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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines elektronischen
Sensorelements, wobei das Sensorelement mindestens ein Anschlusselement
zum Anschließen
an ein weiteres Bauelement aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein
elektronisches Sensorelement, wobei das Sensorelement mindestens
ein Anschlusselement zum Anschließen an ein weiteres Bauteil
aufweist.
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Elektronische
Sensorelemente, beispielsweise widerstandsbasierte Temperatursensoren,
wie Thermistoren, werden oftmals in aggressiver, insbesondere korrosiver
Umgebung eingesetzt. Bei solchen korrosiven Umgebungen kann es sich
beispielsweise um Abgase oder korrosive Flüssigkeiten wie Wasser, handeln.
Anwendungsbereiche sind beispielsweise der Kraftfahrzeugbereich.
Insbesondere können
solche Sensoren beispielsweise im Motorraum von Kraftfahrzeugen
eingesetzt werden. Es besteht das Problem, dass es zu einer Korrosion
der elektrischen Kontakte, also insbesondere der Anschlusselemente
der Sensorelemente sowie von Kontaktstellen zwischen den Anschlusselementen und
weiteren Bauelementen kommt. Beim Einsatz in Flüssigkeiten kann diese Korrosion
aufgrund elektrolytischer Vorgänge
entstehen. Darüber
hinaus sind solche Sensorelemente, insbesondere der eigentliche
Sensor, auch erheblichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Temperatursensoren durch
eine vollständige
Kapselung in eine Kunststoff- oder Metallhülse vor korrosiven Stoffen
und gegen mechanische Beschädigung
zu schützen.
Derartige Lösungen
werden beispielsweise von den Firmen Bosch, Siemens oder Epcos (Modellbezeichnung: K276
bzw. M2020) angeboten. Alternativ ist es bekannt, Anschlussdrähte eines
Sensorele ments mit PTFE, Polyamid, Polyimid oder einem anderen Polymer
zu schützen.
Dieser Schutz kann durch direktes Aufbringen auf den Draht (Tauchen
oder Sintern) oder durch Aufstecken von Schläuchen gewährleistet werden. Der eigentliche
Sensor wird bei dieser Lösung
mit einer Epoxydschicht gegen mechanische Einflüsse geschützt (beispielsweise Epcos-Modelle S861,
S863).
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Weiterhin
ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Sensorelement durch
eine Einglasung vor mechanischen Beanspruchungen zu schützen. Die
Anschlussdrähte
selbst werden durch eine Schicht aus PTFE, Polyamid, Polyimid oder
einem Polymer geschützt.
Dabei kann der Übergang
von der Glaspille zu dem geschützten
Anschlussdraht durch eine Keramik- oder Kunststoffscheibe mit Durchführungen
für die
Anschlüsse
zusätzlich
geschützt
werden. Die dabei auftretenden Spalte werden mit einem Silikon,
fluoriertem Silikongel, fluoriertem Polyester oder einem anderen
Füllstoff
abgedichtet (beispielsweise Shibaura PSB-S1 oder NSIII). Gemäß einer
weiteren bekannten Lösung
werden fertige Sensorelemente mit einem Lack, Harz oder Polymer
ein- oder mehrfach in einem Tauchverfahren überzogen (
DE 197 21 101 B4 und Epcos-Modell G561).
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Die
DE 39 12 217 C1 offenbart
einen Drucksensor mit einer Membran, die im Umfangsbereich unter
Bildung einer Kammer mit einem Grundkörper verbunden ist. Die dem
Grundkörper
abgewandte Fläche
der Membran ist einem Medium ausgesetzt, dessen Druck gemessen werden
soll. Diese Membran ist mit einer Schicht zum Schutz gegen Umwelteinflüsse versehen.
Auf der dem Grundkörper
abgewandten Fläche
der Membran ist eine dünne
Schicht aus Siliziumkarbid angeordnet, die durch chemische Gasphasenabscheidung
aufgebracht ist.
