压力传感器模块和具有压力传感器模块的压力传感器设备的制作方法

本发明涉及一种压力传感器模块和一种具有这样的压力传感器模块的压力传感器设备。压力传感器模块被用于检测流体介质的压力并且为此目的可以安装在压力传感器设备中。这类压力传感器设备例如应用在汽车技术中，例如应用在颗粒过滤器中或者用于颗粒过滤器或者应用在具有颗粒过滤器的发动机控制系统中以及应用在低压废气再循环中或者作为油箱压力传感器应用或者以其他的方式应用。基于应用可能性的多样性，存在对可灵活地装入的压力传感器模块的需求，所述压力传感器模块可以安装在与相应的应用情况匹配的压力传感器设备中。压力传感器设备具有与应用情况匹配的压力连接几何结构和壳体结构，而压力传感器模块可以作为小型化的单元在不同的安装状况中灵活地装入相应的压力传感器设备的壳体容纳部中。

背景技术：

例如从de102010039599a1已知一种压力传感器模块。已知的压力传感器模块可以在不同的安装状况中安装在压力传感器设备中。因此，仰面安装与在正常位置中的安装那样同样是可能的，在所述仰面安装中，压力传感器模块翻转180°地安装，在所述正常位置中，压力传感器模块以背离压力传感器芯片的一侧固定在壳体容纳部中。在已知的压力传感器模块中，无源的电构件和控制与分析处理电路的部分暴露于外部介质。在压力传感器模块和压力传感器设备的印制导线之间的接触通过键合引线实现。为了抗介质地设计这些连接，费事地制造的金键合引线连接可能是必需的，这使加热过程变得必需并且提高制造成本。此外，键合引线连接对于振动负荷是无抵抗力的，在最不利的情况下，由于所述振动负荷而可能损坏键合引线连接。

由de102016201847a1已知一种压力传感器模块，所述压力传感器模块具有模块载体，所述模块载体具有衬底。压力传感器芯片和与压力传感器芯片电连接的控制与分析处理电路布置在衬底的装配侧上并且与衬底的印制导线电连接。分析处理电路具有asic电路部分和无源的电构件，所述电构件由施加到衬底的装配侧上的模制材料完全地覆盖。模制材料具有留空，其中，压力传感器芯片布置在留空中并且在那里以凝胶覆盖物覆盖。该压力传感器模块可以特别有利地、价格便宜和简单地制造。asic电路部分和无源的构件特别好地受保护以防有侵入的介质。在已知的压力传感器模块中，在衬底的背离装配侧的接触侧上布置有与控制与分析处理电路电连接的接触面，所述接触面借助装入到密封材料中的、能导电的胶粘剂分别与压力传感器设备的印制导线电连接。

技术实现要素：

本发明涉及一种形成所述分类的类型的压力传感器模块，其中，压力传感器模块具有从模块载体伸出的电连接元件，其中，连接元件分别具有纵向延伸，其中，连接元件在其纵向延伸的方向上看分别在一端部上具有头部区段并且在其背离头部区段的端部上具有连接区段，其中，头部区段在平行于衬底的平面中和垂直于纵向延伸方向具有比相应的连接元件的其余区段在该方向上更大的宽度，其中，相应的连接元件的头部区段构型有面向衬底的接触侧的平的接触面，所述接触面在衬底的接触侧上直接地焊接到配属给相应的连接元件的电接触面上，其中，连接元件分别在头部区段和连接区段之间具有弹性区段，其中，弹性区段具有交替的(wechselseitig)弯曲部，其中，相应的连接元件在其纵向延伸的方向上看从头部区段出发在第一弯曲位置上朝向装配侧弯曲并且在在纵向延伸的方向上布置在第一弯曲位置后方的第二弯曲位置上朝向接触侧如此往回弯曲，使得连接元件的相应的连接区段平行于接触面延伸。

通过连接元件在压力传感器模块上的特别的构型和固定，根据本发明的压力传感器模块能够实现在连接元件相对于振动负荷和抖动负荷的负荷能力同时高的情况下压力传感器模块尤其对碘和二碘甲烷的高的抵抗。

