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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung mit einem Sensorchip, der auf ein Harzgehäuse montiert und mit einem Schutzelement bedeckt ist, zum Erfassen eines Drucks und Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem erfaßten Druck, das auf geeignete Weise zum Erfassen eines Brennkraftmaschinen-Ansaugdrucks eines Fahrzeugs verwendet wird.
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Eine herkömmliche Halbleiter-Drucksensorvorrichtung zum Erfassen eines Saugdrucks bzw. eines negativen Drucks wie etwa eines Ansaugdrucks einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs oder dergleichen ist gemäß der Darstellung in 10A und 10B aufgebaut. Die Sensorvorrichtung weist einen Halbleiter-Sensorchip 102 als druckerfassendes Element auf. Der Sensorchip 102 besitzt eine Membran 102a, die aus einem Material (z. B. Einkristall-Silizium) gefertigt ist, welches einen Piezowiderstandseffekt anwendet, sowie mehrere Diffusionswiderstände (hier nicht gezeigt), die auf der Membran 102a ausgebildet und so verbunden sind, daß sie eine Brückenschaltung bilden. Veränderungen im Widerstandswert der Diffusionswiderstände, die durch die Verformung der Membran 102a hervorgerufen werden, werden als elektrische Signale aus der Brückenschaltung abgegriffen.
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Der Sensorchip 102 ist über einen Glassockel 105 mittels Klebstoff oder dergleichen auf einem Aussparungsabschnitt (Sensormontageabschnitt) 103 montiert, der in einem Harzgehäuse 101 ausgebildet ist. Der Sensorchip 102 ist mit leitfähigen Elementen 104, mit denen zusammen das Harzgehäuse 101 mittels Einsatzgießen hergestellt wird, mittels Bonddrähten 106 elektrisch verbunden. Infolgedessen kann diese Sensorvorrichtung ein elektrisches Signal ausgeben, das dem anliegenden negativen Druck entspricht.
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Der Sensorchip 102 und die Bonddrähte 106 sind zu Zwecken des Schutzes, der elektrischen Isolierung und gegen Korrosion mit Schutzelementen J1, J2 bedeckt, die aus Isoliermaterialien gefertigt sind. Im Hinblick auf ein Verfahren zum Ausbilden der Schutzelemente im Aussparungsabschnitt 103 gibt es zwei Arten von Strukturen, eine teilweise ausfüllende Struktur und eine vollständig ausfüllende Struktur.
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10A zeigt die teilweise ausfüllende Struktur. Bei dieser Struktur werden nach dem Bedecken des Sensorchip 102, der Bonddrähte 106 und der gesamten Oberfläche des Aussparungsabschnitts 103 mit einem Dünnfilmharz J1, der aus einem organischen Material gefertigt ist, die Oberfläche der Membran 102a des Sensorchip 102, Verbindungsabschnitte zwischen dem Chip 102 und den Drähten 106, und Verbindungsabschnitte zwischen den Drähten 106 und den leitfähigen Elementen 104 mit einem weichen Schutzharz J2 bedeckt. Das Schutzharz J2 ist in der Regel ein weiches, gelartiges Isoliermaterial wie fluorhaltiges Gel, das durch Beschichtungsauftrag und thermales Aushärten ausgebildet werden kann. Das Dünnfilmharz J1 ist z. B. ein Parylen(Polychlorparaxylylen)-Film, der mittels eines CVD(chemischen Dampfabscheidungs)-Verfahrens ausgebildet werden kann und gute Hafteigenschaften am Schutzharz J2 besitzt.
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10B hingegen zeigt die vollständig ausfüllende Struktur, bei der ein Schutzharz J2 den Aussparungsabschnitt 103 so ausfüllt, daß es den Sensorchip 102 und die Bonddrähte 106 bedeckt. Gemäß dieser vollständig ausfüllenden Struktur können der Sensorchip 102 und die Bonddrähte 106 auf einfache Weise mit einem weichen Harz wie einem Gel bedeckt werden, ohne einen organischen Harzdünnfilm auszubilden, der einen hohen elastischen Modul besitzt und eine aufwendige Vakuumabscheidungsvorrichtung erfordert. Infolgedessen besitzt die vollständig ausfüllende Struktur eine bessere Zuverlässigkeit, da das Schutzelement eine geringere Beanspruchung verursacht als in der teilweise ausfüllenden Struktur. Da des weiteren keine Notwendigkeit zur Verwendung der Vakuumabscheidungsvorrichtung besteht, sind die Herstellungskosten verringert.
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Die vollständig ausfüllende Struktur weist hingegen insofern ein Problem auf, als infolge von Feuchtigkeit und Substanzen wie Benzin und kondensiertem Auspuffgas, die in der Umgebung enthalten sind, eine Wahrscheinlichkeit der Bildung von Bläschen im Schutzharz J2 besteht, wenn die Sensorvorrichtung den Brennkraftmaschinen-Ansaugdruck des Fahrzeugs erfaßt. D. h., solche Substanzen werden im Schutzharz J2 gelöst und durch Wärme und Druck verdampft, so daß sie Bläschen im Harz J2 erzeugen.