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Die
DE 44 15 984 A1 offenbart
einen Halbleitersensor mit einer Schutzschicht. Bei dem Halbleiterchip
sind an der Rückseite
Kavernen angeordnet, in denen der Druck durch entsprechend ausgebildete Membranen,
die mit piezosensitiven Schal tungen in Verbindung steht, gemessen
wird. Die Kavernenoberfläche
wie auch wahlweise die Rückseite
des Halbleiterchips sind mit einer Schutzschicht überzogen,
die einen Schutz des Halbleiters gegenüber aggressiven Medien gewährleistet.
Diese Schutzschicht besteht beispielsweise aus Siliziumkarbid, Kohlenstoff,
Diamant oder Silizide aus Titan, Platin oder Chrom.
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Die
DE 20 2004 009 059
U1 offenbart ein Substrat beschichtet mit kohlenstoffbasierendem Material.
Dieses Substrat wird durch die folgenden Schritte hergestellt:
- a) zumindest partielles Beschichten eines Substrates
mit einem Polymerfilm an mindestens einer äußeren Oberfläche des
Substrates,
- b) Karbonisierung des Polymerfilms in einer Atmosphäre, die
im Wesentlichen frei von Sauerstoff ist, bei Temperaturen im Bereich
von 200°C bis
2500°C.
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Sämtlichen
aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist der Nachteil gemein,
dass die Antwortzeit des Sensorelements durch die Schutzummantelung
erheblich verschlechtert wird. Dies ist insbesondere bei widerstandsbasierten
Temperatursensoren problematisch. Außerdem müssen die beim Anschließen des
Anschlusselements des Sensorelements an das weitere Bauelement entstehenden
Kontaktstellen bei den bekannten Verfahren in einem separaten Arbeitsschritt
mit einem Schutz versehen werden, d. h. noch einmal vergossen, verklebt oder
anderweitig geschützt
werden. Die bekannten Lösungen
sind daher aufwändig
und teuer.
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Im Übrigen hat
sich in der Praxis herausgestellt, dass viele der bekannten Schutzmaterialien
die im Betrieb auftretenden, rauen Einsatzbedingungen, beispielsweise
Abgastemperaturen oder chemische Angriffe, nicht über einen
ausreichend langen Zeitraum ohne Beschädigung überstehen. Es hat sich außerdem gezeigt,
dass insbesondere in Tauchverfahren aufgebrachte Schutzüberzüge oft eine
erhebliche Unregelmäßigkeit
aufweisen. Gerade schlecht zugängliche
Bereiche der zu schützenden
Oberfläche
werden dabei oftmals nur unzureichend bedeckt, so dass der Überzug seine
Schutzaufgabe nicht zuverlässig
erfüllen
kann.
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Ausgehend
von dem erläuterten
Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in einfacher
und preisgünstiger
Weise ein elektronisches Sensorelement bereitzustellen, das einen
zuverlässigen
und für
die vorgesehenen Betriebsbedingungen ausreichenden Schutz aufweist,
wobei die Antwortzeit des Sensorelements durch den Schutz möglichst
wenig beeinträchtigt
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und ein
elektronisches Sensorelement gemäß Patentanspruch
13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den Figuren hervor.
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Bei
dem eingangs genannten Verfahren wird auf zumindest einen Teil der
Oberfläche
des elektronischen Sensorelements mittels Gasphasenabscheidung eine
Schutzschicht aufgebracht. Bei dem eingangs genannten elektronischen
Sensorelement weist zumindest ein Teil der Oberfläche des
elektronischen Sensorelements eine mittels Gasphasenabscheidung
aufgebrachte Schutzschicht auf.
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Die
erfindungsgemäße Schutzschicht
bildet zum einen eine Barriere gegen eindringende aggressive oder
korrosive Stoffe und wird aus einem Polymer aus der Gruppe der Parylene
gebildet. Zum anderen ist sie elektrisch isolierend. Sie kann außerdem chemisch
inert und temperaturstabil ausgestaltet sein. Hinzukommt, dass sie
einen wirksamen Schutz gegen mechanische Beschädigungen gewährleistet. Erfindungsgemäß werden
insbesondere die bezüglich
Korrosion oder anderer Beschädigungen
kritischen Oberflächenbereiche
mit der Schutzschicht bedampft. Somit können als Ausgangsprodukt ungeschützte und
somit preiswerte Sensorelemente verwendet werden.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Antwortzeit der aus
dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente durch die Dicke der
auf das Sensorelement aufgebrachten Schutzüberzüge, bzw. Schutzeinkapselungen
verschlechtert wird. Insbesondere bei temperaturabhängigen Widerstandssensoren
führt die
beträchtliche
Wärmekapazität der Schutzschicht
zu einer Beeinträchtigung
der Sensorleistung. Mittels der erfindungsgemäßen Gasphasenabscheidung ist
es möglich,
erheblich dünnere Schutzüberzüge aufzubringen
als mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Der erfindungsgemäße Überzug besitzt
aufgrund seiner geringen Dicke eine geringe Wärmekapazität und beeinträchtigt daher
die Antwortzeit von beispielsweise Temperatursensoren nur wenig.
