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Die Erfindung betrifft ein Sensormodul, insbesondere Drucksensormodul eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, das zwei voneinander getrennte Kammern aufweist, wobei in einer der Kammern ein Sensorelement und in der anderen der Kammern eine elektrische/elektronische Schaltung, insbesondere ein integrierter Schaltkreis, angeordnet ist, wobei das Sensorelement und die Schaltung durch mindestens eine durch eine die Kammern voneinander trennende Wand des Gehäuses führende Leiterbahn, insbesondere Stanzgitter-Leiterbahn, elektrisch miteinander verbunden sind.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sensormoduls, insbesondere eines Drucksensormoduls eines Kraftfahrzeugs, wobei das Sensormodul zwei voneinander getrennte Kammern aufweist, und in einer der Kammern ein Sensorelement und in der anderen der Kammern eine elektrische/elektronische Schaltung, insbesondere ein integrierter Schaltkreis, angeordnet werden, wobei das Sensorelement und die Schaltung durch mindestens eine Leiterbahn, insbesondere Stanzgitter-Leiterbahn, elektrisch miteinander verbunden werden, die durch eine die Kammern voneinander trennende Wand geführt wird.
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Stand der Technik
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Sensorelemente sowie Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Moderne Sensormodule tragen innerhalb eines Gehäuses sowohl ein Sensorelement als auch eine das Sensorelement ansteuernde beziehungsweise die Daten des Sensorelements erfassende Schaltung, die selbstverständlich elektrisch miteinander verbunden sind. Häufig ergeben sich jedoch an das Sensorelement und die Schaltung unterschiedliche Anforderungen insbesondere im Hinblick auf den Anwendungsbereich des Sensorelements. So ist es beispielsweise bei Drucksensoren, die in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs verwendet werden sollen, notwendig, die Schaltung von dem Sensorelement räumlich zu trennen, da die Abgasresistenz eines Sensorelements wesentliche leichter zu gewährleisten ist, als die Abgasresistenz einer Schaltung, insbesondere eines integrierten Schaltkreises. Auch aufgrund von gewünschter Flexibilität bei der Zusammenstellung von Sensorelementen und Schaltungen ist es wünschenswert, das Sensorelement und die Schaltung getrennt voneinander auszubilden und entsprechend anordnen zu können. Das Sensorelement kann somit in einer Kammer des Gehäuses vorgesehen beziehungsweise angeordnet werden, die dem zu untersuchenden Medium, insbesondere Abgas, ausgesetzt ist, während die Schaltung in einer davon getrennten Kammer angeordnet ist, die dem Medium nicht ausgesetzt wird.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 199 61 776 A1 ist ein Sensormodul bekannt, bei dem das Sensorelement und die Schaltung in getrennten Kammern angeordnet sind, wobei die elektrische Verbindung durch Leiterbahnen realisiert wird, die sich durch eine die Kammern voneinander trennende Wand erstrecken. Da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Leiterbahnen und des Gehäuses jedoch verschieden sind, kann es bei Temperaturschwankungen zur Ablösung des Gehäuses von der Leiterbahn und somit zu Undichtigkeiten kommen die dazu führen würde, dass Abgas auch in die zweite Kammer gelangt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Sensormodul sieht vor, dass sich an die Wand ein einen Abschnitt der Leiterbahn umschließender Gehäusebereich anschließt, wobei der Gehäusebereich eine Aussparung aufweist, in welcher ein Längsabschnitt der Leiterbahn freiliegt, wobei die Aussparung mit einer Dichtmasse zumindest im Wesentlichen ausgefüllt ist. An die Wand schließt sich also ein Gehäusebereich an, sodass die Wand in den Gehäusebereich übergeht, wobei die Leiterbahn ebenfalls durch den Gehäusebereich geführt ist. Der Gehäusebereich wird von dem Gehäuse gebildet. Es ist also vorgesehen, dass ein Längsabschnitt der Leiterbahn in einer in dem Gehäusebereich des Gehäuses ausgebildeten Aussparung freiliegt und somit nicht von Material des Gehäuses direkt umgeben ist. Stattdessen ist die Aussparung mit einer Dichtmasse ausgefüllt, die in der Aussparung gehalten wird und die in der Aussparung freiliegende Leiterbahn einhüllt. Die Dichtmasse ist zweckmäßigerweise aus einem anderen Material als das Gehäuse gefertigt und weist bevorzugt eine Eigenelastizität auf. Die elastische Dichtmasse kompensiert im Betrieb thermisch induzierte Verformungen der Leiterbahn und/oder des Gehäuses und kann dadurch das Durchdringen eines Mediums durch die Wand entlang der Leiterbahn verhindern und eine (dichte) Trennung der beiden Kammern stets gewährleisten.