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Das Auftreten von Bläschen ist ausführlicher unter Bezugnahme auf die 11A und 11B erläutert. Bei der vollständig ausfüllenden Struktur ist die Dicke des Schutzharzes J2 größer als bei der teilweise ausfüllenden Struktur und beträgt beispielsweise mehr als 1 mm. Deshalb können Gase, die von im Schutzharz J2 gelösten Substanzen erzeugt worden sind, nur schwierig aus dem Schutzharz J2 ausgeschieden werden. Infolgedessen werden die im Inneren des Schutzharzes J2 eingeschlossenen Substenzen und Feuchtigkeit bei einem Temperaturanstieg verdampft und verbleiben gemäß der Darstellung von 11A als Bläschen K1 im Schutzfilm J2. Die Bläschen K2 vergrößern sich, wenn die Temperatur weiter ansteigt oder der Druck negativ ist.
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Wie in 11B gezeigt ist, können die vergrößerten Bläschen K1 Risse K2 erzeugen, die sich von der Innenseite bis zur Oberfläche des Schutzharzes J2 erstrecken. Die Risse K2 können einen Leckstrom ausgehend vom Sensorchip 102 oder von den Bonddrähten 106 (in der Figur von den Bonddrähten 106) verursachen. Die Bläschen K1, die in der Nähe des Verbindungsabschnitts eines der Drähte 106 mit dem Sensorchip 102 oder mit dem leitfähigen Element 104 (in der Figur mit dem leitfähigen Element 104) vorhanden sind, können einen Bruch des Drahtes 106 hervorrufen.
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US 5,258,650 A beschreibt eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung mit einem Schutzelement aus thixotropem Fluorosiloxanmaterial.
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US 4,732,042 A beschreibt einen Drucksensor mit einem gelähnlichen Material, wie Silikonkautschuk als Drucktransfermedium, welches mit einer flexiblen und im Wesentlichen undurchlässigen Membran bedeckt ist.
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US 4,816,545 A beschreibt nicht fluorierte Epoxyharze, die mit polyfunktionellen Perfluoropolyethern vernetzt sind.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obenstehenden Probleme gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu verhindern, daß Bläschen in einem Schutzelement erzeugt werden, das einen Sensorchip und einen elektrischen Verbindungsabschnitt des Sensorchip in einer Halbleiter-Drucksensorvorrichtung bedeckt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung, welche aufweist:
ein leitfähiges Element (
4);
einen Halbleiter-Sensorchip (
2) mit einem Fühlerabschnitt zum Erfassen eines Drucks und Erzeugen eines dem Druck entsprechenden elektrischen Signals;
einen Bonddraht (
6), der den Sensorchip (
2) und das leitfähige Element (
4) elektrisch leitend verbindet; und
ein Schutzelement (
7), das den Fühlerabschnitt des Sensorchip (
2) und den Bonddraht (
6) elektrisch isoliert und bedeckt, wobei das Schutzelement (
7) ausschließlich aus einem Perfluorpolyether der Formel
und einem Härtungsmittel der Formel
gefertig ist und einen Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von maximal 7 Gew.-% aufweist, wenn das Schutzelement (
7) in Benzin mit einer Temperatur von 20°C getaucht ist.
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Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher durch ein besseres Verständnis der bevorzugten Ausführungsformen, die im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben sind.
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Es zeigt:
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1 eine Querschnittansicht eines Hauptteils einer Halbleiter-Drucksensorvorrichtung in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Drucksensorvorrichtung;
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3A eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Geldicke und einer Bläschen-Auftretenshäufigkeit;
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3B eine Querschnittansicht einer Sensorvorrichtung, mit der die in 3A gezeigte Beziehung erhalten wurde;
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4A eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Anschwellkoeffizienten bei Sättigung und einer Bläschen-Auftretenshäufigkeit;
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4B eine Querschnittansicht einer Sensorvorrichtung, mit der die in 4A gezeigte Beziehung erhalten wurde;
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5 eine Schemaansicht zur schematischen Darstellung eines Aufbaus eines Gelmaterials, das ein Schutzelement in der ersten Ausführungsform darstellt;
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6A und 6B chemische Zusammensetzung des in 5 gezeigten Hauptinhaltsstoffes A; die chemische Zusammensetzung der 6A wird nicht beansprucht;
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6C die chemische Zusammensetzung des in 5 gezeigten Härtungsmittels B;
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7A und 7B Querschnittansichten von Hauptteilen von Drucksensorvorrichtungen als ein erstes und zweites Beispiel einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
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8A und 8B Querschnittansichten von Hauptteilen von Drucksensorvorrichtungen als ein erstes und zweites Beispiel einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
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9 eine Querschnittansicht eines Hauptteils einer Drucksensorvorrichtung in einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
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10A und 10B Querschnittansichten herkömmlicher Halbleiter-Drucksensorvorrichtungen; und
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11A und 11B Querschnittansichten zur Erläuterung des Auftretens von Bläschen in einer der herkömmlichen Halbleiter-Drucksensorvorrichtungs.
