CN112208056B - 用于制造鲁棒的传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造传感器的方法，该传感器至少包括传感器元件，该传感器元件具有第一壳体(1)，其中该传感器元件布置在电路载体(3)上，其中将传感器元件连同电路载体(3)布置在注射成型模具的空腔(4)中，随后将传感器元件以及电路载体(3)至少部分地包覆注射成型，由此形成第二壳体(2)，其中相对于电路载体(3)的纵向方向(7)和/或第一壳体(1)的基准面(8)，通过至少一个浇道(5)进入空腔(4)中的注射成型材料的馈入方向(6)具有小于120°的角度。

Description

用于制造鲁棒的传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造传感器的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于制造传感器的方法，该方法能够实现相对鲁棒/稳健和/或密封和/或价廉的传感器。
根据本发明，该目的通过如下的技术方案中的方法来实现。
本发明的技术方案优选地基于以下思想：在用于制造传感器的方法中，该传感器至少包括传感器元件，该传感器元件具有第一壳体，其中，第一壳体尤其包裹传感器元件，其中，将该传感器元件布置在电路载体上，其中，将传感器元件连同电路载体布置在注射成型模具的空腔中，随后对传感器元件以及电路载体至少部分地进行包覆注射成型/二次成型，由此形成第二壳体，其中，相对于电路载体的纵向方向和/或第一壳体的基准面，通过至少一个浇道进入空腔中的注射成型材料的馈入方向具有小于120°的角度或0°至120°之间的角度，尤其优选基本上平行地取向或者具有小于30°或小于10°的角度。
浇道或注射成型通道或注射通道优选理解为注射单元与空腔之间的连接部，其中特别是将通向空腔本身的入口称为浇道的末端、喷射点或注射点。
馈入方向有利地理解为注射成型材料从浇道经过注射点进入空腔中的优选方向或主方向，尤其基本上是从浇道经过注射点的一条直线，在此，该直线有利地以小于2mm的间距穿过第一壳体或穿过第一壳体周围的空间。
传感器元件和信号处理电路优选地集成在第一电子构件或ASIC中。
短语“至少部分地”也优选地理解为术语“完全地”或术语“部分地”。
电路载体有利地构造为引线框架或电路板，其中引线框架尤其应理解为是指连接框架或金属导线载体。
第一壳体优选地由塑料制成，特别是由热固性塑料制成，特别优选地由环氧树脂制成。有利地，第一壳体被设计为用于传感器元件或芯片或ASIC的保护性壳体或自身的标准壳体。
用于形成第二壳体的注射成型材料优选是热塑性塑料，其中材料尤其具有聚酰胺或PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或PPS(聚苯硫醚)或PPA(聚邻苯二甲酰胺)。
有利地，用于形成第二壳体的注射成型材料尤其至少在表面上或普遍地具有填料或填充物。这些填料或填充物尤其设计为圆的和/或基本上球状的和/或具有确定的颜色，尤其优选黑色或绿色或蓝色或红色。
替代地，填料或填充物优选设计为纤维或纤维束，特别是由玻璃或碳制成。
合适的是，填充物或填料占用于形成第二壳体的注射成型材料的15至50体积百分比份额。
优选在将传感器元件的第一壳体布置在注射成型模具的空腔中之前，借助于等离子处理和/或激光处理使第一壳体的外表面上的至少一个连接面活化和/或粗糙化。尤其借助于激光使连接面活化，特别优选在此之后在激光活化之后的2个小时或更短时间内，为了形成第二壳体而对第一壳体至少部分地进行包覆注射成型，其中该至少一个连接面被第二壳体的注射成型材料覆盖。
有利地，借助于激光使连接面变粗糙。在此尤其为了形成连接面，通过利用激光在第一外壳的相应区域的表面上进行粗糙化处理，其中在表面中产生凹部以及同时将激光如此对准表面并引导以及从其功率输出开始调整，使得在连接面的表面中产生了具有至少两个基本上不同深度的凹部。两个基本上不同深度的凹部优选理解为，产生第一凹部类型的凹部和第二凹部类型的凹部，所述凹部尤其显著地通过凹部的深度相互区分。
特别优选地如此操控激光，即用激光使粗糙化的区域中的表面活化。在此，尤其基本上在激光的聚焦区域中产生第一凹部和第二凹部或第一凹部类型和第二凹部类型的凹部，由此激光从表面材料产生等离子体，这对于在注射成型工艺中实现更好的化学结合特别有利。当借助于激光使塑料制表面粗糙化时，尤其特别优选产生活性的自由基碳。在此尤其特别优选的是，产生数个或相对许多个、特别是超过一千个或百万个的凹部，并且产生基本上两种不同的凹部类型的凹部，这些凹部基本上至少通过它们的深度彼此区分或者每个凹部类型的特征在于定义的深度或定义的深度间隔。
