DE102005053876B4

DE102005053876B4 - Drucksensor-Bauteil

Info

Publication number: DE102005053876B4
Application number: DE102005053876A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Bloch; Jens Dr. Ing. Krause
Original assignee: HARTING MITRONICS AG; AKTIV-SENSOR GmbH; Aktiv Sensor GmbH
Current assignee: Harting AG; TDK Electronics AG
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: DE102005053876A1

Abstract

Drucksensor-Bauteil mit folgenden Merkmalen:
– einem ersten wannenförmigen Gehäuseteil (1) als spritzgegossenes Kunststoffteil mit sowohl Leiterbahnen (12) als MID-Gehäuseteil (MID = molded interconnect device) als auch im Innern wenigstens einer Trägerfläche,
– einem mit Leiterbahnen (12) verbundenem Drucksensorelement (2) auf der Trägerfläche,
– wenigstens einer Öffnung (5) für das Drucksensorelement (2) in der ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils (1) darstellenden Trägerfläche, wobei sich die Öffnung (5) im Bodenbereich des ersten Gehäuseteils (1) befindet,
– einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil (14) im ersten Gehäuseteil (1), wobei die Wandung des ersten Gehäuseteils (1) das zweite Gehäuseteil (14) überragt, und
– entweder auf der Randfläche der Wandung des ersten Gehäuseteils (1) oder einen Wandbereich umfassende und damit auf einem Außenwandbereich des ersten Gehäuseteils (1) endenden Leiterbahnen (12) als gleichzeitige Anschlusskontakte (13).

Description

Die Erfindung betrifft Drucksensor-Bauteile.
Durch die Druckschriften DE 38 40 941 A1 (Druckwandler) und DE 102 16 020 A1 (Drucksensor und Gehäuse für Drucksensor) sind Gehäuse mit Drucksensoren und sowohl Druckanschlüssen als auch elektrischen Anschlüssen bekannt. Die elektrische Kontaktierung erfolgt drahtgebunden an entsprechend ausgebildete Kontaktklemmen. Der Sensor befindet sich in einem abgeschlossenen Gehäuse mit einem Anschluss für das Medium, dessen Druck erfasst werden soll. Diese Lösungen sind nur für eine Absolutdruckmessung geeignet.
Die Druckschrift DE 43 15 962 C2 (Kapsel für einen Drucksensor und Verfahren zur Einkapselung desselben) beinhaltet eine Kapsel für einen Drucksensor zum Schutz vor einem korrosiven Druckmedium. Dazu befindet sich der Drucksensor unter wenigstens einer Schutzmembran. Zwischen Schutzmembran und Drucksensor befindet sich ein Druckmittlermedium. Das zu messende Medium greift direkt an die Schutzmembran an. Die elektrische Kontaktierung erfolgt mit eingelagerten und nach außen führenden elektrischen Leitern. Für eine Montage auf einem Träger sind diese Kapseln nicht vorgesehen.
Die Lösungen in den Druckschriften DE 196 26 084 C2 (Drucksensorvorrichtung für eine Montage auf der Bestückungsoberfläche einer Leiterplatte) und DE 197 24 026 A1 (Drucksensor-Bauelement und Verfahren zur Herstellung) sind für eine Montage und Kontaktierung auf einer Leiterplatte als Träger geeignet. Die Kontaktierung erfolgt über den Chipträger, wobei Endenbereich des verwendeten Leadframe nach außen geführt sind und dort frei zugänglich enden. Der Sensor zur Druckmessung befindet sich im Inneren der jeweiligen Vorrichtung, wobei das zu messende Medium an einen Bereich der Vorrichtung angreift. Das Medium wirkt auf ein Gel zwischen Abdeckung und Drucksensor oder auf der Abdeckung des Drucksensors selbst. Dabei ist das Gel oder die Abdeckung ein Druckmittler zwischen Medium und Drucksensor. Diese Lösungen sind nur für eine Absolutdruckmessung geeignet.