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Bei im nachfolgenden beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen wird eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erfassen eines Brennkraftmaschinen-Ansaugdrucks eines Fahrzeugs angewendet, die unter einer Feuchtigkeit und Substanzen wie Benzin, kondensiertes Auspuffgas und Leichtöl beinhaltenden Umgebung eingesetzt wird.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Sensorvorrichtung 100 in einer ersten bevorzugten Ausführungsform eine vollständig ausfüllende Struktur auf. Ein Harzgehäuse 1 ist aus einem Harz wie Epoxydharz gefertigt, das Füllstoffe, PPS (Polyphenylensulfid) oder PBT (Polybutylenterephthalat) aufweist, und besitzt einen Aussparungsabschnitt 3 zum Montieren eines Sensorchip 2 darauf.
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Das Harzgehäuse 1 ist mittels Einsatzgießen einstückig mit mehreren Einsatzstiften (leitfähigen Elementen) 4 ausgebildet. Die Einsatzstifte 4 sind aus einem leitfähigen Material wie Kupfer gefertigt. Vier vorgegebene der Einsatzstifte 4 sind an den vier Ecken der Bodenfläche des Aussparungsabschnitt 3 freiliegend angeordnet. Die freiliegenden Abschnitte der in 2 gezeigten Einsatzstifte 4 sind goldplattiert und fungieren als Kontaktierstellen 4a.
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Der Sensorchip 2 besitzt einen an sich bekannten Aufbau für die Anwendung eines Piezowiderstandseffekts, der aus einer Membran 2a als einem Fühlerabschnitt auf einer oberen Oberfläche davon und Diffusionswiderständen (hier nicht gezeigt) besteht. Der Sensorchip 2 ist mittels Die-Bonding über einen Glassockel 5 an der Bodenfläche des Aussparungsabschnitts 3 angebracht, beispielsweise mittels eines Klebstoffs 5a vom Fluorsilicon-Typ, und ist mit den Kontaktierstellen 4a der Einsatzstifte 4 mittels Bonddrähten 6, die aus Gold, Aluminium oder dergleichen gefertigt sind, elektrisch verbunden.
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Ein aus einem Isoliermaterial gefertigtes Schutzelement 7 füllt den Aussparungsabschnitt 3 zum Schützen des Sensorchip 2 und der Bonddrähte 6 aus, sichert dadurch die Isoliereigenschaft, und verhindert ein Korrodieren dieser Elemente. Der Fühlerabschnitt (die Membran 2a und die Diffusionswiderstände) des Sensorchip 2, die Bonddrähte 6, die Verbindungsabschnitte zwischen dem Sensorchip 2 und den Bonddrähten 6, und die Verbindungsabschnitte zwischen den Einsatzstifte 4 und den Bonddrähten 6 sind mit dem Schutzelement 7 bedeckt.
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Das Schutzelement 7 ist im Aussparungsabschnitt 3 derart ausgebildet, daß fluorhaltiges weiches Harzmaterial (in der vorliegenden Ausführungsform Fluorgel) im Aussparungsabschnitt 3 aufgetragen und daraufhin eine Wärmeaushärtungsbehandlung (z. B. bei 125–150°C, 1 h lang) durchgeführt wird. Ein Anschwellkoeffizient bei Sättigung des Schutzelements 7, wenn es in Benzin (bleifreies Benzin) mit einer Temperatur von 20°C eingetaucht ist, wird auf maximal ca. 7 Gew.-% eingestellt. Infolgedessen können Feuchtigkeit und Substanzen wie etwa Benzin und kondensiertes Auspuffgas (wäßrige Lösungen von anorganischen Bestandteilen wie Na2SO4 und NaCl), die in der Verwendungsumgebung enthalten sind, nur unter Schwierigkeiten in dem Schutzelement 7 gelöst werden. Infolgedessen ist die Bildung von Bläschen im Schutzelement 7 verhindert.
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Die wie obenstehend beschrieben aufgebaute Sensorvorrichtung 100 ist in ein Gehäuse (hier nicht gezeigt) aufgenommen und derart im Fahrzeug eingebaut, daß der Aussparungsabschnitt 3 mit einem Brennkraftmaschinen-Ansaugdruck in Verbindung steht. Folglich erfaßt der Sensorchip 2 einen Negativdruck. Das Harzgehäuse 1 beinhaltet eine Verstärkerschaltung 8, die ein Ausgangssignal vom Sensorchip 2 und von einer Trimmerschaltung 59 zum Einstellen von Schaltungskonstanten wie einem Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 8 verstärkt. Der Sensorchip 2 ist mit der Verstärkerschaltung 8 mittels eines Leiterrahmens (nicht gezeigt) und dergleichen verbunden.
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Der Aussparungsabschnitt 3 wiederum steht mit dem Brennkraftmaschinen-Ansaugdruck in Verbindung, wenn die Sensorvorrichtung 100 in das Fahrzeug eingebaut ist, so daß das Schutzelement 7 der Umgebung ausgesetzt ist, die Feuchtigkeit und Substanzen wie Benzin und kondensiertes Auspuffgas beinhaltet. Da jedoch das Schutzelement 7 der vorliegenden Ausführungsform einen Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von maximal ca. 7 Gew.-% besitzt, können die genannten Substanzen nur mit Schwierigkeit in dem Schutzelement 7 gelöst werden. Infolgedessen ist die Bildung von Bläschen im Schutzelement 7 verhindert.