“如此操控激光”的表述优选地理解为，如此使激光对准表面并引导以及从其功率输出开始调节。
有利的是，连接面设计用于第一壳体和第二壳体之间的材料接合的连接。
优选的是，至少一个连接面如此设计，使得该至少一个连接面环形地围绕第一壳体的外表皮、围绕电路载体的纵轴延伸或者相对应地设计。
特别地，在包覆注射成型的过程中并且特别优选地鉴于空腔中注射成型材料的流动方向，实现在纤维结构或纤维束的取向上的各向异性。纤维或纤维束在横向方向或纵向方向上的表现不同和/或注射成型材料与纤维/纤维结构一起在不同方向上具有不同的特性，这可以导致优选地增加材料强度。
优选地，在空腔中借助于：
内部几何结构和/或内表皮上的一个或多个凹部和/或凸起和/或对空腔中至少一个定位销和/或模具销的温度控制和/或在空腔中至少一个定位销和/或模具销的运动，特别是为了混合注射成型材料的运动，和/或
相对于空腔的几何结构的设计，对待包覆注射成型的第一壳体的定位，被如此影响和/或设计和/或设定在形成第二壳体的过程中借助于至少一个浇道馈入注射成型模具的空腔中的注射成型材料的流动，使得注射成型材料或注射成型材料的流动前沿在至少一个连接面上、尤其是在所有连接面上以小于30°的角度撞击到该连接面上，
从而实现第一塑料壳体和第二塑料壳体之间的特别密封的和/或能承受负荷的和/或持久的连接。
注射成型模具优选具有至少一个加热和/或冷却元件，该至少一个加热和/或冷却元件布置在空腔的壳体内或壳体上，并且注射成型材料的温度至少在邻近加热和/或冷却元件的区域中升高或降低。
有利的是，注射成型模具具有电子控制单元或连接到这种电子控制单元上，借助于该电子控制单元：
控制至少一个定位销和/或模具销的运动和/或
在空腔中对具有加热和/或冷却元件的至少一个定位销和/或模具销进行温度控制，
和/或
借助于该电子控制单元操控布置在空腔的壳体中或壳体上的该至少一个加热和/或冷却元件，
尤其是从而能够实现第一塑料壳体和第二塑料壳体之间的特别密封和/或能承受负荷的和/或持久的连接，
这通过如下方式实现：在注射成型材料中产生一个或多个温度变化，由此有利地改变注射成型材料的至少一个流动前沿或在注射成型材料中一局部的粘度相对于另一局部的粘度变化，和/或这通过如下方式实现：在包覆注射成型过程期间实现了注射成型材料的增强的混合和/或在空腔的内表皮上尤其是注射成型材料的温度或温度分布与在第一壳体上的温度或温度分布不同；和/或注射成型材料或注射成型材料的流动前沿在至少一个连接面上、尤其是在所有连接面上以小于30°的角度撞击到该连接面上。
优选地，使注射成型材料通过至少一个浇道进入空腔中的馈入方向基本上对准第一塑料壳体和/或电路载体，特别是在注射点与第一塑料壳体和/或电路载体之间的距离小于2mm的情况下。
特别优选的是，使注射成型材料通过至少一个浇道进入空腔中的馈入方向基本上直接对准电路载体和/或第一壳体的外边缘和/或端面。
在此，注射点有利地对准第一塑料壳体和/或电路载体，由此注射成型材料的主流动或馈入方向如此表现，使注射成型材料以0-120°之间的角度撞击第一塑料壳体和/或电路载体上，由此改变了注射成型材料的流动前沿。特别有利的是，在空腔的内表皮上的一个或两个或多个凹部尤其是在凹部的横截面方面基本上设计为三角形或梯形的，和/或在空腔的内表皮上的至少一个凸起被设计和布置成使注射成型材料、尤其是被第一塑料壳体和/或电路载体甩回的注射成型材料出现涡流。
优选地将注射成型模具设计成，使得至少一个浇道的注射点被设计为文丘里喷嘴，其中该文丘里喷嘴尤其具有彼此过渡的不同横截面，由此，在流入空腔方面，注射成型材料被加速或减速。
注射成型模具有利地设计成具有唯一的浇道和/或唯一的注射点。
优选地，如此设计空腔的内部几何结构，使得空腔在空腔的内表皮上具有一个或多个凹部，所述凹部基本上具有三角形或梯形的横截面和/或其中在空腔的内表皮的相对置的内表面上分别形成了这些凹部中的至少一个凹部。空腔的内表皮上的所述的和/或一个或多个的凹部和/或凸起特别优选地设计成使得注射成型材料在包覆注射成型期间形成涡流。
有利的是，注射成型模具具有用于固定传感器元件和/或电路载体的至少一个定位销，其中注射成型模具附加地具有至少一个模具销，该模具销伸入空腔中和/或能够移出，其中，该模具销不用于固定传感器元件和/或电路载体，该模具销设计为可加热的和/或可冷却的。特别优选地，该附加的模具销在用于形成第二壳体的包覆注射成型期间在注射成型材料中运动。