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Bevorzugt ist die Dichtmasse als Klebstoffmasse ausgebildet. Die Klebstoffmasse kann, wenn sie nach dem Aushärten eine ausreichende Viskosität besitzt, die oben beschriebenen eigenelastischen Fähigkeiten nutzen, um Verformungen der Leiterbahn und/oder des Gehäuses zu kompensieren. Darüber hinaus hält sich die Klebstoffmasse selbst in der Aussparung und an der Leiterbahn aufgrund ihrer Klebwirkung und/oder ihrer Festigkeit (nach dem Aushärten). Insgesamt wird somit ein Sensormodul geboten, das die Trennung der Kammern besonders sicher gewährleistet.
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Vorteilhafterweise ist das Gehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet, wobei die Wand von einem oder von beiden der Gehäuseteile gebildet wird. Hierbei ist also vorgesehen, dass das Gehäuse bei der Montage zunächst aus mindestens zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt wird, wobei die die Kammern voneinander trennende Wand entweder vollständig von einem der Gehäuseteile oder von beiden Gehäuseteilen gemeinsam gebildet wird. In letzterem Fall kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jedes der Gehäuseteile einen Wandabschnitt bildet. Durch die mehrteilige Ausbildung des Gehäuses lassen sich der Sensor und die Schaltung ohne großen Aufwand an dem Gehäuse anordnen und befestigen. Insbesondere ist es hierbei auf einfache Art und Weise möglich, gegebenenfalls notwendige Bond-Verbindungen zwischen dem Sensorelement und der Leiterbahn und/oder zwischen der Schaltung und der Leiterbahn herzustellen.
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Bevorzugt weist ein erstes Gehäuseteil sowohl das Sensorelement als auch die Schaltung und die Leiterbahn auf. Das zweite, verbleibende Gehäuseteil dient somit letztendlich als Deckel zum Verschließen oder bereichsweise Verschließen des Gehäuses. Durch das Anordnen des Sensorelements, der Schaltung und der Leiterbahn an dem ersten Gehäuseteil kann hier eine vollständige Vormontage der elektrischen/elektronischen Komponenten des Sensormoduls erfolgen.