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D. h., kein Bläschen bildet sich im Schutzelement 7 in der Nähe des von dem Schutzelement 7 bedeckten Abschnitts, d. h. in der Nähe eines jeglichen von Fühlerabschnitt (der Membran 2a und der Diffusionswiderstände) dem Sensorchip 2, den Bonddrähten 6 und den Verbindungsabschnitten der Drähte 6 mit dem Chip 2 und mit den leitfähigen Elementen 4. Daher wird ausgehend vom Fühlerabschnitt des Sensorchip 2 oder von den Drähten 6 kein Leckstrom erzeugt, die Isoliereigenschaft verschlechtert sich nicht, und kein Bruch tritt an den Verbindungsabschnitten der Drähte 6 auf. Infolgedessen kann die Sensorvorrichtung 100 mit einer hohen Zuverlässigkeit versehen werden.
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Als nächstes werden im nachfolgenden die Gründe dar gelegt, warum der Anschwellkoeffizient bei Sättigung des Schutzelements 7 im Hinblick auf Benzin auf maximal ca. 7 Gew.-% eingestellt wird. Der Grund, warum der Anschwellkoeffizient bei Sättigung im Hinblick auf Benzin als Bezug verwendet wird, ist der, daß von Feuchtigkeit und Substanzen, die in der Anwendungsumgebung enthalten sind, in der die Sensorvorrichtung 100 betrieben wird, Benzin am leichtesten im Schutzelement 7 gelöst wird.
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Der Anschwellkoeffizient bei Sättigung wird folgendermaßen gemessen. Beispielsweise wird eine Petrischale mit bleifreiem Normalbenzin gefüllt, das eine Temperatur von 20°C aufweist. Eine Schutzelementprobe (z. B. thermisch gehärtetes Fluorgel), deren Gewicht vorausgehend als ursprüngliches Gewicht gemessen wird, wird in das Benzin getaucht. Wenn daraufhin Benzin bis zur Sättigung in der Probe gelöst ist, wird die durch Benzin geblähte Probe mit einem höheren Gewicht aus dem Benzin herausgezogen. Daraufhin wird die Gewichtszunahme der Probe als Sättigungsgewicht gemessen. Eine Differenz zwischen dem ursprünglichen Gewicht und dem Sättigungsgewicht der Probe wird durch das ursprüngliche Gewicht dividiert und mit 100 multipliziert. Der auf diese Weise errechnete Wert wird als der Anschwellkoeffizient bei Sättigung (Gew.-%) bestimmt.
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Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von verschiedenen Materialien (fluorhaltigem Gel wie Fluorsilicon-Gel und dergleichen), die in der in 10B gezeigten herkömmlichen vollständig ausfüllenden Struktur als das Schutzelement (Schutzharz) J2 verwendet werden, wurden im wesentlichen mit dem gleichen Verfahren wie dem obenstehend beschriebenen gemessen. Im Ergebnis stellte sich heraus, daß das herkömmliche Schutzelement J2 in der Regel einen Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von ca. 10% hatte. Dies bedeutet, daß das herkömmliche Schutzelement infolge des darin gelösten bleifreien Benzins eine Gewichtszunahme von 10 Gew.-% aufwies.
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Daraufhin wurde die Beziehung zwischen der Dicke des Schutzelements J2 und der Bläschen-Auftretenshäufigkeit in der Sensorvorrichtung mit der vollständig ausfüllenden Struktur unter Verwendung des herkömmlichen Schutzelements J2 untersucht. Das Ergebnis ist in 3A gezeigt. Fluorhaltiges Gel mit einem Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von 10 Gew.-% wurde als das herkömmliche Schutzelement J2 verwendet. Die Dicke (Geldicke) des Schutzelements J2 wurde durch Verändern der Tiefe des Aussparungsabschnitts 3 gemäß der Darstellung von 3B verändert.
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Die Sensorvorrichtung mit dem aus fluorhaltigem Gel hergestellten Schutzelement wurde in bleifreies Benzin getaucht, bis das Benzin gelöst und im Gel gesättigt war. Im Anschluß daran wurde die Sensorvorrichtung mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min von 25°C auf 150°C erwärmt, z. B. in einem Ofen mit regelbarer Temperatur. Im Gel des Schutzelements erzeugte Bläschen wurden daraufhin einer Augenscheinprüfung unterzogen, und eine Auftretenshäufigkeit pro Fläche des Bereichs, in dem Bläschen auftraten, bezüglich einer Gesamtfläche des Gels wurde als eine Bläschen-Auftretenshäufigkeit (%) bestimmt.
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In Übereinstimmung mit dem in 3B gezeigten Ergebnis ist es bekannt, daß sich die Bläschen-Auftretenshäufigkeit mit zunehmender Geldicke erhöht. Das im Gel gelöste bleifreie Benzin diffundiert, verdampft während des obenstehend beschriebenen Temperaturerhöhungsschrittes allmählich aus der Geloberfläche und verdunstet schließlich. Wenn die Geldicke 1 mm oder mehr beträgt, ruft das im Gel gelöste Benzin Bläschen im Gel hervor. Der Grund dafür ist, daß das Benzin verdampft und sich vor seinem Diffundieren ausdehnt.