优选地，模具销也被理解为一种定位销，但是该定位销不用于将待包覆注射成型的物体定位在空腔中。
有利地如此设计空腔的内部几何结构，使得该空腔至少在局部基本上适配于第一壳体的几何结构，其中从空腔的内壁到第一壳体的相对置的表面的距离——尤其是沿着第一壳体围绕电路载体的纵轴的表皮面——被设计得基本上相同，或者变化/改变得小于该距离的30％。
优选地，第二壳体被设计成使得第一壳体的至少第一区域是暴露的和/或不被第二壳体包裹。替代地，优选如此设计第二壳体并且尤其如此设计注射成型模具或如此设计传感器元件或第一壳体在空腔中的定位，使得第二壳体针对第一壳体具有缺口。
有利的是，第一壳体具有至少一个、尤其是突出的形锁合元件，用于与第二壳体的形锁合的连接。形锁合元件例如设计为凸耳或肋状件，同时与第一壳体一件式形成。优选地，基本上在所述形锁合元件和/或每个形锁合元件的附近在第一壳体上形成至少一个连接面，特别是在形锁合元件的对置两侧上在第一壳体上分别形成连接面。
有利地，在用于制造第二壳体的注射成型过程之前，在连接面的区域中，特别是在第一壳体的相对于第二壳体暴露的区域周围使第一壳体的壳体材料活化和/或粗糙化。当粗糙化或活化时，优选借助于激光产生自由基碳。在激光的焦点处，激光触碰到第一壳体的材料上，产生例如等离子体，该等离子体有利于和/或能够实现第一壳体和第二壳体之间的材料接合的连接。
本发明还涉及一种通过根据本发明的方法制造的传感器以及用于执行根据本发明的方法的注射成型模具。传感器有利地或根据该方法被设计为速度传感器，特别是车轮转速传感器或变速器转速传感器或动力装置(发动机/电机)转速传感器。
附图说明
在示意图中示出了：
图1示出一个实施例，其中将具有第一壳体和电路载体的传感器元件定位在注射成型模具的空腔中，并且通过包覆注射成型来形成第二壳体，
图2和3分别示出了传感器的实施例，其中示出了第一壳体和第二壳体的设计。
具体实施方式
图1以示例的方式示出了传感器元件的第一壳体1和与其连接的引线框架，所述引线框架作为电路载体布置在注射成型模具的空腔4中。由环氧树脂制成的第一壳体1在端侧被夹紧20在模具中，由此第一壳体1的一部分/区域16并不是相对于第二壳体保持暴露。第一壳体1具有以细虚线示出的被激光活化的连接面11。邻近暴露区域16的连接面11在此被设计成，该连接面环形地围绕第一壳体1的外表皮、围绕电路载体3的纵轴延伸或相对应地设计，由此相对于湿气尤其密封该暴露区域16，湿气在完成的传感器工作时会从第一壳体1的暴露区域16侵入或渗透到第一壳体和第二壳体之间。
第一壳体1另外通过定位销9固定。注射成型材料21通过螺旋(输送)装置19通过浇道5输送到空腔4中，该浇道在注射点22处通入空腔4中。浇道5设计为例如文丘里喷嘴。
注射成型模具还包括在空腔4的内表皮上的多个凹部12和凸起15，其中这些凹部12具有基本上三角形或梯形的横截面。另外，注射成型模具包括设计为可加热的模具销10。
另外，在空腔的壳体中布置有作为加热部件的加热元件13和用于冷却的冷却元件14。
首先，在注射成型材料的馈入方向6相对于电路载体3的纵向方向7呈小于15°的角度的情况下，同时与电路载体3对准地，通过浇道5将注射成型材料21注射到空腔4中，由此产生湍流或注射成型材料的流动前沿的方向改变。
在该方法的过程中，还借助于空腔4的内表皮上的内部几何结构、特别是通过凹部12，借助于温度控制和模具销10的运动、例如用于使注射成型材料混合的运行，以及通过加热元件13和冷却元件14进行的温度影响，来如此影响注射成型材料21的流动，使得注射成型材料或注射成型材料的流动前沿18或各流动前沿18以小于30°的角度撞击到这些连接面11上并在那里连接到第一壳体1。
注射成型材料21的温度例如设定为80℃至90℃。在这种情况下，通过加热元件13和冷却元件14将空腔的内表皮面的温度设置为与围绕第一壳体1施加的或者包围第一壳体1的注射成型材料的温度不同。
用于形成第二壳体的注射成型材料21例如设计为聚酰胺并且具有填料或填充物，该填料或填充物设计为玻璃纤维或玻璃纤维束。
图2示出了示例性的动力装置转速传感器。未示出的传感器元件与作为电路载体的引线框架连接并电接触，其中该传感器元件被第一壳体1包裹或该传感器元件具有第一壳体1。第一壳体1具有以细虚线示出的被激光活化的连接面11。邻近于暴露区域16(该暴露区域作为第一壳体1的区域未被第二壳体包围)的连接面11被设计为使连接面环形地围绕第一壳体1的外表皮、围绕电路载体3的纵轴延伸或相对应地设计，由此相对于湿气尤其密封暴露区域16，该湿气在完成的传感器工作时会从第一壳体1的暴露区域16侵入或渗透到第一壳体和第二壳体之间。
