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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Solche
Sensorvorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus
der Druckschrift
DE 10
2005 040 781 A1 eine Sensorvorrichtung mit einem Gehäuse,
einem Sensorelement, einem Auswerteelement und einem Trägerelement
bekannt, wobei das Sensorelement und das Trägerelement
an dem Gehäuse und das Auswerteelement an dem Trägerelement
angebracht sind. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass das Auswerteelement
mit dem Sensorelement über Bonddrähte elektrisch
verbunden ist, wobei zur Herstellung der Bonddrahtverbindung ein
zusätzlicher Herstellungsschritt benötigt wird
und wobei Bonddrahtverbindungen vergleichsweise empfindlich gegenüber
mechanischen Erschütterungen und Temperaturschwankungen
sind. Andererseits ist eine elastische Schutzhülle zum Schutz
des Auswerteelements und/oder des Sensorelements vor mechanischen
Erschütterungen des Gehäuses nicht vorgesehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäß Sensorvorrichtung und das erfindungsgemäß Verfahren
zur Herstellung einer Sensorvorrichtung gemäß den
nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem
Stand der Technik den Vorteil, dass das Auswerteelement durch das
Schutzmedium vor mechanischen Einflüssen, wie Stößen
oder Erschütterungen, deutlich besser geschützt
ist und gleichzeitig eine vergleichsweise robuste elektrisch leitfähige
Verbindung zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement in einfacherer
und bauraumkompakterer Weise über das Trägerelement
hergestellt wird, so dass zusätzliche Herstellungsschritte
zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung
zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement einsparbar sind. Ferner
wird durch das Schutzmedium gleichzeitig eine Passivierung des Auswerteelements
realisiert, so dass ein weiterer Herstellungsschritt zur Her stellung
einer Passivierung einsparbar ist und das Auswerteelement vor Korrosion
geschützt wird. Weiterhin ermöglicht die Anordnung
des Schutzmediums zwischen dem Auswerteelement und dem Außengehäuse
vorzugsweise die Verwendung eines Moldgehäuses als Außengehäuse,
da das Auswerteelement allein durch das Schutzmedium vor Korrosion
und vor mechanischen Erschütterungen geschützt
wird. Besonders bevorzugt ist das Auswerteelement, das Trägerelement
und/oder das Sensorelement zumindest teilweise oder vollständig
von dem Schutzmedium eingehüllt, wobei ganz besonders bevorzugt
durch die variable Formgebung des Schutzmediums ein Außengehäuse
mit einer beliebigen Gehäuseform oder einer beliebigen
Gehäusestruktur, insbesondere auch ein vergleichsweise
kostengünstiges Standardgehäuse, verwendbar ist.
Alternativ ist eine besonders kostengünstige Herstellung
der Sensorvorrichtung dadurch möglich, dass das Schutzmedium
zur Herstellung des Außengehäuses direkt umspritzt
mit dem zweiten Material des Außengehäuses wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen,
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schutzmedium
ein elastisches und/oder ein kompressibles erstes Material umfasst, wobei
vorzugsweise das Außengehäuse ein zweites Material
umfasst, welches weniger elastisch ist als das erste Material ausgebildet
ist. Besonders vorteilhaft wird der Schutz des Auswerteelements
vor mechanischen Stößen und Erschütterungen
durch ein elastisches und/oder kompressibles erstes Material deutlich
erhöht, wobei das Auswerteelement durch das weniger elastische
zweite Material des Außengehäuses vor irreversiblen
und direkten äußeren Kraftwirkungen geschützt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung ein
Innengehäuse aus einem dritten Material aufweist, welches
das Auswerteelement und/oder das Trägerelement zumindest
teilweise umschließt, wobei vorzugsweise das dritte Material
weniger elastisch als das erste Material ausgebildet ist. Durch
das Innengehäuse wird besonders vorteilhaft der Schutz des
Auswerteelements vor Korrosion oder mechanischen Einflüssen
in erheblicher Weise erhöht. Insbesondere wirkt eine Spannkraft
des kompressiblen ersten Materials im Falle der Verformung des ersten Materials
in Folge von mechanischen Einflüssen, wie Stößen
oder Erschütterungen, nicht unmittelbar auf das Sensorelement,
sondern vorzugsweise auf das Innengehäuse. Das Auswerteelement
wird somit besonders bevorzugt wenigstens in einer Richtung von drei
Materialschichten geschützt, wobei die elastische Materialschicht
aus dem ersten Material zwischen zwei Materialschichten aus den
weniger elastischen zweiten und dritten Materialien angeordnet ist.
