Beschreibung

Titel

Sensoranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung

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 002 350 A1 eine Inertialsensoranordnung mit einem auf einem Träger angebrachten Sensormodul, das einen mikromechanisch hergestellten Inertialsensor und eine Auswerteschaltung umfasst, bekannt, wobei das Sensormodul durch ein elastisches Koppelelement mit dem Träger verbunden ist.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung gemäß den nebengeordneten Ansprüche, haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Sensormodul an der am Halterahmen und somit auch an der Grundplatte über eine erheblich belastbarere und langlebigere mechanische Verbindung fixiert ist und gleichzeitig der Herstellungsprozess deutlich kosten reduziert ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik eine erheblich geringere Bautiefe auf, so dass insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung der Sensoranordnung im Fahrzeugbau eine deutliche einfachere, vielseitigere und kostengünstigere Implementierung der Sensoranordnung ermöglicht wird. Das Sensormodul ist gegenüber einer Kraftwirkung in der Haupterstreckungsebene formschlüssig und gegenüber einer Kraftwirkung senkrecht zur Haupterstreckungsebene kraftschlüssig fixiert, so dass das Sensormodul auch gegenüber vergleichsweise großen Kraftwirkungen an der Grundplatte bzw. am Halterahmen mechanisch sicher befestigt ist. Insbesondere bei der Verwendung von

Sensormodulen, welche metallische Standardgehäuse umfassen, ist die Erzielung einer ausreichenden mechanischen Stabilität in der Aussparung bzw. im Halterahmen aufgrund einer stoffschlüssigen Verbindung nicht möglich. Ferner erfordert eine stoffschlüssige Verbindung einen zusätzlichen Herstellungsschritt bei der Herstellung einer Sensoranordnung, so dass eine mechanische Fixierung des Sensormoduls allein aufgrund eines Form- und Kraftschlusses erhebliche Kostenvorteile bei der Herstellung der Sensoranordnung verursacht. Insbesondere ist zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung ferner ein vergleichsweise zeitintensives und somit kostenverursachendes Aushärten des Klebstoffs o.a. notwendig. Besonders im Hinblick auf beschichtete Sensormodule, welche beispielsweise eine Nickelschicht aufweisen, ist aufgrund einer mit der Zeit fortschreitenden Oxidation der Schicht eine kurze Herstellungszeit erforderlich. Ferner wird durch den Einpressvorgang eine Temperaturerhöhung der Sensoranordnung zur Beschleunigung der Aushärtezeit, welche sich besonders nachteilig auf das Sensormodul bzw. den Sensor auswirkt, eingespart. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung kombiniert weiterhin die genannten Vorteile einer kraftschlüssigen Fixierung des Sensormoduls mit den Vorteilen einer schwingungsentkoppelten Befestigung des Sensormoduls an der Grundplatte, da Störschwingungen der Grundplatte durch das Dämpfungselement stark gedämpft werden und daher der Einfluss der Störschwingungen auf das Sensormodul minimiert wird. Zur maximalen Entkopplung des Sensormoduls von der Grundplatte ist eine derartige Ausbildung des Dämpfungselements, des Halterahmens und/oder der Aussparung vorgesehen, dass eine Resonanzfrequenz des Sensormoduls zusammen mit dem Halterahmen weit außerhalb einer kritischen Frequenz des Sensormoduls liegt, wobei die kritische Frequenz insbesondere durch eine Schwingungs- und/oder Resonanzfrequenz einer Coriolis-Masse eines Drehratensensor bestimmt wird. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Halterahmen zusammen mit dem Sensormodul durch das Dämpfungselement, welches insbesondere ein elastisches Element umfasst, in der Aussparung kraftschlüssig gegenüber einer Bewegung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung und formschlüssig gegenüber eine Bewegung in der Haupterstreckungsrichtung eingeklemmt ist.

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 Sensormodul wenigstens einen Anschlusspin aufweist, welcher außerhalb des Sensormoduls eine Anschlussfläche aufweist, die im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft wird aufgrund dieser ausgebildeten Anschlussfläche des Anschlusspins ein Bondprozess unmittelbar auf die Anschlussfläche ermöglicht, so dass in besonders einfacher Weise das Sensormodul über den Anschlusspin elektrisch leitfähig kontaktierbar ist. Begünstigt wird ein derartiger Bondprozess durch die vergleichsweise geringe Bautiefe der Sensoranordnung, da zwischen der Grundplatte und dem Sensormodul somit eine geringere Höhendifferenz senkrecht zur Haupterstreckungsebene ausgebildet ist. Insbesondere sind elektrische, elektronische und/oder mikromechanische Bauelemente und vorzugsweise ein Drehratensensor im Innern des Sensormoduls über den Anschlusspin elektrisch leitfähig kontaktiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Anschlusspin einen Standardpin umfasst, wobei der Kopf des Standardpins außerhalb des Sensormoduls angeordnet ist, so dass eine Implementierung des Anschlusspins aufgrund der Verwendung eines Standardbauteils besonders kostengünstig ist. Ferner umfasst der Kopf des Standardpins eine Anschlussfläche, so dass zur elektrischen Kontaktierung unmittelbar auf den Kopf des Standardpins gebondet wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Anschlussfläche mit einem Bonddraht elektrisch leitfähig kontaktiert ist, wobei bevorzugt der Anschlusspin eine weitere Anschlussfläche aufweist, welche mit einem weiteren Bonddraht elektrisch leitfähig kontaktiert ist, wobei die weitere Anschlussfläche besonders bevorzugt innerhalb des Sensormoduls angeordnet ist. Besonders vorteilhaft sind durch den weiteren Bonddraht im Innern des Sensormoduls elektrische, elektronische und/oder mikromechanische Bauelemente im Innern des Sensormoduls mit der weiteren Anschlussfläche im Innern des

