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WO2016005200A1 - Sensorunterseitig verschaltete passive bauelemente - Google Patents

Sensorunterseitig verschaltete passive bauelemente Download PDF

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Publication number
WO2016005200A1
WO2016005200A1 PCT/EP2015/064412 EP2015064412W WO2016005200A1 WO 2016005200 A1 WO2016005200 A1 WO 2016005200A1 EP 2015064412 W EP2015064412 W EP 2015064412W WO 2016005200 A1 WO2016005200 A1 WO 2016005200A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
leadframe
lead frame
filter component
upper side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/064412
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jakob Schillinger
Dietmar Huber
Stefan GÜNTHNER
Thomas Fischer
Lothar Biebricher
Michael SCHULMEISTER
Waldemar BAUMUNG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH, Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of WO2016005200A1 publication Critical patent/WO2016005200A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5783—Mountings or housings not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • H10W74/121—
    • H10W72/5473—
    • H10W74/00—
    • H10W90/753—

Definitions

  • the invention relates to a sensor for detecting a dependent of a physical quantity to be measured physical encoder field.
  • WO 2010/037 810 A1 discloses a sensor with a sensor circuit which is set up to output a sensor signal dependent on the physical variable to be measured via a physical encoder field dependent on a physical quantity to be measured.
  • a sensor for detecting a physical encoder field dependent on a physical variable to be measured comprises a leadframe having an upper side and a lower side opposite the upper side with a placement island, an interface and at least two interconnects leading from the interface to the assembly island sensor circuit carried by the upper side of the mounting island of the leadframe for detecting the encoder field and for outputting a sensor signal dependent on the encoder field via the sensor
  • the sensor is based on the consideration that the filter components mentioned in the context of the above-mentioned sensor electronic protective elements between the interface and the
  • EMC electrostatic discharge
  • the conductor tracks of the leadframe must be mechanically stiffened at the points to be bonded, which is why a support frame, also called dambar, is arranged around the conductor tracks, which mechanically supports the conductor tracks when the bonding wires are connected. So stable clamping of the conductor tracks is ensured during bonding and guaran- tees a consistently high quality of wire bond connections ⁇ .
  • the circumferential dambar is also used as a barrier when wrapping the sensor circuit in a protective mass, such as a thermoset mold.
  • the electronic protection element called filter component is arranged in the above-mentioned sensor, however, on the top of the lead frame, this circumferential dambar and the fil ⁇ terbauteil must be placed, but this unnecessarily increases the space. Therefore, it is proposed in the context of the specified sensor to arrange the filter component on the underside of the leadframe. In this way, the bonding point on the strip conductors of the lead frame can be arranged close to the peripheral dambar and at the same time the filter component within the circumferential dambar actually provided for the sensor circuit. Thus, the specified sensor comes with less space, which is a decisive advantage, especially in the automotive industry.
  • the encircling Dambar itself is removed before the completion, so after the Elnhausen the sensor circuit in the protective mass, so that it is not present on the finished sensor.
  • the filter element should expediently be designed capacitively in ⁇ example in the form of a filter capacitor.
  • the filter component is in a particular embodiment of the specified sensor, if it is to be used, for example, for the suppression of common mode noise, one-sided connected to the reference potential placement island and can be connected on the other side with the conductor of the lead frame, with respect to the suppressing common mode noise to the reference potential.
  • the non-operating electrical signals mentioned above may also contain mode interference which can be suppressed with the filter component thus then in manner known per se, when two Lei ⁇ terbahnen be shorted to each other with respect to this differential-mode interference.
  • the filter element should be targeted ⁇ suitably trained capacitive again.
  • the sensor circuit is electrically contacted with at least one of the conductor tracks via a bonding wire, which is seen from the Be Supplierinsel from the filter component to the conductor track electrically connected. Since the interconnects can be brought in the context of the specified sensor in the production close to the above-mentioned circumferential dambar, as already mentioned, a consistently high quality of the connection of the bonding wire to the conductor ensures, because the conductor during bonding with the bonding wire through the circumferential dambar can be kept mechanically stable.
  • the filter component is a passive electronic component, preferably a capacitive electronic passive component, such as a filter capacitor. In this way, the tracks of the leadframe for the external electrical signals can be short-circuited with the filter component, if they are common mode noise and are placed on the aforementioned reference potential, if these are contact noise.
  • the filter component itself can be connected in any way with the conductor tracks of the leadframe.
  • the filter component on the underside of the leadframe is glued to it and / or soldered, because this is mechanically particularly gentle for the bonding connections on the upper side of the leadframe
  • Sensor a worn on the top of the lead frame further filter component.
  • This filter component can then also be bonded to the leadframe together with the sensor circuit in a particularly advantageous manner, in order, for example, to be able to bridge large geometric distances.
