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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Drucksensor für eine Seitenaufprallsensierung
bzw. ein Verfahren zur Ausbildung einer Oberfläche eines Schutzmaterials für einen
Drucksensor nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 199 23 985 A1 ist
bereits ein Drucksensor zur Seitenaufprallsensierung bekannt, bei dem
ein Kanal ein direktes Aufströmen
der Luft auf ein Sensorelement ermöglicht. Das Sensorelement kann
dabei durch eine Membran geschützt
werden. Der Kanal wird mit Hilfe von mehreren Gehäuseteilen realisiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Drucksensor
für eine Seitenaufprallsensierung
bzw. das Verfahren zur Ausbildung einer Oberfläche eines Schutzmaterials für einen
Drucksensor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben
demgegenüber den
Vorteil, dass die Gesamtgestaltung des Drucksensors durch die Ausbildung
der Oberfläche
des Schutzmaterials derart, dass durch das Zusammenwirken mit einem
Gehäuseteil
bereits ein Einlasskanal, der einen seitlichen, versetzten Zugang
zum Drucksensorelement ermöglicht,
erreicht wird, vereinfacht wird. Damit wird auch das Sensorgehäuse stark
vereinfacht und ist entsprechend kostengünstiger.
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Auch
das Herstellungsverfahren ist entsprechend einfach zu gestalten,
da ein Werkzeug zur Schaffung der entsprechenden Oberfläche einmal hergestellt
wird und dann immer wieder verwendet werden kann.
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Insbesondere
ermöglicht
der seitliche Zugang, dass der direkte Einfluss von korrosiven Medien,
wie Feuchtigkeit und auch der direkte Einfluss von mechanischen
Einflüssen,
minimiert oder gar ausgeschlossen wird.
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Der
Druckeinlasskanal kann so gestaltet werden, dass Kondenswasser leicht
nach außen
abfließen
kann. Dies kann durch Schrägen,
Rundungen und Verjüngung
usw. erreicht werden.
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Insbesondere
wird der Gehäusedeckel
vereinfacht, da dieser lediglich eine Öffnung aufweisen muss.
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Eine
mechanische Beschädigung
des Drucksensorelements im montierten Zustand wird durch die Gestaltung
des Druckeinlasskanals sicher verhindert. Der erfindungsgemäße Drucksensor
ermöglicht,
dass die Zugangsöffnung
auch im Boden des umgebenden Gesamtgehäuses dargestellt werden kann,
da es die Montage des Drucksensors im Fahrzeug vereinfacht.
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Insgesamt
ist die Oberfläche
des Schutzmaterials, beispielsweise Epoxid, frei gestaltbar und
die erfindungsgemäße Ausbildung
kann im sowieso vorgesehenen Fertigungsschritt erfolgen.
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Das
Schutzmaterial kann ein Harz wie Epoxid oder ein Kunststoff sein.
Der integrierte Schaltkreis, der vorliegend als ASIC ausgebildet
ist, sorgt für
eine Signalaufbereitung des Drucksignals und die Übertragung
zu einem Steuergerät.
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Das
Drucksensorelement, von dem auch mehrere, wie auch mehrere integrierte
Schaltkreise vorgesehen sein können,
ist üblicherweise
mikromechanisch ausgebildet, wobei eine Druckänderung sich beispielsweise
in einer Widerstandsänderung
einer Wheatstoneschen Messbrücke
ausdrückt,
die als Spannungsänderung
nach dem Verstärken
digitalisiert wird. Das Drucksensorelement ist dabei in einer sogenannten
Kavität,
d. h. einer Öffnung
beziehungsweise Vertiefung im Schutzmaterial nachträglich angeordnet.
Der Druckeinlasskanal wird letztlich aus dem Zusammenwirken mit
einem Standardgehäuseteil,
wie einem Deckel oder einem Gesamtgehäuse gebildet. Dabei weist die
Oberfläche
des Schutzmaterials dennoch eine deutliche Struktur, insbesondere eine Vertiefung
auf, die zum Drucksensorelement führt. Dieser erfindungsgemäße Kanal
kann dabei sich zum Drucksensorelement erweitern.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den
unabhängigen
Patentansprüchen
angegebenen Drucksensors zur Seitenaufprallsensierung bzw. des in
den unabhängigen
Patentansprüchen
angegebenen Verfahrens zur Ausbildung einer Oberfläche eines
Schutzmaterials für
einen Drucksensor möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass bei dem Schutzmaterial ein Deckel als dem
Gehäuseteil
vorgesehen ist, der eine erste Öffnung
aufweist, so dass dieser Deckel mit dem Schutzmaterial ein erstes
Gehäuse
des Drucksensors bildet. Dabei ist dann der Deckel vorzugsweise
mit dem Schutzmaterial verbunden, so dass der Deckel direkt oben
auf dem Schutzmaterial befestigt ist und die Abdeckung für den Druckeinlasskanal
liefert. Vorzugsweise liefert dabei eine Vertiefung im Schutzmaterial
den eigentlichen Druckeinlasskanal.