第一壳体1和第二壳体2在连接面11的附近或旁边或紧邻的周围环境中分别具有形锁合元件17，其中这两个彼此配属的形锁合元件17形锁合地彼此接合。第一壳体1的形锁合元件17被设计为肋状件，该肋状件例如也环形地围绕电路载体3的纵轴围绕第一壳体1的外表皮延伸或者相对应地设计。相应地，第二壳体2具有凹槽作为形锁合元件17，第一壳体的肋状件接合到该凹槽中并形成形锁合的连接。由此，第一壳体和第二壳体之间的相对力基本上被形锁合元件17吸收，由此减少与第二壳体在包覆注射成型中材料接合地至少部分连接的连接面11的机械负荷并且保持该材料接合的连接的密封性。
在形成第一壳体1时产生在第一壳体1上的作为肋状件的形锁合元件17，而对应的形锁合元件，即第二壳体2的凹槽(肋状件接合在该凹槽中)在以注射成型材料对第一壳体1包覆注射成型以形成第二壳体2时产生。
图3示出了具有第一壳体1和第二壳体2的示例性的车轮转速传感器。第一壳体1包围未示出的ASIC，包括传感器元件和信号处理电路。第一壳体具有肋状或凸耳状的形锁合元件17，其分别布置在第一壳体1的上侧上和下侧上，并且分别界定暴露区域16，在该暴露区域中第一壳体1未被第二壳体2包围或包覆。除了第一壳体的形锁合元件17之外，在第一壳体1上在背离暴露区域16的一侧上分别布置有激光活化的连接面，借助于该连接面第一壳体和第二壳体在第二壳体的注射成型过程中基本上材料接合地相互连接。由此，第一壳体和第二壳体之间的连接相对于暴露区域特别密封。第二壳体2在侧向外部、与暴露区域相背离地、以及从上方或从下方、即例如呈L形与各形锁合元件分别接合，并因此形成各相应的相互的形锁合，该形锁合吸收了第一壳体和第二壳体之间的相对力并且减轻材料接合的连接在连接面处的力负荷。
附图标记列表：
1 第一壳体
2 第二壳体
3 电路载体
4注射成型模具的空腔
5 浇道
6注射成型材料的馈入方向
7 电路载体的纵向方向
8 第一壳体的基准面
9 定位销
10 模具销
11 连接面
12空腔内表皮的凹部
13加热元件
14冷却元件
15空腔内表皮的凸起
16 第一壳体的暴露区域
17形锁合元件
18撞击到连接面上的注射成型材料的流动前沿
19蜗杆
20将第一壳体夹紧在模具中
21注射成型材料
22注射点

Claims (19)

1.一种用于制造传感器的方法，该传感器至少包括传感器元件，该传感器元件具有第一壳体(1)，其中，将传感器元件布置在电路载体(3)上，其中，将传感器元件连同电路载体(3)布置在注射成型模具的空腔(4)中，随后对传感器元件以及电路载体(3)至少部分地进行包覆注射成型，由此形成第二壳体(2)，其特征在于，相对于电路载体(3)的纵向方向(7)和/或第一壳体(1)的基准面(8)，通过至少一个浇道(5)进入空腔(4)中的注射成型材料的馈入方向(6)具有小于120°的角度；其中注射成型模具具有至少一个模具销(10)，该模具销(10)在用于形成第二壳体(2)的包覆注射成型期间在注射成型材料中运动，以混合注射成型材料；其中所述模具销也被理解为一种不用于将待包覆注射成型的物体定位在空腔中的定位销。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在空腔(4)中借助于:
空腔(4)的内部几何结构和/或在内表皮上的一个或多个凹部(12)和/或凸起(15)和/或
对空腔(4)中至少一个定位销(9)和/或模具销(10)的温度控制和/或在空腔(4)中至少一个定位销(9)和/或模具销(10)的运动，和/或相对于空腔(4)的几何结构的设计，对待包覆注射成型的第一壳体(1)的定位，
来如此影响和/或设计和/或设定在形成第二壳体(2)的过程中借助于至少一个浇道(5)馈入注射成型模具的空腔(4)中的注射成型材料的流动，使得注射成型材料或注射成型材料的流动前沿在至少一个连接面(11)上以小于30°的角度撞击到该连接面上，