Aus den Druckschriften JP 11211599 A und JP 10062284 A sind Drucksensoren bekannt, bei denen das Drucksensorelement nicht im Raum der aufgezeigten Gehäuseteile angeordnet ist. Das Drucksensorelement befindet sich dabei auf der Ebene des oberen Abschlusses des jeweiligen Gehäuseteils. Die Anschlüsse des Drucksensorelementes sind höher oder in gleicher Höhe als die Ebene des oberen Randes des Gehäuseteils. Darüber hinaus befinden sich die Kontaktstellen auf diesem Rand. Das den Drucksensor abschließende Gehäuseteil ist dementsprechend haubenartig ausgebildet. Weiterhin müssen bei der Positionierung der Haube die Kontaktstellen einschließlich der Verbindungsdrähte frei bleiben. Bei einer Integration dieser Kontaktstellen einschließlich der Endenbereiche der Anschlussdrähte ist sicherzustellen, dass kein Verbindungsmaterial für die Haube in das Innere des Drucksensors gelangt. Das führt zu nicht unerheblichen Aufwendungen bei der Positionierung und Montage dieser Hauben. Es ist dabei sicherzustellen, dass die Verbindungsdrähte von den Kontakten nicht abgeschert oder abgerissen werden.
Die Haube der Druckschrift JP 11211599 A weist darüber hinaus Kontaktstellen auf, die bei der Montage auf das Gehäuseteil mit Kontaktstellen dieses Gehäuseteils partiell elektrisch leitend zu verbinden sind.
Die Druckschrift JP 10048082 A beinhaltet ein Gehäuse für ein Drucksensorelement, wobei das Drucksensorelement explizit nicht ausgeführt ist.
Aus der Druckschrift US 5 686 698 ist ein Drucksensor-Bauteil mit einem wannenförmigen ersten Gehäuseteil mit einer Trägerfläche für ein Drucksensorelement bekannt. Die Trägerfläche weist eine Öffnung für das Drucksensorelement auf Auf dem wannenförmigen Gehäuseteil befindet sich ein zweites Gehäuseteil, welches das wannenförmige Gehäuseteil abschließt. Dieses zweite Gehäuseteil ist weiterhin beabstandet zum Drucksensorelement angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung des Drucksensor-Bauteils sind separate Anschlussstücke vorgesehen, die im wannenförmigen Gehäuseteil verankert und nach außen geführt sind.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu realisierendes, ökonomisch günstig herzustellendes, kompaktes und leicht handzuhabendes Bauteil als Drucksensor zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Drucksensor-Bauteile zeichnen sich insbesondere durch eine einfache und kompakte Realisierung bei universeller Einsatzmöglichkeit aus. So sind diese vorteilhafterweise zur Absolut- und/oder Differenz- und/oder Relativdruckmessung geeignet.
Ein erstes wannenförmiges Gehäuseteil als Träger von Leiterbahnen und des Drucksensorelementes ist vorteilhafterweise ein MID-Gehäuseteil (MID = molded interconnect device), so dass dieses Gehäuseteil selbst ein Schaltungsträger ist. Das erste Gehäuseteil besitzt wenigstens eine Trägerfläche mit einer Öffnung für das mindestens eine Drucksensorelement. Vorteilhafterweise ist die Trägerfläche gleichzeitig ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils. Das erste Gehäuseteil ist mit einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil so versehen, dass das zweite Gehäuseteil beabstandet zu dem Drucksensorelement angeordnet ist.
Mit einer derartigen einfachsten Realisierung mit einem Drucksensorelement kann das Drucksensor-Bauteil vorteilhafterweise leicht entweder zur Absolutdruckmessung oder zur Differenzdruckmessung eingesetzt werden. Bei der ersten Variante ist das erste Gehäuseteil abgeschlossen, wobei das zu messende Medium über die Öffnung an dem Drucksensorelement anliegt. Bei der Differenzdruckmessung als zweite Variante wird das erste Gehäuseteil so mit dem zweiten Gehäuseteil versehen, dass zwei Medien an dem Drucksensorelement angreifen. Das erste Medium kann über die Öffnung auf eine Seite des Drucksensorelementes angreifen, während das zweite Medium über wenigstens eine Öffnung zum Beispiel als Aussparung oder Durchbruch des zweiten Gehäuseteils und den durch den Abstand vorhandene Hohlraum zwischen erstem Gehäuseteil und Drucksensorelement an die andere Seite des Drucksensorelementes gelangt. Dadurch kann eine Gehäuseausführung leicht für sehr unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden, so dass ein universeller Einsatz gegeben ist.