Dabei liegt der Erfindung die überraschende
Erkenntnis zugrunde, dass derartige dünne Schutzschichten ausreichend
sind, um das elektronische Sensorelement zuverlässig gegen mechanische Beschädigungen
und Korrosion zu schützen.
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Mittels
der Gasphasenabscheidung, die üblicherweise
in einem Vakuumprozess erfolgt, ist es möglich, in präziser Weise
genau die Schichtdicke einzustellen, die einerseits einen zuverlässigen Schutz
gewährleistet,
und andererseits die Ansprechzeit des Sensors möglichst wenig beeinträchtigt.
Dabei wird eine im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten
Schutzüberzügen erheblich
homogenere Schicht auf das Sensorelement aufgebracht. Auch schlecht
zugängliche
Bereiche des Elements, wie beispielsweise feine Spalte und Risse
etc. werden zuverlässig,
gleichmäßig und
lochfrei mit der Schutzschicht bedeckt.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass verschiedene kritische
Bereiche der Oberfläche des
elektronischen Sensorelements, für
die ein Schutz erforderlich ist, in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht
versehen werden können.
So ist es beispielsweise möglich,
das gesamte Sensorelement zusammen mit seinem mindestens einen Anschlusselement
in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht zu versehen. Weiterhin
ist es möglich,
in demselben Arbeitsschritt die Schutzschicht auch auf eine beim Anschließen des
Sensorelements an das weitere Bauelement gebildete Kontaktstelle
aufzubringen. Das Sensorelement kann auf diese Weise einfacher und
preisgünstiger
bereitgestellt werden.
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Das
erfindungsgemäße Sensorelement
kann beispielsweise in einem KFZ, insbesondere im Motorraum, eingesetzt
werden. Bei dem mindestens einen Anschlusselement kann es sich beispielsweise um
Anschlussdrähte
zum Anschließen
an das weitere Bauelement handeln. Es kann sich bei dem Sensorelement
jedoch auch um ein so genanntes Surface Mounted Device (SMD) handeln,
bei dem als Anschlusselement anstelle von Anschlussdrähten Anschlussflächen vorgesehen
sind. Das weitere Bauelement kann beispielsweise ein sogenannter Leadframe
sein, der zu einem Steckverbinder führen kann.
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Das
Sensorelement kann insbesondere eine als Sensor dienende Oberfläche besitzen.
In diesem Fall nimmt der Sensor mit dieser Oberfläche die
Energie oder Information auf, die er zu einem Sensorsignal umsetzt.
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung kann das Sensorelement einen Temperatursensor,
vorzugsweise einen Thermistor, aufweisen. In diesem Fall ist die
als Sensor dienende Oberfläche die
die Umgebungstemperatur aufnehmende Oberfläche des Temperatursensors.
Als besonders geeignet für
den vorliegenden Anwendungszweck haben sich dabei solche Temperatursensoren
erwiesen, die einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzen (NTC).
Aufgrund ihrer geringen Dicke besitzt die erfindungsgemäße Schutzschicht
eine ge ringe Wärmekapazität. Gerade
bei Temperatursensoren wird daher die Antwortzeit des Sensors durch
die Schutzschicht erfindungsgemäß erheblich
weniger beeinträchtigt
als beim Stand der Technik.
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Um
einen zuverlässigen
Schutz gegen mechanische Beschädigungen
zu gewährleisten,
ist gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest
eine als Sensor dienende Oberfläche
des elektronischen Sensorelements mit der Schutzschicht versehen
ist. Bei der als Sensor dienenden Oberfläche kann es sich beispielsweise
bei einem Temperatursensor um den eigentlichen Temperaturfühler handeln.