  • a method for producing one of the specified sensors comprises the steps of equipping the top side of the leadframe with the sensor circuit, wiring the sensor circuit on the leadframe, and populating the wired and the sensor circuit
  • the indicated sensor may be an airbag acceleration sensor, a wheel speed sensor or an inertial sensor for a vehicle.
  • a vehicle includes a specified sensor.
  • 1 is a schematic view of a vehicle with a vehicle dynamics control
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an inertial sensor in the vehicle of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the inertial sensor of FIG. 2 in a schematic sectional view
  • FIG. 4 shows the inertial sensor of FIG. 3 on a printed circuit board in a schematic side view
  • FIG. 5 shows the inertial sensor of FIG. 3 on a printed circuit board in a schematic plan view.
  • the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a vehicle 2 with a known vehicle dynamics control. Details of this driving dynamics control can be found for example in DE 10 2011 080 789 AI.
  • the vehicle 2 comprises a chassis 4 and four wheels 6. Each wheel 6 can be slowed down relative to the chassis 4 via a brake 8 fastened fixedly to the chassis 4 in order to slow down a movement of the vehicle 2 on a road (not shown). It can happen in a manner known to those skilled in that lose the wheels 6 of the vehicle 2 their traction and the vehicle 2 even moves away from a predetermined, for example via a not shown steering wheel trajectory by understeer or oversteer. This is avoided by known control circuits such as ABS (antilock braking system) and ESP (electronic stability program).
  • ABS antilock braking system
  • ESP electronic stability program
  • the below mentioned driving dynamics data 16 inertial data of the vehicle 2 detects the ⁇ example, a pitch rate, a roll rate, a yaw rate, a lateral acceleration, a longitudinal acceleration and / or vertical acceleration of the vehicle 2 may include.
  • a controller 18 can determine in a manner known to those skilled, whether the vehicle 2 slips on the road or even deviates from the above-mentioned predetermined trajectory and respond with a known controller output signal 20 to respond.
  • the controller output signal 20 may then be used by an actuator 22 to communicate by means of Control signals 24 actuators, such as the brakes 8 to control, which respond to the slippage and deviation from the predetermined trajectory in a conventional manner.
  • the controller 18 may, for example, in a known per se
  • controller 18 and the adjusting device 22 may be formed as a common control device and optionally integrated in the aforementioned engine control.
  • Inertialsensor 14 as driving dynamics data 16, the indicated in Fig. 2 lateral acceleration 26 detected on the vehicle and the yaw rate 28, with which the vehicle 2 rotates about its vertical axis, because they are usually used in the context of the aforementioned stability program.
  • the invention is explained in more detail with reference to the inertial sensor 14, the invention can be applied to any desired sensors, such as the speed sensors 10 mentioned above.
  • Inertialsensors 14 explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • Inertialsensor 14 a transverse accelerometer 30 is arranged.
  • the Querbeatungsmessaufsmelling 30 is exposed ⁇ 32 of a physical timer field in the form of a Zentrifugalkraftfel that the
  • Querbeschleunmessmessetzillon 30 acts and accelerated to be detected with the lateral acceleration 26 to the vehicle 2.
  • the detected lateral acceleration 26 is then output to a signal conditioning circuit 34.
  • a Coriolis acceleration sensor 36 is arranged in the inertial sensor 14. Of the Coriolis accelerometer 36 is exposed to a physical encoder field in the form of a Coriolis force field 38. In response to the Coriolis force field 38, the
  • Coriolis Beschreibungsmessaufsmelling 36 associated evaluation device 42 can be converted into the yaw rate 28.
  • An example of how the yaw rate 28 can be detected based on a correlation field 38 is described in the publication DE 10 2010 002 796 A1, which is why it should be omitted here for the sake of brevity.
  • the detected yaw rate 28 is output to the signal conditioning circuit 34.
  • the thus detected lateral acceleration and yaw rate may 26 be post 28, for example, to reduce the noise band gap and to increase the Sig ⁇ nalches.
  • the thus processed lateral acceleration 26 and yaw rate 28 can then be output to an interface 44, which then sends the two detected signals to the controller 18 as driving dynamics data 16.
  • This interface 44 could, for example, be based on the PSI5 standard or the CAN standard.
  • Interconnections can be realized here via electrical lines in the form of bonding wires 50.
  • the interface 44 may be integrated into the signal conditioning circuit 34 and formed as an application specific integrated circuit, hereinafter called ASIC 34 (application-specific integrated circuit).
  • ASIC 34 application-specific integrated circuit
  • the sensor circuit 46 may also be surrounded by a mechanical decoupling material 51, also called Globetop mass 51, in the form of a silicone material, which in turn is common in a trained as a transfer molding material 52 protective compound 52, such as a thermoset may be encapsulated in the form of an epoxy 52.
  • a mechanical decoupling material 51 also called Globetop mass 51
  • protective compound 52 such as a thermoset may be encapsulated in the form of an epoxy 52.