Die Verwendung eines MID-Gehäuses führt zu einem kompakten Drucksensor-Bauteil, das nur wenige Bestandteile aufweist. Durch die Integration von Leiterbahnen und Ausbildung wenigstens einer weiteren Trägerfläche können auch andere elektronische Bauelemente und/oder Schaltungsträger, zum Beispiel als Chip mit einer integrierten Schaltung zum Beispiel in Form einer Auswerteschaltung für die über das Drucksensorelement erfolgende Druckmessung, im Gehäuse platziert werden. Damit ist ein intelligentes Drucksensor-Bauteil vorhanden. Durch einen spezifischen Einsatz von speziellen sowohl Drucksensorelementen als auch elektronischen Bauelementen und/oder Schaltungsträgern zum Beispiel als Chip mit einer integrierten Schaltung in Form einer Auswerteschaltung können leicht die unterschiedlichsten Anwendungen mit nur einem Gehäuse realisiert werden.
Das erste Gehäuseteil als MID-Gehäuse zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass es als Kunststoffspritzteil leicht und ökonomisch auch in großen Stückzahlen als Massenprodukt herstellbar ist. Dieser Spritzgusskörper wird mit einer strukturierten Metallisierung mit Leiterbahnen versehen, so dass damit das erste Gehäuseteil selbst ein Schaltungsträger ist. Dazu wird der Spritzgusskörper mit einer bekannten Metallabscheidung beschichtet, wobei unterschiedliche Eigenschaften der verwendeten Kunststoffe eine selektive Metallisierung bewirken und das strukturierte Leiterbild entsteht. Damit kann das Drucksensor-Bauteil leicht auch als Massenprodukt hergestellt und bereitgestellt werden.
Durch den einfachen Aufbau eignet sich der derartige Aufbau sowohl für eine manuelle Kleinserienfertigung als auch für eine maschinelle Großserienfertigung. Im letzteren Fall kann auch eine Fertigungsstraße mit Bestückungsplätzen und Montageplätzen eingesetzt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 angegeben.
Die Öffnung der Trägerfläche als Bestandteil des ersten Gehäuseteils für das Drucksensorelement ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 eine erste Öffnung. Das erste Gehäuseteil besitzt mindestens eine zweite Öffnung neben der Trägerfläche und ist mit einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil abgeschlossen. Zwischen Drucksensorelement und zweitem Gehäuseteil ist wenigstens ein über die zweite Öffnung offener Hohlraum vorhanden.
Mit einer derartigen Realisierung kann das Drucksensor-Bauteil vorteilhafterweise leicht zur Absolut-, Differenz- oder Relativdruckmessung eingesetzt werden. Bei der Absolutdruckmessung wird die zweite Öffnung nicht angeschlossen, wobei das zu messende Medium über die erste Öffnung an den Drucksensorelement anliegt. Bei der Differenz- oder Relativdruckmessung wird jeweils ein Medium an die Öffnungen angeschlossen, so dass beide Medien an dem Drucksensorelement angreifen. Das erste Medium greift über die erste Öffnung auf einer Seite des Drucksensorelementes an, während das zweite Medium über die zweite Öffnung und den Hohlraum im ersten Gehäuseteil an die andere Seite des Drucksensorelementes gelangt. Dadurch kann eine Gehäuseausführung leicht für sehr unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden, so dass ein universeller Einsatz gegeben ist.
Die Leiterbahnen enden nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 auf kammartigen Erhöhungen der Wandung des ersten Gehäuseteils, so dass eine leichte maschinelle elektrische Kontaktierung in Form von Lotverbindungen des Drucksensor-Bauteils möglich ist. Die Erhöhungen führen vorteilhafterweise dazu, dass benachbarte Leiterbahnen bei dieser Kontaktierung nicht miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Damit können die bekannten und technologisch ausgereiften Verfahren der SMT-Techniken (SMT = surface mounted technology) zur Montage und Kontaktierung der Drucksensor-Bauteile zur Anwendung kommen.
Anschlussfittings für die Öffnung oder die Öffnungen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 gewährleisten eine leichte Handhabbarkeit des Drucksensor-Bauteils hinsichtlich des Anschlusses der Medien. Schlauchleitungen können leicht aufgeschoben werden. Eventuell können auch Befestigungsschellen für die Schlauchleitungen angewandt werden, wobei die Anschlussfittings einen festen und sicheren Halt der Schlauchleitungen gewährleisten.