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Für einen
zuverlässigen
Schutz vor Korrosion ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schutzschicht
zumindest auf das Anschlusselement aufgebracht wird. Das Anschlusselement
weist in diesem Fall also die Schutzschicht auf, und ist somit gegen
Korrosion geschützt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das mindestens eine Anschlusselement des elektronischen Sensorelements an
das weitere Bauelement angeschlossen ist, wobei zwischen dem Anschlusselement
des elektronischen Sensorelements und dem weiteren Bauelement mindestens
eine Kontaktstelle gebildet ist. Der Kontakt kann im Bereich der
Kontaktstelle beispielsweise mittels Schweißen, Löten, Verstemmen, Kleben usw. hergestellt
werden. Das Anschließen
des Anschlusselements an das weitere Bauelement erfolgt bei dieser
Ausgestaltung insbesondere vor dem Aufbringen der Schutzschicht.
Somit ist es möglich,
auch schutzbedürftige
Bereiche des weiteren Bauelements bzw. der Verbindung des weiteren
Bauelements zu dem Sensorelement im Zuge der Gasphasenabscheidung in
einem Arbeitsschritt mit einer Schutzschicht zu versehen. So kann
die Schutzschicht insbesondere zumindest auf die Kontaktstelle aufgebracht
werden. Zumindest die Kontaktstelle weist in diesem Fall also die
Schutzschicht auf und ist somit ebenfalls sicher vor schädlichen
Einflüssen,
beispielsweise Korrosion, geschützt.
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Gemäß der Erfindung
kann eine beliebige Kombination verschiedener Bereiche des Sensorelements
in einem Arbeitsschritt mit einer Schutzschicht versehen werden.
Diese Bereiche können
je nach im Betrieb zu erwartender Belastung ausgewählt werden.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist somit erheblich einfacher, schneller und preisgünstiger als
die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
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So
kann die Schutzschicht beispielsweise in einem Arbeitsschritt auf
die als Sensor dienende Oberfläche
des Sensorelements und das mindestens eine Anschlusselement aufgebracht
werden. Es ist auch möglich,
die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt auf die als Sensor dienende
Oberfläche
des Sensorelements und die mindestens eine Kontaktstelle aufzubringen.
Ebenfalls kann die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt auf das
mindestens eine Anschlusselement und die mindestens eine Kontaktstelle
aufgebracht werden. Weiterhin kann die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt
auf die als Sensor dienende Oberfläche des Sensorelements, das
mindestens eine Anschlusselement und die mindestens eine Kontaktstelle
aufgebracht werden.
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Schließlich ist
es möglich,
die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt auf die gesamte Oberfläche des
Sensorelements aufzubringen. Insbesondere kann die gesamte Oberfläche des
Sensorelements die Schutzschicht aufweisen. Der Begriff gesamte Oberfläche ist
dabei so zu verstehen, dass dies insbesondere die mindestens eine
Kontaktstelle oder auch schutzbedürftige Bereiche des angeschlossenen
weiteren Bauelements mit einschließen kann.
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Selbstverständlich ist
es ebenfalls möglich, verschiedene
Bereiche des Sensorelements einschließlich der Kontaktstelle oder
des weiteren Bauelements in mehreren Arbeitsschritten mit der Schutzschicht
zu versehen.
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Solche
Bereiche des Sensorelements, die nicht mit der Schutzschicht versehen
werden, können
auf konventionellem Wege geschützt
werden, im Falle von nicht mit der Schutzschicht versehenen Anschlusselementen
beispielsweise durch ein nachträgliches
Vergießen
der Anschlusselemente oder Ähnlichem.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das elektronische Sensorelement zumindest teilweise mit einem Gehäuse versehen
ist. Gemäß dieser
Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Versehen mit dem Gehäuse vor
dem Aufbringen der Schutzschicht. Ein solches Gehäuse stellt
die mechanische Stabilität
des Sensorelements vor dem Bedampfen mit der Schutzschicht sicher. Das
Gehäuse
kann beispielsweise in Form eines Sockels ausgestaltet sein, auf
dem das Sensorelement ruht. Es kann anschließend zusammen mit dem Sensorelement
ebenfalls in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht bedampft
werden.