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In Anbetracht dieses Ergebnisses ist es vorstellbar, ein Material, das in der Lage ist, die Lösbarkeit von Substanzen darin zu unterdrücken, für das Schutzelement zu verwenden, um das Auftreten von Bläschen darin zu verhindern. Insbesondere ist es vorstellbar, als das Schutzelement fluorhaltiges Gel zu verwenden, das einen hohen Betrag an Fluoratomen beinhaltet, dessen Löslichkeitsparameter (SP(Solubility Parameter)-Wert) von demjenigen von Feuchtigkeit verschieden ist, und organische Substanzen eines Fettsystems wie Benzin und Leichtöl zum Verhindern von Bläschen.
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Daher wurde bezüglich der Sensorvorrichtung 100, welche das aus einem fluorhaltigen Gel hergestellte Schutzelement 7 aufweist, die Beziehung zwischen dem Anschwellkoeffizienten bei Sättigung und der Bläschen-Auftretenshäufigkeit weiter untersucht, um einen bevorzugten Bereich des Anschwellkoeffizienten bei Sättigung zu bestimmen, der in der Lage ist, das Auftreten von Bläschen zu verhindern, wobei der Anschwellkoeffizient bei Sättigung als Indikator für die Lösbarkeit angenommen wurde. Die in 4B gezeigte Geldicke wurde auf 5 mm eingestellt. Der Grund dafür ist, daß die Geldicke in vollständig ausfüllenden Struktur im allgemeinen 5 mm oder weniger beträgt. Des weiteren wurden mehrere Sensorvorrichtungen 100 hergestellt, um jeweils aus fluorhaltigem Gel hergestellte Schutzelemente 7 zu haben, die verschiedene, unterschiedliche Anschwellkoeffizienten bei Sättigung besitzen.
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Die Bläschen-Auftretenshäufigkeit der Sensorvorrichtungen 100 wurde jeweils im wesentlichen auf die gleiche Weise wie zur Untersuchung des herkömmlichen Schutzelements gemessen. Daraufhin wurde das Verhältnis zwischen dem Anschwellkoeffizienten bei Sättigung (Gew.-%) und der Bläschen-Auftretenshäufigkeit (%) ermittelt. Das Ergebnis ist in 4A gezeigt.
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Wie aus 4B hervorgeht, bestätigte es sich, daß Bläschen in dem Schutzelement 7 mit der Geldicke von ca. 5 mm oder weniger nicht auftreten, wenn der Anschwellkoeffizient bei Sättigung ca. 7 Gew.-% oder weniger beträgt. Selbst wenn die Geldicke 5 mm übersteigt, kann im übrigen der gleiche Effekt zur Verfügung gestellt werden, wenn die Dicke in einem Bereich liegt, der für die vollständig ausfüllende Struktur im allgemeinen anwendbar ist. Dies sind Gründe dafür, den Anschwellkoeffizienten bei Sättigung des Schutzelements bei der vorliegenden Ausführungsform auf ca. 7 Gew.-% oder weniger einzustellen.
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Als nächstes wird das Gelmaterial, aus dem das Schutzelement 7 besteht, im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die 5, 6B, und 6C konkret erläutert. Wie in 5 gezeigt ist, handelt es sich bei dem Gelmaterial um ein makromolekulares Material, in dem ein Hauptinhaltsstoff A durch ein Härtungsmittel B abgebunden ist. In dem Schutzelement 7 der vorliegenden Ausführungsform wird eine Anzahl von Fluoratomen mittels Erhöhung einer Anzahl von Atomen im Hauptinhaltsstoff A erhöht.
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Es gibt zwei Methoden zum Erhöhen der Anzahl von Fluoratomen im Hauptinhaltsstoff A. Eine davon ist es, den Hauptinhaltsstoff A selbst zu verändern. Der Hauptinhaltsstoff für das fluorhaltige Gel ist beispielsweise ein Fluorgerüst. Dieses Gerüst ist in 6B gezeigt. 6A zeigt ein nicht beanspruchtes Fluorsilicongerüst. 6C zeigt im übrigen ein Beispiel für das Härtungsmittel B.
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Wie in den Figuren gezeigt ist, ist die Anzahl von im Fluorgerüst enthaltenen Fluoratomen höher als von im Fluorsilicongerüst enthaltenen. Daher ist das Fluorgerüst dem Fluorsilicongerüst als ein Hauptinhaltsstoff für das Schutzelement 7 vorzuziehen.
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Bei der anderen geht es darum, die Molekularmasse des Hauptinhaltsstoff A zu erhöhen. Die Anzahl von Fluoratomen im Schutzelement 7 kann durch Erhöhen der Molekularmasse des Hauptinhaltsstoffs A bezüglich des Härtungsmittels B erhöht werden. Beispielsweise beträgt die Molekularmasse des Hauptinhaltsstoffs A vorzugsweise mehr als 10.000. Es ist jedoch anzumerken, daß eine übermäßig erhöhte Molekularmasse des Hauptinhaltsstoffs A eine Phasentrennung zwischen dem Hauptinhaltsstoff A und dem Härtungsmittel B hervorruft.
