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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums, auf ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums und auf ein Verfahren zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums.
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Eine Erfassung von Drücken in Medien, z. B. in Gasen oder Flüssigkeiten, wird häufig mittels einer verformbaren Membran durchgeführt. Herkömmlicherweise kann dabei eine Messung einer durch den Druck bewirkten Membranauslenkung mittels resistiver, piezoresistiver oder kapazitiver Verfahren erfolgen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums sowie ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums, wobei die Sensorvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht; und
eine mit der Schicht induktiv koppelbare oder gekoppelte Erfassungseinrichtung, wobei die Erfassungseinrichtung ausgebildet ist, um einen von dem zu bestimmenden Druck des Mediums abhängigen Abstand zwischen der Schicht und der Erfassungseinrichtung induktiv zu erfassen, um aus dem Abstand den Druck des Mediums zu bestimmen.
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Bei dem Medium kann es sich um ein Gas, ein Gasgemisch, eine Flüssigkeit, ein Flüssigkeitsgemisch oder ein Gas-Flüssigkeitsgemisch, allgemein ein Fluid handeln. Insbesondere kann das Medium durch Gase in einem Abgasstrang eines Fahrzeugs, im Inneren einer Batteriezelle bzw. eines elektrochemischen Energiespeichers z. B. eines Fahrzeugs oder dergleichen gebildet sein oder diese enthalten. Die Sensorvorrichtung kann ein Material aufweisen, das bei einem Kontakt mit dem Medium chemisch beständig ist. Somit kann ein Material, das zumindest eine Außenoberfläche der Sensorvorrichtung bildet, bei einem Kontakt mit dem Medium chemisch beständig sein. Hierbei wird das Material der Sensorvorrichtung insbesondere innerhalb einer Lebensdauer der Sensorvorrichtung nicht durch das Medium angegriffen. Die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht kann mittels Abscheidung eines elektrisch leitfähigen Materials oder Dotierung mit einem elektrisch leitfähigen Material ausgeformt sein. Dabei kann die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht in Gestalt eines zusammenhängenden Materialelements oder einer durchgängigen Materiallage gebildet sein. Die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht kann in einem ersten Abschnitt der Sensorvorrichtung angeordnet sein. Bei der Erfassungseinrichtung kann es sich um eine elektrische Spule mit zumindest einer Wicklung handeln. Die Erfassungseinrichtung kann in einem von dem ersten Abschnitt beabstandeten, zweiten Abschnitt der Sensorvorrichtung angeordnet sein. Zwischen der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht und der Erfassungseinrichtung ist eine induktive Kopplung erzeugbar. Dabei können die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht und die Erfassungseinrichtung bei einem Ausgangsdruck in einem Ausgangsabstand bezüglich einander anordenbar oder angeordnet sein. Wenn sich der Ausgangsdruck verändert, kann sich auch der Ausgangsabstand zwischen der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht und der Erfassungseinrichtung verändern. Hierbei kann sich der Abstand zwischen der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht und der Erfassungseinrichtung bei einer Druckänderung des Mediums verringern oder vergrößern. Der Abstand bzw. eine Abstandsänderung des Abstands zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Erfassungseinrichtung kann hierbei mittels einer Wirbelstrommessung erfasst werden. Grundlage eines Wirbelstrommessprinzips ist eine Änderung einer Induktivität einer Erfassungseinrichtung bzw. einer Spule durch von ihr selbst oder einer weiteren Spule in der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht bzw. im leitfähigen Prüfkörper induzierten Wirbelströme. Diese Wirbelströme erzeugen ein magnetisches Gegenfeld. Über eine Erfassung einer Änderung der Induktivität der Erfassungseinrichtung bzw. Spule kann auf den Abstand zwischen der Erfassungseinrichtung bzw. Spule und der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht bzw. dem elektrisch leitfähigen Prüfkörper geschlossen werden. Eine auf dem Abstand basierende Druckbestimmung kann in einer von der Erfassungseinrichtung separaten Auswerteeinrichtung erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen eines ersten Bauteils, das eine elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht aufweist, und eines zweiten Bauteils, das eine mit der Schicht induktiv koppelbare Erfassungseinrichtung aufweist; und
Verbinden des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils miteinander mittels einer Fügeverbindung, sodass einen von dem zu bestimmenden Druck des Mediums abhängigen Abstand zwischen der Schicht und der Erfassungseinrichtung mittels der Erfassungseinrichtung induktiv erfassbar ist, um aus dem Abstand den Druck des Mediums zu bestimmen.
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Durch Ausführung des Verfahrens zum Herstellen kann eine Variante der hier vorgestellten Sensorvorrichtung hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Beaufschlagen einer Variante der hier vorgestellten Sensorvorrichtung mit dem Medium; und
Erfassen des von dem zu bestimmenden Druck des Mediums abhängigen Abstandes zwischen der Schicht und der Erfassungseinrichtung der Sensorvorrichtung auf induktive Weise, um aus dem Abstand den Druck des Mediums zu bestimmen.