  • corresponding contact possibilities protrude from the inertial sensor 14, such as legs 54 shown in FIG. 2 for making electrical contact with a circuit such as, for example, the regulator 18.
  • FIGS. 4 and 5 in which a development of the inertial sensor 14 is shown.
  • the leadframe 48 comprises a circumferential holding frame 56 or dambar 56.
  • a Be Glainsel 58 via webs 60 or Dambaranitatien 60 called.
  • These conductor tracks 62 are also held on the circumferential dambar 56.
  • the interconnects 62 within the circumferential dambar 56 are called inner leads, while the interconnects 62 outside the dambar 56 are called outer leads 54.
  • the measuring sensors 30, 36 and the signal conditioning circuit 34 are held together with a filter component in the form of a first filter element 64 on an upper side 66 of the leadframe 48 in the region of the mounting island 58.
  • a filter component in the form of a first filter element 64 on an upper side 66 of the leadframe 48 in the region of the mounting island 58.
  • This is typically a protective diode with at least one bonding point.
  • varistors, zener diodes, resistors, capacitors or the like as the filter element.
  • the bonding wires 50 interconnect the electrical components held on the upper side 66 in the form of the measuring sensors 30, 36, the signal converter. processing circuit 34, the first filter element 64 with the tracks 62 electrically.
  • a second filter element 70 On an underside 68 of the leadframe 48, which is opposite to the upper side 66 of the leadframe 48, further filter components in the form of a second filter element 70, a third filter ⁇ element 72, a fourth filter element 74 and a fifth filter element 76 are arranged. Depending on one of the second filter ⁇ element 70, the third filter element 72 and the fourth filter element 74 binds each one of the not with the
  • the fifth filter element 76 is connected in series in one of the conductor tracks. It is the
  • the leadframe 48 may be made of a copper alloy or a
  • Iron-nickel alloy can be made and as contacting layer for the bonding wires 50 comprise a silver layer.
  • Her ⁇ represent the inertial sensor 14 shown in Fig. 4 and 5 of the inertial sensor 14 on the top 66 is first fitted with the electronic components 30, 36, 34, 64 and electrically connected via the bonding wires 50.
  • Verbonden the bonding wires 50 are bonded to the contacting layer of the lead frame 48 at ⁇ , wherein the lead frame 48 is subjected to mechanical stresses. Therefore, the leadframe 48 becomes during the
  • the leadframe 48 on the underside 68 can be equipped with the remaining filter elements 70 to 76. These filter elements 70 to 76 are preferably glued and / or soldered.
  • the Drahtbondeducationen between the bonding wires 50 and the leadframe 48 should, when loading the leadframe 48 with the remaining filter elements 70 a force and / or wegüberwachter placement head can be used.
  • the inertial sensor 14 in the decoupling ⁇ mass 51 and the protective mass 52 is encased, 4 sake of clarity only the protective mass 52 is shown in Fig., As can also be omitted depending on the sensor to the isolation compound 51.
  • the circumferential dambar 56 is removed, for example, by punching from the finished inertial sensor 14 by free punching of the inertial sensor 14. The sensor thus formed can then be housed in another protective mass, not shown, to him before entering

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (14) zum Erfassen eines von einer zu messenden physikalischen Größe (16) abhängigen physikalischen Geberfeldes (32, 38), umfassend: -einen eine Oberseite (66) und eine der Oberseite (66) gegenüberliegende Unterseite(68) aufweisenden Leadframe (48) mit einer Bestückinsel (58), einer Schnittstelle (54) und wenigstens zwei von der Schnittstelle (54) zur Bestückinsel (58) führenden Leiterbahnen (62), -eine auf der Oberseite (66) der Bestückinsel (58) des Leadframes (48) getragene Sensorschaltung (46) zum Erfassen des Geberfeldes (32, 38) und zum Ausgeben eines vom Geberfeld (32, 38) abhängigen Sensorsignals (26, 28) über die Schnittstelle (54), und -ein auf der Unterseite(68) des Leadframes (48) getragenes Filterbauteil (70 bis76), das eingerichtet ist, betriebsfremde elektrische Signale an den Leiterbahnen (62) zu filtern.

Description

Sensorunterseitig verschaltete passive Bauelemente
Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen eines von einer zu messenden physikalischen Größe abhängigen physikalischen Geberfeldes .
