DE10134646A1

DE10134646A1 - sensor element

Info

Publication number: DE10134646A1
Application number: DE2001134646
Authority: DE
Inventors: Joerg Boerner; Peter Farr; Andreas Kallenbach; Guenter Zwiener
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-02-06
Also published as: WO2003009429A1

Abstract

The invention relates to a sensor element comprising a wafer element that is sensitive to the physical variable that is to be detected, a contact device for the wafer element and a housing that surrounds the wafer element and the contact device. According to the invention, the contact device (12) is integrated in a first housing part (18) of the housing and simultaneously forms both at least one external terminal contact (22) of the sensor element (10) and a carrier (26) for the wafer element (28).

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement mit einem für die zu sensierende physikalische Größe empfindlichen Waferelement. The invention relates to a sensor element with a sensitive to the physical quantity to be sensed Wafer element.

State of the art

Sensorelemente der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese sind beispielsweise als Magnetfeldsensorelemente ausgebildet und besitzen ein Waferelement, das magnetosensitive Elemente umfasst. Sensor elements of the generic type are known. These are, for example, as magnetic field sensor elements trained and have a wafer element, the includes magnetosensitive elements.

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. It is known to have a sensitive element Contact the wafer element with a leadframe and Encapsulate leadframe and wafer element so that a integrated circuit is created. Protrude from this then contact elements in the form of connecting lugs or like. Such a structure is an example an integrated circuit in US Patent 5,221,859 shown.

Sollen derartige integrierte Schaltkreise zum Erfassen physikalischer Größen, beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik, 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. Beispielhaft ist ein derartiger Aufbau in der US-PS 5,521,785 gezeigt. Should such integrated circuits for detection physical quantities, for example in the Automotive technology, are used, it is known in to integrate a corresponding housing and with the contact elements led out to the housing to contact. The led out of the housing Contact elements are used to tap the sensor signals. Such a structure is exemplified in US Pat. No. 5,521,785 shown.

Bei den bekannten Anordnungen ist nachteilig, dass diese mit einem verhältnismäßig großen Herstellungsaufwand, sowohl hinsichtlich des Materialeinsatzes als auch der einzelnen Arbeitsschritte, hergestellt werden müssen. In the known arrangements, it is disadvantageous that this with a relatively large Manufacturing effort, both with regard to the use of materials also of the individual work steps have to.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

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 Kontakteinrichtung 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, dass nur noch die Abmessungen des Waferelementes - und somit nicht mehr die größeren Abmessungen des im Stand der Technik verwendeten kompletten integrierten Schaltkreises - die Abmessungen des Sensorelementes bestimmen. Das im Stand der Technik für die Einhausung des Waferelementes zum integrierten Schaltkreis benötigte Material und dessen Bauvolumeneinsatz entfallen somit. Gleichzeitig ergibt sich hierdurch eine Kostenreduktion, da das die Sensorik aufweisende Waferelement nicht mehr separat eingehaust werden muss. The sensor element according to the invention with the in the claim 1 mentioned features offers the advantage, that overall smaller sizes of sensor elements are achievable, which ultimately lead to a lower one required installation volume, for example in Motor vehicle, lead. This also makes it easier and thus cheaper, especially for one Suitable for mass production sensor elements according to the invention possible. Because the Contact device of the sensor element in a first Housing part of the sensor element is integrated, and at the same time at least one external connection contact of the sensor element and a carrier for that Forms wafer element, it is advantageously possible that only the dimensions of the wafer element - and thus no longer the larger dimensions of the state of the art Technology used complete integrated circuit - The dimensions of the sensor element determine. The state of the art for the housing of the Wafer element needed for the integrated circuit Material and its use of construction volume are therefore 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.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Preferred embodiments of the invention result from the other, mentioned in the subclaims Features.

drawings

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is in one Embodiment with reference to the accompanying drawings explained. Show it:

Figuren verschiedene Komplettierungsstufen des 1 bis 4 Sensorelementes. Figures different levels of completion of the 1 to 4 sensor elements.

Description of the embodiment

Anhand der Fig. 1 bis 4 wird der Aufbau und der Herstellungsprozess eines in Fig. 4 komplett dargestellten Sensorelementes 10 verdeutlicht. Ausgangspunkt ist die in Fig. 1 gezeigte Kontakteinrichtung 12, die gemäß dem konkreten Ausführungsbeispiel aus zwei Kontaktelementen 14 besteht. Die Kontaktelemente 14 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material. Die Kontur und Formgebung der Kontaktelemente 14 sind an die späteren Einsatzbedingungen des Sensorelementes 10 angepasst. 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. Referring to Figs. 1 to 4, the structure and the manufacturing process is one illustrated in Fig. 4 fully illustrated sensor element 10. The starting point is the contact device 12 shown in FIG. 1, which according to the specific 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 adapted to the later operating conditions of the sensor element 10 . 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.

Die Kontaktelemente 14 werden, wie Fig. 2 verdeutlicht, 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. As illustrated in FIG. 2, 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 mounted or joined in another suitable manner.