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Zusätzlich oder
alternativ ist es möglich, dass
das Schutzmaterial mit der Kavität
und dem integrierten Schaltkreis in einem zweiten Gehäuse angeordnet
ist, dass das Schutzmaterial umgibt. Dieses zweite Gehäuse weist
eine zweite Öffnung
auf, um mit der Oberfläche
des Schutzmaterials einen Druckeinlasskanal zu bilden. Sind beide
Gehäuse
vorhanden, dann sind das erste und zweite Gehäuse über eine erste Dichtung zwischen
der ersten und zweiten Öffnung
verbunden. Ist nur das zweite Gehäuse vorhanden, dann ist das
Schutzmaterial mit einer entsprechenden Dichtung mit diesem zweiten
Gehäuse verbunden.
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Vorzugsweise
wird das Schutzmaterial gespritzt oder mittels eines Tranfer-Molding-Verfahrens verarbeitet.
Es umgibt beispielsweise in einem Moldprozess den wenigstens einen
integrierten Schaltkreis komplett, während für das Drucksensorelement eine
Kavität
durch ein Werkzeug ausgebildet wird, welches auch gleichzeitig die
Oberfläche
des Schutzmaterials derart gestaltet, dass der Druckeinlasskanal
für einen
zeitlichen Zugang zum Drucksensorelement geschaffen wird. Das somit
dargestellte Gehäuse
stellt also eine Kombination aus einem Premoldgehäuse und
einem Moldgehäuse
dar, wobei die Anordnung für
diesen Anwendungsfall vorteilhafterweise seitlich aneinander dargestellt ist.
Die Kavität
im Premoldgehäuseteil
ermöglicht
den nachträglichen Einbau
des Sensorelements.
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Die
Oberfläche
dieses Gehäuses
wird während
des Moldprozesses durch die Formgebung des Werkzeuges ausgebildet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Blockschaltbild des Drucksensors mit verbundenen Komponenten,
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2 eine
erste Aufsicht auf eine erste Variante des erfindungsgemäßen Drucksensors,
jedoch ohne Sensorelement,
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3 eine
Seiteneinsicht der ersten Variante, jedoch ohne Sensorelement und
ASIC,
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4 eine
Schnittdarstellung der ersten Variante, mit Sensorelement und ASIC,
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5 eine
weitere Aufsicht auf die erste Variante mit Deckel,
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6 ein
Zusammenspiel des ersten und zweiten Gehäuses der erfindungsgemäßen Variante,
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7 eine
Aufsicht auf eine zweite Variante, jedoch ohne Sensorelement,
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8 eine
Seiteneinnsicht einer zweiten Variante, jedoch ohne Sensorelement
und ASIC,
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9 eine
Schnittdarstellung der zweiten Variante mit Sensorelement und ASIC
und
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10 die
zweite Variante im Einbau mit einem umgebenden Gehäuse und
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11 ein
Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
in einem Blockschaltbild das Zusammenwirken des erfindungsgemäßen Drucksensors
mit weiteren Komponenten eines Personenschutzsystems in einem Fahrzeug.
Der Drucksensor PPS weist das Drucksensorelement DSE und einen integrierten
Schaltkreis ASIC auf. Es kann eine Mehrzahl von Drucksensorelementen
und/oder eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen vorhanden
sein. Das Drucksensorelement, das wie oben dargestellt mikromechanisch
hergestellt ist, misst Luftdruckschwankungen, da solche Luftdruckschwankungen in
einem Seitenteil eines Fahrzeugs zur Seitenaufprallsensierung ausgenutzt
werden können.
Dabei kann auch ein Anteil eines adiabatischen Luftdruckanstiegs
bei eine Komprimierung des Volumens in dem Seitenteil festgestellt
werden. Der integrierte Schaltkreis sorgt für eine Aufarbeitung des Drucksensorsignals,
d. h. eine Verstärkung,
Digitalisierung und Versendung über
eine Leitung zu einem Steuergerät
SG, das ein oder mehrere Personenschutzmittel PS ansteuert.
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Bei
einem Seitenaufprall werden Seitenaufprallschutzmittel angesteuert
wie ein Seitenairbag oder andere dem Fachmann bekannte Schutzmittel bei
einem Seitenaufprall. Die Drucksensordaten werden über eine
Schnittstelle IF, die vorliegend hardwaremäßig ausgebildet ist, im Steuergerät SG empfangen.
