DE102012010842A1

DE102012010842A1 - Sensor mit von einem Substrat umhüllten Sensorelement

Info

Publication number: DE102012010842A1
Application number: DE201210010842
Authority: DE
Inventors: Thomas Niemann; Jürgen Palloks
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-05
Also published as: BG111470A; NL1040222A; NL1040222C2; BG66744B1

Abstract

Sensor mit einem Trägerelement und einem von einem Substrat umhüllten Sensorelement, wobei das Substrat eine Ausnehmung aufweist, die einen Zugang zum Sensorelement bildet. Die Ausnehmung ist auf der dem Trägerelement zugewandten Seite im Substrat angeordnet, so dass der Zugang zum Sensorelement durch das Trägerelement führt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einem Trägerelement und einem von einem Substrat umhüllten Sensorelement, wobei das Substrat eine Ausnehmung aufweist, die einen Zugang zum Sensorelement bildet.
Ein derartiger gattungsgemäßer Sensor ist aus der DE 10 2008 016 214 A1 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Sensor mit einem darin enthaltenen Sensorelement beschrieben. Dieses ist aus mehreren Substratschichten zusammengesetzt. Der Sensor weist eine Umhüllung auf. In der Umhüllung ist eine Ausnehmung vorgesehen, die einen Zugang zum Sensorelement bildet. In dem Bereich um den Zugang zum Sensorelement ist eine grabenförmige Aussparung vorgesehen, die das Sensorelement teilweise umgibt.
Eine weitere Ausführungsform eines kapazitiven Drucksensors ist aus der DE 10 2004 018 408 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders unempfindlich gegen Spannungen und andere mechanische Einflüsse ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einem Sensor mit einem Trägerelement und einem von einem Substrat umhüllten Sensorelement, wobei das Substrat eine Ausnehmung aufweist, die einen Zugang zum Sensorelement bildet, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Ausnehmung auf der dem Trägerelement zugewandten Seite im Substrat angeordnet ist, so dass der Zugang zum Sensorelement durch das Trägerelement führt. Auf diese Weise erfolgt eine optimierte Entkopplung des Sensorelements von äußeren Einflüssen, da die Anbindung nach außen durch den Träger hindurch erfolgt. Es handelt sich um eine besonders robuste Ausführung, wobei die äußeren und inneren Einflüsse minimiert werden. Das Trägerelement ist dabei typischerweise ein metallisches Trägerelement, dass einerseits eine zusätzliche Stabilität gibt und andererseits auch für elektrische Anschlüsse genutzt wird. Die dem Trägerelement zugewandte Seite ist als die Seite zu verstehen, auf der das Trägerelement der Außenseite des Sensors näher ist als das Sensorelement.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerelement im Bereich des Sensorelements abgesenkt. Dies ist so zu verstehen, dass das Trägerelement mindestens zwei Ebenen ausbildet. Der überwiegende Teil des Trägerelements bildet eine erste Ebene aus, die auch als Hauptebene bezeichnet werden kann. In einem kleineren Teil ist das Trägerelement gegenüber dieser Hauptebene verschoben. Diese Verschiebung betrifft insbesondere den Bereich des Sensorelements, in dem das Trägerelement nach unten verschoben ist, so dass das Sensorelement in diesem Bereich auf oder über dem Trägerelement angeordnet ist. Die Begriffe „nach unten” und „über” oder „auf” beziehen sich auf die relative Lage von Trägerelement und Sensorelement. Das Trägerelement ist dabei bevorzugt in mehr als der Hälfte seiner Ausdehnung etwa mittig im Substrat aufgenommen. Das Trägerelement ist bevorzugt als elektrische Leiterplatte ausgebildet (Leadframe). Das Sensorelement ist ebenfalls bevorzug mittig im Substrat aufgenommen. Daher ist der abgesenkte Teil des Trägerelements bevorzugt derart außermittig im Substrat aufgenommen, dass das Sensorelement mittig im Substrat aufgenommen ist. Das Sensorelement ist dabei bevorzugt detektionsseitig auf dem Trägerelement angeordnet. Insbesondere liegt das Sensorelement detektionsseitig auf dem Trägerelement auf. Im sensitiven Bereich des Sensorelements ist das Trägerelement dabei natürlich durchbrochen oder geöffnet, so dass ein Zugang zum Sensorelement bzw. zum sensitiven Bereich oder Detektionsbereich des Sensorelements vorhanden ist. Der Sensor ist bevorzugt ein Drucksensor, insbesondere ein kapazitiver Drucksensor.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Sensor mindestens eine Aussparung auf. Durch derartige Aussparungen wird eine höhere mechanische Belastungsresistenz erreicht. Bevorzugt sind Aussparungen auf der Oberseite und der Unterseite des Sensors angeordnet. Der Sensor ist typischerweise als flaches quaderförmiges Bauelement ausgebildet, aus dessen Seiten sich elektrische Anschlüsse herauserstrecken. Die Begriffe Oberseite und Unterseite bezeichnen die Seiten mit der größten Flächenausdehnung. Bevorzugt reicht die Tiefe der Aussparung bis über die Hauptebene des Trägerelements hinaus.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Seite des Sensors, in dem die Ausnehmung einen Zugang zum Sensorelement bildet, eine Aussparung vorgesehen, deren Größe etwa der Größe der Ausnehmung entspricht. Diese Aussparung ist bevorzugt benachbart zu der Ausnehmung angeordnet, genauer im Übergangsbereich zwischen dem Sensorelement und der Hauptebene des Trägerelements und ist durch die Hauptebene des Trägerelements hindurchgeführt.