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Als
besonders praxisgemäße Vorgehensweise
hat sich dabei das Einspritzen des Sensorelements in ein Gehäuse aus
Kunststoff herausgestellt. Bei dem Kunststoff kann es sich insbesondere
um einen Thermoplast, wie beispielsweise PBT, handeln. Mittels eines
solchen Spritzgießverfahrens
lässt sich in
besonders einfacher und präziser
Weise ein derartiges Gehäuse
realisieren. Alternativ ist es auch möglich, das Sensorelement vor
dem Aufdampfen der Schutzschicht beispielsweise mittels eines Klebemittels
mechanisch zu fixieren. Ebenso ist es denkbar, ein Sensorelement
zu verwenden, das von seinem Anschlusselement, beispielsweise seinen
Anschlussdrähten,
selbst gehalten wird und somit keine zusätzliche mechanische Stabilisierung
benötigt.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das Sensorelement sowohl vor als auch
nach einem möglicherweise
erfolgenden Anschließen
an das weitere Bauelement mit dem Gehäuse versehen werden kann.
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Um
ein Anschließen
des Sensorelements an das weitere Bauelement nach dem Einbinden
in ein Gehäuse
zu vereinfachen, ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass zumindest der zum Anschließen an das
weitere Bauelement vorgesehene Teil des Anschlusselements frei vom
Gehäuse
ist bzw. bleibt. Um die Funktion des Sensorelements durch das Gehäuse nicht
zu beeinträchtigen,
sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass zumindest
eine als Sensor dienende Oberfläche
des elektronischen Sensorelements zumindest teilweise frei vom Gehäuse ist
bzw. bleibt. Frei vom Gehäuse bedeutet
dabei jeweils, dass diese Bereiche nach dem Bereitstellen des Gehäuses weiterhin
frei zugänglich
sind.
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Sofern
ein Gehäuse
vorgesehen wird, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass Haarrisse,
die beim Bilden des Gehäuses,
beispielsweise durch Umspritzen des Sensorelements, auftreten können, durch
das anschließende
Bedampfen mit der Schutzschicht zuverlässig abgedichtet werden.
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Damit
die Schutzschicht ihre Aufgaben, insbesondere das Bilden einer Barriere
gegen eindringende aggressive oder korrosive Stoffe, die elektrische
Isolation und den Schutz vor mechanischen Beschädigungen, zuverlässig erfüllen kann,
ist die Auswahl des für
die Schutzschicht verwendeten Materials von entscheidender Bedeutung.
Als vorteilhaft hat sich diesbezüglich
erwiesen, die Schutzschicht aus einem Polymer zu bilden. Polymere
lassen sich problemlos mittels Gasphasenabscheidung auf die Oberfläche des
Sensorelements aufbringen und erfüllen dabei zuverlässig die
ihnen zugedachten Schutzaufgaben.
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Besonders
geeignet sind dabei Polymere, die aus der Gruppe der Parylene ausgewählt sind. Insbesondere
kann es sich dabei um ein Poly(para-xylol) mit oder ohne verschiedene
Substi tuenten wie zum Beispiel Cl, 2 Cl oder als Verbindungsglied CF2 handeln.
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Um
die Antwortzeit des Sensorelements möglichst wenig zu beeinträchtigen
und gleichzeitig einen zuverlässigen
Schutz zu erreichen, ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Schutzschicht mit einer
Dicke von weniger als 100 μm,
vorzugsweise weniger als 50 μm,
aufgebracht wird. Die Schutzschicht auf dem Sensorelement weist
in diesem Fall also eine Dicke von weniger als 100 μm, vorzugsweise
weniger als 50 μm,
auf und verschlechtert aufgrund ihrer geringen Wärmekapazität insbesondere bei Temperatursensoren
das Ansprechverhalten deutlich weniger als beim Stand der Technik.
Gleichzeitig werden alle mit der Schutzschicht versehenen Bereiche
zuverlässig
geschützt.
