DE102009028966A1

DE102009028966A1 - Drucksensor

Info

Publication number: DE102009028966A1
Application number: DE102009028966A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth; Peter Schmollngruber; Hans Artmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-03
Also published as: US8196474B2; US20110048137A1; CN102004014A

Abstract

Es wird eine einfach zu realisierende Kontaktierungsvariante vorgeschlagen, mit der sich eine zuverlässige elektrische Verbindung zuwischen dem Sensorelement (1) und der Auswerteelektronik (2) eines Drucksensors (10) herstellen lässt, der mindestens ein medienresistentes Sensorelement (1) umfasst, eine elektrisch mit dem Sensorelement (1) verbundene Auswerteeleketronik in Form mindestens eines weiteren Bauelements (2) und ein mehrteiliges Gehäuse (3), wobei das Sensorelement (1) in einem ersten Gehäusebereich (11) angeordnet ist, der mindestens einen Druckanschluss (4, 5) aufweist, und die Auswerteelektronik (2) in einem zweiten abgeschlossenen Gehäusebereich (12) angeordnet ist, der durch eine Trennwand (33) vom ersten Gehäusebereich (11) abgetrennt ist. Erfindungsgemäß ist die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement (1) und der Auswerteelektronik (2) in Form von medienresistenten Bonddrähten (7) realisiert, die durch den verklebten Stoßbereich (8) zwischen der Trennwand (33) udn einem weiteren Gehäuseteil (31) vom ersten (11) in den zweiten Gehäusebereich (12) geführt sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit mindestens einem medienresistenten Sensorelement, mit einer elektrisch mit dem Sensorelement verbundenen Auswerteelektronik in Form mindestens eines weiteren Bauelements, und mit einem mehrteiligen Gehäuse. Das Sensorelement ist in einem ersten Gehäusebereich angeordnet, der mindestens eine Druckzuführung aufweist, und die Auswerteelektronik ist in einem zweiten abgeschlossenen Gehäusebereich angeordnet, der durch eine Trennwand vom ersten Gehäusebereich abgetrennt ist.
Drucksensoren der hier in Rede stehenden Art dienen zur Druck oder auch Differenzdruckerfassung in aggressiven Messumgebungen. Als typische Anwendung aus dem Kfz-Bereich sei hier beispielhaft die Druckbestimmung vor und nach einem Rußpartikelfilter genannt. Anhand des Differenzdrucks kann die Beladung des Rußpartikelfilters bestimmt werden und das Freibrennen des Filters geregelt werden.
In aggressiven Messumgebungen werden bevorzugt Sensorelemente eingesetzt, die ausschließlich aus medienresistenten Materialien bestehen. Die Leiterbahnen und Anschlusspads bestehen hier meist aus Gold. Um zumindest die Auswerteelektronik in konventioneller Technik unter Verwendung von billigeren Materialien, wie Aluminium, realisieren zu können, wird die Auswerteelektronik in einem Bereich des Sensorgehäuses angeordnet, in den das Messmedium nicht eindringen kann. Dieser Gehäusebereich für die Auswerteelektronik wird mit Hilfe einer im Gehäuseinneren fixierten Trennwand abgeteilt.
Die elektrische Verbindung zwischen Sensorelement und Auswerteelektronik in den beiden voneinander abgetrennten Gehäusebereichen wird in der Praxis mit Hilfe eines Keramikträgers mit medienresistenten Leiterbahnen realisiert. Der Keramikträger wird zusammen mit dem Sensorelement und der Auswerteelektronik auf dem Gehäuseboden angeordnet. Der Kontakt zwischen den Anschlusspads des Sensorelements und den Leiterbahnen des Keramikträgers wird über medienresistente Bonddrähte hergestellt, während die Verbindung zur Auswerteelektronik aufgrund der Medientrennung innerhalb des Gehäuses wieder in konventioneller Technik mit Alu-Drähten und Alu-Bondlands ausgeführt werden kann. Dann wird die Trennwand, die sich bis zum Gehäusedeckel erstreckt und mit diesem Verbunden ist oder wird, zwischen dem Sensorelement und der Auswerteelektronik auf den Keramikträger aufgeklebt.
Diese Art der elektrischen Verbindung zwischen Sensorelement und Auswerteelektronik erweist sich in der Praxis als sehr aufwendig und fehleranfällig, da sie einen eigens mit medienresistenten Leiterbahnen versehenen Keramikträger erfordert und Bonddrahtverbindungen, einerseits zwischen dem Sensorelement und den Leiterbahnen und andererseits zwischen der Auswerteelektronik und den Leiterbahnen. Dazu muss der Keramikträger zunächst innerhalb des Gehäuses angeordnet, justiert und fixiert werden, um anschließend in weiteren Verfahrensschritten mit Hilfe von Bonddrähten kontaktiert zu werden.