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Zweckmäßigerweise weist das erste Gehäuseteil den die Aussparung aufweisenden Gehäusebereich auf. Vorteilhafterweise ist der die Aussparung aufweisende Gehäusebereich als eine Erhebung auf einem Grundteil des ersten Gehäuseteils beziehungsweise des Gehäuses ausgebildet. Auf dem Grundteil liegen die eine oder mehrere Leiterbahnen auf, sodass sie beispielsweise zum Herstellen von Bondverbindungen leicht erreichbar sind. Durch den als Erhebung ausgebildeten Gehäusebereich wird die auf dem Grundteil aufliegende Leiterbahn in dem Gehäusebereich von Material des Gehäuses beziehungsweise des ersten Gehäuseteils umgeben. Zweckmäßigerweise ist der Gehäusebereich beziehungsweise die Erhebung einstückig mit dem Gehäuse beziehungsweise dem ersten Gehäuseteil ausgebildet. Alternativ kann es sich bei dem Gehäusebereich um einen Abschnitt des ersten Gehäuseteils beziehungsweise Grundteils handeln, der sich an die Wand anschließt. Die Leiterbahn verläuft hierbei bevorzugt im Wesentlichen in dem Grundteil, wobei zumindest ihre Endbereiche in Ausnehmungen des Grundteils frei zugänglich liegen beziehungsweise sind. Auch ist es denkbar, dass die mindestens eine Leiterbahn derart gebogen ist, dass sie in mehreren Ebenen verläuft, sodass sie beispielsweise in dem Gehäusebereich in dem Grundteil liegt und in der Nähe des Sensorelements beziehungsweise der Schaltung auf dem Grundteil aufliegt. Besonders bevorzugt ist die Aussparung als Durchbruch ausgebildet, der sich durch das gesamte erste Gehäuseteil beziehungsweise über dessen Höhe erstreckt. Der Durchbruch und/oder die Aussparung erfüllen neben der Aufgabe als Dichtmassen-Reservoir noch eine weitere Aufgabe: Bei der Herstellung des ersten Gehäuseteils werden die Leiterbahnen zweckmäßigerweise, wie oben beschrieben, von dem Gehäuse beziehungsweise von dem Material des Gehäuseteils im Bereich der Wand und auch im sich daran anschließenden Bereich der Erhebung umspritzt. Um die Leiterbahn, insbesondere die Stanzgitter-Leiterbahn, während des Spritzgussverfahrens sicher an/in dem Gehäuseteil ausrichten zu können, werden die Leiterbahnen von entsprechenden Haltemitteln in der Spritzgussform gehalten. Zweckmäßigerweise sind die Haltemittel vorliegend derart ausgebildet, dass bei dem Spritzgießen des ersten Gehäuseteils die Aussparung durch die Haltemittel geformt wird. Somit kann die Leiterbahn bei der Herstellung genau ausgerichtet und gleichzeitig die Aussparung für die Dichtmasse hergestellt werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass ein zweites Gehäuseteil des Gehäuses einen die Aussparung überdeckenden Vorsprung aufweist. Der Vorsprung des zweiten Gehäuseteils überdeckt die Aussparung und erstreckt sich zweckmäßigerweise ebenso wie die Erhebung über die gesamte Breite des Gehäuses, wodurch die Trennung der Kammern unterstütz wird. Darüber hinaus überdeckt der Vorsprung die Aussparung derart, dass die darin befindliche Dichtmasse sicher darin gehalten wird. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Bedeutung, bei der vorteilhafterweise die Dichtmasse nach dem Zusammensetzen der Gehäuseteile in die Aussparung gefüllt wird. Der Vorsprung des zweiten Gehäuseteils dient dann als Bodenfläche der Aussparung, wodurch die Dichtmasse sicher in der Aussparung gehalten wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Sensormoduls ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil einen Dichtungssteg oder eine Dichtungsaufnahme und das zweite Gehäuseteil eine Dichtungsaufnahme oder einen Dichtungssteg aufweist, die zusammengesetzt die Wand bilden. Der Dichtungssteg oder die Dichtungsaufnahme des ersten Gehäuseteils kann sich dabei von dem Gehäusebereich beziehungsweise von der bereits vorgesehenen Erhebung erheben. Der Dichtungssteg und die Dichtungsaufnahme sind zweckmäßigerweise komplementär zueinander ausgebildet, sodass der Dichtungssteg zumindest im Wesentlichen formschlüssig in die Dichtungsaufnahme eingreift, wenn das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil zum Bilden des Gehäuses zusammengesetzt werden.
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Vorteilhafterweise ist zwischen Dichtungssteg und Dichtungsaufnahme zusätzlich eine Dichtmasse, insbesondere eine Klebstoffdichtmasse, vorgesehen, die zum einen den Dichtheitsgrad erhöht und zum anderen die Gehäuseteile aneinander befestigt.
