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Bosch BMP280 - Drucksensor

BMP280

BMP280

Der BMP280 ist ein von Bosch entwickelter Drucksensor. Das Package nimmt lediglich eine Fläche von 2,0mm x 2,5mm bei einer Höhe von 0,95mm ein. Das Datenblatt gibt bei einer Messfrequenz von 1Hz eine Stromaufnahme von nur 2,7µA an. Der Messbereich liegt bei 300hPa - 1100hPa. Zwischen 950hPa und 1050hPa beträgt die absolute Genauigkeit typischerweise +/-1hPa. die relative Genauigkeit gibt das Datenblatt mit +/-0,12hPa an, was einen Höhenunterschied von +/-1m entspricht.

Der BMP280 basiert auf einer dünnen Platine, die eine Blechabdeckung trägt. Eine kleine Bohrung überträgt den Umgebungsdruck ins Innere des Sensors. Auf der hier zu sehenden Platine befinden sich die drei Zeichen IL1. Auf einem anderen Drucksensor, der sich im Reel direkt daneben befand, lautet die Zeichenfolge OV1. Um eine Revisionierung kann es sich folglich nicht handeln.

 

BMP280 Blockschaltbild

Das Blockschaltbild im Datenblatt des BMP280 zeigt, dass das Drucksensorelement auch einen Temperatursensor enthält. Ein nicht näher spezifiziertes Analog-Frontend führt die Signale von Druck- und Temperatursensor einem Analog-Digital-Wandler zu. Ein Logikblock nimmt die digitalen Daten entgegen und bedient die I2C-Schnittstelle. Neben dem Signalpfad enthält der BMP280 einen Spannungsregler, eine Referenzspannungsquelle, einen Oszillator, einen nicht-flüchtigen Speicher und eine Überwachung der Versorgungsspannung.

 

BMP280 Aufbau

Im Gehäuse befindet sich ein relativ großer Block, der über fünf Bonddrähte mit der Basisplatine verbunden ist.

 

BMP280 Aufbau

Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass der Block aus zwei Teilen besteht, dem oberen, dickeren Sensorelement und dem unteren, dünneren Die, das die Signalverarbeitung übernimmt. Die beiden Dies sind mit einer Art Kleber miteinander verbunden. Unterhalb des unteren Dies sind die Balls zur elektrischen Kontaktierung der Signalverarbeitung zu erkennen.

 

BMP280 Drucksensor Die

BMP280 Drucksensor Die

Die Abmessungen des Sensorelements betragen 1,0mm x 0,9mm. Das Design wurde 2011 von Bosch entwickelt. Die Zeichenfolge CMP460E könnte eine interne Bezeichnung sein. Kreuze in allen vier Ecken ermöglichen höchstwahrscheinlich die Überwachung der Fertigungsqualität.

Auf jeder Seite des eigentlichen Sensorelements befinden sich zweimal drei dunkle Quadrate. Jeweils zwei Dreiergruppen sind über die Ecken des Sensors miteinander verbunden. In der Mitte ist eine quadratische Struktur zu erkennen. Üblicherweise befindet sich darunter ein Hohlraum, dessen Oberfläche sich bei Druckschwankungen verformt. Die Verformung lässt sich über Dehnungsmessstreifen bestimmen. Diese piezoelektrischen Elemente sind nicht sichtbar, werden aber höchstwahrscheinlich über die dunklen Quadrate kontaktieren. Die vier Dehnungsmessstreifen sind zu einer Messbrücke verschaltet, was die Messung der kleinen Widerstandsänderungen erleichtert. Vermutlich soll die mehrfache Kontaktierung Schwankungen egalisieren, die innerhalb einer integrierten Schaltung immer auftreten. Die Mittelwertbildung über drei Kontakte kann dafür sorgen, dass sich die Messbrücke möglichst ideal verhält.

 

BMP280 Drucksensor Die Detail

Auf der Oberfläche des Sensorbereichs meint man ein sehr engmaschiges Gitter erkennen zu können. Das Gitter gibt einen Hinweis darauf, wie der Sensor wahrscheinlich gefertigt wurde. Man kann mittlerweile poröse Oberflächen aufbauen, die es erlauben das darunterliegende Silizium heraus zu ätzen, ohne dass die Oberfläche selbst angegriffen wird. So ergibt sich der für einen Drucksensor notwendige Hohlraum. Die durchlässige Oberfläche wird dann in einem zweiten Schritt abgedichtet, zeigt aber höchstwahrscheinlich weiterhin Unebenheiten in Form der Gitterstruktur.

Das Potential der unteren linken Ecke und das Potential der oberen rechten Ecke besitzen jeweils drei zusätzliche, kleinere Kontakte. Beide Potentiale scheinen mit unterschiedlichen Bereichen des Sensorelements verbunden zu sein. Vermutlich handelt es sich dabei um das positivste und das negativste Potential der Messbrücke, die, an den richtigen Stellen angelegt, Leckströme reduzieren.

 

BMP280 Drucksensor Die Detail

In der linken oberen Ecke befindet sich der Temperatursensor des BMP280. Es handelt sich um zwei antiparallel verschaltete Elemente, vermutlich um zwei Dioden.

 

BMP280 Drucksensor Die Detail

Die Membran ist überraschend stabil. Ohne übermäßige Gewalteinwirkung lässt sie sich nicht zerstören. Erst wenn man das Sensorelement zerbricht kann man den Hohlraum und die Dicke der Membran erahnen.

 

BMP280 Auswertung Die

BMP280 Auswertung Die

Die Auswertung des Sensorelements erfolgt in einem sogenannten Flip-Chip. Auf der Oberfläche des integrierten Schaltkreises ist eine geeignete Schutzschicht aufgebracht, so dass er ohne Weiteres mit Lot-Balls auf die Trägerplatine gelötet werden kann.

 

BMP280 Auswertung Die

In der unteren linken Ecke befinden sich einige Zahlen. Die großen Zahlen, vermutlich 7172, könnten eine interne Bezeichnung des Schaltkreises sein. 001 könnte eine erste Revision kennzeichnen. Die kleinen Zahlen erinnern an einen Datecode, lassen sich aber nur schwer identifizieren.

 

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