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Im übrigen weist der Hauptinhaltsstoff A für das Schutzelement 7 in der vorliegenden Ausführungsform das Fluorgerüst auf und besitzt eine erhöhte Molekularmasse von ca. 17.000. Deshalb wird Perfluorpolyether, bei dem es sich um fluorhaltiges Gel handelt, das in der Lage ist, die Anzahl von Fluoratomen wirksam zu erhöhen, als der Hauptinhaltsstoff A verwendet.
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Als eine weitere Gegenmaßnahme ist es – abgesehen von der Anwendung eines Materials, das in der Lage ist, die Lösbarkeit der Substanzen durch Steuern des Anschwellkoeffizienten bei Sättigung des Schutzelements 7 gemäß der obenstehenden Beschreibung zu unterdrücken – vorstellbar, ein hartes Material zum Verhindern des Auftretens von Bläschen einzusetzen. Das Schutzelement 7 dürfte das Auftreten von Bläschen verhindern und gleichzeitig eine gemäßigte Flexibilität gewährleisten.
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Daher ist es für fluorhaltiges Gel, das als das Schutzelement 7 verwendet wird, vorzuziehen, daß seine durch das Eindringen eines Kegelkörpers gemäß JIS [Japanese Industrial Standard] K2220 1/4 spezifizierte Härte in einen Bereich von 10 bis 30 fällt. Wenn die Eindringung weniger als 10 beträgt, ist das Schutzelement 7 so hart, daß es die Verformung der Membran 2a beeinträchtigen kann und dergleichen, d. h., daß es die Empfindlichkeit des Sensorchip 2 beeinträchtigen kann. Wenn die Eindringung mehr als 30 beträgt, ist die Bildung von Bläschen zu erwarten.
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Daher weist das Schutzelement 7 bei dieser Ausführungsform vorzugsweise eine Eindringung in einem Bereich von 10 bis 30 auf. In diesem Fall kann der Dampfdruck der in dem Schutzelement 7 gelösten Substanzen unterdrückt werden, und das Auftreten von Bläschen kann im Zusammenwirken mit dem Effekt des Einstellens des Anschwellkoeffizienten bei Sättigung auf 7 Gew.-% oder weniger mit größerer Sicherheit verhindert werden.
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Es ist auch vorstellbar, ein Material einzusetzen, das in der Lage ist, eine Durchlaßgeschwindigkeit der Substanzen zu verbessern, um das Auftreten von Bläschen zu verhindern. Insbesondere ist es vorstellbar, daß die Vernetzungsdichte des fluorhaltigen Harzmaterials, welches das Schutzelement 7 darstellt, vermindert wird, so daß die Durchlaßgeschwindigkeit der Substanzen erhöht wird. Da jedoch die verminderte Vernetzungsdichte die Festigkeit des Materials herabsetzt, steht sie im Widerspruch zur Gegenmaßnahme des Einsatzes eines harten Materials durch Spezifizieren seines Eindringungsverhaltens.
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(Zweite Ausführungsform)
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In der obenstehend beschriebenen ersten Ausführungsform besteht das Schutzelement 7 aus einem einzigen Teil, der aus einem Material (fluorhaltigem Gel) aufgebaut ist. Im Gegensatz hierzu ist in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform das Schutzelement 7 aus zwei Teilen aufgebaut, die aus Materialien mit voneinander verschiedenen Youngschen Modulen bzw. Elastizitätsmodulen gefertigt sind. Gleiche Teile und Bestandteile wie in der ersten Ausführungsform sind im übrigen durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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7A und 7B zeigen ein erstes bzw. ein zweites Beispiel gemäß der zweiten Ausführungsform. Zuerst einmal besteht bei dem in 7A gezeigten ersten Beispiel das Schutzelement 7, das den Aussparungsabschnitt 3 ausfüllt, so daß es den Sensorchip 2 und die Bonddrähte 6 bedeckt, aus einem auf einer Unterseite (Unterseite des Aussparungsabschnitts 3) vorgesehenen ersten Schutzelement 7a und einem auf einer Oberseite (offene Seite des Aussparungsabschnitts 3) vorgesehenen zweiten Schutzelement 7b.
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Das erste Schutzelement 7a ist aus einem fluorhaltigen Gummiklebermaterial [adhesive rubber material] mit einer elektrischen Isoliereigenschaft und einem relativ hohen Youngschen Modul (z. B. mehr als ca. 0,1 MPa, und insbesondere bevorzugt mehr als ca. 0,3 MPa) gefertigt. Das erste Schutzelement 7a bedeckt die Kontaktierstellen 4a der Einsatzstifte 4 und deren Umgebung, den Glassockel 5 und die Verbindungsabschnitte zwischen den Bonddrähten 6 und den Kontaktierstellen 4a, während es den Fühlerabschnitt des Sensorchip 2 freiläßt.