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Schließlich ist vorgesehen, dass die Gehäuseteile aus Kunststoff, insbesondere aus Thermoplast-Kunststoff gebildet sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sensormoduls, insbesondere wie es oben beschrieben wurde, zeichnet sich dadurch aus, dass an die Wand anschließend ein einen Abschnitt der Leiterbahn umschließender Gehäusebereich geformt wird, wobei der Gehäusebereich mit einer Aussparung versehen wird, in welcher ein Längsabschnitt der Leiterbahn freiliegt, wobei die Aussparung mit einer Dichtmasse zumindest im Wesentlichen ausgefüllt wird. Wie oben bereits beschrieben, kann die Aussparung bereits bei der Fertigung des Gehäuses oder eines Gehäuseteils des Gehäuses mitgebildet werden, oder auch im Nachhinein in das Gehäuseteil beziehungsweise das Gehäuse eingebracht werden. Vorteilhafterweise wird als Dichtmasse eine Klebstoffdichtmasse in die Aussparung eingefüllt, die die Dichtheit des Sensormoduls beziehungsweise die Trennung der Kammern des Gehäuses voneinander entlang der mindestens einen Leiterbahn gewährleistet.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein Gehäuseteil eines vorteilhaften Sensormoduls in einer Draufsicht,
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2 das Gehäuseteil mit Dichtmasse in einer Draufsicht,
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3 den Verlauf von Leiterbahnen des Sensormoduls,
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4 eine Seitenansicht des Sensormoduls und
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5 eine perspektivische Darstellung des Sensormoduls.
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Die 1 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht von einem Sensormodul 1, das als Drucksensormodul 2, insbesondere als Niederdrucksensormodul, ausgebildet ist, ein erstes Gehäuseteil 3, das auf einem Thermoplast-Kunststoff gefertigt ist. Das erste Gehäuseteil weist mittig einen als Erhebung ausgebildeten Gehäusebereich 4 auf, der sich über die gesamte Breite des ersten Gehäuseteils 3 erstreckt. In der Darstellung ist links von dem Gehäusebereich 4 auf dem ersten Gehäuseteil 3 eine elektrische/elektronische Schaltung 5 angeordnet, die als integrierter Schaltkreis 6 ausgebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist beabstandet zu dem Gehäusebereich 4 ein Sensorelement 7, das als Drucksensorelement 8 ausgebildet ist, angeordnet. Das Sensorelement 7 und der integrierte Schaltkreis 6 sind dabei vorliegend jeweils als Chip ausgebildet.
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Das Sensorelement 7 und der Schaltkreis 6 sind durch Bond-Verbindungen mit vorliegend vier Leiterbahnen 9 verbunden, die sich durch die Erhebung hindurch erstrecken. Bei der Fertigung des Gehäuseteils 3 werden die Leiterbahnen 9 als Stanzgitter-Leiterbahnen 10 ausgebildet und bei der Herstellung des Gehäuseteils 3 von der Kunststoffmasse umspritzt. In einer entsprechenden Spritzgussform werden dazu die Stanzgitter-Leiterbahnen 10 in einer Haltevorrichtung ausgerichtet und gehalten, während der Kunststoff in die Form eingespritzt wird. Die Haltevorrichtung ist dabei derart im Gehäusebereich 4 beziehungsweise im Bereich der Erhebung ausgebildet und angeordnet, dass während des Spritzvorgangs ein Bereich der Erhebung ausgespart wird, sodass in der Erhebung eine Aussparung 11 gebildet wird, in welcher jeweils ein Längsabschnitt jeder Stanzgitter-Leiterbahn 10 freiliegt.
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Wie in der 2 dargestellt, wird die Aussparung 11 anschließend mit einer Dichtmasse 12, die vorteilhafterweise als Klebstoffdichtmasse 13 ausgebildet ist, ausgefüllt beziehungsweise zumindest im Wesentlichen ausgefüllt. Dadurch werden die in der Aussparung freiliegenden Leitungsabschnitte der Stanzgitter-Leiterbahnen 10 von der Klebstoffdichtmasse 13 umhüllt.