Es ist möglich,
dass diese Daten direkt vom Mikrocontroller empfangen werden. Der
Mikrocontroller μC
ist das zentrale Element des Steuergeräts SG. Der Mikrocontroller μC führt einen
Auslösealgorithmus
auf die gemessenen Drucksensordaten aus. Anstatt eines Mikrocontrollers
können
auch andere Prozessortypen, ASICs oder diskrete Bausteine als Auswerteschaltung
verwendet werden. In Abhängigkeit
von der Auswertung der Drucksensorsignale überträgt der Mikrocontroller μC ein Auslösesignal
zu einer Ansteuerschaltung FLIC. Diese Ansteuerschaltung sorgt in
Abhängigkeit
vom Auslösesignal
für eine
Aktivierung der Personenschutzmittel PS. Dafür weist die Ansteuerschaltung
FLIC entsprechende Auswertebausteine aus, um den Softwarebefehl
des Mikrocontrollers μC
auswerten zu können.
Parallele Auswertungen, insbesondere eine Plausibilisierung, sind
der Einfachheit halber hier weggelassen worden wie auch andere für den Betrieb
des Steuergeräts
SG notwendige Komponenten, die jedoch nicht zum Verständnis der
Erfindung beitragen.
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Erfindungsgemäß wird der
Druckeinlasskanal für
das Drucksensorelement DSE durch die Gestaltung der Oberfläche des
Schutzmaterials im Zusammenwirken mit einem weiteren Gehäuseteil
wie einem Deckel oder einem das Schutzmaterial umgebenden Gehäuse erreicht.
Damit liegt eine besondere einfache Realisierung eines solchen Druckeinlasskanales
vor.
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2 zeigt
eine erste Variante in einer Draufsicht. Ein Leadframe 20,
der z. B. als Trägerstreifen übersetzt
werden kann, ist bereits bezüglich eines
integrierten Schaltkreises ummoldet, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt
eine Kavität 21 vorgesehen
ist, in die das Drucksensorelement in einem weiteren Verfahrensschritt
montiert wird. Während des
Moldens wird diese Kavität 21 und
auch ein Druckeinlasskanal 22 hergestellt, so dass eine
Vertiefung des Schutzmaterials, hier eines Epoxids das eingespritzt
wurde, im Vergleich zur Oberfläche
des Schutzmaterials 23 entstanden ist. Insbesondere erweitert
sich der Durchmesser dieses Druckeinlasskanales 22 zur
Kavität 21,
um das Drucksensorelement über
die gesamte Breite voll zu beströmen.
Das gegenüberliegende
Ende dieses Druckeinlasskanals 22 ist halbkreisförmig ausgebildet,
um einer Druckeinlassöffnung
in einem Gehäuse
zu entsprechen. Die oben und unten auf der linken Seite angeordneten
jeweils drei Beinchen sind dem in 2 nicht
dargestellten Drucksensorelement in der Kavität 21 zugeordnet, während die
abgesetzt oben und unten jeweils vorliegenden sechs Beinchen dem
integrierten Schaltkreis zugeordnet sind.
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3 zeigt
eine Seitenansicht beziehungsweise Seitendurchsicht dieser ersten
Variante. Dabei ist verdeckt und daher gestrichelt dargestellt der Leadframe 30 des
Drucksensorelements dargestellt. Ebenso ist der voll ummoldete Leadframe 33 des
integrierten Schaltkreises dargestellt. Der Druckeinlasskanal 32 führt zu einer Öffnung 31 über dem Drucksensorelement.
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung der ersten Variante. Ein ASIC 43 ist
vorliegend voll ummoldet, hier mit einem Epoxid. Es ist jedoch möglich, auch
Kunststoffe wie PEEK oder LCP zu verwenden. In der Kavität ist ein
mikromechanisches Durcksensorelement 41, vorzugsweise mit
Klebstoff befestigt. Oberhalb der Kavität und der Vertiefung 22 befindet sich
ein mit dem Gehäuse
befestigter Gehäusedeckel 45,
welcher zusammen mit dem Gehäuse
den Druckeinlasskanal 32 darstellt. Dieser Gehäusedeckel 45 weist
eine Öffnung 44 auf,
durch die der Luftdruck in den Druckeinlasskanal eindringen kann,
um seitlich das Sensorelement 41 zu beströmen. Das Drucksensorelement 41 ist
mit einem Passivierungsmaterial 42 umgeben, welches über der
druckempfindlichen Sensormembran eine dünne Schicht ausbildet. Ebenso
sind Bonddrähte 40 zu
sehen, die den Sensor 41 mit den in der Kavität vorhandenen
Leads und somit mit der Außenwelt
verbinden.