Das zweite Gehäuseteil ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ein Bauelementeträger mit Leiterbahnen und damit selbst ein Schaltungsträger. Dadurch sind spezielle und anwenderspezifische Schaltungsvarianten zur Auswertung der erfassten Messwerte realisierbar. Die Gehäuseteile können dabei leicht so ausgebildet sein, dass bei der Verbindung dieser Teile gleichzeitig entsprechend angeordnete Leiterbahnen miteinander elektrisch leitend zusammengeschaltet werden.
Wenigstens ein Bauelementeträger mit Leiterbahnen und wenigstens einem Chip mit einer integrierten Schaltung und/oder mindestens einem elektronischen Bauelement und damit ein Schaltungsträger ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 zwischen dem Boden des ersten Gehäuseteils und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet und mit Leiterbahnen von Wandbereichen des ersten Gehäuseteils verbunden. Damit ist ein Schichtaufbau gegeben, wodurch komplexe und umfangreiche Schaltungen im Drucksensor-Bauteil realisiert werden können. Die Bauelementeträger können anwenderspezifisch ausgebildet werden, wobei die unterschiedlichsten Schaltungsvarianten realisierbar sind.
Die Weiterbildung des Patentanspruchs 7, wobei der Chip als Drucksensorelement und der Chip mit einer integrierten Schaltung nebeneinander entweder in einer Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen im ersten Gehäuseteil angeordnet sind, führt zu einer leichten und ökonomischen Herstellung des Drucksensor-Bauteils.
Dabei können sich die Oberflächen des Chip als Drucksensorelement und des Chip mit einer integrierten Schaltung vorteilhafterweise in einer Ebene befinden. Die Verbindung des jeweiligen Chip mit Leiterbahnen erfolgt vorzugsweise mittels gebondeter Drahtbrücken. Die gleiche Ebene führt zu gleichen technologischen Bearbeitungsbedingungen, so dass eine ökonomische Herstellung gegeben ist.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 befindet sich zwischen Drucksensorelement und zweitem Gehäuseteil ein Hohlraum, ein Körper, ein Medium oder ein Referenzvakuum. Der Hohlraum, der Körper, das Medium oder das Vakuum sind eine Referenz des Drucksensor-Bauteils.
Wenigstens ein Eckbereich von Wandungen des ersten Gehäuseteils des Drucksensor-Bauteils weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 eine Erhöhung auf. Diese Erhöhung befindet sich auf aneinandergrenzenden Wandungen und stellt vorteilhafterweise eine Montagehilfe und/oder eine mechanische Befestigungsmöglichkeit für das Drucksensor-Bauteil dar.
Vorteilhafterweise ist diese Erhöhung ein Zapfen, ein Haken oder ein Teil mit einem Klemmmechanismus.
Das Drucksensorelement ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 ein Chip mit einem abgedünnten und wenigstens ein elektrisches bei Dehnung seinen elektrischen Widerstandswert ändernden Element aufweisender Bereich als Membran auf einem Sockel, wobei der Sockel eine durchgehende Öffnung besitzt. Diese Öffnung und die Öffnung im ersten Gehäuseteil bewirken, dass das Medium an die Membran des Drucksensorelementes gelangen kann. Die Verwendung eines Sockels erleichtert die Handhabbarkeit des Drucksensorelementes. Weiterhin können auch unterschiedliche Querschnitte der Membran und der Öffnungen leicht realisiert werden. Der Querschnitt und die Dicke der Membran bestimmen die Empfindlichkeit des Drucksensorelementes. Das Element ist vorteilhafterweise ein Halbleiter-Messelement als integraler Bestandteil des Drucksensorelementes. Mit diesen Merkmalen ist das Drucksensor-Bauteil vorteilhafterweise für eine Absolut- und/oder eine Differenz- und/oder Relativdruckmessung geeignet.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 ist wenigstens der Bereich der Membran auf der dem anliegenden und zu messenden Medium gegenüberliegenden Seite mit einem haubenartigen Körper abgedeckt und der durch die Membran und dem Körper begrenzte Hohlraum weist ein Referenzvolumen auf. Eine derartige Realisierung eignet sich nur für eine Absolutdruckmessung. Vorteilhafterweise befindet sich ein Vakuum in diesem Hohlraum. Der haubenartige Körper schützt gleichzeitig wenigstens den druckempfindlichen Bereich des Drucksensorelementes gegenüber einem anliegenden Medium im Drucksensor-Bauteil. Dadurch ist insbesondere die Membran des Drucksensorelementes vom im Drucksensor-Bauteil sich befindenden Medium getrennt. Das Drucksensor-Bauteil zur Messung des Absolutdruckes kann besonders vorteilhaft zur Druckmessung unter schwierigen Medienbedingungen eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ein erstes Drucksensor-Bauteil in einer Schnittdarstellung,
2 ein zweites Drucksensor-Bauteil in einer Schittdarstellung,
3 ein Drucksensorelement für eine Absolut- und/oder Differenz- und/oder Relativdruckmessung und
4 ein Drucksensorelement für eine Absolutdruckmessung.