Aus der WO 2010 / 037 810 AI ist ein Sensor mit einer Sensorschaltung bekannt, die eingerichtet ist, über ein von einer zu messenden physikalischen Größe abhängiges physikalisches Geberfeld ein von der zu messenden physikalischen Größe abhängiges Sensorsignal auszugeben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den diesen Sensor zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der ab¬ hängigen Ansprüche. Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Sensor zum Erfassen eines von einer zu messenden physikalischen Größe abhängigen physikalischen Geberfeldes einen eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite aufweisenden Leadframe mit einer Bestückinsel, einer Schnittstelle und wenigstens zwei von der Schnittstelle zur Bestückinsel führenden Leiterbahnen, eine auf der Oberseite der Bestückinsel des Leadframes getragene Sensorschaltung zum Erfassen des Geberfeldes und zum Ausgeben eines vom Geberfeld abhängigen Sensorsignals über die
Schnittstelle, und ein auf der Unterseite des Leadframes ge- tragenes Filterbauteil, das eingerichtet ist, betriebsfremde elektrische Signale an den Leiterbahnen zu filtern.
Dem Sensor liegt die Überlegung zugrunde, dass die im Rahmen des eingangs genannten Sensors elektronische Schutzelemente ge- nannten Filterbauteile zwischen der Schnittstelle und der
Bestückinsel elektronisch verschaltet werden, um die elekt¬ romagnetische Verträglichkeit, EMV genannt, der Sensorschaltung zu steigern oder die Sensorschaltung vor Schäden durch elektrostatische Entladungen, ESD genannt, zu schützen.
In dem eingangs genannten Sensor ist das elektronische
Schutzelement genannte Filterbauteil jedoch auf der Oberseite des Leadframes angeordnet.
Fertigungstechnisch ist es am günstigsten, die Sensorschaltung auf dem Leadframe zu verbonden. Hierzu müssen die Leiterbahnen des Leadframes an den zu verbondenden Stellen mechanisch versteift sein, weshalb um die Leiterbahnen ein Halterahmen, auch Dambar genannt, angeordnet ist, der die Leiterbahnen beim Anbinden der Bonddrähte mechanisch stützt. So ist eine stabile Klemmung der Leiterbahnen beim Bonden sichergestellt und ga- rantiert eine gleichbleibend hohe Qualität der Draht¬ bond-Verbindungen. Darüber hinaus wird der umlaufende Dambar auch als Barriere beim Einhüllen der Sensorschaltung in eine Schutzmasse, wie beispielsweise einen Duroplast-Mold verwendet. Weil das elektronische Schutzelement genannte Filterbauteil im eingangs genannten Sensor jedoch auf der Oberseite des Leadframes angeordnet ist, muss dieser umlaufende Dambar auch das Fil¬ terbauteil gelegt werden, was jedoch den Bauraum unnötig erhöht. Daher wird im Rahmen des angegebenen Sensors vorgeschlagen, das Filterbauteil auf der Unterseite des Leadframes anzuordnen. Auf diese Weise kann die Bond-Stelle auf den Leiterbahnen des Leadframes nahe am umlaufenden Dambar und gleichzeitig aber das Filterbauteil innerhalb des eigentlich für die Sensorschaltung vorgesehenen umlaufenden Dambars angeordnet werden. Somit kommt der angegebene Sensor mit weniger Bauraum aus, was insbesondere in der Automobilindustrie ein entscheidender Vorteil ist.
Der umlaufende Dambar selbst wird vor der Fertigstellung, also nach dem Elnhausen der Sensorschaltung in der Schutzmasse wieder entfernt, so dass er am fertigen Sensor nicht vorhanden ist.
In einer Weiterbildung des angegebenen Sensors ist die
Bestückinsel auf ein Bezugspotential, wie beispielsweise Masse gelegt. Die oben genannten betriebsfremden elektrischen Signale enthalten in der Regel Gleichtaktstörungen, die auf ein Bezugspotential geleitet werden müssen. Wenn die Bestückinsel auf das Bezugspotential gelegt ist, kann jede Leiterbahn des Leadframes, die nicht mit der Bestückinsel direkt verbunden ist, in einfacher Weise für die Gleichtaktstörungen über das Filterelement direkt auf das Bezugspotential gelegt werden, weil die Bestückinsel in der Regel die geometrisch größte Ausdehnung hat und damit an alle anderen Leiterbahnen herangeführt ist. Dabei sollte das Filterelement zweckmäßigerweise kapazitiv bei¬ spielsweise in Form eines Filterkondensators ausgebildet sein. Daher ist das Filterbauteil in einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Sensors, wenn es beispielsweise zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen eingesetzt werden soll, einseitig mit der auf das Bezugspotential gelegten Bestückinsel verbunden und kann auf der anderen Seite mit der Leiterbahn des Leadframes verbunden werden, die hinsichtlich der zu unterdrückenden Gleichtaktstörungen auf das Bezugspotential werden soll. Alternativ oder zusätzlich können die oben genannten betriebsfremden elektrischen Signale auch Gegentaktstörungen enthalten, die dann in an sich bekannter Weise mit dem Filterbauteil dadurch unterdrückt werden können, wenn zwei Lei¬ terbahnen hinsichtlich dieser Gegentaktstörungen miteinander kurzgeschlossen werden. Dazu sollte das Filterbauteil zweck¬ mäßigerweise wieder kapazitiv ausgebildet sein.