Offenbarung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine einfach zu realisierende Kontaktierungsvariante vorgeschlagen, mit der sich eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement und der Auswerteelektronik eines Drucksensors der hier in Rede stehenden Art herstellen lässt.
Erfindungsgemäß wird die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement und der Auswerteelektronik in Form von medienresistenten Bonddrähten realisiert, die durch den verklebten Stoßbereich zwischen der Trennwand und einem weiteren Gehäuseteil vom ersten in den zweiten Gehäusebereich geführt sind.
Demnach erfolgt die Kontaktierung zwischen Sensorelement und Auswerteelektronik direkt über medienresistente Bonddrähte, ohne Zwischenschaltung von Leiterbahnen auf einem zusätzlichen Träger. Dadurch entfällt die Prozessierung und Montage eines entsprechenden Trägers im Sensorgehäuse, was die Herstellung des erfindungsgemäßen Drucksensors deutlich vereinfacht. Zudem entfällt der Justierungsaufwand, der durch die Zwischenschaltung eines Trägers mit Leiterbahnen verursacht wird. Dementsprechend reduziert sich die Wahrscheinlichkeit von Justierungsfehlern bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Drucksensors. Die Justierung und Montage der Trennwand zwischen dem Sensorelement und der Auswerteelektronik ist aufgrund der Flexibilität und Biegbarkeit der Bonddrähte relativ unkritisch.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für den erfindungsgemäßen Drucksensor und insbesondere für die Ausgestaltung des Gehäuses eines solchen Drucksensors. Aus montagetechnischen Gründen erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Gehäuse einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel umfasst. Das Sensorelement und die Auswerteelektronik können dann einfach am Gehäuseboden montiert werden, bevor das Gehäuse mit Hilfe des Gehäusedeckels verschlossen wird.
In einer besonders vorteilhaften Variante sind im Gehäuseboden Aufnahmen, beispielsweise in Form von Vertiefungen, für das Sensorelement und die Bauelemente der Auswerteelektronik ausgebildet. Zum einen vereinfacht sich dadurch deren Positionierung und Montage, und zum anderen bildet der Gehäuseboden so einen zusätzlichen Halt und Schutz für das Sensorelement bzw. die Bauelemente der Auswerteelektronik. Im Fall des Sensorelements kann dieser Schutz noch durch eine das Sensorelement überdeckende medienresistente Schutzhülle ergänzt werden.
Des Weiteren erweist es sich als vorteilhaft, wenn im Gehäuseboden eine Montagefläche für die Trennwand ausgebildet ist, die gegenüber den Montageflächen für das Sensorelement und für die Bauelemente der Auswerteelektronik erhöht ist. Diese Erhöhung ist vorteilhafterweise so dimensioniert, dass die Bonddrähte bei der Montage der Trennwand – wenn überhaupt – nur sehr wenig verbogen bzw. abgeknickt werden. Wenn die Bonddrähte so ausgelegt werden, dass sie bereits vor der Montage der Trennwand auf der Erhöhung aufliegen, erweist es sich als vorteilhaft, die Erhöhung bzw. die Montagefläche für die Trennwand schmaler auszubilden als die Trennwand, um die Spannungen der Bonddrähte zu minimieren und ein Abknicken der Bonddrähte zu verhindern. Für den Fall, dass die Bonddrähte nach dem Bondvorgang noch nicht auf der Montagefläche für die Trennwand aufliegen, wird die Trennwand vorteilhafterweise breiter als die Montagefläche realisiert, um eine spannungsfreie Führung der Bonddrähte zu ermöglichen.
Die Montage des erfindungsgemäßen Drucksensors wird zudem wesentlich vereinfacht, wenn die Trennwand Bestandteil des Gehäusedeckels ist und mit diesem zusammen justiert und am Gehäuseboden fixiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem unabhängigen Patentanspruch nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten erfindungsgemäßen Drucksensors 10, und
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Drucksensors 20.
Ausführungsformen der Erfindung
Der in 1 dargestellte Drucksensor 10 dient zur Differenzdruckerfassung in einer aggressiven Messumgebung. Er umfasst ein medienresistentes Sensorelement 1 und eine Auswerteelektronik, die mehrere Bauteile umfassen kann und hier in Form eines weiteren Bauteils 2 dargestellt ist. Das Sensorelement 1 ist mit der Auswerteelektronik 2 elektrisch verbunden und innerhalb eines Gehäuses 3 angeordnet. Das Sensorelement 1 befindet sich in einem ersten Gehäusebereich 11 mit Druckanschlüssen 4 und 5, der durch eine Trennwand 33 von einem zweiten Gehäusebereich 12 abgetrennt ist, wo sich die Auswerteelektronik 2 sowie ein Steckanschlussteil 21 zur externen Kontaktierung befindet. Das Sensorelement 1 ist über der Druckanschlussöffnung 41 des Druckanschlusses 4 angeordnet, so dass die Unterseite des Sensorelements 1 mit einem ersten Messdruck beaufschlagt wird, während an der Oberseite des Sensorelements 1 ein zweiter Messdruck ansteht, der aufgrund des Druckanschlusses 5 innerhalb des ersten Gehäusebereichs 11 herrscht.