Sensormoduls elektrisch leitfähig verbunden, so dass auch durch den Bonddraht verbunden mit der Anschlussfläche die elektrischen, elektronischen und/oder mikromechanischen Bauelemente elektrisch leitfähig verbunden sind. Vorzugsweise umfasst der Bonddraht einen Dickdraht und der weitere Bonddraht einen Dünndraht und/oder ist die Anschlussfläche größer als die weitere Anschlussfläche.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Dämpfungselement ein Silikon umfasst, wobei das Silikon vorzugsweise zwischen den Halterahmen und die Grundplatte gespritzt ist. In vorteilhafter Weise fungiert das Silikon sowohl als Dämpfungselement, als auch zur stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Befestigung des Halterahmens in der Aussparung, da das Silikon vorzugsweise eine stoffschlüssige Klebeverbindung zwischen dem Halterahmen und der Grundplatte bzw. der Aussparung erzeugt und/oder da beim Befestigen des Halterahmens in der Aussparung das Silikon vorzugsweise reversibel deformiert wird, sodass die resultierende Spannkraft des Silikons eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Grundplatte und dem Halterahmen gegenüber einer Bewegung senkrecht zur Haupterstreckungsebene erzeugt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elastischen Eigenschaften des Dämpfungselements von 125 Grad Celsius bis minus 30 Grad, bevorzugt bis minus 50 Grad und besonders bevorzugt bis minus 40 Grad Celsius im Wesentlichen konstant sind. Besonders vorteilhaft werden somit gute Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements über einen vergleichsweise großen Temperaturbereich und insbesondere auch bei vergleichsweise tiefen Temperaturen erzielt. Insbesondere weisen Dämpfungselemente aus Silikon gegenüber den im Stand der Technik genutzten Dämpfungselementen aus Kautschuk in der Temperaturbeständigkeit erhebliche Vorteile auf, da das Silikon im Vergleich zum Kautschuk bessere Dämpfungseigenschaften bei deutliche tieferen Temperaturen aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Ausdehnung der Grundplatte senkrecht zur Haupterstreckungsebene und/oder die Ausdehnung des Halterahmens senkrecht zur Haupterstreckungsebene die Ausdehnung des Sensormoduls in einer Richtung parallel zur

Haupterstreckungsebene wenigstens zu 40 %, bevorzugt wenigstens zu 70% und besonders bevorzugt wenigstens zu 90% überlappt. Vorzugsweise werden somit die kraftschlüssige und/oder die stoffschlüssige Verbindungen zwischen dem Halterahmen und der Grundplatte deutlich erhöht, da eine größere überlappungsfläche zu einer größeren Reibungskraft und/oder zu einer größeren Klebekraft zwischen dem Halterahmen und der Grundplatte führt. Ferner wird die Bauraumhöhe senkrecht zur Haupterstreckungsebene deutlich reduziert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung senkrecht zur Haupterstreckungsebene eine Gesamtausdehnung von maximal 10 mm, bevorzugt maximal 6 mm und besonders bevorzugt maximal 5,5 mm aufweist. Eine derartige Reduzierung der benötigten Bauraumhöhe senkrecht zur Haupterstreckungsebene ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine einfachere, vielseitigere und kostengünstigere Implementierung der Sensoranordnung, insbesondere in ein Fahrzeug.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensormodul ein hermetisch dicht verschweißtes Metallgehäuse umfasst, wobei der Halterahmen bevorzugt einen Aluminiumrahmen umfasst. Vorteilhafterweise wird somit die schwingungsgedämpfte Befestigung von Sensormodulen in Standardgehäusen ermöglicht, welche insbesondere eine vergleichsweise hohe Dichtigkeit aufweisen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensormodul einen Drehratensensor umfasst.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Halterahmen in die Aussparung eingesetzt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Dämpfungselement zwischen die Aussparung und den Halterahmen gespritzt wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt das Sensormodul in den Halterahmen eingepresst wird. Besonders vorteilhaft wird im Vergleich zum Stand der Technik mit einer geringeren Anzahl von Herstellungsschritten eine Sensoranordnung hergestellt, so dass die Herstellung