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist die Sensorschaltung mit wenigstens einer der Leiterbahnen über einen Bonddraht elektrisch kontaktiert, der von der Bestückinsel aus gesehen nach dem Filterbauteil an die Leiterbahn elektrisch angeschlossen ist. Da die Leiterbahnen im Rahmen des angegebenen Sensors bei der Herstellung nahe an dem oben genannten umlaufenden Dambar herangeführt werden können, ist, wie bereits erwähnt, eine gleichbleibend hohe Qualität der Anbindung des Bonddrahtes an die Leiterbahn gewährleistet, weil die Leiterbahn beim Bonden mit dem Bonddraht durch den umlaufenden Dambar mechanisch stabil gehalten werden können. In einer noch anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist das Filterbauteil ein passives elektronisches Bauelement, vorzugsweise ein kapazitives elektronisches passives Bauele- ment, wie beispielsweise ein Filterkondensator. Auf diese weise können die Leiterbahnen des Leadframes für die betriebsfremden elektrischen Signale mit dem Filterbauteil kurzgeschlossen werden, wenn diese Gleichtaktstörungen sind und auf das zuvor genannte Bezugspotential gelegt werden, wenn diese Gegen- taktstörungen sind.
Das Filterbauteil selbst kann in beliebiger Weise mit den Leiterbahnen des Leadframes verbunden werden. In einer besonders günstigen Weitebildung des angegebenen Sensors ist das Fil- terbauteil auf der Unterseite des Leadframes jedoch mit diesem verklebt und/oder verlötet, weil sich dies mechanisch besonders schonend für die Bondverbindungen auf der Oberseite des
Leadframes realisieren lässt. In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst der angegebene
Sensor ein auf der Oberseite des Leadframes getragenes weiteres Filterbauteil. Dieses Filterbauteil kann dann in besonders günstiger Weise gemeinsam mit der Sensorschaltung ebenfalls auf dem Leadframe verbondet werden, um beispielsweise große geo- metrische Distanzen überbrücken zu können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines der angegebenen Sensoren die Schritte Bestücken der Oberseite des Leadframes mit der Sensorschaltung, Verdrahten der Sensorschaltung auf dem Leadframe und Bestücken des mit der Sensorschaltung bestückten und verdrahteten
Leadframes auf der Unterseite.
Da die Sensorschaltung zum Verdrahten auf der Oberseite, wie bereits ausgeführt, verbondet wird, wird im Rahmen des ange¬ gebenen Verfahrens durch das Verdrahten der Sensorschaltung auf dem Leadframe auf der Oberseite vor dem Bestücken des Leadframes auf der Unterseite erreicht, dass der Leadframe beim Verbonden eben aufliegen kann, weil auf der Unterseite noch keine Bau¬ elemente verschaltet sind.
Vorzugsweise sollte beim Bestücken der Unterseite des Leadframes ein kraft- und/oder wegüberwachter Bestückkopf verwendet werden, weil mit diesem eine geringe mechanische Belastung auf die Bondverbindungen auf der Oberseite des Leadframes gewährleistet ist . Der angegebene Sensor kann ein Airbag-Beschleunigungssensor, ein Raddrehzahlsensor oder ein Inertialsensor für ein Fahrzeug sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug einen angegebenen Sensor.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei :
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit einer Fahrdynamikregelung,
Fig. 2 einen schematische Darstellung eines Inertialsensors in dem Fahrzeug der Fig. 1,
Fig. 3 eine Ausführung des Inertialsensors der Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung,
Fig. 4 der Inertialsensors der Fig. 3 auf einer Leiterplatte in einer schematischen Seitenansicht, und Fig. 5 der Inertialsensors der Fig. 3 auf einer Leiterplatte in einer schematischen Draufsicht, zeigen. In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges 2 mit einer an sich bekannten Fahrdynamikregelung zeigt. Details zu dieser Fahrdynamikregelung können beispielsweise der DE 10 2011 080 789 AI entnommen werden.
Das Fahrzeug 2 umfasst ein Chassis 4 und vier Räder 6. Jedes Rad 6 kann über eine ortsfest am Chassis 4 befestigte Bremse 8 gegenüber dem Chassis 4 verlangsamt werden, um eine Bewegung des Fahrzeuges 2 auf einer nicht weiter dargestellten Straße zu verlangsamen . Dabei kann es in einer dem Fachmann bekannten Weise passieren, dass das die Räder 6 des Fahrzeugs 2 ihre Bodenhaftung verlieren und sich das Fahrzeug 2 sogar von einer beispielsweise über ein nicht weiter gezeigtes Lenkrad vorgegebenen Trajektorie durch Untersteuern oder Übersteuern wegbewegt. Dies wird durch an sich bekannte Regelkreise wie ABS (Antiblockiersystem) und ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) vermieden.