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In
der Praxis hat sich herausgestellt, dass schon eine Dicke der Schutzschicht
zwischen 0,6 und 12 μm
einen ausreichenden Schutz gewährleistet.
Bei einer mittels Gasphasenabscheidung möglichen, derart geringen Dicke
wird die Antwortzeit des Sensorelements durch die Schutzschicht
nur minimal beeinträchtigt.
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Um
den Schutz des elektronischen Sensorelements weiter zu verbessern,
kann das Sensorelement zumindest teilweise zusätzlich mit einer Lackschicht
versehen werden. Diese Lackschicht kann vor und/oder nach dem Abscheiden
der Schutzschicht auf das Sensorelement aufgebracht werden. Entsprechend
kann die Lackschicht unterhalb und/oder oberhalb der aus der Gasphase
abgeschiedenen Schutzschicht vorgesehen sein.
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Gemäß der Erfindung
kann in einfacher Weise eine homogene, dünne, lochfreie, temperaturstabile,
elektrisch isolierende und chemisch inerte Schutzschicht auf alle
kritischen Teile des elektronischen Sensorelements abgeschieden
werden. Während
die Schicht einen optimalen Schutz des Sensorelements vor schädlichen
Einflüssen
gewährleistet, wird
die Antwortzeit des Sensorelements minimal beeinträchtigt.
Indem verschiedene Bereiche des Sensorelements in einem Arbeitsschritt
mit der Schutzschicht versehen werden können, kann das erfindungsgemäße Sensorelement
preisgünstiger, schneller
und einfacher bereitgestellt werden.
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Nachfolgend
werden anhand einer Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Es
zeigen schematisch
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1:
ein elektronisches Sensorelement in einer Schnittansicht gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2:
ein elektronisches Sensorelement in einer Schnittansicht gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Das
in 1 dargestellte elektronische Sensorelement 1 ist
zur Temperaturmessung im Motorraum eines KFZ vorgesehen. Das Sensorelement 1 weist
einen ellipsoid geformten Temperatursensor 2 auf, dessen
Oberfläche
als die Umgebungstemperatur aufnehmender Sensor dient. Im vorliegenden
Beispiel handelt es sich um einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten
(NTC). Das Sensorelement 1 weist weiterhin zwei Anschlusselemente 3, im
vorliegenden Beispiel zwei von dem Temperatursensor 2 ausgehende
Anschlussdrähte 3,
auf. Die Anschlussdrähte 3 dienen
zum Anschließen
des Temperatursensors 2 an ein weiteres Bauteil 4,
im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein zu einer Steckverbindung führender,
teilweise dargestellter Leadframe 4.
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Das
elektronische Sensorelement 1 ist teilweise in ein Gehäuse 5 aus
einem Thermoplast, im vorliegenden Beispiel PBT, eingespritzt. Das
Gehäuse 5 ist
als ein das Sensorelement 1 haltender Sockel ausgebildet
und dient zur mechanischen Stabilisierung des Sensorelements 1 vor
dem Bedampfen mit einer Schutzschicht. Dabei sind die als Sensor
dienende Oberfläche
des Temperatursensors 2 sowie der zum Anschließen an den
Leadframe 4 vorgesehene Teil der Anschlussdrähte 3 zumindest
teilweise frei vom Gehäuse 5.
Auch ein direkt an den Temperatursensor 2 anschließender Bereich
der Anschlussdrähte 3 ist
nicht von dem Gehäuse 5 bedeckt.
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Der
Temperatursensor 2 ist mit seinen Anschlussdrähten 3 mit
dem Leadframe 4 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung
wird durch Kontaktstellen 6 vermittelt. Im vorliegenden
Beispiel ist der Kontakt zwischen den Anschlussdrähten 3 und dem
Leadframe 4 mittels einer Verschweißung an den Kontaktstellen 6 hergestellt.
Selbstverständlich sind
andere Verfahren zur Kontaktierung möglich.