Ein Drucksensor-Bauteil besteht in einem erstem Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem ersten wannenförmigen Gehäuseteil 1 als Schaltungsträger mit einem Drucksensor element 2 und einem Chip 10 und/oder wenigstens einem elektronischen Bauelement und einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil 14.
Die 1 zeigt das Drucksensor-Bauteil in einer Schnittdarstellung.
Das erste wannenförmige Gehäuseteil 1 ist ein spritzgegossenes Kunststoffteil mit sowohl auf-/eingebrachten Leiterbahnen 12 als auch Trägerflächen als MID-Gehäuseteil (MID = molded interconnect device). Auf der ersten Trägerfläche befindet sich das mit Leiterbahnen 12 verbundene Drucksensorelement 2. Diese Trägerfläche ist Bestandteil des Bodenbereichs des ersten Gehäuseteils 1 und weist eine erste Öffnung 5 für das Drucksensorelement 2 auf, so dass das Medium über die erste Öffnung 5 im Bodenbereich des ersten Gehäuseteils 1 zum Drucksensorelement 2 gelangen kann. Das erste Gehäuseteil 1 besitzt im Bodenbereich eine zweite Öffnung 6 neben den Trägerflächen für das Drucksensorelement 2 und den Chip 10 mit einer Auswerteelektronik. Die erste Öffnung 5 und die zweite Öffnung 6 sind mit Anschlussfittings 8, 9 versehen, die gleichzeitig ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils 1 sind.
Das Drucksensorelement 2 ist ein Chip aus Silizium mit einem abgedünnten Bereich als Membran 4. Die Membran 4 ist mit wenigstens einem Element als Halbleiterelement in Form eines Halbleiterwiderstandes versehen, wobei bei Dehnung eine verhältnisgleiche elektrische Widerstandsänderung erfolgt. Das Element ist Bestandteil einer bekannten Messbrücke, wobei eine elektrische Widerstandsänderung zum Beispiel eine verhältnisgleiche elektrische Spannungsänderung hervorruft. Dazu ist das Element mit Kontakten des Chip als Drucksensorelement 2 elektrisch leitend verbunden. Der Chip als Drucksensorelement 2 befindet sich auf einem Sockel 3, dessen Querschnitt gleich oder kleiner als der des Chip als Drucksensorelement 2 ist. Der Sockel 3 kann entweder ein Körper sein oder aus mehreren miteinander verbundenen Körpern bestehen. In einer Ausführungsform kann die Trägerfläche die Oberfläche eines Podestes für das Drucksensorelement 2 sein, dass gleichzeitig ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils 1 ist. Der Sockel 3 und/oder das Podest besitzt eine durchgehende Öffnung 7, wobei diese Öffnung 7 und die erste Öffnung 5 des ersten Gehäuseteils 1 einen Hohlraum umschließen. Die Querschnitte des abgedünnten Bereiches als Membran 4 ist größer (Darstellung in der 3), gleich oder kleiner als die der Öffnungen 5, 7.