In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 dafür Drehzahlsensoren 10 an den Rädern 6 auf, die eine Drehzahl 12 der Räder 6 erfassen. Ferner weist das Fahrzeug 2 einen
Inertialsensor 14 auf, der nachstehend Fahrdynamidaten 16 genannte Inertialdaten des Fahrzeuges 2 erfasst die bei¬ spielsweise eine Nickrate, eine Wankrate, eine Gierrate, eine Querbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges 2 umfassen können.
Basierend auf den erfassten Drehzahlen 12 und Fahrdynamikdaten 16 kann ein Regler 18 in einer dem Fachmann bekannten Weise bestimmen, ob das Fahrzeug 2 auf der Fahrbahn rutscht oder sogar von der oben genannten vorgegebenen Trajektorie abweicht und entsprechen mit einem an sich bekannten Reglerausgangssignal 20 darauf reagieren. Das Reglerausgangssignal 20 kann dann von einer Stelleinrichtung 22 verwendet werden, um mittels Stellsignalen 24 Stellglieder, wie die Bremsen 8 anzusteuern, die auf das Rutschen und die Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie in an sich bekannter Weise reagieren. Der Regler 18 kann beispielsweise in eine an sich bekannte
Motorsteuerung des Fahrzeuges 2 integriert sein. Auch können der Regler 18 und die Stelleinrichtung 22 als eine gemeinsame Regeleinrichtung ausgebildet und optional in die zuvor genannte Motorsteuerung integriert sein.
Um die nachstehenden Erklärungen zu vereinfachen soll in nicht einschränkender davon ausgegangen werden, dass der
Inertialsensor 14 als Fahrdynamikdaten 16 die in Fig. 2 angedeutete Querbeschleunigung 26 auf das Fahrzeug sowie die Gierrate 28 erfasst, mit der sich das Fahrzeuges 2 um seine Hochachse dreht, weil diese im Rahmen des zuvor genannten Stabilitätsprogrammes in der Regel zum Einsatz kommen.
Zwar wird die Erfindung anhand des Inertialsensors 14 näher erläutert, jedoch kann die Erfindung auf beliebige Sensoren, wie beispielsweise die genannten Drehzahlsensoren 10 angewendet werden .
Nachstehend wird das ein mögliches Prinzip für den
Inertialsensors 14 anhand von Fig. 2 und 3 näher erläutert.
Zur Erfassung der Querbeschleunigung 26 ist in dem
Inertialsensor 14 ein Querbeschleunigungsmessaufnehmer 30 angeordnet. Der Querbeschleunigungsmessaufnehmer 30 ist einem physikalischen Geberfeld in Form eines Zentrifugalkraftfel¬ des 32 ausgesetzt, das auf den
Querbeschleunigungsmessaufnehmer 30 wirkt und mit der zu erfassenden Querbeschleunigung 26 auf das Fahrzeug 2 beschleunigt. Die erfasste Querbeschleunigung 26 wird anschließend an eine Signalaufbereitungsschaltung 34 ausgegeben.
Zur Erfassung der Gierrate 28 ist in dem Inertialsensor 14 ein Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer 36 angeordnet. Der Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer 36 ist einem physikalischen Geberfeld in Form eines Corioliskraftfeides 38 ausgesetzt. Als Antwort auf das Corioliskraftfeld 38 gibt der
Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer 36 ein Gebersignal 40 aus, das dann in einer gegebenenfalls noch zum
Coriolisbeschleunigungsmessaufnehmer 36 dazugehörenden Auswerteeinrichtung 42 in die Gierrate 28 umgerechnet werden kann. Ein Beispiel, wie die Gierrate 28 basierend auf einem Corio- liskraftfeld 38 erfasst werden kann, ist in der Druckschrift DE 10 2010 002 796 AI beschrieben, weshalb hier der Kürze halber darauf verzichtet werden soll. Auch die erfasste Gierrate 28 wird an die Signalaufbereitungsschaltung 34 ausgegeben.
In der Signalaufbereitungsschaltung 34 können die so erfasste Querbeschleunigung 26 und Gierrate 28 nachbearbeitet werden, um beispielsweise den Rauschbandabstand zu mindern und die Sig¬ nalstärke zu erhöhen. Die so aufbereitete Querbeschleunigung 26 und Gierrate 28 kann dann an eine Schnittstelle 44 ausgegeben werden, die dann die beiden erfassten Signale als Fahrdyna- mikdaten 16 an den Regler 18 sendet. Diese Schnittstelle 44 könnte beispielsweise basierend auf dem PSI5-Standard oder dem CAN-Standard aufgebaut sein.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführung bilden die beiden
Messaufnehmer 30, 36 und die Signalaufbereitungsschaltung 34 eine Sensorschaltung 46 aus, die auf einem als Leadframe 48 ausgeführten Schaltungsträger getragen und verschaltet ist. Gegebenenfalls nicht auf dem Leadframe 48 realisierbare
Verschaltungen können hier über elektrische Leitungen in Form von Bonddrähten 50 realisiert werden. Die Schnittstelle 44 kann in die Signalaufbereitungsschaltung 34 integriert und als anwendungsspezifische integrierte Schaltung, nachstehend ASIC 34 (engl: application-specific integrated circuit) genannt, ausgebildet sein.