通过用于保护asic电路部分和无源的电构件的已知的模制技术与焊接在衬底的下侧上的连接元件的特别的构型的组合来实现压力传感器模块在不同的压力传感器设备中的多样的应用与高的抗介质性的组合。连接元件可以完全地取代在现有技术中使用的键合引线连接部，但是由于其构型而相对抖动负荷是稳定的并且可以直接地与压力传感器设备的印制导线焊接在一起。该连接可以比在现有技术中使用的胶粘连接价格便宜得多地制造。通过连接元件的为了焊接而设置的头部区段的构型实现与衬底的分别配属的接触面的稳定的机械式和电式的连接。有弹性地构型的连接元件分别在其两个端部上一方面通过与接触面的焊接连接和另一方面与压力传感器设备的印制导线的焊接连接而相对于振动负荷特别稳定地构造。根据本发明的压力传感器模块可以借助成本便宜的标准方法制造。

接下来，概念“压力”例如描述例如部分压力和/或绝对压力和/或压差和/或压力曲线和/或压力发展，例如在时间上的。例如压力也可能涉及多个压力的差。即，压力传感器模块尤其可以是差压测量设备，即以下设备：所述设备设置用于，检测在第一压力例如第一压力室中的第一压力和第二压力例如在第二压力室中的第二压力之间的差。例如，这些压力室中的一个可能涉及参考压力室，例如具有大气压的室。另一压力室可以例如以测量介质的待测量的压力加载。其他构型也是可能的。

基本上，“流体介质”可理解为在流体的、尤其气态的状态中的任意的物质。例如可能涉及以下物质：所述物质对任意的缓慢的剪切不以阻力对抗。通常，流体的状态可以是温度相关的和/或压力相关的。流体介质可以作为纯净物或者作为混合物质存在。

基本上，概念“模制材料”描述了一种任意的材料，该材料在初始状态中可以承受在模具中或者在工具中的模制过程。尤其可能涉及可硬化的材料或者材料混合物，所述材料或者材料混合物可以在初始状态中成型，以便硬化和保持形状稳定。模制材料尤其可以包括至少一种塑料或者一种塑料混合物或者也包括至少一种用于塑料的初始材料。例如，模制材料可以包括至少一种流动树脂和/或人造树脂和/或热固性树脂。也可以考虑其他的材料。模制材料可以设置用于，至少部分地包围衬底连同构件。模制材料可以设置用于，保护构件以防由于机械的损坏、污染等等引起的损害。模制材料可以如此构型，使得压力传感器芯片至少部分地不被模制材料覆盖。

此外，模块载体可以具有至少一个压力开口。例如压力开口可以是或者包括穿透钻孔。

压力传感器芯片涉及一种半导体衬底，所述半导体衬底构造用于，检测流体介质的至少一个压力。压力传感器芯片具有膜片。膜片可以例如在一侧暴露于流体介质的压力并且在该影响下或多或少强烈地弯曲。压力传感器芯片可以优选由多孔的硅构造。

此外，压力传感器芯片完全地或者部分地以凝胶覆盖物覆盖。凝胶覆盖物提供对压力传感器芯片的保护以防外部影响。凝胶理解为一种分散系统，所述分散系统由至少两个组成部分组成。在此，固定的组成部分构成海绵状的、三维的网络，所述网络的孔由液体或者气体填充。例如可能涉及硅凝胶。

概念“控制与分析处理单元”表示电气的和/或电子的电路，所述电路设置用于，探测和/或调节至少一个信号、尤其电信号。例如，控制与分析处理单元可以具有至少一个asic电路部分(专用集成电路)和至少一个无源的电构件，例如电容器。基本上，也可以考虑其他的构型方式。

模块载体的衬底可以是电路板并且包括印制导线。尤其可能涉及lga衬底(landgridarray，平面栅格阵列)。印制导线可以被用于电子部件的电连接。印制导线可以例如由铜或者金制造。基本上，也可以考虑其他的材料。压力传感器芯片和控制与分析处理单元与印制导线电连接。传感器元件和/或控制与分析处理单元尤其可以具有焊盘，所述焊盘与印制导线的键合面电连接。

