-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Solche
Sensoranordnungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus
der Druckschrift
DE 10
2006 052 468 A1 eine Sensoranordnung bekannt, wobei die
Sensoranordnung ein mikromechanisches Sensorelement und eine Auswerteschaltung
aufweist, wobei die Auswerteschaltung als integrierte Schaltung
ausgebildet ist und wobei das mikromechanische Sensorelement und
die Auswerteschaltung nebeneinander auf einem Trägerstreifen
(engl. leadframe) angeordnet sind. Ferner ist aus der Druckschrift
bekannt, dass der benötigte Platzbedarf der Sensoranordnung
durch Stapeln von zwei oder drei Substraten (engl. stacked chip)
reduzierbar ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Sensoranordnung gemäß Anspruch
1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass
ein vergleichsweise bauraumkompakter Aufbau einer Sensoranordnung
mit zwei Sensorelementen erzielt wird, welcher darüberhinaus
vergleichsweise stabil, sowie einfach und kostengünstig
herzustellen ist. In vielen Anwendungsgebieten ist die Implementierung
mehrere Sensorelemente notwendig. Beispielsweise ist bei ESP-Sensoranordnungen
(Elektronisches Stabilitätsprogramm für Kraftfahrzeuge)
die Implementierung sowohl eines Beschleunigungssensors, als auch
eines Drehratensensor wünschenswert. Um eine möglichst
bauraumkompakte Implementierung dieser zwei Sensorelemente, d. h.
des ersten und des zweiten Sensorelements in einer einzigen Sensoranordnung
zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass sowohl das erste Sensorelement,
als auch das zweite Sensorelement von einem einzigen Auswertechip,
welcher vorzugsweise einen integrierten Schaltkreis in Form eines
ASIC's (engt. Application Specified Integrated Circuit) umfasst,
ausgewertet und/oder angesteuert werden. Beide, das erste und das
zweite Sensorelement werden dabei direkt auf der Auswerteeinheit
angeordnet und befestigt, so dass einerseits nahezu kein zusätzlicher
Bauraum für die Implementierung des ersten und des zweiten
Sensorelements benötigt wird und andererseits eine möglichst
kurze Leitungsführung jeweils zwischen dem ersten und dem
zweiten Sensorelement auf der einen Seite und dem Auswertechip auf
der anderen Seite realisiert wird. In vorteilhafter Weise werden
durch die kurzen Leitungen somit geringe Leitungswiderstände,
geringe Leitungsverluste und vergleichsweise wenig Störeinkopplungen
erzielt. Der benötigte Bauraum ist insbesondere dadurch
vergleichsweise klein, da die Sensorelemente üblicherweise
kleiner als der Auswertechip sind. Der Auswertechip umfasst vorzugsweise
einen integrierten Schaltkreis und besonders bevorzugt einen Mikrocontroller
und/oder einen ASIC. Der Fachmann erkennt, dass die Sensoranordnung
neben dem ersten und dem zweiten Sensorelement in gleicher Weise
auch weitere Sensorelemente aufweisen könnte, deren Sensorsignale
von dem Auswertechip ausgewertet werden und welche unmittelbar am
Auswertechip befestigt sind.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen,
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste und das
zweite Sensorelement auf der gleichen Seite des Auswertechips angeordnet
sind, so dass der Auswertechip mit einer dem ersten und dem zweiten
Sensorelement abgewandten Seite auf einem Trägerelement
und/oder eine Leiterplatte, insbesondere einem Trägerstreifen (engl.
Leadframe) anzuordnen ist.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Auswertechip
zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement angeordnet ist.
