DE102008017871A1

DE102008017871A1 - Drucksensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102008017871A1
Application number: DE102008017871A
Authority: DE
Inventors: Thomas Niemann; Jörg Dr. Stürmann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: SE0950218L; US20090255344A1; US7798008B2; DE102008017871B4; SE533206C2; FR2930028A1; FR2930028B1

Abstract

Bei einem Drucksensormodul mit einer Leiterplatte und einer Druckzelle, wobei die Druckzelle eine Meßöffnung ausweist und die Druckzelle derart mit Spritzmasse umhüllt ist, daß die Meßöffnung der Drucköffnung offen bleibt, wird die Druckzelle, von der Meßöffnung aus gesehen, an der Rückseite der Leiterplatte befestigt. Die Leiterplatte weist im Bereich der Meßöffnung eine Ausnehmung auf und die Spüritzmasse schließt den Befestigungsbereich der Druckzelle an der Leiterplatte ein. Dadurch ist die Verwendung verschiedener Klebstoffe, auch weicher Klebstoffe, zur Verbindung der Druckzelle mit der Leiterplatte möglich, ohne daß dieser Befestigungsbereich von den umgebenden Medien angegriffen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drucksensormodul mit einer Leiterplatte und einer Druckzelle, wobei die Druckzelle eine Meßöffnung aufweist und die Druckzelle derart mit Spritzmasse umhüllt ist, daß eine Meßöffnung der Druckzelle offen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensormoduls.
Ein Drucksensormodul der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 199 29 026 A1 bekannt. Hier wird eine Druckzelle, nämlich ein Halbleiter-Druckaufnehmer auf einem Montageabschnitt eines Leitungsgitters aufgebracht und elektrisch kontaktiert. In einem Spritzwerkzeug wird ein Gehäuse aus Spritzmasse erzeugt, wobei eine Meßöffnung zur Druckzuführung zu der Druckzelle frei bleibt.
Andere derartige Drucksensormodule, sind aus den Druckschriften US 5,897,338 , US 6,871,546 B2 , US 7,055,399 B2 bekannt. Auf deren Ausführungen zum allgemeinen technologischen Stand der Drucksensormodule und zu Herstellungsverfahren wird verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drucksensormodul und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mit denen einfach herstellbares und zugleich besonders haltbares Drucksensormodul, insbesondere im Bereich der Anbindung der Druckzelle, geschaffen wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Drucksensormodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens erfolgt die Lösung der Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einem Drucksensormodul mit einer Leiterplatte und einer Druckzelle, wobei die Druckzelle eine Meßöffnung aufweist und die Druckzelle derart von Spritzmasse umhüllt ist, daß die Meßöffnung der Druckzelle offen bleibt, ist es erfindungswesentlich, daß die Druckzelle von der Meßöffnung aus gesehen an der Rückseite der Leiterplatte befestigt ist, daß die Leiterplatte im Bereich der Meßöffnung eine Ausnehmung aufweist und daß der Befestigungsbereich der Druckzelle an der Leiterplatte von der Spritzmasse abgedeckt ist. Dadurch wird gewährleistet, daß dieser Befestigungsbereich nicht mit dem umgebenden Medium in Kontakt kommt. Insbesondere bei aggressiven Medien ist die Verbindung zwischen Druckzelle und Leiterplatte sonst hohen Anforderungen ausgesetzt und wird möglicherweise durch das Medium zerstört oder beeinträchtigt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist gerade der Befestigungsbereich gegenüber dem Medium geschützt.
Die Druckzelle ist bevorzugt ein piezoresistiver mikromechanischer Sensor. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Druckzelle mit der Leiterplatte verklebt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die Auswahl von Klebstoffen wesentlich erhöht. Bevorzugt ist dadurch auch der Einsatz von weichen Klebern und Klebstoffen möglich. Dies ist auch insofern von Vorteil, da bei harten oder steifen Klebern der mechanische Streß in die Druckmembran übertragen wird.
Bevorzugt ist dabei die Spritzmasse zumindest in Teilbereichen unmittelbar in Kontakt mit der Druckzelle und dichtet dabei die Verbindung zwischen Druckzelle und Leiterplatte ab. Die Unterseite des Öldrucksensors ist dabei bevorzugt aus Pyrex oder Silizium hergestellt. An diesem dichtet die Spritzmasse oder Moldmasse (hold Compound) ab. Dadurch wird verhindert, daß das zu messende Medium, beispielsweise Öl, direkt in Kontakt mit dem Silikonkleber für die Druckzelle gelangt.
Die Ausnehmung in der Leiterplatte im Bereich der Druckzelle ist günstigerweise größer als die Meßöffnung. Auf diese Weise ist ausreichend Raum gegeben, so daß die Moldmasse unmittelbar an der Druckzelle anschließen kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Durchmesser der Ausnehmung der Leiterplatte im Bereich der Druckzelle mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser der Meßöffnung der Druckzelle. Die in der Spritzmasse ausgebildete Meßöffnung ist bevorzugt trichterförmig ausgebildet. Eine derartige Meßöffnung ist besonders einfach herstellbar. In einer bevorzugten Anwendung ist das Drucksensormodul in einem Kraftfahrzeug, insbesondere im Bereich des Motoröls angeordnet.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Drucksensormoduls, bei dem vor der Umhüllung mit Spritzmasse ein Stempel auf den frei zu haltenden Bereich gesetzt wird, ist erfindungswesentlich vorgesehen, daß der Stempel unmittelbar auf der Druckzelle aufsetzt, wobei der Stempel derart dimensioniert und positioniert wird, daß um die vom Stempel auf der Druckzelle abgedeckte Fläche herum ein freier Bereich auf der Druckzelle verbleibt, der im folgenden Schritt mit Spritzmasse beaufschlagt wird. Mit diesem Verfahren kann der erfindungsgemäße Drucksensor einfach hergestellt werden und es werden insbesondere die Befestigungsbereiche, insbesondere der Klebbereich der Druckzelle an der Leiterplatte, mit Spritzmasse umhüllt und gegen einen Kontakt mit dem Medium geschützt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
1: eine Leiterplatte mit Druckzeile von der Oberseite;
2: eine Leiterplatte mit Druckzelle von der Unterseite;
3: einen vergrößerten Ausschnitt gemäß 2; und
4: einen Querschnitt durch die Leiterplatte im Bereich der Druckzelle mit Spritzmasse.
In 1 ist eine Leiterplatte 1 oder auch Leadframe dargestellt, auf dem mehrere Halbleiterbauelemente 2, ein Mikroprozessor 3 und auch eine Druckzelle 4 dargestellt sind. Die Druckzelle 4 ist mit dem Mikroprozessor 3 und Bahnen der Leiterplatte 1 durch Bonddrähte 5 verbunden.
In 2 ist die Unterseite der Leiterplatte 1 mit der Druckzelle 4 dargestellt. Die Druckzelle 4 ist ein piezoresistiver mikromechanischer Drucksensor, der auf der Rückseite ein offenes Fenster aufweist, das hier als Meßöffnung 6 bezeichnet ist. Auch die Meßöffnung 6 in der Druckzelle 4 selbst ist hier mit 6 bezeichnet. Vor dem Umspritzen der Leiterplatte 1 wird ein Stempel in die Öffnung 7 der Leiterplatte 1 gesetzt, hinter der die Druckzelle 4 angeordnet ist, so daß dieser Bereich beim Umspritzen des Leadframes freigehalten wird. Da der Stempel auf der Druckzelle 4 ansetzt und die Spritzmasse oder Mold Compound unmittelbar an der Druckzelle 4 abdichtet, wird die Klebstelle zwischen Druckzelle 4 und Leiterplatte 1 gegenüber dem Medium geschützt.
In 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt gemäß 2 dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In 4 ist ein schematisierter Querschnitt durch den Bereich gemäß 3 nach der Umhüllung mit Spritzmasse dargestellt. Die Druckzelle 4 ist aus Sicht der Meßrichtung 11 oder Druckrichtung durch die Meßöffnung 6 hinter der Leiterplatte 1 angeordnet. In den Verbindungsbereichen 10 zwischen Leiterplatte und Druckzelle ist die Druckzelle mit der Leiterplatte 1 verklebt. Hier ist die Spritzmasse 8 dargestellt, es ist also der Zustand nach dem Umspritzen dargestellt. Hier ist deutlich erkennbar, daß die Spritzmasse 8 im Bereich der Ausnehmung 7 der Leiterplatte 1 bis unmittelbar an die Druckzelle 4 anschließt. Dieser Punkt ist mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Durch diese Anbringung der Spritzmasse 8, die damit auch den Verbindungsbereich 10 zwischen Leiterplatte und Druckzelle einschließt, ist gewährleistet, daß das Medium nicht zu diesem Verbindungsbereich 10 vordringt. Die Meßöffnung 6 erweitert sich nach außen in einen trichterförmigen Bereich 9, in dem während des Herstellungsverfahrens ein Stempel positioniert wird, der diesen Bereich beim Umspritzen freihält. Der Stempel setzt also unmittelbar auf der Oberfläche der Druckzelle 4 auf und hält die Meßöffnung 6, 9 frei. Nach dem Umspritzen wird der Stempel entfernt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19929026 A1 [0002]
- US 5897338 [0003]
- US 6871546 B2 [0003]
- US 7055399 B2 [0003]