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 Sensorsignale. Das Gehäuseteil 18 bildet ferner einen Sensorbereich 24 aus, innerhalb dem die den Kontaktstiften 22 abgewandten Enden der Kontaktelemente 14 angeordnet sind. 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.

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. 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.

Auf den Träger 26 wird, wie Fig. 3 verdeutlicht, ein Waferelement 28 direkt angeordnet, das die sensitiven Elemente und gegebenenfalls Ansteuer- 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 Fig. 3a verdeutlicht, wird anschließend das Waferelement 28 elektrisch mit den Kontaktelementen 14 kontaktiert. Hierzu werden Bonddrähte 30 zwischen Anschlusspunkten 32 des Waferelementes 28 und Anschlusspunkten 34 der Kontaktelemente 14 gelegt. Die Kontaktierung zwischen Waferelement 28 und den Kontaktelementen 14 kann auch über eine Flipchip-Kontaktierung erfolgen. As illustrated in FIG. 3, a wafer element 28 is arranged directly on the carrier 26 , which comprises the sensitive elements and optionally control and evaluation electronics for the sensitive elements. The wafer element 28 is in this case attached directly to the carrier 26 , for example by gluing or other suitable measures. As the enlarged illustration in FIG. 3a illustrates, the wafer element 28 is then electrically contacted with the contact elements 14 . For this purpose, 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.

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 Gehäuseteil 18 zu fügen, beispielsweise durch verschweißen, vergießen, oder mechanisch zu montieren. Finally, 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 and the bonding wires 30 are extrusion-coated. These are thus positively accommodated in the housing of the sensor element 10 . It is also conceivable to manufacture the housing part 36 separately and to join it to the housing part 18 , for example by welding, casting, or mechanically assembling.

Anhand der vorstehenden Erläuterungen wird ohne weiteres deutlich, dass der Aufwand zur Herstellung des Sensorelementes 10 gering ist. Eine zusätzliche Kapselung des Waferelementes 28 vor Einbringen in das Sensorelement 10 entfällt. Im Gegenteil, das Waferelement 28wird direkt durch das Gehäuse des Sensorelementes 10 gekapselt. Somit kann eine Bauhöhe, insbesondere im Sensorbereich 24, des Gehäuses auf die Bauhöhe des Waferelementes 28 optimiert werden. From the above explanations, it is readily apparent that 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 . Thus, an overall height, in particular in the sensor area 24 , of the housing can be optimized to the overall height of the wafer element 28 .

Das dargestellte Sensorelement 10 ist beispielsweise als Magnetfeldsensorelement zur Detektion einer Magnetfeldänderung und Wandlung dieser Magnetfeldänderung in ein proportionales elektrisches Signal einsetzbar. Derartige 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 Antiblockiersystemen (ABS), bei elektronischen Stabilitätssystemen (ESP) oder dergleichen, einsetzen. Letztendlich trägt die Miniaturisierung durch das erfindungsgemäße Sensorelement 10 dazu bei, die Einsatzmöglichkeiten der Sensorelemente 10, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, zu verbessern. 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, in 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. Ultimately, 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.

Claims

1. Sensor element with a wafer element sensitive to the physical quantity to be sensed, a contact device for the wafer element and a housing surrounding the wafer element and the contact device, characterized in that the contact device ( 12 ) is integrated in a first housing part ( 18 ) of the housing, and at the same time forms at least one external connection contact ( 22 ) of the sensor element ( 10 ) and a carrier ( 26 ) for the wafer element ( 28 ).

2. Sensor element according to claim 1, characterized in that the carrier ( 26 ) is integrally formed with one of the contact elements ( 14 ).

3. Sensor element according to claim 1, characterized in that the carrier ( 26 ) is joined as a separate part with one of the contact elements ( 14 ).

4. Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the wafer element ( 28 ) on the carrier ( 26 ) is non-positively attached.

5. Sensor element according to claim 4, characterized in that the wafer element ( 28 ) is glued to the carrier ( 26 ).

6. Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the connection points ( 32 ) of the wafer element ( 28 ) with connection points ( 34 ) of the contact elements ( 14 ) are electrically conductively connected via bond wires ( 30 ).

7. Sensor element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connection points ( 32 ) of the wafer element ( 28 ) with connection points ( 34 ) of the contact elements ( 14 ) are electrically conductively connected via a flip-chip contact.

8. Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the wafer element ( 28 ), the bonding wires ( 30 ) or the flipchip contact and the contact elements ( 14 ) are surrounded by a housing part ( 36 ) of the sensor element ( 10 ).

9. Sensor element according to claim 8, characterized in that the housing part ( 36 ) is injection molded onto the housing part ( 18 ).

10. Sensor element according to claim 8, characterized in that the housing part ( 36 ) with the housing part ( 18 ) is cast, welded or assembled.

11. Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the contact device ( 12 ) is encapsulated by the housing part ( 18 ).

12. Sensor element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the contact device ( 12 ) with the housing part ( 18 ) is cast.

13. Sensor element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the contact device ( 12 ) with the housing part ( 18 ) is mechanically mounted.

14. Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor element ( 10 ) is a magnetic field sensor element.