Der erzielba re Schutz vor mechanischen Stößen und
Erschütterungen, sowie vor Korrosion ist somit im Vergleich
zum Stand der Technik in erheblicher Weise gesteigert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schutzmedium
eine erste Aussparung, das Außengehäuse eine zweite Aussparung
und/oder das Innengehäuse eine dritte Aussparung aufweist,
wobei die erste, die zweite und/oder die dritte Aussparung vorzugsweise über bzw.
im Bereich eines drucksensitiven Bereichs des Sensorelements angeordnet
sind. Besonders vorteilhaft ist somit zumindest ein Teilbereich
des Sensorelements von außerhalb des Gehäuses
erreichbar, wobei beispielsweise ein Außendruck auf den
drucksensitiven Bereich des Sensorelements durch die erste, die
zweite, und/oder die dritte Aussparung gelangt, wobei gleichzeitig
das Auswerteelement, welches insbesondere zur Auswertung von elektrischen Signalen
des Sensorelements vorgesehen ist, durch das Schutzmedium einen
maximalen Schutz vor der Außenatmosphäre außerhalb
des Außengehäuses und somit vor Korrosion aufweist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Auswerteelement mit
dem Sensorelement, insbesondere über dass Trägerelement,
elektrisch leitfähig verbunden sind und/oder dass das Außengehäuse
einen Kanal aufweist. Besonders vorteilhaft fungiert somit das Trägerelement
sowohl zur mechanischen Fixierung des Auswerteelements und des Sensorelements,
als auch zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung
zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement, wobei im Vergleich
zum Stand der Technik erheblich weniger Bauraum benötigt
wird und wobei das Trägerelement vorzugsweise eine Leiterplatte,
wenigstens eine Leiterbahn und/oder eine Platine umfasst, welche
starr und/oder flexibel ausgebildet sind. Eine derartige elektrisch
leitfähige Verbindung ist wesentlich langlebiger und widerstandsfähiger
gegenüber mechanischen Erschütterungen, Temperaturschwankungen
und/oder Korrosion als eine im Stand der Technik vorgeschlagene
Bonddrahtverbindung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung wenigstens
ein Kontaktelement, insbesondere einen Anschlusspin, aufweist, wobei
das wenigstens eine Kontaktelement elektrisch leitfähig
mit dem Trägerelement, dem Auswerteelement und/oder dem
Sensorelement elektrisch leitfähig verbunden ist. Besonders
vorteilhaft sind somit das Auswerteelement und/oder das Sensorelement
von außen elektrisch kontaktierbar, so dass beispielsweise
ein Datentransfer mit dem Auswerteelement und/oder dem Sensorelement
und/oder eine Energieversorgung des Auswerteelement und/oder des
Sensorelements von außerhalb des Außengehäuses
ermöglicht werden. Bevorzugt ist durch einen unmittelbaren
elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Trägerelement
und dem Kontaktelement ein weiterer Kontaktierungsprozess bei der
Herstellung der Sensorvorrichtung einsparbar. Das Außengehäuse
umfasst besonders bevorzugt eine Steckerfassung für das
Kontaktelement, so dass ein Stecker, insbesondere ein kostengünstiger Standardstecker,
zur Kontaktierung des Auswerteelements und/oder des Sensorelements
verwendbar und ganz besonders bevorzugt mit dem Außengehäuse
verrastbar sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement
ein mikromechanisches Bauelement, vorzugsweise einen Drucksensor,
und/oder das Auswerteelement ein elektrisches, ein elektronisches
und/oder ein weiteres mikroelektronisches Bauelement umfasst. Besonders
bevorzugt ist vorgesehen, dass das Auswerteelement ein mikroelektronisches
Bauelement umfasst, welches zum Auslesen und/oder zum Ansteuern