Erfindungsgemäß ist die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement 1 und der Auswerteelektronik 2 in Form von medienresistenten Bonddrähten 7 realisiert, die durch den verklebten Stoßbereich 8 zwischen der Trennwand 33 und dem Gehäusebodenteil 31 vom ersten Gehäusebereich 11 in den zweiten Gehäusebereich 12 geführt sind.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurde das Sensorelement 1 nach der Kontaktierung mit den Bonddrähten 7 noch mit einer medienresistenten Gel-Schutzhülle 6 versehen. Die Schutzhülle 6 ist nicht nur auf den Gehäusebereich 11 beschränkt. Auch die Auswerteelektronik 2 im Gehäusebereich 12 kann mit einer Gel-Schutzhüllle versehen werden.
Das Gehäuse 3 des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht aus drei Teilen, einem Gehäusebodenteil 31, einem Gehäusedeckel 32 und der Trennwand 33. In dem den Gehäusebereich 11 begrenzenden Teil des Gehäusebodenteils 31 sind die beiden Druckanschlüsse 4 und 5 ausgebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäusebodenteils 31, die den abgeschlossenen Gehäusebereich 12 begrenzt, ist eine Steckaufnahme 34 für einen externen Steckanschluss ausgebildet. Dementsprechend ist das Steckanschlussteil 21 an dieser Stelle durch die Gehäusewandung nach außen geführt und ragt in die Steckaufnahme 34 hinein. Die Trennwand 33 ist zwischen dem Sensorelement 1 und der Auswerteelektronik 2 auf den Gehäuseboden 31 geklebt und sitzt so direkt auf den Bonddrähten 7 zwischen dem Sensorelement 1 und der Auswerteelektronik 2 auf. Die Trennwand 33 erstreckt sich über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 3 bis zum plattenförmigen Gehäusedeckel 32, der mit der Seitenwandung des Gehäusebodenteils 31 und mit der Trennwand 33 verklebt ist. Auf diese Weise wird der Gehäusebereich 12 gegenüber dem Messmedium im Gehäusebereich 11 abgeschlossen.
In 2 ist eine vorteilhafte Variante dargestellt, die sich lediglich in der Art des Gehäuses von dem voranstehend beschriebenen Drucksensor 10 unterscheidet.
Wie der in 1 dargestellte Drucksensor 10 umfasst der Drucksensor 20 ein medienresistentes Sensorelement 1, das mit einem Bauteils 2 der Auswerteelektronik elektrisch verbunden und innerhalb eines Gehäuses 9 angeordnet ist. Dieses Gehäuse 9 besteht aber im Unterschied zum Gehäuse 3 lediglich aus einem Gehäusebodenteil 91 und einem Gehäusedeckelteil 92, an dem eine Trennwand 93 ausgebildet ist. Die Trennwand 93 unterteilt das Gehäuse 9 in einen ersten Gehäusebereich 11 mit Druckanschlüssen 4 und 5 und in einen zweiten gegenüber den Messmedien abgeschlossenen Gehäusebereich 12. Beide Druckanschlüsse 4 und 5 sind im Gehäusebodenteil 91 ausgebildet. Das Sensorelement 1 ist über der Druckanschlussöffnung 41 angeordnet, und zwar innerhalb eines ringförmigen Sockels 95, der die Druckanschlussöffnung 41 konzentrisch umgibt und so eine Aufnahme für das Sensorelement 1 bildet. Wie im Fall des Drucksensors 10 wird die Unterseite des Sensorelements 1 über den Druckanschluss 4 mit einem ersten Messdruck beaufschlagt, während an der Oberseite des Sensorelements 1 ein zweiter Messdruck ansteht, der aufgrund des Druckanschlusses 5 innerhalb des ersten Gehäusebereichs 11 herrscht. Auch hier wird die Oberseite des Sensorelements 1 durch eine medienresistente Gel-Schutzhülle 6 geschützt.
Die Auswerteelektronik 2 ist zusammen mit einem Steckanschlussteil 21 zur externen Kontaktierung im Gehäusebereich 12 angeordnet, wo eine entsprechende Steckaufnahme 94 für einen externen Steckanschluss ausgebildet ist. Auch die Auswerteelektronik 2 kann mit einer Schutzhülle 6 versehen werden.
Im Unterschied zum Drucksensor 10 ist am Gehäusebodenteil 91 eine erhöhte Montagefläche 96 für die Trennwand 93 des Deckelteils 92 ausgebildet, über die auch die medienresistenten Bonddrähte 7 als elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement 1 und der Auswerteelektronik 2 geführt sind. Die Bonddrähte 7 sind in den Klebstoff im erhöhten Stoßbereich 8 zwischen der Trennwand 93 und der Montagefläche 96 des Gehäusebodenteils 91 eingebunden.