印制导线的键合面可以至少部分地通过保护材料覆盖。保护材料可以设置用于，提供对键合面的保护以防外部影响。保护材料可以包括例如树脂、尤其环氧树脂或者硅酮胶。

通过包含在从属权利要求中的特征能够实现本发明的有利的构型和扩展方案。

有利地，连接元件的第一弯曲位置在连接元件的纵向延伸的方向上可以距离衬底的侧棱最高3mm。由此有利地实现，对于压力传感器模块在压力传感器设备中的布置所需要的安装空间在其侧向的尺寸方面是小的。因为压力传感器模块也可以以仰面安装来安装或者在相对于其翻转180°的位置中在“正常位置”中安装，由此，在压力传感器模块转动以便容纳连接元件的弹性区段的情况下也需要少的安装空间。

特别有利的是，具有衬底和布置在所述衬底上的模制材料的模块载体在垂直于衬底的装配侧的方向上具有安装高度，并且，连接区段的背离接触侧的一侧与连接元件的接触面的间距在模块载体的安装高度的60％和100％之间。通过该措施，一方面实现连接元件的足够的弹性并且另一方面实现，压力传感器模块不但可以在正常位置中而且可以在仰面位置中简单地安装。连接区段在两个位置中位于模块载体的高度上，从而不需要附加的安装空间。因此，连接区段与压力传感器设备的印制导线的焊接在两个位置中容易地实现。

模制材料可以部分地也在留空的底部施加到衬底的装配侧上，并且，压力传感器芯片在留空的底部上置于模制材料上。在这种情况下，能够实现进一步的安装空间减小，其方式是，在垂直于衬底的装配侧的方向上，asic电路部分在压力传感器芯片和衬底之间布置在模制材料区段中。通过该措施减小在衬底上的空间需求。由此，与连接元件的构型组合地产生压力传感器模块的特别短的安装长度。当压力传感器模块设计用于绝对压力测量时，该实施方式是特别有利的。

压力传感器模块可以有利地具有压力开口，所述压力开口构造在衬底中。压力开口可以具有内壁，所述内壁仅仅通过衬底的材料来限界。这可以简单地制造，其方式是，将压力开口作为钻孔引入衬底中、尤其引入电路板衬底中。

此外，具有所提出的压力传感器模块的压力传感器设备是有利地，在所述压力传感器模块中，压力传感器设备具有壳体，所述壳体具有至少一个压力供给通道，并且，压力传感器模块如此容纳在壳体中，使得压力传感器模块固定在壳体容纳部中并且在那里覆盖压力供给通道，其中，连接元件以连接区段分别焊接到压力传感器设备的印制导线上。通过焊接连接产生在连接元件和印制导线之间的特别稳定的连接。

概念“壳体”涉及任意地成型的元件，所述元件设置用于，完全地或者部分地包围设备的部件并且进一步保护这些部件以防外部影响如机械负荷或者湿气。壳体可以包括至少一个第一壳体部分、尤其壳体底座和至少一个第二壳体部分、尤其壳体盖。第一壳体部分和第二壳体部分可以材料锁合地相互连接。名称“第一”和“第二”壳体部分可以视为单纯的名称，而不说明优先次序并且例如不排除可以设置多种类型的第一壳体部分和多种类型的第二壳体部分或者分别恰恰一种类型的可能性。此外，可能存在附加的壳体部分，例如第三壳体部分。

壳体可以包括用于容纳压力传感器模块的至少一个壳体容纳部。壳体容纳部尤其可能涉及壳体部分中的凹部。压力传感器模块可以借助密封粘接部固定在壳体容纳部中。壳体可以包围至少一个压力室。压力室可以相对于其他的壳体室或者压力室密封。压力传感器模块也可以部分地布置在压力室中并且部分地布置在其他的壳体室或者压力室中并且相对于一个壳体部分或者多个壳体部分密封。压力室尤其可以是以下室：流体介质的至少一个压力在所述室中占主导，所述至少一个压力被设备检测。

壳体可以具有一个或者两个或者多于两个压力供给通道。每个压力供给通道可以以压力加载，例如以测量介质的压力、外部压力或者参考压力、例如外部空气的压力加载。优选地，压力传感器模块的压力传感器芯片可以通过压力供给通道如此与具有待检测的压力的流体介质连接，使得该压力可以被压力传感器元件检测。