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Zur
zusätzlichen
Stabilisierung des Temperatursensors 2 ist eine mechanische
Stütze 7 vorgesehen,
die ebenfalls aus einem Thermoplast, beispielsweise PBT, in einem
Spritzgießverfahren
bereitgestellt wurde.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine mittels Gasphasenabscheidung aufgebrachte Schutzschicht 8 auf
der Oberfläche
des vom Gehäuse
frei verbliebenen Bereichs des Temperatursensors 2, des
außerhalb
des Gehäuses 5 verlaufenden Bereichs
der Anschlussdrähte 3,
des Leadframes 4, des Gehäuses 5, der Kontaktstellen 6 sowie
der mechanischen Stütze 7 vorgesehen.
Bei der Schutzschicht 8 handelt es sich in dem dargestellten
Beispiel um ein aus der Gruppe der Parylene ausgewähltes Polymer.
Die Schutzschicht 8 besitzt in dem dargestellten Beispiel
eine Dicke zwischen 0,6 und 12 μm.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des in 1 dargestellten
Sensorelements 1 erläutert.
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Zunächst wird
ein ungeschützter
Temperatursensor 2 zusammen mit seinen Anschlussdrähten 3 in
das sockelförmige
Gehäuse 5 und
die mechanische Stütze 7 eingespritzt.
Dabei bleibt die Oberfläche
des eigentlichen Temperaturfühlers 2 sowie
der zum Anschließen
an den Leadframe 4 vorgesehene Teil der Anschlussdrähte 3 im
Wesentlichen frei vom Gehäuse.
Anschließend
wird mittels einer Schweißverbindung
der Leadframe 4 an den Kontaktstellen 6 mit den
Anschlussdrähten 3 des
Temperatursensors 2 verbunden. In einem anschließenden Verfahrensschritt
wird das gesamte Bauteil in einem Vakuumprozess mit einem aus der
Gasphase abgeschiedenen Polymer überzogen
und so die Schutzschicht 8 gebildet.
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2 zeigt
ein elektronisches Sensorelement 1a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das ebenfalls zur Temperaturmessung im Motorraum eines
KFZ vorgesehen ist. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen
dabei gleiche Gegenstände.
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Das
elektronische Sensorelement 1a weist einen im Wesentlichen
quaderförmigen
Temperatursensor 2a auf, dessen Oberfläche als die Umgebungstemperatur
aufnehmender Sensor dient. Im dargestellten Beispiel handelt es
sich um einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC).
Anders als bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ist
der Temperatursensor 2a gemäß 2 ein sogenannter
Surface Mounted Device (SMD). Entsprechend weist der in 2 dargestellte Temperatursensor 2a anstelle
von Anschlussdrähten zwei
an der Unterseite des Temperatursensors 2a vorgesehene
Anschlussflächen 3a als
Anschlusselemente 3a zum Anschließen an ein weiteres Bauelement 4,
vorliegend einen Leadframe 4, auf.
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Das
Sensorelement 1a ist wiederum in ein Thermoplastgehäuse 5 eingespritzt,
das in Form eines Sockels ausgebildet ist. Das Gehäuse 5 dient
zur mechanischen Stabilisierung des Temperatursensors 2a.
Der eigentliche Temperaturfühler 2a ist
dabei zumindest teilweise frei von dem Gehäuse 5. Auch die zum
An schließen
an den Leadframe 4 vorgesehenen Bereiche der Anschlussflächen 3a bleiben
frei vom Gehäuse 5.
An den Anschlussflächen 3a des
Temperatursensors 2a ist der Leadframe 4 an Kontaktstellen 6 mit
dem Temperatursensor 2a elektrisch verbunden, beispielsweise
verschweißt.
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Der
vom Gehäuse
frei bleibende Teil der Oberfläche
des Temperatursensors 2a, die freiliegenden Bereiche des
Leadframes 4 sowie die Oberfläche des Gehäuses 5 sind mit einer
aus der Gasphase abgeschiedenen Schutzschicht 8 aus einem
Polymer überzogen.
Das Polymer ist aus der Gruppe der Parylene ausgewählt und
die Schutzschicht besitzt im dargestellten Beispiel eine Dicke von
0,6 bis 12 μm.