In vorteilhafter Weise wird somit eine bauraumkompakte Implementierung
von derart großen ersten und zweiten Sensorelementen möglich, welche
bei einer Anordnung nebeneinander den Auswertechip ansonsten seitlich überlappen
würden.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Haupterstreckungsebenen
des ersten Sensorelements, des zweiten Sensorelements und des Auswertechips
im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, so dass die
Sensoranordnung nicht nur entlang der Haupterstreckungsebene, sondern
auch senkrecht zur Haupterstreckungsebene vergleichsweise kompakt
ausgebildet ist.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste
Sensorelement, das zweiten Sensorelement und der Auswertechip im
Wesentlichen ein gleiches Substratmaterial umfassen. In vorteilhafter
Weise weisen somit das erste Sensorelement, das zweite Sensorelement
und der Auswertechip im Wesentlichen den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten
auf, so dass thermischer Stress zwischen dem ersten Sensorelement
und dem Auswertechip einerseits und dem zweiten Sensorelement und
dem Auswertechip andererseits aufgrund von Temperaturänderungen
reduziert wird. Die Sensoranordnung ist somit vergleichsweise stabil
gegenüber Temperaturschwankungen, wodurch insbesondere
die Messgenauigkeit des ersten und/oder zweiten Sensorelements bei großen
Temperaturschwankung nicht oder nur vergleichsweise wenig beeinträchtigt
werden. Ferner wird der Herstellungsprozess und insbesondere der Lötprozess
durch die reduzierte Temperaturempfindlichkeit vereinfacht.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste
Sensorelement und/oder das zweite Sensorelement jeweils mittels
einer Klebeverbindung mit dem Auswertechip verbunden sind, so dass
einerseits eine sichere und mechanisch stabile Verbindung zwischen
dem ersten bzw. zweiten Sensorelement und dem Auswertechip erzeugt
wird und andererseits eine vergleichsweise kostengünstige
Herstellung dieser Verbindung realisiert wird.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste
Sensorelement mittels erster Kontaktelemente und das zweite Sensorelement
mittels zweiter Kontaktelemente elektrisch leitfähig mit
dem Auswertechip verbunden sind, wobei die ersten und die zweiten
Kontaktelemente vorzugsweise Bonddrähte und/oder Bondkügelchen
umfassen. In vorteilhafter Weise sind somit das erste und das zweite
Sensorelement direkt mit dem Auswertechip elektrisch kontakiterbar,
wobei die Sensorelemente alternativ als drahtgebundene Bauteile
und/oder als SMD-Bauteile (engl. Surface Mounted Device) realisierbar
sind.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Auswertechip
auf einem Trägerstreifen (engl. Leadframe) befestigt ist und/oder
dass das erste Sensorelement, das zweite Sensorelement, der Auswertechip
und/oder der Leadframe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet
sind. In vorteilhafter Weise ist lediglich der Auswertechip unmittelbar
mit dem Trägerstreifen befestigt und elektrisch kontaktiert,
so dass sowohl eine Verbindung des ersten Sensorelements mit dem
Trägerstreifen, als auch eine Verbindung des zweiten Sensorelements
mit dem Trägerstreifen komplett einsparbar ist und somit
die Herstellungskosten in erheblicher Weise gesenkt werden. Durch
die Anordnung des ersten und des zweiten Sensorelements auf dem
Auswertechip wird insbesondere die Realisierung eines vergleichsweise
kleinen Gehäuses ermöglicht, wodurch die Sensoranordnung
trotz der Implementierung zweier Sensorelemente im Vergleich zum
Stand der Technik klein ist.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste
Sensorelement einen Drehratensensor und das zweite Sensorelement
einen Beschleunigungssensor umfassen, wobei der Drehratensensor
und/oder der Beschleunigungssensor vorzugsweise als mikromechanische Bauelemente
ausgeführt sind.
-
Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung
einer Sensoranordnung im Automobilbereich und insbesondere für
Navigations- und/oder Sicherheitsfunktionen im Automobilbereich.
Insbesondere im Automobilbereich ist der zur Verfügung
stehende Bauraum sehr begrenzt, so dass eine bauraumkompakte Sensoranordnung gemäß der
vorliegenden Erfindung vergleichsweise einfach und kostengünstig
in einem Fahrzeug zu implementieren ist. Gleichzeitig werden für
komplexe Navigations- und Sicherheitsanwendungen, wie beispielsweise
ESP-Systeme (Elektronisches Stabilitätsprogramm), eine
Mehrzahl von Sensordaten von verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise
Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren benötigt.
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es
zeigen
-
1 eine
schematische Schnittansicht einer Sensoranordnung gemäß dem
Stand der Technik und
-
2 eine
schematische Schnittansicht einer Sensoranordnung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Ausführungsformen
der Erfindung
-
In
den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen
Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils
nur einmal benannt bzw. erwähnt.
-
In 1 ist
eine schematische Schnittansicht einer Sensoranordnung 1' gemäß dem
Stand der Technik dargestellt, wobei die Sensoranordnung 1' ein
erstes Sensorelement 2 und einen Auswertechip 4 umfasst.