Die Sensorschaltung 46 kann ferner von einem mechanischen Entkopplungsmaterial 51, auch Globetop-Masse 51 genannt, in Form eines Silikonmaterials umhüllt sein, das wiederum gemeinsam in einer als Spritzpressmaterial 52 ausgebildeten Schutzmasse 52, wie beispielsweise einem Duroplast in Form eines Epoxidharzes 52 verkapselt sein kann. Schließlich ragen vom Inertialsensor 14 entsprechende Kontaktmöglichkeiten, wie in Fig. 2 gezeigte Beinchen 54 zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltkreis wie beispielsweise des Reglers 18 ab. Es wird auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen, in denen eine Weiterbildung des Inertialsensors 14 gezeigt ist.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungen sind die beiden
Messaufnehmer 30, 36 in einem einzigen Bauelement zusammen- gefasst.
Im Rahmen der Fig. 4 und 5 umfasst der Leadframe 48 einen umlaufenden Halterahmen 56 oder auch Dambar 56 genannt. Innerhalb des umlaufenden Dambars 56 ist eine Bestückinsel 58 über Stege 60 oder auch Dambaranbindungen 60 genannt gehalten. Von der Bestückinsel 58 führen Leiterbahnen 62 zur Schnittstel¬ le 54, wobei eine der Leiterbahnen 62 einstückig mit der Bestückinsel 58 verbunden ist. Auch diese Leiterbahnen 62 sind am umlaufenden Dambar 56 gehalten. Die Leiterbahnen 62 innerhalb des umlaufenden Dambars 56 werden Innerleads genannt, während die Leiterbahnen 62 außerhalb des Dambars 56 Outerleads 54 genannt werden.
Die Messaufnehmer 30, 36 sowie die Signalaufbereitungsschal- tung 34 sind gemeinsam mit einem Filterbauteil in Form eines ersten Filterelementes 64 auf einer Oberseite 66 des Lead- frames 48 im Bereich der Bestückinsel 58 gehalten. Hierbei handelt es sich typischerweise um eine Schutzdiode mit mindestens einer Bondstelle. Alternativ können als Filterelement auch Varistoren, Zenerdioden, Widerstände, Kondensatoren oder dergleichen verwendet werden. Dabei verschalten die Bonddrähte 50 die auf der Oberseite 66 gehaltenen elektrischen Bauelemente in Form der Messaufnehmer 30, 36, der Signalver- arbeitungsschaltung 34, des ersten Filterelement 64 mit den Leiterbahnen 62 elektrisch.
Auf einer Unterseite 68 des Leadframes 48, die der Oberseite 66 des Leadframes 48 gegenüberliegt, sind weitere Filterbauteile in Form eines zweiten Filterelementes 70, eines dritten Filter¬ elementes 72, eines vierten Filterelementes 74 und eines fünften Filterelementes 76 angeordnet. Je eines des zweiten Filter¬ elementes 70, des dritten Filterelementes 72 und des vierten Filterelementes 74 bindet je eine der nicht mit der
Bestückinsel 58 einstückig verbundenen Leiterbahnen 62 an die Bestückinsel 58 an. Das fünfte Filterelement 76 ist in Reihe in einer der Leiterbahnen verschaltet. Dabei ist die
Bestückinsel 58 auf ein Bezugspotential in Form von Masse 78 gelegt, so dass das zweite Filterelement 70, das dritte Fil¬ terelement 72 und das vierte Filterelement 74 die entsprechenden Leiterbahnen 62 in einem bestimmten Frequenzband erden und das fünfte Filterelement 76 in der entsprechenden Leiterbahn 62 in einem bestimmten Frequenzband einen elektrischen Widerstand darstellt. Das oder die Frequenzband/-bänder ist/sind so ge¬ wählt, dass für den Inertialsensor 14 eine hohe elektromag¬ netische Verträglichkeit und eine hohe Sicherheit gegen elektrostatische Entladungen realisiert wird. Der Leadframe 48 kann aus einer Kupferlegierung oder einer
Eisen-Nickel-Legierung gefertigt sein und als Kontaktierschicht für die Bonddrähte 50 eine Silberschicht umfassen. Zum Her¬ stellen des in Fig. 4 und 5 gezeigten Inertialsensors 14 wird zunächst der Inertialsensor 14 auf der Oberseite 66 mit den elektronischen Bauelementen 30, 36, 34, 64 bestückt und über die Bonddrähte 50 elektrisch verschaltet. Beim Verbonden werden die Bonddrähte 50 an die Kontaktierschicht des Leadframes 48 an¬ gebunden, wobei der Leadframe 48 mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Daher wird der Leadframe 48 während des
Bondvorgangs am umlaufenden Dambar 56 geklemmt, um trotz der mechanischen Belastungen eine hohe Stabilität zu sichern und eine gleichbleibend hochqualitative Drahtbondverbindung zu errei¬ chen . Nach dem Bondvorgang kann der Leadframe 48 auf der Unterseite 68 mit den verbleibenden Filterelementen 70 bis 76 bestückt werden . Diese Filterelemente 70 bis 76 werden dabei vorzugsweise verklebt und/oder verlötet.