Der Chip als Drucksensorelement 2 und der Chip 10 mit einer integrierten Schaltung sind nebeneinander im ersten Gehäuseteil 1 so angeordnet, dass sich die Oberflächen des Chip als Drucksensorelement 2 und des Chip 10 mit einer integrierten Schaltung in einer Ebene befinden (Darstellung in der 1). Gegebenenfalls können auch weitere elektronische Bauteile im ersten Gehäuseteil 1 platziert werden. Die Kontakte des Chip als Drucksensorelement 2 und des Chip 10 mit einer integrierten Schaltung sind je nach Schaltung über gebondete Drahtbrücken 11 und Leiterbahnen 12 miteinander und über gebondete Drahtbrücken 11 und nach außen führende Leiterbahnen 12 als Anschlusskontakte 13 des Drucksensor-Bauteils verbunden. Für die letzte Variante enden Leiterbahnen 12 auf der Randfläche der Wandung des ersten Gehäuseteils 1. Diese Leiterbahnen 12 enden dazu auf kammartigen Erhöhungen der Wandung des ersten Gehäuseteils 1 oder sind über diese geführt. In einer Ausführungsform können diese auch als solche Erhöhungen selbst ausgebildet sein. Damit wird sichergestellt, dass diese Leiterbahnen 12 als Anschlusskontakte bei Platzierung des Drucksensor-Bauteils auf einer Leiterplatte mit Leiterbahnen kontaktiert werden können. Diese Kontaktierungen können auch gleichzeitig die Befestigung des Drucksensor-Bauteils sein. Nicht benötigte und/oder zusätzliche Anschlusskontakte können als weitere Befestigungen eingesetzt werden.
Das erste Gehäuseteil 1 ist mit einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil 14 so abgeschlossen, dass das zweite Gehäuseteil 14 beabstandet zu dem Drucksensorelement 2 angeordnet ist und damit wenigstens ein über die zweite Öffnung 6 offener Hohlraum vorhanden ist.
In einer Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels kann wenigstens der Bereich der Membran 4 auf der dem anliegenden und zu messenden Medium gegenüberliegenden Seite mit einem haubenartigen Körper 15 vorzugsweise als Glaskörper abgedeckt sein. Der durch die Membran 4 und diesem Körper 15 begrenzte Hohlraum weist ein Referenzvolumen insbesondere mit einem Referenzvakuum auf (Darstellung in der 4). Damit ist ein Drucksensor-Bauteil zur Absolutdruckmessung realisiert.
Ein Drucksensor-Bauteil zur Absolut- und/oder Differenz- und/oder Relativdruckmessung besteht in einem zweitem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus einem ersten wannen förmigen Gehäuseteil 1 mit einem Drucksensorelement 2 und einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil 14 als Schaltungsträger mit wenigstens einem Chip 10 zum Beispiel als elektronische Auswerteschaltung und/oder mindestens einem elektronischen Bauelement.
Die 2 zeigt das Drucksensor-Bauteil in einer Schnittdarstellung.
Das erste wannenförmige Gehäuseteil 1 ist ein spritzgegossenes Kunststoffteil mit sowohl auf-/eingebrachten Leiterbahnen 12 als auch einer Trägerfläche als MID-Gehäuseteil (MID = molded interconnect device). Auf der Trägerfläche befindet sich das mit Leiterbahnen 12 über gebondete Drahtbrücken 11 verbundene Drucksensorelement 2. Diese Trägerfläche ist gleichzeitig ein Bestandteil des Bodenbereiches des ersten Gehäuseteils 1 und weist eine erste Öffnung 5 für das Drucksensorelement 2 auf, so dass das Medium über diese erste Öffnung 5 zum Drucksensorelement 2 gelangen kann. Das erste Gehäuseteil 1 besitzt im Bodenbereich eine zweite Öffnung 6 neben der Trägerfläche für das Drucksensorelement 2. Die erste Öffnung 5 und die zweite Öffnung 6 sind mit Anschlussfittings 8, 9 versehen, die gleichzeitig ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils 1 sind.
Das Drucksensorelement 2 ist ein Chip aus Silizium mit einem abgedünnten Bereich als Membran 4 mit wenigstens einem Element als Halbleiterelement auf einem Sockel 3 entsprechend dem des ersten Ausführungsbeispiels.
In einer ersten Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels sind Leiterbahnen des ersten Gehäuseteils 1 nach außen geführt. Die Endenbereiche sind gleichzeitig als Anschlusskontakte 13 dieses Drucksensor-Bauteils ausgebildet. Das erste Gehäuseteil 1 ist mit einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil 14 so abgeschlossen, dass das zweite Gehäuseteil 14 beabstandet zu dem Drucksensorelement 2 angeordnet ist und wenigstens ein über die zweite Öffnung 6 offener Hohlraum vorhanden ist. Damit ist ein Drucksensor-Bauteil zur Absolut- und/oder Differenz- und/oder Relativdruckmessung realisiert.