通过第二压力供给通道可以以至少一个另外的压力加载压力传感器芯片。所述另外的压力优选可以不同于第一压力，然而也可以与第一压力一致，例如同样用于执行校准和/或平衡。

有利地，压力传感器模块可以以模块载体的设有凝胶覆盖物的一侧安装在压力供给通道上方。该实施方式例如适合于绝对压力测量或相对压力测量，例如适合用于油箱压力传感器。

有利地，压力传感器模块也可以设置用于压差测量，并且，压力传感器模块的衬底可以具有压力开口，所述压力开口的内壁仅仅通过衬底的材料来限界。衬底的接触侧可以布置在压力传感器设备的第一压力供给通道上方，从而压力开口与第一压力供给通道流体式地连接。接触侧可以借助环绕压力供给通道的边缘的、在壳体容纳部中的密封粘接部粘接到壳体上。压力传感器模块的设有凝胶覆盖物的一侧可以优选通过第二压力供给通道以第二压力加载。

附图说明

图1示出根据本发明的压力传感器模块的第一实施例的横截面，

图2a示出根据本发明的压力传感器模块的第二实施例的俯视图，

图2b示出图2a中的压力传感器模块的下侧的俯视图，

图3示出具有两个压力传感器芯片的压力传感器模块的第三实施例的下侧的俯视图，

图4a示出根据本发明的、不具有连接元件的压力传感器模块的第四实施例的示意性的横截面，

图4b示出根据本发明的压力传感器模块的第四实施例的透视性视图，

图4c示出根据本发明的压力传感器模块的第四实施例的下侧的俯视图，

图4d示出根据本发明的压力传感器模块的第四实施例的侧视图，

图5示出具有压力传感器模块的压力传感器设备的实施例的横截面，

图6示出图5中的放大的片段a，

图7示出具有压力传感器模块的压力传感器设备的另外的实施例的横截面。

具体实施方式

图1示出根据本发明的压力传感器模块的示例性的第一实施例的横截面。压力传感器模块100包括模块载体101，所述模块载体具有至少一个衬底102和至少一种模制材料110。模制材料110优选在传感器模块100的使用中以硬化的状态存在。衬底102可以例如构型为电路板。此外，衬底102可以具有长方体形或者板形的基本形状。衬底114可以例如完全地或者部分地由玻璃纤维加强的环氧树脂材料制造。

模制材料110可以例如包括流动树脂材料或者人造树脂材料并且可以设置用于，在所述衬底102的装配侧103上至少部分地覆盖所述衬底。

此外，压力传感器模块具有压力开口118，所述压力开口例如作为钻孔引入衬底102中，从而压力开口118的内壁通过衬底的材料来限界。通道119连接衬底102的压力开口118，所述通道例如穿过模制材料110的模制材料区段117以及穿过粘附层116、例如胶粘剂或者焊料地导向并且以压力传感器芯片105的盲孔式的凹槽在膜片106处终止。

压力传感器芯片105布置在模制材料110的构造为凹部的留空111中。模制材料110可以部分地也在留空111的底部上施加到衬底102的装配侧103上，并且，压力传感器芯片105可以如所示出的那样在留空111的底部上借助粘附层116置于模制材料110的模制材料区段117上。压力传感器芯片105覆盖压力开口118并且在留空111中完全地或者部分地以凝胶覆盖物113覆盖。凝胶覆盖物113设置用于，提供对压力传感器芯片105的保护以防外部影响并且允许压力传递到膜片106上。

此外，压力传感器模块100具有控制与分析处理电路107。控制与分析处理电路107可以设置用于，探测和/或调节至少一个信号。控制与分析处理电路107布置在衬底102的装配侧103上。控制与分析处理电路107具有至少一个asic电路部分108(专用集成电路)和无源的电构件109，例如电容器。模制材料110完全地在衬底102上覆盖所述asic电路部分108和无源的构件109。在控制与分析处理电路的构型的可能性方面，示例性地参考在de102016201847a1中描述的结构，而控制与分析处理电路不会限制于该结构。

