formbares Kunststoffmaterial zum Einsatz kommen.
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Die flexiblen Leiterplatten 170 sind in einem mittleren Bereich zwischen der Grundplatte 110 und der Trägerplatte 121 angeordnet, und beispielsweise über einen leitfähigen Klebstoff oder über ein Lötmittel an zugehörige Kontaktflächen auf der Oberseite der Trägerplatte 121 und auf der Oberseite der Grundplatte 110 angeschlossen. Zu diesem Zweck weist die Trägerplatte 121 wie in 6 dargestellt eine mittige Aussparung 125 auf, durch welche die flexiblen Leiterplatten 170 zur Oberseite der Trägerplatte 121 hindurchgeführt werden können. Die flexiblen Leiterplatten 170 liegen in einer gefalteten bzw. zickzackartigen Form in der Sensorvorrichtung 104 vor, wodurch Auslenkungen der Trägerplatte 121 gegenüber der Grundplatte 110 ohne eine Beeinträchtigung der elektrischen Verbindung ausgeglichen werden können.
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Die 7 und 8 zeigen eine weitere Sensorvorrichtung 105 in einer schematischen seitlichen Darstellung und in einer Aufsichtsdarstellung, welche im Wesentlichen den gleichen Aufbau aufweist wie die Sensorvorrichtung 104 der 5 und 6. Eine elektrische Verbindung zwischen Grund- und Trägerplatte 110, 120 wird erneut über zwei flexible Leiterplatten 170 hergestellt, welche an zugehörige Kontaktflächen der Platten 110, 120 auf der Oberseiten angeschlossen sind. Anstelle in einem mittleren Bereich sind die Leiterplatten 170 außen am Rand der Trägerplatte 120 befestigt, so dass die Trägerplatte 120 im Unterschied zur Trägerplatte 121 der Sensorvorrichtung 104 keine mittige Aussparung 125 aufweist. Die Leiterplatten 170 liegen erneut in einer gefalteten Form vor, und erstrecken sich zwischen Dämpferelementen 160, welche im Bereich der Ecken von Grund- und Trägerplatte 110, 120 vorgesehen sind.
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9 zeigt eine weitere Sensorvorrichtung 200 in einer schematischen seitlichen Darstellung mit einer Trägerplatte 220 und einer im Wesentlichen parallel zur Trägerplatte 220 angeordneten Grundplatte 210, welche über eine dazwischen angeordnete Feder/Dämpfungs-Einrichtung elastisch miteinander verbunden sind. Auf der Trägerplatte 220 ist eine Chipstruktur umfassend einen Auswertechip 140 und zwei Sensorchips 130, 131 vorgesehen, wobei der Sensorchip 131 auf dem Auswertechip 140, und der Sensorchip 130 und der Auswertechip 140 nebeneinander auf der Trägerplatte 220 angeordnet sind. Die Feder/Dämpfer-Einrichtung weist ein an einer Unterseite der Trägerplatte 220 angeordnetes bzw. mit der Trägerplatte 220 verbundenes erstes Verbindungselement 261 auf. Das Verbindungselement 261 weist einen an die Trägerplatte 220 angrenzenden Verbindungssteg und hieran angrenzend einen größeren Abschnitt auf, in welchem das Verbindungselement 261 von einem Dämpferelement 260 aus einem deformierbaren Material umschlossen ist. Weiter vorgesehen ist ein an einer Oberseite der Grundplatte 210 angeordnetes bzw. mit der Grundplatte 210 verbundenes zweites Verbindungselement 262; welches das Dampferelement 260 in Form einer Seitenwand umschließt. Beide Verbindungselemente 260, 261 können als separate Komponenten, oder integriert zusammen mit den Platten 210, 220 ausgebildet sein.
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Die einzelnen Bestandteile 260, 261, 262 der Feder/Dämpfer-Einrichtung sind schichtweise umeinander, vorzugsweise jeweils kreisförmig umeinander angeordnet. Des weiteren sind zwischen den Bestandteilen 260, 261, 262 und den Platten 210, 220 entsprechende Aussparungen oder Spalte 271, 272 vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung sind die Grundplatte 210 und die Trägerplatte 220 der Sensorvorrichtung 200 nicht nur senkrecht zueinander bewegbar, sondern können auch seitlich gegeneinander verschoben werden, wodurch eine Entkopplung der Chipstruktur gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen in sämtlichen Raumrichtungen ermöglicht wird. Für das Dämpferelement 260, welches sowohl Dämpfungs- als auch Federungseigenschaften aufweist, kommt ein Gummimaterial wie insbesondere Flüssigsilikonkautschuk in Betracht.