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Zur
Herstellung des in 2 dargestellten elektronischen
Sensorelements 1a wird zunächst ein ungeschützter Temperatursensor 2a in
das sockelförmige
Gehäuse 5 aus
einem Thermoplast, beispielsweise PBT, eingespritzt. Die Oberfläche des
eigentlichen Temperaturfühlers 2a sowie
der zum Anschließen
an den Leadframe vorgesehene Teil der Anschlussflächen 3a bleibt
dabei auch nach dem Spritzen des Gehäuses im Wesentlichen frei zugänglich. Anschließend wird
der Leadframe 4 mit den Anschlussflächen 3a des Temperatursensors 2a an
den Kontaktstellen 6 elektrisch leitend verbunden. Im dargestellten
Beispiel wird die elektrisch leitende Verbindung mittels eines Schweißverfahrens
realisiert. Anschließend
wird das gesamte Bauteil in einem Vakuumprozess mit einem aus der
Gasphase abgeschiedenen Polymer überzogen,
wobei die Schutzschicht 8 gebildet wird.
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Die
in den 1 und 2 dargestellten Sensorelemente 1, 1a einschließlich ihrer
Anschlussdrähte 3 bzw.
Anschlussflächen 3a,
der Kontaktstellen 6 und zumindest eines Teils des Leadframes 4 sind
durch die homogene Schutzschicht 8 zuverlässig gegen
schädliche äußere Einflüsse, insbesondere
Korrosion und mechanische Beschädigung,
geschützt.
Der nicht direkt von der Schutzschicht 8 bedeckte Teil
der Sensorelemente 1, 1a ist durch das ebenfalls
mit der Schutzschicht 8 versehene Gehäuse 5 geschützt.
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Indem
mittels der Gasphasenabscheidung in präziser Weise eine möglichst
dünne,
jedoch für
den Schutz des Bauteils ausreichende Dicke der Schutzschicht 8 eingestellt
werden kann, ist ein optimaler Schutz des Sensorelements 1, 1a bei
minimaler Beeinträchtigung
der Ansprechzeit des Temperatursensors 2, 2a gewährleistet.
Durch die Vakuum-Gasphasenabscheidung werden sämtliche Oberflächenbereiche
des Sensorelements 1, 1a gleichmäßig und vollständig mit
der Schutzschicht 8 bedeckt. Insbesondere werden beispielsweise
beim Einspritzen in das Gehäuse 5 entstandene
Haarrisse sicher abgedichtet.
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Bei
den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen
der Erfindung werden der Temperatursensor 2, 2a,
die Anschlussdrähte 3 bzw. Anschlussflächen 3a,
das Gehäuse 5,
sowie die freiliegenden Bereiche des Leadframes 4 in einem
Arbeitsschritt mit der Schutzschicht 8 versehen. Dies vereinfacht
und beschleunigt die Bereitstellung des Sensorelements 1, 1a.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den in 1 und 2 dargestellten
Gegenständen lediglich
um Ausführungsbeispiele
der Erfindung handelt. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Insbesondere ist es denkbar, anstelle des Gehäuses 5 eine Klebemittelfixierung
oder aber überhaupt
keine zusätzliche mechanische
Fixierung vorzusehen. Weiterhin kann die Reihenfolge der zum Bereitstellen
der Sensorelemente 1, 1a verwendeten Verfahrensschritte
im Rahmen der Erfindung variiert werden. Dabei ist es nicht erforderlich,
das gesamte Bauteil in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht 8 zu
versehen. Es ist beispielsweise auch denkbar, das Sensorelement 1, 1a erst
nach dem Aufdampfen der Schutzschicht 8 mit dem weiteren
Bauelement 4 zu verbinden. In diesem Fall können die
Kontaktstellen 6 zwischen Sensorelement 1, 1a und
weiterem Bauteil 4 nach dem Verbinden des Sensorelements 1, 1a mit
dem weiteren Bauelement 4 in einem separaten Arbeitsschritt geschützt werden.
Dies kann beispielsweise durch ein nachträgliches Vergießen der
Kontaktstellen 6 geschehen.
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- 1
- Elektronisches
Sensorelement
- 1a
- Elektronisches
Sensorelement
- 2
- Temperatursensor
- 2a
- Temperatursensor
- 3
- Anschlusselement
- 3a
- Anschlusselement
- 4
- Weiteres
Bauteil
- 5
- Gehäuse
- 6
- Kontaktstelle
- 7
- Mechanische
Stütze
- 8
- Schutzschicht