衬底102包括印制导线130。压力传感器芯片105和控制与分析处理电路107可以例如借助键合引线连接部114、115与印制导线130电连接。为此目的，模制材料区段117具有使印制导线130暴露的至少一个凹槽150，键合引线连接部114穿过所述至少一个凹槽施加到印制导线130上。

印制导线130的键合面可以在凹槽150中至少部分地通过保护材料112覆盖。保护材料112可以设置用于，提供对键合面的保护以防外部影响。保护材料112尤其可以包括树脂、尤其环氧树脂。保护材料112可以以凝胶覆盖物113覆盖。

在图1的实施例中，压力传感器模块优选设置用于压差测量并且可以通过压力开口118以第一压力加载以及通过凝胶覆盖物113以第二压力加载，所述第一压力和第二压力两者对膜片106产生作用。

如此外在图1中示出的那样，压力传感器模块100具有从模块载体101在侧向上伸出的电连接元件120。连接元件120分别具有纵向延伸l。在该纵向延伸(l)的方向上看，连接元件分别在面向模块载体101的端部上具有头部区段121并且在其背离头部区段121的端部上具有连接区段123。头部区段121在平行于衬底102的平面中和垂直于纵向延伸l具有比相应的连接元件120的其余区段更大的宽度b，这在图4c中可最好看出。

连接元件120的头部区段121构型有平的接触面132，所述接触面面向衬底102的背离衬底的装配侧103的接触侧104。每个连接元件120与配属给相应的连接元件120的电接触面131直接地焊接到衬底102的接触侧104上。

连接元件120分别在头部区段121和连接区段123之间具有弹性区段122，其中，弹性区段122设有交替的弯曲部。每个连接元件120在其纵向延伸l的方向上看从头部区段121出发具有第一弯曲位置124。第一弯曲位置124优选在纵向延伸l的方向上看在衬底102的侧棱140后方最高3mm地布置。连接元件120在第一弯曲位置124上朝向装配侧103弯曲。例如连接元件120可以相对于平的接触面132以在30°和90°之间的角度弯曲。在纵向延伸l的方向上看，在第一弯曲位置124后方布置有第二弯曲位置125。连接元件120可以在第二弯曲位置125上朝向接触侧104如此往回弯曲，使得连接元件120的相应的连接区段123平行于接触面132和衬底102延伸。例如，连接元件120可以在第二弯曲位置125上相对于布置在第一弯曲位置124和第二弯曲位置125之间的直线的区段127往回弯曲在30°和90°之间的角度。

如在图1中可好地看出的那样，具有衬底102和布置在衬底上的模制材料110的模块载体101在垂直于衬底102的装配侧103的方向上具有安装高度h。安装高度h可以例如具有在2mm和10mm之间的值。连接区段123的背离接触侧104的一侧133与连接元件121的接触面132的间距a优选为模块载体101的安装高度h的60％和100％之间。优选地，连接区段123在位于在延伸通过接触侧104的第一平面和与所述第一平面平行的第二平面之间的一区域以内在侧向上离开模块载体101地延伸，所述第二平面延伸通过模制材料110的背离接触侧104的外表面134。

图2a示出根据本发明的压力传感器模块的第二实施例的俯视图，在所述压力传感器模块中，压力传感器芯片105借助粘附层116直接布置在衬底102上。即，在该实施例中，已经省去模制材料区段117，并且，在模制材料中的凹槽150占据留空111的整个底部。图2b以从下方的透视性视图示出相同的压力传感器模块，在该透视性视图中，可看出压力开口118。如在图2a和2b中可以好地看出的那样，模块载体101优选具有紧凑的长方体形的几何结构。

图3示出压力传感器模块的第三实施例的下侧的俯视图。在该实施例中，两个压力传感器芯片105布置在模块载体101上。在图3中可看出两个压力开口118，在所述两个压力开口上方分别布置有一个压力传感器芯片。两个压力传感器芯片3可以与相同的控制与分析处理电路107连接。但也可能的是，在衬底102上设置两个分开的控制与分析处理电路107。此外，自然也可能的是，设置多于两个压力传感器芯片。

图4a示出根据本发明的压力传感器模块100的第四实施例的示意性的横截面，其中，连接元件未示出。在该实施例中，压力传感器模块设置用于绝对压力测量或者相对压力测量。因此，在衬底102中未设置压力开口118。