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Das zweite Schutzelement 7b ist aus einem Material mit einer elektrischen Isoliereigenschaft und einem relativ niedrigen Youngschen Modul gefertigt. Beispielsweise weist das Material eine Eindringung von mehr als 10 auf. In diesem Fall ist es schwierig, den Youngschen Modul exakt zu messen. D. h., die Eindringung des zweiten Schutzelements 7b nähert sich derjenigen des Schutzelements 7 in der ersten Ausführungsform an. Das zweite Schutzelement 7b bedeckt das erste Schutzelement 7a, den Fühlerabschnitt und den Seitenabschnitt des Sensorchip 2 sowie die Verbindungsabschnitte zwischen den Bonddrähten 6 und dem Sensorchip 2. Somit sind die Bonddrähte 6 zu ihrem Schutz mit dem ersten und dem zweiten Schutzelemente 7a, 7b bedeckt.
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Andererseits bedeckt in dem in 7B gezeigten zweiten Beispiel das zweite Schutzelement 7b den Fühlerabschnitt des Sensorchip 2 und die Kontaktierabschnitte zwischen den Bonddrähten 6 und dem Sensorchip 2, und das erste Schutzelement 7a bedeckt Kontaktierstellen 4a der Einsatzstifte 4 und deren Umgebung sowie die Verbindungsabschnitte zwischen den Bonddrähten 6 und den Kontaktierstellen 4a. Die Bonddrähte 6 sind mit dem ersten bzw. dem zweiten Schutzelement 7a, 7b bedeckt.
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Genauer gesagt umgibt in dem zweiten Beispiel anstatt der zweilagigen Struktur wie im ersten Beispiel das erste Schutzelement 7a das zweite, halbkreisförmig ausgebildete Schutzelement 7b derart, daß ein Teil des zweiten Schutzelements 7b und der Oberfläche des ersten Schutzelements 7a im Aussparungsabschnitt 3 freiliegen. Der Sensorchip 2 ist mit dem ersten Schutzelement 7a mit Ausnahme des Fühlerabschnitts bedeckt. In beiden Beispielen für die vorliegende Ausführungsform ist das Schutzelement 7 in dem Aussparungsabschnitt 3 mittels Beschichtungsauftrag und thermischer Aushärtung wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet. Das erste und das zweite Schutzelement 7a, 7b der vorliegenden Ausführungsform einschließlich der beiden Beispiele besitzen jeweils einen Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von ca. 7 Gew.-% oder weniger, wenn sie wie bei der ersten Ausführungsform in Benzin mit einer Temperatur von 20°C getaucht sind. Daher weist bei der vorliegenden Ausführungsform das Schutzelement 7 keine durch in der Umgebung enthaltene Feuchtigkeit und Substanzen hervorgerufene Bläschen auf, so daß eine Verschlechterung der Isoliereigenschaft, Brüche der Bonddrähte 6 und dergleichen verhindert werden.
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In der Struktur des Harzgehäuses 1, in dem die Einsatzstifte 4 mittels Einsatzgießen angeordnet sind, gibt es einen Fall, in dem ein geringer Betrag von Luft in einer zwischen dem Harzgehäuse 1 und jedem der Einsatzstifte 4 gebildeten Lücke (die in der Regel infolge einer Schrumpfung des Harzes nach dem Durchführen des Einsatzgießens entsteht) eingeschlossen ist. Die in der Lücke eingeschlossene Luft kann infolge von Hitze oder Druck in das Schutzelement eindringen und Bläschen erzeugen.
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Selbst in einem solchen Fall kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Bildung von Bläschen aufgrund der in der Lücke eingeschlossenen Luft verhindert werden, da das erste Schutzelement 7a, das die Lücke bedeckt, einen relativ hohen Youngschen Modul besitzt. Da gleichzeitig die Membran 2a des Sensorchip 2 mit dem zweiten Schutzelement 7b bedeckt ist, das aus dem Gelmaterial mit einem relativ niedrigen Youngschen Modul gefertigt ist, kann eine ausgezeichnete Isoliereigenschaft zur Verfügung gestellt werden, ohne die Meßgeberleistung des Sensorchip 2 zu beeinträchtigen.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform, die aufgebaut ist, indem ein Klebefilm zwischen dem Schutzelement 7 und von durch das Schutzelement bedeckten Abschnitten angeordnet ist, um die Haftfähigkeit zwischen dem Schutzelement 7 und den bedeckten Abschnitten zu verbessern. Im übrigen sind gleiche Teile und Bestandteile wie in der ersten Ausführungsform durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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8A und 8B zeigen Sensorvorrichtungen als erstes und zweites Beispiel für die dritte Ausführungsform. Bei dem in 8A gezeigten ersten Beispiel ist ein organischer Film (in diesem Beispiel ein Parylenfilm) 10, der mittels CVD aufgebracht werden kann, als der Klebefilm vorgesehen, während bei dem in 8B gezeigten zweiten Beispiel ein Primer 11 als der Klebefilm vorgesehen ist. Jeder der Klebefilme 10, 11 ist mit einer geringen Dicke zum Bedecken der bedeckten Abschnitte ausgebildet und in den Figuren gestrichelt angedeutet.