In einer zweiten Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels sind Leiterbahnen zu den Endenbereichen des ersten Gehäuseteils 1 geführt. Das erste Gehäuseteil 1 ist mit einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil 14 so abgeschlossen, dass zwischen Drucksensorelement 2 und zweitem Gehäuseteil 14 wenigstens ein über die zweite Öffnung 6 offener Hohlraum vorhanden ist. Das zweite Gehäuseteil 14 ist als Schaltungsträger ausgebildet. Dazu ist wenigstens ein Chip 10 mit einer integrierten Schaltung und/oder mindestens ein elektro nisches Bauelement und Leiterbahnen auf dem zweiten Gehäuseteil 14 angeordnet. Leiterbahnen des zweiten Gehäuseteils 14 sind über Randbereiche mit Leiterbahnen des ersten Gehäuseteils 1 verbunden. Weitere Leiterbahnen enden auf dem zweiten Gehäuseteil 14. Endenbereiche sind gleichzeitig als Kontakte 13 für das Drucksensor-Bauteil ausgebildet. Der Chip 10 mit einer integrierten Schaltung, die Leiterbahnen auf dem zweiten Gehäuseteil 14 und die gebondeten Drahtbrücken 11 zur elektrischen Verbindung der Leiterbahnen mit der integrierten Schaltung des Chip 10 und/oder des wenigstens einen elektronischen Bauelementes sind in einer Vergussmasse 16 eingebettet. Ein derartiges Drucksensor-Bauteil zeigt die 2.
In einer weiteren Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels kann wenigstens der Bereich der Membran 4 auf der dem anliegenden und zu messenden Medium gegenüberliegenden Seite mit einem haubenartigen Körper 15 insbesondere als Glaskörper abgedeckt sein. Der durch die Membran 4 und diesem Körper 15 begrenzte Hohlraum weist ein Referenzvolumen vorteilhafterweise mit einem Referenzvakuum auf (Darstellung in der 4). Damit ist ein Drucksensor-Bauteil zur Absolutdruckmessung realisiert.
Der Chip 10 als Auswerteelektronik und/oder der Chip als Drucksensorelement 2 können in weiteren Ausführungsformen der Ausführungsbeispiele auch mit anderen bekannten Verbindungstechnologien wie zum Beispiel der TAB-Technik (TAB = tape automated Bonding) mit Leiterbahnen der Gehäuseteile 1, 14 verbunden sein.
In weiteren Ausführungsformen der Ausführungsbeispiele kann sich zwischen Drucksensorelement 2 und zweitem Gehäuseteil 14 ein Körper, ein Medium oder ein Referenzvakuum befinden. Das Medium kann vorteilhafterweise ein Gel sein und der Körper aus einem elastischen Material bestehen.
In weiteren Ausführungsformen der Ausführungsbeispiele kann wenigstens ein Eckbereich von Wandungen des ersten Gehäuseteils 1 des Drucksensor-Bauteils eine Erhöhung aufweisen. Diese Erhöhung befindet sich auf aneinandergrenzenden Wandungen und stellt vorteilhafterweise eine Montagehilfe und/oder eine mechanische Befestigungsmöglichkeit für das Drucksensor-Bauteil dar. Vorteilhafterweise ist diese Erhöhung ein Zapfen, ein Haken oder ein Teil mit einem Klemmmechanismus. Diese Erhöhung kann damit leicht in eine Öffnung eines Trägers für das Drucksensor-Bauteil eingeführt und befestigt werden. Dazu ist die Erhöhung zum Beispiel ein konischer Zapfen mit wenigstens einer umlaufenden Vertiefung und/oder Erhöhung, so dass in Verbindung mit der Öffnung und des Trägers des Drucksensor-Bauteils ein Schnappmechanismus realisiert ist.