Claims

Drucksensormodul mit einer Leiterplatte (1) und einer Druckzelle (4), wobei die Druckzeile (4) eine Meßöffnung (6) aufweist und die Druckzelle (4) derart mit Spritzmasse (8) umhüllt ist, daß die Meßöffnung (6) der Drucköffnung (4) offen bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckzelle (4) von der Meßrichtung (11) aus gesehen an der Rückseite der Leiterplatte (1) befestigt ist, daß die Leiterplatte (1) im Bereich der Meßöffnung (6) eine Ausnehmung (7) aufweist, und daß die Spritzmasse (8) den Befestigungsbereich (10) der Druckzelle (4) an der Leiterplatte (1) einschließt.
Drucksensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckzelle (4) mit der Leiterplatte (1) verklebt ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) im Bereich der Druckzelle (4) eine Ausnehmung (7) aufweist, die größer ist als die Meßöffnung (6) der Druckzelle (4).
Drucksensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) im Bereich der Druckzelle (4) eine Ausnehmung (7) aufweist, deren Durchmesser mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Meßöffnung (6) der Druckzelle (4).
Drucksensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzmasse (8) unmittelbar an die Druckzelle (4) angespritzt ist.
Drucksensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Spritzmasse (8) gebildete Teil (9) der Meßöffnung (6) trichterförmig ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Herstellung eines Drucksensormoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem vor der Umhüllung mit Spritzmasse ein Stempel auf den frei zu haltenden Bereich gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel unmittelbar auf der Druckzelle aufgesetzt wird, wobei der Stempel derart dimensioniert ist und positioniert wird, daß um die vom Stempel auf der Druckzelle abgedeckte Fläche herum ein freier Bereich auf der Druckzelle verbleibt, der im folgenden Schritt mit Spritzmasse beaufschlagt wird.