从而实现第一壳体(1)和第二壳体(2)之间的特别密封的和/或能承受负荷的和/或持久的连接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使注射成型材料通过至少一个浇道(5)进入空腔(4)中的馈入方向(6)对准第一壳体(1)和/或电路载体(3)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使注射成型材料通过至少一个浇道(5)进入空腔(4)中的馈入方向(6)直接对准电路载体(3)和/或第一壳体(1)的外边缘和/或端面。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将传感器元件的第一壳体(1)布置在注射成型模具的空腔(4)中之前，借助于等离子处理和/或激光处理来使第一壳体(1)的外表面上的至少一个连接面(11)活化和/或粗糙化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，借助于激光使连接面(11)活化，在此之后，为了形成第二壳体(2)而对第一壳体(1)至少部分地进行包覆注射成型，其中该至少一个连接面(11)被第二壳体(2)的注射成型材料覆盖。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如此设计空腔(4)的内部几何结构，使得空腔在空腔的内表皮上具有一个或多个凹部(12)，所述凹部具有三角形或梯形的横截面和/或在空腔(4)的内表皮的相对置的内表面上分别形成了这些凹部(12)中的至少一个凹部。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，注射成型模具具有用于固定传感器元件和/或电路载体的至少一个定位销(9)，其中所述模具销伸入空腔(4)中和/或能够移出，其中，该模具销(10)不用于固定传感器元件和/或电路载体(3)，该模具销(10)设计为可加热的和/或可冷却的。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如此设计空腔(4)的内部几何结构，使得空腔至少在局部适配于第一壳体(1)的几何结构，其中从空腔(4)的内壁到第一壳体(1)的相对置的表面的距离被设计得相同。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如此设计第二壳体(2)，使得第一壳体(1)的至少第一区域(16)是暴露的和/或不被第二壳体(2)包裹。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一壳体(1)具有至少一个形锁合元件(17)，用于与第二壳体(2)形锁合地连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述形锁合元件(17)和/或每个形锁合元件(17)的附近在第一壳体(1)上形成至少一个连接面(11)。
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在空腔(4)中至少一个定位销(9)和/或模具销(10)的运动是为了混合注射成型材料的运动。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，注射成型材料或注射成型材料的流动前沿在所有连接面(11)上以小于30°的角度撞击到该连接面上。
15.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在激光活化之后的2个小时或更短时间内，为了形成第二壳体(2)而对第一壳体(1)至少部分地进行包覆注射成型，其中该至少一个连接面(11)被第二壳体(2)的注射成型材料覆盖。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如此设计空腔(4)的内部几何结构，使得空腔至少在局部适配于第一壳体(1)的几何结构，其中从空腔(4)的内壁到第一壳体(1)的相对置的表面的距离沿着第一壳体(1)围绕电路载体(3)的纵向方向(7)的表皮面被设计得相同。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一壳体(1)具有至少一个突出的形锁合元件(17)，用于与第二壳体(2)形锁合地连接。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在形锁合元件(17)的对置两侧在第一壳体(1)上分别形成连接面(11)。
19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一壳体和/或第二壳体为塑料壳体。
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