Claims

Drucksensor (10) mit mindestens einem medienresistenten Sensorelement (1), mit einer elektrisch mit dem Sensorelement (1) verbundenen Auswerteelektronik in Form mindestens eines weiteren Bauelements (2), und mit einem mehrteiligen Gehäuse (3), wobei das Sensorelement (1) in einem ersten Gehäusebereich (11) angeordnet ist, der mindestens einen Druckanschluss (4, 5) aufweist, und die Auswerteelektronik (2) in einem zweiten abgeschlossenen Gehäusebereich (12) angeordnet ist, der durch eine Trennwand (33) vom ersten Gehäusebereich (11) abgetrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement (1) und der Auswerteelektronik (2) in Form von medienresistenten Bonddrähten (7) realisiert ist und dass die Bonddrähte (7) durch den verklebten Stoßbereich (8) zwischen der Trennwand (33) und einem weiteren Gehäuseteil (31) vom ersten (11) in den zweiten Gehäusebereich (12) geführt sind.
Drucksensor (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) einen Gehäuseboden (91) und einen Gehäusedeckel (92) umfasst und dass im Gehäuseboden (91) mindestens eine Aufnahme (95) für das Sensorelement (1) und/oder mindestens eine Aufnahme für die Auswerteelektronik ausgebildet ist.
Drucksensor (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) einen Gehäuseboden (91) und einen Gehäusedeckel (92) umfasst und dass im Gehäuseboden (91) eine erhöhte Montagefläche (96) für die Trennwand (93) ausgebildet ist.
Drucksensor (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) einen Gehäuseboden (91) und einen Gehäusedeckel (92) umfasst und dass die Trennwand (93) Bestandteil des Gehäusedeckels (92) ist.
Drucksensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberseite des Sensorelements (1) mit einer medienresistenten Schutzhülle (6) versehen ist.