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist auf der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite eine grabenartige Aussparung vorhanden, die den Bereich des Sensorelements mindestens teilweise umgibt. Die Aussparung weist dabei einen Brückenbereich auf, über den elektrische Anschlüsse geführt werden können. Die grabenartige Aussparung umgibt das Sensorelement bevorzugt auf drei Seiten. In dem freibleibenden Brückenbereich ist die von der anderen Seite ausgehehende Aussparung angeordnet. Die grabenartige Aussparung auf der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite ist bevorzugt ebenfalls im Übergangsbereich zwischen der Hauptebene des Trägerelements und dem abgesenkten Bereich des Trägerelements vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Aussparung insgesamt flacher ausgebildet als die Aussparung auf der gegenüberliegenden Seite. Bevorzugt ist die Tiefe diese Aussparung über die Hauptebene des Trägerelements hinaus ausgebildet. Eine kürzere Ausgestaltung dieser Aussparung ist jedoch ebenfalls denkbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine Aussparung sogar als vollständig durchgehender Durchbruch durch das Substrat ausgebildet sein.
Nachfolgend die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellung in:
1: einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Sensor;
2: eine perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sensor; und
3: perspektivische Ansicht der Unterseite eines erfindungsgemäßen Sensors;
In 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Sensor 1 darstellt. Der erfindungsgemäße Sensor 1 weist ein Sensorelement 2 auf, das auf einem Trägerelement 3, das als Leadframe ausgebildet ist, angeordnet ist. Das Sensorelement 1 und das Trägerelement 3 sind von einem Substrat 4 umhüllt. Insgesamt wird dadurch ein elektronischer Sensor geschaffen. Das Trägerelement 3 lässt sich hier aufteilen in eine Hauptebene 15, einen abgesenkten Bereich 16 und einen zwischen diesen beiden Bereichen vorhandenen Übergangsbereich 17. Auf dem abgesenkten Bereich 16 des Trägerelements 3 ist das Sensorelement 2 angeordnet. Dieses ist aus drei Substratschichten 10, 11 und 12 aufgebaut und weist einen sensierenden Bereich 20 auf, der in der Zeichnung nach unten ausgerichtet ist. In dem Substrat 4 ist eine Ausnehmung 5 vorhanden, durch die ein Zugang durch das Trägerelement 3 zum Sensorelement 1, genauer zum dem sensierenden Bereich 20 des Sensorelements 1 führt. Im Trägerelement 4 ist in diesem Bereich eine Öffnung 6 vorgesehen, so dass der Zugang durch das Trägerelement 3 führen kann. Die Hauptebene 15 des Trägerelements 3 erstreckt sich etwa mittig im Sensor 1. Der abgesenkte Bereich 16 des Trägerelements 3 ist soweit abgesenkt, dass das Sensorelement 1, das auf dem abgesenkten Bereich 16 des Trägerelements 3 aufliegt, seinerseits etwa mittig in dem Sensor 1 angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung ist eine hohe Stabilität des Sensors gegen mechanische Belastungen gegeben. Zur weiteren Verbesserung und Entkopplung des Sensorelements gegen mechanische Einflüsse auf den Sensor 1 sind Aussparungen 7 und 8 auf beiden Seiten des Sensorelements 1 vorgesehen. Die Aussparung 8 ist auf der der Ausnehmung 5 gegenüberliegenden Seite in dem Sensor 1 angeordnet und als um das Sensorelement 2 umlaufender Graben ausgebildet, der im Übergangsbereich 17 angeordnet ist. Diese Seite wird auch als Oberseite 23 bezeichnet. Der Graben 8 erstreckt sich dabei in seiner Tiefenausdehung bis über die Hauptebene 15 des Trägerelements 3 hinaus. Die grabenartige Aussparung 8 ist nicht vollständig um das Sensorelement 2 herumgeführt. In einem Brückenbereich 13 ist dieser Graben nicht vorhanden. In diesem Brückenbereich 13 sind insbesondere die elektrischen Sensoranschlüsse 18 zwischen dem Sensorelement 2 und der Hauptebene 15 des Trägerelements 3 angeordnet. Diese elektrischen Sensoranschlüsse 18 verlaufen nahe der Oberfläche des Sensors 1 auf der Seite, auf der die Aussparung 8 ist, also auf der zur Ausnehmung 5 gegenüberliegenden Seite. Die Aussparung 7 auf der Unterseite 22, auf der auch die Ausnehmung 5 angeordnet ist, erstreckt sich in diesem Brückenteil 13 benachbart zu dem Sensorelement 2. Die Tiefe der Aussparung reicht dabei von der Unterseite 22 bis über die Hauptebene 15 des Trägerelements 3 hinaus. Es verbleibt darüber nur der Brückenteil 13, durch den die elektrischen Sensoranschlüsse 18 geführt sind.
In 2 ist eine perspektivische Ansicht des Sensors 1 mit der Oberseite 23 und den aus dem Substrat 4 herausragenden Anschlusselementen 24 des Trägerelements 3 dargestellt. Gut zu sehen ist hier die grabenartige Aussparung 8, die in das Substrat 4 eingebracht ist und den Bereich des Sensorelements umgibt. Die grabenartige Aussparung 8 umschließt dieses nicht vollständig, da der Brückenteil 13, in dem die elektrischen Sensoranschlüsse 18 verlaufen, verbleibt.
In 3 ist eine perspektivische Ansicht des Sensorelements 1 mit der Unterseite 22 dargestellt. Hier ist die Ausnehmung 5 benachbart zu der Aussparung 7 zu sehen. Die Aussparung 7 entspricht in ihren Abmessungen etwa den Abmessungen der Ausnehmung 5 und insbesondere ist diese genau gegenüber dem Brückenteil 13 angeordnet.
Insgesamt wird eine optimale Freistellung des Sensorelements zur Reduzierung von Spannungen und anderen mechanischen Einflüssen erreicht. Durch die abgesenkte Position des Sensorelements 2 wird der Sensor 1 durch den sich ergebenden Rahmen aus grabenförmiger Aussparung 8 und Aussparung 7 von auftretenden Spannungen entkoppelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008016214 A1 [0002]
DE 102004018408 A1 [0003]