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Die 3 zeigt eine Draufsicht auf das Gehäuseteil 3 gemäß der 2, wobei der Verlauf der Stanzgitter-Leiterbahnen 10 im Bereich der Erhebung gestrichelt dargestellt ist. Während die von der Kunststoffmasse des ersten Gehäuseteils 3 umspritzten Abschnitte der Leiterbahnen 9 beziehungsweise der Stanzgitter-Leiterbahnen 10 bei Temperaturschwankungen aufgrund ihres Temperaturausdehnungskoeffizienten, der sich von dem des Kunststoffs unterscheidet, durch thermisch induzierte Verformungen von dem Kunststoff beziehungsweise von dem Gehäuseteil 3 lösen können, sichert die Klebstoffdichtmasse 13 in der Aussparung 11 die Dichtheit des Systems. Wenn die Klebstoffdichtmasse nach dem Aushärten eine ausreichende Viskosität beziehungsweise Eigenelastizität besitzt, werden durch sie die thermisch induzierten Verformungen der Leiterbahnen 9 ausgeglichen beziehungsweise kompensiert. Im Bereich der Aussparung 11 können sich somit die Leiterbahnen 9 verformen, ohne dass dadurch die Dichtheit gefährdet wird.
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Die 4 zeigt das Sensormodul 1 in einer Seitenansicht. Zusätzlich zu dem ersten Gehäuseteil 3 ist ein zweites Gehäuseteil 14 des Sensormoduls 1 dargestellt, das zusammen mit dem Gehäuseteil 3 das Gehäuse 15 des Sensormoduls 1 bildet. Das zweite Gehäuseteil 14 weist einen Vorsprung 16 auf, der sich über die gesamte Breite des zweiten Gehäuseteils 14 erstreckt. Wie aus der 5 ersichtlich, entspricht die Breite des Gehäuseteils 14 der Breite des Gehäuseteils 3. Hierbei sei angemerkt, dass in den Darstellungen aus Übersichtlichkeitsgründen keine Seitenwände des Sensormoduls 1 eingezeichnet wurden, jedoch selbstverständlich Seitenwände vorgesehen werden können und vorteilhafterweise vorgesehen sind. Die Oberseite des Vorsprungs 16, also die dem Gehäuseteil 3 zugewandte Oberfläche des Vorsprungs 16, ist derart ausgebildet, dass der Vorsprung 16 die Aussparung 11 insgesamt überdeckt und somit abdichtet.
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Das Gehäuseteil 3 weist weiterhin an dem dem Schaltkreis 6 zugewandten Randbereich des Gehäusebereichs 4 beziehungsweise der Erhebung eine vorstehende Dichtungsaufnahme 17 auf, die mit einem Dichtungssteg 18 des Gehäuseteils 14 zusammenwirkt. Der Dichtungssteg 18 sowie die Dichtungsaufnahme 17 erstrecken sich über die gesamte Breite der Gehäuseteile 3 und 14. Bevorzugt weist die Dichtungsaufnahme an ihrem freien Ende einen konkaven Querschnitt auf. Entsprechend weist der Dichtungssteg 18 zweckmäßigerweise an seinem freien Ende einen konvexen Querschnitt auf, sodass der Dichtungssteg 18 zumindest im Wesentlichen formschlüssig in die Dichtungsaufnahme 17 eingreift, wenn das Gehäuseteil 14 und das Gehäuseteil 3 aneinander angeordnet werden. Bevor die Gehäuseteile 3 und 14 zusammengesetzt werden, wird bevorzugt in die Dichtaufnahme 17 eine Klebstoffdichtmasse 19, wie auch in den 1 und 2 dargestellt, gefüllt oder aufgetragen. Die Klebstoffdichtmasse 19 kann aus dem gleichen Material wie die Klebstoffdichtmasse 13 gebildet sein. Bevorzugt weist sie jedoch eine höhere Klebekraft auf, um die Gehäuseteile 3 und 14 aneinander zu halten.