Claims

Drucksensor-Bauteil mit folgenden Merkmalen: – einem ersten wannenförmigen Gehäuseteil (1) als spritzgegossenes Kunststoffteil mit sowohl Leiterbahnen (12) als MID-Gehäuseteil (MID = molded interconnect device) als auch im Innern wenigstens einer Trägerfläche, – einem mit Leiterbahnen (12) verbundenem Drucksensorelement (2) auf der Trägerfläche, – wenigstens einer Öffnung (5) für das Drucksensorelement (2) in der ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils (1) darstellenden Trägerfläche, wobei sich die Öffnung (5) im Bodenbereich des ersten Gehäuseteils (1) befindet, – einem zweiten plattenförmigen Gehäuseteil (14) im ersten Gehäuseteil (1), wobei die Wandung des ersten Gehäuseteils (1) das zweite Gehäuseteil (14) überragt, und – entweder auf der Randfläche der Wandung des ersten Gehäuseteils (1) oder einen Wandbereich umfassende und damit auf einem Außenwandbereich des ersten Gehäuseteils (1) endenden Leiterbahnen (12) als gleichzeitige Anschlusskontakte (13).
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (1) mindestens eine zweite Öffnung (6) neben der Trägerfläche besitzt, wobei sich die Öffnungen (5, 6) im Bodenbereich des ersten Gehäuseteils (1) befinden, dass das zweite plattenförmige Gehäuseteil (14) im ersten Gehäuseteil (1) angeordnet ist, wobei die Wandung des ersten Gehäuseteils (1) das zweite Gehäuseteil (14) überragt, zwischen Drucksensorelement (2) und zweitem Gehäuseteil (14) wenigstens ein über die zweite Öffnung (6) offener Hohlraum vorhanden ist und entweder auf der Randfläche der Wandung des ersten Gehäuseteils (1) oder einen Wandbereich umfassende und damit auf einem Außenwandbereich des ersten Gehäuseteils (1) endende Leiterbahnen (12) gleichzeitig Anschlusskontakte (13) sind.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (12) auf kammartigen Erhöhungen der Wandung des ersten Gehäuseteils (1) als Anschlusskontakte (13) und/oder Befestigungen enden.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (1) einen Anschlussfitting (8) für die Öffnung (5) oder Anschlussfittings (8, 9) für die erste Öffnung (5) und die zweite Öffnung (6) besitzt.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (14) ein Bauelementeträger mit Leiterbahnen und wenigstens einem Chip (10) mit einer integrierten Schaltung und/oder mindestens einem elektronischen Bauelement und damit ein Schaltungsträger ist.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bauelementeträger mit Leiterbahnen und wenigstens einem Chip (10) mit einer integrierten Schaltung und/oder mindestens einem elektronischen Bauelement und damit ein Schaltungsträger zwischen dem Boden des ersten Gehäuseteils (1) und dem zweiten Gehäuseteil (14) angeordnet und mit Leiterbahnen von Wandbereichen des ersten Gehäuseteils (1) verbunden ist.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Chip (10) mit einer integrierten Schaltung im ersten Gehäuseteil (1) angeordnet und mit Leiterbahnen (12) verbunden ist, wobei der Chip als Drucksensorelement (2) und der Chip (10) mit einer integrierten Schaltung nebeneinander entweder in einer Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen im ersten Gehäuseteil (1) angeordnet sind.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Drucksensorelement (2) und zweitem Gehäuseteil (14) ein Hohlraum, ein Körper, ein Medium oder ein Referenzvakuum befindet.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Eckbereich von Wandungen des ersten Gehäuseteils (1) eine Erhöhung aufweist, wobei die Erhöhung ein Zapfen, ein Haken oder ein Teil mit einem Klemmmechanismus ist.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksensorelement (2) ein Chip mit einem abgedünnten Bereich als Membran (4) auf einem Sockel (3) ist, dass die Membran (4) wenigstens ein bei Dehnung seinen elektrischen Widerstandswert änderndes Element aufweist, dass das Element mit Kontakten des Chips als Drucksensorelement (2) elektrisch leitend verbunden ist und dass der Sockel (3) eine durchgehende Öffnung (7) besitzt, so dass ein Drucksensor-Bauteil für Absolut- und/oder Differenz- und/oder Relativdruckmcssung vorhanden ist.
Drucksensor-Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Bereich der Membran (4) auf der dem anliegenden und zu messenden Medium gegenüberliegenden Seite mit einem haubenartigen Körper (15) abgedeckt ist und dass der durch die Membran (4) und den haubenartigen Körper (15) begrenzte Hohlraum ein Referenzvolumen aufweist, so dass ein Drucksensor-Bauteil für Absolutdruckmessung mit wenigstens einer gegenüber dem anliegenden Medium im Drucksensor-Bauteil geschützten Membran vorhanden ist.