Claims

Sensor mit einem Trägerelement (3) und einem von einem Substrat (4) umhüllten Sensorelement (2), wobei das Substrat (4) eine Ausnehmung (5) aufweist, die einen Zugang zum Sensorelement (2) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) auf der dem Trägerelement (3) zugewandten Seite (22) im Substrat (4) angeordnet ist, so dass der Zugang zum Sensorelement (2) durch das Trägerelement (3) führt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (3) im Bereich des Sensorelements (2) abgesenkt ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (3) mit mehr als der Hälfte seiner Ausdehnung etwa mittig im Substrat (4) aufgenommen ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) etwa mittig im Substrat (4) aufgenommen ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) detektionsseitig auf dem Trägerelement (3) aufliegt.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Drucksensor ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mindestens eine Aussparung (7, 8) aufweist.
Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine das die Aussparung (7, 8) bis über die Hauptebene (15) des Trägerelements (3) hinausgeht.
Sensor nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite (22) des Sensors (1) in dem die Ausnehmung (5) einen Zugang zum Sensorelement (2) bildet, eine Aussparung (7) vorgesehen ist, deren Größe etwa der der Ausnehmung (5) entspricht.
Sensor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) auf der der Ausnehmung (5) gegenüberliegenden Seite (23) eine grabenartige Aussparung (8) aufweist, die den Bereich des Sensorelements (2) mindestens teilweise umgibt.