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Im ersten Beispiel ist der organische Film 10 mittels CVD auf einem Gesamtbereich des Sensorchip 2, den Oberflächen der Bonddrähte 6 und dem Aussparungsabschnitt 3 (einschließlich der Kontaktierstellen 4a der Einsatzstifte 4) ausgebildet. Nachdem diese Abschnitte mit dem organischen Dünnfilm 10 bedeckt sind, wird der Aussparungsabschnitt 3 mit dem Schutzelement 7 ausgefüllt. Andererseits ist im zweiten Beispiel der Primer 11 durch Beschichten auf die Oberflächen des Sensorchip 2, der Bonddrähte 6 und des Aussparungsabschnitts 3 (einschließlich der Kontaktierstellen 4a der Einsatzstifte 4) mit Ausnahme der dazwischenliegenden Abschnitte der Bonddrähte 6 ausgebildet. Anschließend wird der Aussparungsabschnitt 3 mit dem Schutzelement 7 ausgefüllt.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die gleichen. Effekte wie in der ersten Ausführungsform zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich dazu verbessert der Klebefilm 10 oder 11 die Haftfähigkeit zwischen dem Schutzelement 7 und den bedeckten Abschnitten. Daher kann das Schutzelement 7 eine wirksamere Schutzfunktion erfüllen.
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(Vierte Ausführungsform)
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Die obenstehend beschriebenen Ausführungsformen setzen jeweils eine vollständig ausfüllende Struktur ein; die vorliegende Erfindung kann jedoch genau so gut auf eine teilweise ausfüllende Struktur angewendet werden, obgleich die Möglichkeit der Erzeugung von Bläschen in der teilweise ausfüllenden Struktur prinzipiell gering ist, weil das Schutzelement 7 darin in der Regel dünn ist. Eine Sensorvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 erläutert, in der gleiche Teile und Bestandteile wie in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet sind.
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Die Sensorvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform setzt das Schutzelement 7 anstelle des Schutzharzes J2 in 10A ein, welche die herkömmliche, teilweise ausfüllende Struktur zeigt. Insbesondere wird ein Parylenfilm 12 (ähnlich dem Dünnfilmharz J1 in 10A) mittels CVD auf den gesamten Oberflächenbereichen des Sensorchip 2, der Bonddrähte 6 und des Aussparungsabschnitts 3 (einschließlich der Kontaktierstellen 4a der Einsatzstifte 4) ausgebildet. Anschließend wird das Schutzelement 7 daraufbeschichtet, so daß es den Fühlerabschnitt des Sensorchip 2, die Verbindungsabschnitte zwischen dem Sensorchip 2 und den Bonddrähten 6 und den Boden des Aussparungsabschnitts 3 bedeckt, und wird gehärtet. Infolgedessen wird die in 9 gezeigte, teilweise ausfüllende Struktur zur Verfügung gestellt, damit keine Bläschen im Schutzelement 7 erzeugt werden.
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Der Sensorchip nicht auf den Membrantyp beschränkt, der den Piezowiderstandseffekt anwendet, sondern kann von einem anderen Type wie etwa ein Halbleiter-Sensorchip vom Typ mit elektrostatischer Kapazität sein. Obgleich der Aussparungsabschnitt 3 am Harzgehäuse 1 zum Halten des Sensorchip 2 vorgesehen ist, ist der Aussparungsabschnitt 3 nicht immer vonnöten.
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Gegebenenfalls werden die leitfähigen Abschnitte nicht durch Einsatzgießen mit den Stiften im Harzgehäuse vorgesehen und können auf einem Keramikgehäuse zur Verfügung gestellt werden, das den Sensorchip beinhaltet. Ein monolithischer Aufbau, der die Verstärkerschaltung 8 und die Trimmerschaltung 9 mit umfaßt, kann als der Sensorchip 2 zur Verfügung gestellt werden.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist das erste Schutzelement 7a zum Bedecken zumindest der Einsatzstifte 4 und ihrer Umgebung ausreichend. Eine dritte Schicht kann zwischen dem ersten Schutzelement 7a und dem zweiten Schutzelement 7b vorgesehen werden, um eine Härte zu erzielen, die in einem Bereich zwischen der Härte des ersten Schutzelements 7a und derjenigen des zweiten Schutzelements 7b liegt. In diesem Fall ist es offensichtlich, daß die dritte Schicht einen Anschwellkoeffizient bei Sättigung von ca. 7 Gew.-% oder weniger aufweist.
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Des weiteren wird die vorliegende Erfindung bei den obenstehend beschriebenen Ausführungsformen auf eine Drucksensorvorrichtung zum Erfassen eines Brennkraftmaschinen-Ansaugdrucks eines Fahrzeugs angewendet. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern ist in einem weiten Bereich auf andere Vorrichtungen wie eine Drucksensorvorrichtung zum Erfassen eines Druckes in einer Ansauganlage oder einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine anwendbar, die Benzin, Leichtöl oder dergleichen verwendet.
gefertig ist und einen Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von maximal 7 Gew.-% aufweist, wenn das Schutzelement (
gefertigt ist und einen Anschwellkoeffizienten bei Sättigung von maximal 7 Gew.-% aufweist, wenn das Schutzelement (