des Sensorelements vorgesehen ist, wobei das Sensorelement ganz
besonders bevorzugt ein Drucksensor umfasst, welcher einen Außendruck durch
die erste, die zweite und/oder die dritte Aussparung detektiert
und ein Signal in Abhängigkeit des gemessenen Drucks erzeugt
und an das Sensorelement und/oder an das Kontaktelement weitergibt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement
zumindest teilweise von einem elastischen und/oder einem kompressiblen
vierten Material umschlossen ist, wobei das vierte Material vorzugsweise
elastischer als das zweite und/oder das dritte Material ausgebildet
ist. Besonders bevorzugt werden somit Teile des Sensorelements und/oder
elektrische Anschlüsse des Sensorelements durch das vierte
Material umhüllt bzw. bedeckt, so dass ein Herstellungsschritt
zur wenigstens teilweisen Passivierung des Sensorelements einsparbar
ist.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Herstellung einer Sensorvorrichtung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt
das Auswerteelement, das Sensorelement und/oder das Trägerelement
mit dem Schutzmedium umhüllt wird und wobei in einem zweiten
Verfahrensschritt das Schutzmedium zumindest teilweise mit dem zweiten
Material umhüllt wird. Besonders vorteilhaft wird somit
eine Sensorvorrichtung mit den oben genannten Vorteilen in einer
im Vergleich zum Stand der Technik deutlich einfacheren und erheblich
kostengünstigeren Weise hergestellt. Vorzugsweise umfasst
der erste und/oder der zweite Verfahrensschritt einen Standard-hold-Prozess,
welcher vergleichsweise gut beherrschbar und kostengünstig
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten Verfahrensschritt
das Schutzmedium mit der ersten Aussparung und/oder mit dem Kanal
und/oder im zweiten Verfahrensschritt das zweite Material mit der
zweiten Aussparung versehen wird, so dass besonders vorteilhaft
bereits im Herstellungsprozess des Außengehäuses
der Kanal, insbesondere zur Einleitung eines Druckes zum Sensorelements,
ausgebildet wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem
dritten Verfahrensschritt das Auswerteelement und/oder zumindest
teilweise das Trägerelement mit dem dritten Material umhüllt
wird und/oder dass in einem vierten Verfahrensschritt das Sensorelement
zumindest teilweise mit dem vierten Material umhüllt wird,
wobei der dritte Verfahrensschritt vorzugsweise zeitlich vor dem
ersten und/oder vor dem zweiten Verfahrensschritt durchgeführt
wird und/oder dass im zweiten Verfahrensschritt ein Schieber zur
Bildung des Kanals umspritzt wird. Besonders vorteilhaft ermöglicht der
vierte Verfahrensschritt die Verwendung eines Sensorelements ohne
Passivierungsschicht, da Teile des Sensorelements oder elektrische
Anschlüsse des Sensorelements durch das vierte Material
vor Korrosion geschützt werden. Durch das Umspritzen des
Schiebers im zweiten Verfahrensschritt wird besonders vorteilhaft
direkt ein Kanal am Außengehäuse ausgebildet,
so dass die Sensorvorrichtung bzw. das Sensorelement beispielsweise
vor Strahlwasser oder Druck durch eingeschlossenes, gefrorenes Wasser
im Bereich des drucksensitiven Bereichs des Sensorelements geschützt
wird.
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Ausführungsbeispiels
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen.
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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3 eine
schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In
den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen
Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils
nur einmal erwähnt.