Der Auswertechip 4 und das erste Sensorelement 2 sind
nebeneinander auf einem gemeinsamen Trägerstreifen 8 (engl.
Leadframe) angeordnet und fixiert. Der Auswertechip 4 ist
zur Auswertung von Sensorsignalen des ersten Sensorelements 2 vorgesehen
und dazu mit dem ersten Sensorelement 2 über einen
Bonddraht 10 elektrisch leitfähig verbunden. Darüberhinaus
sind das erste Sensorelement 2, der Auswertechip 4 und
zumindest teilweise auch der Trägerstreifen 8 in
einem gemeinsamen Gehäuse 9 angeordnet.
-
In 2 ist
eine schematische Schnittansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die abgebildete Sensoranordnung 1 ähnelt der in 1 illustrierten
Sensoranordnung 1' gemäß dem Stand der
Technik, wobei im Unterschied zu 1 die Sensoranordnung 1 ein
zweites Sensorelement 3 aufweist und sowohl das erste Sensorelement 2,
als auch das zweite Sensorelement 3 unmittelbar am Auswertechip 4,
beispielsweise mittels einer Klebeverbindung 5, befestigt
sind. Das erste Sensorelement 2 und das zweite Sensorelement 3 sind dazu
nebeneinander auf der gleichen Seite 4' des Auswertechips 4 angeordnet
und aufgeklebt, wobei die Haupterstreckungsebenen 100' des
ersten und zweiten Sensorelements 2 im Wesentlichen parallel zur
Haupterstreckungsebene 100 des Auswertechips 4 ausgerichtet
sind. Der Auswertechip 4 ist sowohl zur elektronischen
Auswertung von Sensorsignalen des ersten Sensorelements 2,
als auch zur elektronischen Auswertung von Sensorsignalen des zweiten Sensorelements 3 vorgesehen.
Insbesondere erfolgt eine Ansteuerung des ersten und des zweiten
Sensorelements 2, 3 durch den Auswertechip 4.
Das erste Sensorelement 2 ist dazu mit dem Auswertechip 4 über
ein erstes Kontaktelement 6 in Form eines Bonddrahtes elektrisch
leitfähig verbunden, während das zweite Sensorelement 3 mit
dem Auswertechip 4 über ein zweites Kontaktelement 7 ebenfalls
in Form eines Bonddrahtes elektrisch leitfähig verbunden
ist. Auf einer dem ersten und dem zweiten Sensorelement 2, 3 abgewandten
Seite 4'' des Auswertechips 4 ist der Auswertechip 4 auf
einen Trägerstreifen 8 (engl. Leadframe) aufgeklebt.
Der Trägerstreifen 8 umfasst vorzugsweise auch
ein Laminat und/oder Substrat, welches besonders bevorzugt ein leiterplattenähnliches
Material umfasst. Mit dem Trägerstreifen 8 ist
im Unterschied zum Stand der Technik somit nur der Auswertechip 4 und
keines der ersten und zweiten Sensorelemente 2, 3 unmittelbar
verbunden, wobei der Auswertechip 4 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 des
Auswertechips 4 zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Sensorelement 2, 3 und
dem Trägerstreifen 8 angeordnet ist. Das erste Sensorelement 2,
das zweite Sensorelement 3 und der Auswertechip 8 umfassen
im Übrigen ein im Wesentlichen gleiches Substratmaterial.
Das erste Sensorelement 2, das zweite Sensorelement 3,
der Auswertechip 4 und der Trägerstreifen 8 sind
ferner in einem gemeinsamen Gehäuse 9 angeordnet,
welches insbesondere ein Moldgehäuse umfasst. Die Sensoranordnung 1 umfasst
insbesondere ein ESP-Modul (Elektronisches Stabilitätsprogramm)
für Kraftfahrzeuge, wobei das erste Sensorelement 2 einen
mikromechanischen Drehratensensor 2' und das zweite Sensorelement 3 einen
mikromechanischen Beschleunigungssensor 3' umfassen. Der
Auswertechip 4 umfasst dazu vorzugsweise einen integrierten Schaltkreis
in Form eines ASIC's (engl. Application Specified Integrated Circuit).
Der Trägerstreifen 8 umfasst insbesondere ein
elektrisch leitfähiges und metallisches Material.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006052468
A1 [0002]