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5 zeigt
die erste Variante mit Gehäusedeckel
in der Draufsicht. Zu sehen ist wieder der Leadframe 52 und
ein Gehäusedeckel 51 (= 45)
mit einer Zugangsöffnung 50 (= 44).
Deutlich ist die einfache Konstruktion dieser ersten Variante, wobei
lediglich ein Standarddeckel verwendet werden kann als Gehäuseteil.
Die Herstellung des Druckeinlasskanals wird gleichzeitig mit der
Herstellung der Kavität für das Drucksensorelement
vorgenommen.
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6 zeigt
die erste Variante im Querschnitt und eine Anbindung über eine
Dichtung an das zweite Gehäuse,
die das Schutzmaterial mit dem ersten Gehäuse umgibt. Dieses zweite Gehäuse 61,
beispielsweise aus Metall, weist einen Druckeinlass 67 auf,
der über
Dichtungen 60 zum Druckeinlasskanal 63 geführt wird.
Der Gehäusedeckel 62 schützt diesen
Kanal 63 und bildet ihn durch seine Anwesenheit. Der Gehäusedeckel 62 ist
im Schutzmaterial 65 fest angebunden. Der Druckeinlasskanal 63 ermöglicht ein
seitliches Beströmen
des Drucksensorelements 66. Im völlig ummoldeten Zustand ist
ein integrierter Schaltkreis 64, der die Signalkonditionierung
und Übertragung
des Drucksensorsignals übernimmt.
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7 zeigt
eine Aufsicht dieser einer zweiten Variante. Wiederum ist der Leadframe 72 zu
sehen und eine Kavität 71,
welche von einem Druckeinlasskanal 70 mit dem entsprechenden
Luftdruck von außen
beströmt
wird. Wiederum erweitert sich dieser Druckeinlasskanal 70 um
die volle Breite der Kavität 71 mit
Luftdruck zu beströmen.
Der Druckeinlasskanal 70 ist im Vergleich zur übrigen Höhe der Schutzschicht 73 vertieft.
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8 zeigt
eine Seitenansicht beziehungsweise Seiteneinsicht dieser zweiten
Variante. Da verdeckt sind die Leadframes des Drucksensorelements 80 und
des integrierten Schaltkreises 83 gestrichelt dargestellt.
Im Schutzmaterial 82 ist der Druckeinlasskanal 81 ausgeformt.
Deutlich zu sehen ist auch die Kavität 84, in die das nixht
gezeichnete Drucksensorelement 80 eingebaut ist.
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9 zeigt
in einer Schnittdarstellung diese zweite Variante. Das Drucksensorelement 93 ist
in der Kavität
eingebaut und wird über
einen Druckeinlasskanal 90 seitlich mit dem Luftdruck von
außen beströmt. Im Schutzmaterial 91 ist
der integrierte Schaltkreis 92 angeordnet. Elektrische
Verbindungen zum Drucksensorelement 93 sind der Einfachheit halber
weggelassen worden, wie auch die elektrischen Verbindungen nach
außen.
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In 10 ist
die Verwendung der zweiten Variante in Verbindung mit einem Gehäuse dargestellt.
Dabei ist das Schutzmaterial 100 mit dem völlig ummoldeten
integrierten Schaltkreis 101 versehen und weist eine Kavität auf, in
die das Drucksensorelement 104 eingebaut ist. Ein Druckeinlasskanal 102 fuhrt
zu einem seitlichen Beströmen
des Drucksensorelements 104. Dazu weist das Gehäuse 105,
bei dem es sich um ein Gehäusedeckel
oder Gehäuseboden
handeln kann, eine Öffnung 103 auf.
Das Schutzmaterial 100 ist über Dichtungen 106,
vorzugsweise einer umlaufenden Dichtung, mit dem Gehäuse 105 derart
verbunden, dass der Druck nur zum Sensorelement 105 gelangen
kann.
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11 zeigt
in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren zür Ausbildung
der Oberfläche
des Schutzmaterials und das Verfahren zur weiteren Montage. In Verfahrensschritt 130 erfolgt das
Molden des integrierten Schaltkreises. Durch die Gestaltung des
Moldwerkzeuges wird dabei die Kavität für das Drucksensorelement und
die Oberflächenvertiefung
für den
Druckeinlasskanal erzeugt. Im nachfolgenden Verfahrensschritt 131 wird
das Drucksensorelement in die Kavität eingebaut und im Verfahrensschritt 132 erfolgt
der Einbau des so entstehenden Chipgehäuses in ein umgebendes Gehäuse, wobei
ein Gehäuseteil
dann dazu führt,
dass der Druckeinlasskanal realisiert wird.