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In 1 ist
eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer
beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt, wobei die Sensorvorrichtung 1 ein Außengehäuse 2 und
ein Trägerelement 3 aufweist, wobei auf dem Trägerelement 3 ein
Sensorelement 4 und ein Auswerteelement 5 angeordnet
sind und wobei ferner zwischen dem Auswerteelement 5 und dem
Außengehäuse 2 ein Schutzmedium 6 zum Schutz
des Auswerteelements 5 vor Korrosion und vor äußeren
mechanischen Einflüssen, wie Stößen oder
Erschütterungen, angeordnet ist. Das Schutzmedium 6 umfasst
ein elastisches und kompressibles erstes Material 6', wobei
das Außengehäuse 2 ein zweites Material 2' umfasst,
welches weniger elastisch als das erste Material 6' ausgebildet
ist. Ferner weist die Sensorvorrichtung 1 ein Innengehäuse 7 aus
einem dritten Material 7' auf, welches das Auswerteelement 5 und
das Trägerelement 3 zumindest teilweise umschließt
und wobei das dritte Material 7' weniger elastisch als
das erste Material 6' ausgebildet ist. Das Schutzmedium 6 weist
eine erste Aussparung 8', das Außengehäuse 2 eine
zweite Aussparung 8'' und das Innengehäuse 7 eine
dritte Aussparung 8''' aufweist, wobei die erste, die zweite
und die dritte Aussparung 8', 8'', 8''' jeweils über
einem drucksensitiven Bereich 9 des Sensorelements 4 angeordnet
sind, so dass das Sensorelement 4 bzw. zumindest ein Teilbereich
des Sensorelements 4 nach außen offen bzw. von
außerhalb des Außengehäuses 2 erreichbar
ist. Insbesondere umfasst das Sensorelement 4 einen Drucksensor,
wobei durch die erste, zweite und dritte Aussparung 8', 8'', 8''' ein
zu messender Druck in den drucksensitiven Bereich des Sensorelements 4 gelangt.
Das Auswerteelement 5 ist mit dem Sensorelement 4 über
des Trägerelement 3 elektrisch leitfähig
verbunden, wobei die Sensorvorrichtung 1 ferner wenigstens
ein Kontaktelement 10, insbesondere einen Anschlusspin,
aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktelement 10 elektrisch
leitfähig mit dem Trägerelement 3 verbunden ist.
Das Auswerteelement 5 umfasst ein mikroelektronisches Bauelement
zum Steuern und Auslesen des Sensorelements 4, wobei das
Auswerteelement 5 über das Kontaktelement 10 von
außen elektrisch kontaktierbar ist. Ferner ist das Sensorelement 4 zumindest
teilweise von einem elastischem und kompressiblen vierten Material 11' umschlossen,
wobei das vierte Material 11' elastischer als das zweite
und das dritte Material 2', 7' ausgebildet ist
und wobei das vierte Material 11' als Passivierungsschicht
für einen Teilbereich des Sensorelements 1 fungiert.
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In 2 ist
eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei
die zweite Ausführungsform der ersten Ausführungsform
illustriert in 1 identisch ist, wobei die Sensorvorrich tung 1 kein
viertes Material 11' aufweist, welche das Sensorelement 4 umhüllt.
Das Sensorelement 4 wird vielmehr teilweise von dem Schutzmedium 6 umhüllt,
so dass das Schutzmedium 6 somit auch einen Korrosionsschutz
für einen Teilbereich des Sensorelements 4 darstellt.
Ferner bedeckt das Schutzmedium 6 auch die dritte Aussparung 6''',
so dass das Auswerteelement 5, das Trägerelement 3,
sowie das Innengehäuse 7 vom Schutzmedium 6 im
Wesentlichen vollständig umhüllt und somit vor
mechanischen Einflüssen und Korrosion geschützt
sind.
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In 3 ist
eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei
die dritte Ausführungsform identisch der zweiten Ausführungsform
illustriert in 2 ist, wobei die erste Aussparung 6' als
Kanal 8 ausgebildet ist. Durch den Kanal 6 wird
eine gekrümmte oder ein abgeknickte Druckeinlassöffnung
zum drucksensitiven Bereich des Sensorelements 4 realisiert,
so dass senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Sensorelements
das Außengehäuse 2 trotz der ersten Aussparung 8' geschlossen
ist. Somit wird eine Anordnung der Sensorvorrichtung ermöglicht,
wobei eindringendes Strahlwasser oder Druck durch eingeschlossenes,
gefrierendes Wasser verhindert wird. Besonders vorteilhaft wird
ein derartiger Kanal 8 durch das Umspritzen beispielsweise
eines in einem Gehäusewerkzeug enthaltenen Schiebers 31 im zweiten
Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Sensorvorrichtung hergestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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