Um die mechanischen Beanspruchungen auf den Leadframe 48 beim Bestücken mit den verbleibenden Filterelementen 70 bis 76 so gering wie möglich zu halten und die Drahtbondverbindungen zwischen den Bonddrähten 50 und dem Leadframe 48 nicht zu gefährden, sollten beim Bestücken des Leadframes 48 mit den verbleibenden Filterelementen 70 ein kraft- und/oder wegüberwachter Bestückkopf verwendet werden. Anschließend wird der Inertialsensor 14 in dem Entkopplungs¬ masse 51 und der Schutzmasse 52 eingehüllt, wobei in Fig. 4 der Übersichtlichkeit halber nur die Schutzmasse 52 dargestellt ist, weil auf die Entkopplungsmasse 51 je nach Sensor auch verzichtet werden kann. Abschließend wird der umlaufende Dambar 56 bei- spielsweise durch Stanzen vom fertigen Inertialsensor 14 durch Freistanzen des Inertialsensors 14 entfernt. Der so gebildete Sensor kann dann noch in einer weiteren, nicht gezeigten Schutzmasse eingehaust werden, um ihn vor eintretender
Feuchtigkeit an den verbleibenden Dambaranbindungen 60 zu schützen.

Claims

Patentansprüche
1. Sensor (14) zum Erfassen eines von einer zu messenden physikalischen Größe (16) abhängigen physikalischen Geber- feldes (32, 38), umfassend:
einen eine Oberseite (66) und eine der Oberseite (66) gegenüberliegende Unterseite (68) aufweisenden Leadframe (48) mit einer Bestückinsel (58), einer Schnittstelle (54) und wenigstens zwei von der Schnittstelle (54) zur Bestückinsel (58) führenden Leiterbahnen (62),
eine auf der Oberseite (66) der Bestückinsel (58) des Leadframes (48) getragene Sensorschaltung (46) zum Erfassen des Geberfeldes (32, 38) und zum Ausgeben eines vom Geberfeld (32, 38) abhängigen Sensorsignals (26, 28) über die Schnittstel- le (54), und
ein auf der Unterseite (68) des Leadframes (48) getragenes Filterbauteil (70 bis 76), das eingerichtet ist, betriebsfremde elektrische Signale an den Leiterbahnen (62) zu filtern.
2. Sensor (14) nach Anspruch 1, wobei die Bestückinsel (58) auf ein Bezugspotential (78) gelegt ist.
3. Sensor (14) nach Anspruch 2, wobei das Filterbauteil (70 bis 76) einseitig mit der auf das Bezugspotential (78) gelegten Bestückinsel (58) verbunden ist.
4. Sensor (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensorschaltung (46) mit wenigstens einer der Leiterbahnen (62) über einen Bonddraht (50) elektrisch kontaktiert ist, der von der Bestückinsel (58) aus gesehen nach dem Filterbauteil (70 bis 76) an eine der Leiterbahnen (62) elektrisch angeschlossen ist.
5. Sensor (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Filterbauteil (70 bis 76) ein passives elektronisches Bau- element ist.
6. Sensor (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Filterbauteil (70 bis 76) mit eine der Leiterbahnen (62) des Leadframes (48) verklebt und/oder verlötet ist.
7. Sensor (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein auf der Oberseite (66) des Leadframes (48) getragenes weiteres Filterbauteil (64).
8. Sensor (14) nach Anspruch 7, wobei das weitere Filterbau- teil (64) auf der Oberseite (66) des Leadframes (48) mit einer der Leiterbahnen (62) über einen Bonddraht (50) elektrisch kontaktiert ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Sensors (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend:
Bestücken der Oberseite (66) des Leadframes (48) mit der Sensorschaltung (46),
Verdrahten der Sensorschaltung (46) auf dem Leadfra- me (48), und
- Bestücken des mit der Sensorschaltung (46) bestückten und verdrahteten Leadframes (48) auf der Unterseite (68).
10. Verfahren nach Anspruch 9, umfassend:
Bestücken der Unterseite (68) des Leadframes (48) mit einem kraft- und/oder wegüberwachten Bestückkopf.
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