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Anstatt das erste Verbindungselement 261 mit einem an die Trägerplatte 220 angrenzenden kleinen Verbindungssteg und einem von dem Dämpferelement 260 umschlossenen größeren Abschnitt auszubilden, kann das erste Verbindungselement auch ohne einen solchen Verbindungssteg vorgesehen werden (nicht dargestellt). In einer solchen Ausgestaltung kann das Dämpferelement 260 ebenfalls in einem Abstand zu der Trägerplatte 220 an dem ersten Verbindungselement angeordnet sein, um einen Spalt 271 zwischen Trägerplatte 220 und Dämpferelement 260 auszubilden.
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10 zeigt eine weitere Sensorvorrichtung 201 in einer schematischen seitlichen Darstellung, welche eine Feder/Dämpfer-Einrichtung entsprechend der Sensorvorrichtung 200 von 9 aufweist, und anhand derer eine mögliche Ausgestaltung zur elektrischen Kontaktierung veranschaulicht wird. Die auf der Trägerplatte 220 vorgesehenen Chips 130, 131, 140 sind untereinander und mit der Trägerplatte 220 elektrisch über Bonddrähte 190 verbunden, welche Kontaktflächen der Chips 130, 131, 140 und der Trägerplatte 220 kontaktieren. Die Trägerplatte 220 ist hierbei erneut in Form einer Leiterplatte mit einer Umverdrahtungs- bzw. Leiterbahnstruktur ausgebildet. Zur elektrischen Verbindung von Grund- und Trägerplatte 210, 220 weist die Sensorvorrichtung 201 zwei flexible Leiterplatten 170 auf, welche im Bereich der Seitenränder auf den Oberseiten der Platten 210, 220 befestigt sind und entsprechende Kontaktflächen der Platten 210, 220 kontaktieren. Die Grundplatte 210 weist Kontaktelemente 115 zur externen Kontaktierung auf, welche sich durch die Grundplatte 210 beispielsweise in Form eines Leitungsrahmens erstrecken. Weiter vorgesehen ist eine mit der Grundplatte 210 verbundene bzw. an die Grundplatte 210 angrenzende Verkapselung 180, durch welche die Chipstruktur geschützt wird. Für weitere Details hierzu wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen.
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Die anhand der Figuren erläuterten Sensorvorrichtungen stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. Darüber hinaus sind Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und Kombinationen der beschriebenen Sensorvorrichtungen umfassen. Beispielsweise können die in den 9 und 10 dargestellten Sensorvorrichtungen 200, 201 eine andere Chipstruktur und/oder zusätzliche passive Bauelemente aufweisen, welche auch auf unterschiedlichen Seiten der Trägerplatte 220 angeordnet sein können. Anstelle der Bonddrähte 190 können alternative Kontaktierungsmöglichkeiten wie insbesondere SMD-Montagetechniken in Betracht kommen.
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Im Hinblick auf die in den 1 bis 8 dargestellten Sensorvorrichtungen sind Ausführungsformen denkbar, welche eine andere Anzahl und/oder eine andere Ausgestaltung von Feder- bzw. Dämpferelementen aufweisen. Ein Beispiel ist das Vorsehen eines einzelnen Dämpferelements (oder Federelements), welches von einem kreisförmigen Federelement (oder Dämpferelement) umgeben ist.
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Des weiteren sind Ausführungsformen von Sensorvorrichtungen vorstellbar, bei denen die Grundplatte an weitere Gehäusekomponenten angrenzt bzw. mit diesen (mechanisch und elektrisch) verbunden wird, wobei erst die weiteren Gehäusekomponenten Kontaktelemente für eine externe Kontaktierung aufweisen. Anstelle einer plattenförmigen Geometrie kann ein Trägerteil und/oder ein Gehäusegrundteil auch eine andere Form aufweisen.