deutlich kostengünstiger ist, wobei insbesondere ein Verfahrensschritt zur stoffschlüssigen Verbindung des Halterahmens mit dem Sensormodul gänzlich eingespart wird und daher auch keine Aushärtezeiten, keine Temperaturerhöhungen zum Aushärten und/oder keine Justagezeiten benötigt werden. Ferner erzielt die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Sensormodul und dem Halterahmen eine mechanisch erheblich festere Verbindung, so dass die Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich stabiler ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem vierten Verfahrensschritt die Anschlussfläche des wenigstens einen Anschlusspins mit einem Bonddraht elektrisch kontaktiert wird, insbesondere mit einem auf der Grundplatte angeordneten Bauelement, wobei insbesondere in einem vor dem ersten Verfahrensschritt durchgeführten fünften Verfahrensschritt eine der Anschlussfläche des Anschlusspins entlang des Anschlusspins gegenüberliegende weitere Anschlussfläche mit einem weiteren Bonddraht elektrisch kontaktiert wird und somit besonders bevorzugt mit einem elektrischen, elektronischen und/oder mikromechanischen Bauelement im Innern des Sensormoduls elektrisch leitfähig verbunden wird. In besonders vorteilhafter Weise ermöglicht die Verwendung eines Anschlusspins mit einer Anschlussfläche eine vergleichsweise einfache und kostengünstige elektrische Kontaktierung der elektrisch, elektronischen und/oder mikroelektronischen Bauelemente im Innern des Sensormoduls mittels zweier Bondprozesse, wobei die Anschlussfläche insbesondere von einem Kopf eine Standardpins gebildet wird.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 3 eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Figur 5 eine weitere schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsform(en) 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.

In Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Sensoranordnung 1 eine Grundplatte 3, ein Sensormodul 2, ein Dämpfungselement 4 und einem Halterahmen 5 aufweist, wobei die Grundplatte 3 eine Haupterstreckungsebene 100 und eine zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechte Aussparung 6 aufweist, wobei der Halterahmen 5 in der Aussparung 6 befestigt ist und wobei zwischen dem Halterahmen 5 und der Aussparung 6 das Dämpfungselement 4 angeordnet ist und wobei ferner das Sensormodul 2 formschlüssig und kraftschlüssig in den Halterahmen 5 eingepresst ist. Die Ausdehnung 10 der Grundplatte 3 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 überlappt den Großteil der Ausdehnung 9 des Sensormoduls 2 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene 100, so dass die Sensoranordnung 1 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 eine vergleichsweise geringe Gesamtausdehnung, vorzugsweise von 4 mm aufweist.

In Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform identisch der ersten Ausführungsform illustriert in Figur 1 ist, wobei das Sensormodul 2 lediglich einen Anschlusspin 7 aufweist, welcher außerhalb des Sensormoduls 2 eine Anschlussfläche 8 aufweist, welche im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene 100 ausgebildet ist und wobei

ferner ein Bonddraht 12 die Anschlussfläche 8 elektrisch leitfähig mit einem auf der Grundplatte 3 angeordneten Bauelement 13 verbindet. Vorzugsweise wird ein Drehratensensor im Sensormodul 2 durch den wenigstens einen Anschlusspin 7 und den wenigstens einen Bonddraht 12 mit einem Hybridchip auf der Grundplatte verbunden, wobei der Hybridchip besonders bevorzugt zur Durchführung eines Sicherheitssystems, wie beispielsweise ABS oder ESP, vorgesehen ist. Der Anschlusspin 7 umfasst besonders bevorzugt einen Standardpin mit einem Kopf, wobei der Kopf des Standardpins außerhalb des Sensormoduls 2 angeordnet ist und die Anschlussfläche 8 bildet, während eine weitere Anschlussfläche des Standardpins im Innern des Sensormoduls 2 über einen weiteren Bonddraht den Sensor kontaktiert, wobei die weitere Anschlussfläche ganz besonders bevorzugt auf einer der Anschlussfläche 8 entlang des Anschlusspins 7 gegenüberliegenden Seite des Anschlusspins 7 angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Anschlusspin 7 mittels einer Glasdurchführung am bzw. im Sensormodul 2 angeordnet ist.

In den Figuren 3, 4 und 5 sind jeweils schematische Perspektivansichten einer Sensoranordnung gemäß einer dritten und einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte und die vierte Ausführungsform jeweils identisch der zweiten Ausführungsform illustriert in Figur 2 ist, wobei die Bonddrähte nicht abgebildet sind und wobei ferner lediglich unterschiedliche Formen der Grundplatten und der Sensormodule dargestellt sind.