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Der Dichtungssteg 18 und die Dichtungsaufnahme 17 bilden im zusammengesetzten Zustand des Gehäuses 15 des Sensormoduls 1 eine Wand 20, die das Gehäuse 15 derart teilt, dass zwei voneinander getrennte Kammern 21, 22 gebildet werden. Dabei ist der integrierte Schaltkreis 6 in der Kammer 21 und das Sensorelement 7 in der Kammer 22 angeordnet. Natürlich kann die Wand 20 auch auf der anderen Seite der Aussparung 11, also nahe zu dem Drucksensorelement 8 ausgebildet beziehungsweise angeordnet werden.
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Der Vorsprung 16 und die Erhebung bilden eine zweite Wand 23, die die Funktion der Wand 20 unterstützt. Prinzipiell kann der Vorsprung 16 jedoch auch entfallen. Der wesentliche Vorteil des Vorsprungs 16 liegt darin, dass bei der Montage des Sensormoduls 1 der Vorsprung 16 eine Bodenfläche für die Aussparung 11 bildet, wenn die Klebstoffdichtmasse 13, wie in der 5 dargestellt, von oben in die Aussparung 11 eingefüllt wird. Hierbei wird die Klebstoffdichtmasse 13 also nach dem Zusammenbau des Gehäuses 15 hinzugegeben. Dadurch werden Prozessschritte sowie eine weitere Gussform gespart, wenn die Aussparung wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als durchgehender Durchbruch ausgebildet ist.
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Durch die Trennung der Kammern 21 und 22 durch die Wand 20 und gegebenenfalls durch die Wand 23 können die elektrischen/elektronischen Elemente des Sensormoduls 1 (Sensorelement 7 und Schaltung 5) unterschiedlichen Medien ausgesetzt werden. Das Niederdrucksensormodul 2 kann somit mit dem Sensorelement 7 dem Abgas einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ausgesetzt werden, während der integrierte Schaltkreis 6 getrennt davon beispielsweise Umgebungsluft ausgesetzt wird. Die in der Aussparung 11 befindliche Klebstoffdichtmasse 13 sorgt dafür, dass kein Abgas von der Kammer 21 in die Kammer 22 entlang dem Pfad der Leiterbahnen 9 gelangen kann. Auch wenn sich die Leiterbahnen 9 aufgrund von Temperaturschwankungen verformen, wird die Dichtheit durch die Klebstoffdichtmasse 13 gewährleistet. Dadurch muss auch eine abgasresistente Ausbildung des integrierten Schaltkreises 6 weniger aufwendig oder nicht erfolgen.
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Sollte ein Gel notwendig sein, um das Sensorelement 7 und/oder den integrierten Schaltkreis (ASIC) 6 zusätzlich vor Abgasen oder anderen Medien zu schützen, so kann dies ohne weitere konstruktive oder fertigungsprozesstechnische Maßnahmen umgesetzt werden. Die Erhebung in dem Sensorgehäuse 15 beziehungsweise die Wände 20 und/oder 23 dienen als Begrenzung für das Verlaufen des Gels. Es werden keine zusätzlichen Bauteile und damit keine zusätzlichen Einkaufskosten generiert.
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Das vorteilhafte Sensormodul 1 sowie das Verfahren zur Herstellung dessen sind besonders einfach, da, abgesehen von der Klebstoffdichtmasse 13, keine zusätzlichen Bauteile oder Fertigungsprozesse benötigt werden. Bis auf die Formgebung der Halterung der Leiterbahnen in der Spritzgussform und das Einfüllen der Klebstoffdichtmasse 13 kann das Sensormodul 1 auf die übliche Art und Weise hergestellt werden. Das Sensormodul 1 bietet somit eine bewährte und robuste elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement 7 und dem integrierten Schaltkreis 6 mittels der Stanzgitter-Leiterbahnen 10 und der entsprechenden Bond-Verbindungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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