如在图4a中可以看出的那样，模制材料110与在图1中类似地在这里部分地也在留空111的底部上施加到衬底102的装配侧103上，并且，压力传感器芯片105在留空111的底部上置于模制材料上。由于省去了压力开口118，可能的是，在垂直于衬底102的装配侧103的方向上看，将asic电路部分108节省空间地在压力传感器芯片105和衬底102之间布置在模制材料110的模制材料区段117内部。

图4b示出用于该第四实施例的透视性视图。图4c示出该实施例的下侧的俯视图，该俯视图特别好地示出头部区段121的形状和位置。图4d示出该实施例的侧视图。

图5示出具有根据本发明的压力传感器模块100的压力传感器设备200的实施例的横截面。该实施例可能例如涉及用于绝对压力测量或者用于相对压力测量的压力传感器设备。压力传感器设备200具有由例如塑料制成的壳体200。壳体可以例如两件式地构造，所述壳体具有在这里示出的壳体底部件208和未示出的壳体盖。壳体200具有例如至少一个压力供给通道201，所述至少一个压力供给通道布置在从壳体底部件208伸出的压力套管中。压力传感器模块100、例如在图4a至4d中示出的压力传感器模块容纳在壳体200中。如可以看出的那样，壳体200具有槽状的壳体容纳部202。压力传感器模块100如此固定在槽状的壳体容纳部202中，使得所述压力传感器模块覆盖压力供给通道201，其中，模块载体101的设有凝胶覆盖物113的一侧优选直接地安装在压力供给通道201上方并且面向压力供给通道201。压力传感器模块100可以借助对压力供给通道201进行密封的环绕的密封粘接部固定在壳体容纳部202中。因此，在压力供给通道201中的压力可以通过凝胶覆盖物113传递到压力传感器芯片105上。压力传感器模块100的连接元件120以其连接区段123分别焊接到压力传感器设备200的印制导线203上。印制导线203可以是例如喷射到壳体底部件208中的冲裁栅格线路(stanzgitterbahn)，所述冲裁栅格线路与压力传感器设备200的插头引脚207电连接。图6示出，在连接区段123和印制导线203之间的稳定的焊接连接204可以容易地制造。

图7示出具有根据本发明的压力传感器模块100的压力传感器设备的一个另外的实施例的横截面。该实施例可能例如涉及用于压差测量的压力传感器设备。压力传感器设备200具有由例如塑料制成的壳体200。壳体可以两件式地构造，所述壳体具有壳体底部件208和壳体盖205。壳体200具有例如第一压力供给通道201，所述第一压力供给通道与流体管路件连接。此外，壳体200具有例如第二压力供给通道201a，所述第二压力供给通道与外部接头201b流体式地连接。压力传感器模块100——例如在图1中示出的压力传感器模块100容纳在壳体200中。设置在壳体盖205处的密封板(dichtschwert)206可以密封地贴靠在模块载体101的外表面134上，由此，可以构造接触室209，所述接触室相对于第一压力供给通道201和第二压力供给通道201a密封。

如可以看出的那样，壳体200具有槽状的壳体容纳部202。压力传感器模块100如此装入到槽状的壳体容纳部202中，使得衬底102的接触侧104布置在压力传感器设备的第一压力供给通道201上方。压力传感器模块100的衬底102具有压力开口118，所述压力开口的内壁优选可以仅仅通过衬底102的材料来限界，并且，所述压力开口流体式地与第一压力供给通道201连接。接触侧104可以借助环绕第一压力供给通道201的边缘的、在壳体容纳部202中的密封粘接部212粘接到壳体200上。第二压力供给通道201a与压力室211连接，在所述压力室中也布置有压力传感器模块100的设有凝胶覆盖物113的一侧。密封粘接部211将第一供给通道201与压力室211隔离。也在该实施例中，压力传感器模块100的连接元件120以其连接区段123分别焊接到压力传感器设备200的印制导线203上。

根据在图5和图7中的压力传感器设备的完全不同的结构可以好地看出，可以怎样灵活地装入根据本发明的压力传感器模块。其中，在所有的情况下，实现相对于抖动负荷稳定的结构并且确保高的抗介质性。