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In Verbindung mit dem Verfahren zum Bestimmen kann eine Variante der hier vorgestellten Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden, um einen Druck eines Mediums zu bestimmen. Dabei kann das Verfahren auch einen Schritt des Auswertens des erfassten Abstands aufweisen, um den Druck des Mediums zu bestimmen.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des oben genannten Verfahrens zum Bestimmen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Druckbestimmung eines Mediums vorteilhaft durch eine induktive Erfassung einer druckbedingten Auslenkung einer elektrisch leitfähigen Schicht, z. B. einer ganz oder teilweise elektrisch leitfähigen Membran, insbesondere einer mikromechanisch hergestellten Membran (MEMS), und einer Erfassungseinrichtung, beispielsweise in Gestalt einer elektrischen Spule, relativ zueinander unter Verwendung des Wirbelstromprinzips. Somit wird ein vorteilhafter Wirbelstromdrucksensor bzw. eine vorteilhafte Druckbestimmung unter Verwendung eines Wirbelstromsensors als Drucksensor ermöglicht. Insbesondere kann ein solcher Wirbelstromdrucksensor als ein integrierter Batteriesensor oder dergleichen verwendet werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine Anwendung des Wirbelstrommessprinzips hier robuste und verschmutzungsunempfindliche Abstandssensoren mit hoher Genauigkeit bis in den Nanometerbereich ermöglicht. Durch Verwendung des Wirbelstromprinzips kann eine elektrische Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht bzw. der Auswerteelemente entfallen. Dadurch können die sonst notwendigen, aufwendigen und teuren Schutzmaßnahmen für eine solche Kontaktierung wegfallen, sodass die Sensorvorrichtung zur Detektion eines Druckes eines Mediums, insbesondere eines korrosiven Mediums verwendet werden kann. Ein Aufbau der Sensorvorrichtung wird insbesondere im Hinblick auf einen Einsatz in einem korrosiven Medium vereinfacht und vergünstigt. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen, resistiven oder kapazitiven Erfassung beispielsweise einer Membranauslenkung braucht gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Geberelement, hier die Schicht, nicht elektrisch mit der Erfassungseinrichtung verbunden zu werden. Durch den Wegfall solcher leitfähiger Verbindungen ergeben sich hier auch keine Angriffspunkte für korrosive Medien und kann ein aufwendiger Schutz ebenso entfallen. Eine vorteilhafte Anwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung der Sensorvorrichtung beispielsweise zur Bestimmung eines Gasdruckes in Lithium-Ionen-Batteriezellen oder dergleichen. Hier ist das Medium leitfähig, daher können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Kurzschlüsse von Bondverbindungen vorteilhafterweise verhindert werden. Es kann auch ein problematischer Einsatz eines in einer derartigen Umgebung angewandtes Gel als Standardschutzmittel für die Sensorvorrichtung, das sich auflösen und/oder die Batteriezelle vergiften kann, vermieden werden. Ebenso sind bei einem Einsatz von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielsweise zur Druckerfassung in einem Abgasstrang von Benzin- und Dieselfahrzeugen vorteilhafte Auswirkungen auf eine Medienresistenz erzielbar, wobei ein Korrosionsschutz sich vereinfacht bzw. vergünstigt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung kann eine durch den Druck des Mediums auslenkbare Membran vorgesehen sein. Dabei kann die Schicht oder die Erfassungseinrichtung an oder in der Membran angeordnet sein. Die Membran kann in Kontakt mit dem Medium anordenbar sein. Eine Auslenkung der Membran kann elastisch verformbar erfolgen. Somit kann die Membran die elektrisch leitfähige Schicht oder die Erfassungseinrichtung aufweisen. Wenn die Membran die elektrisch leitfähige Schicht aufweist, kann bei einer Druckänderung die elektrisch leitfähige Schicht bezüglich der Erfassungseinrichtung auslenkbar sein. Hierbei kann die Erfassungseinrichtung Teil eines durch den Druck des Mediums unauslenkbaren Abschnitts der Sensorvorrichtung sein. Wenn die Membran die elektrisch leitfähige Schicht aufweist, kann es sich bei der Membran um eine zumindest teilweise elektrisch leitfähige Membran handeln. Die elektrisch leitfähige Schicht in oder an der Membran kann durch Abscheidung eines elektrisch leitfähigen Materials, insbesondere in Gestalt einer metallischen Schicht, hergestellt sein oder werden. Auch kann eine Leitfähigkeit einer Membran aus Silizium durch Dotierung hergestellt sein oder werden. Wenn die Membran die Erfassungseinrichtung aufweist, kann bei einer Druckänderung die Erfassungseinrichtung bezüglich der elektrisch leitfähigen Schicht auslenkbar sein. Hierbei kann die Schicht Teil eines durch den Druck des Mediums unauslenkbaren Abschnitts der Sensorvorrichtung sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Membran ein unaufwendig herstellbares Auslenkungselement darstellt, das eine genau definierbare und gut reproduzierbare Auslenkung liefert.
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Hierbei kann die Membran Teil eines mittels Ätzung mikromechanisch hergestellten Bauteils sein. Insbesondere kann die Membran Teil eines mikromechanisch hergestellten Siliziumchips sein. Dabei kann das mikromechanische Bauteil mittels eines PorSi-Verfahrens für poröses Silizium oder mittels eines KOH-Ätzverfahrens hergestellt sein oder werden. Das gefertigte Bauteil kann eine Kavität bzw. einen Hohlraum aufweisen, der zumindest teilweise von der Membran begrenzt ist. Dabei kann der Hohlraum zwischen der Schicht und der Erfassungseinrichtung angeordnet sein. Es kann die Erfassungseinrichtung Teil der Membran sein und die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise fest am Boden der Kavität angeordnet sein oder es kann die elektrisch leitfähige Schicht Teil der Membran sein und kann die Erfassungseinrichtung beispielsweise fest am Boden der Kavität angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Membran mit einer guten Verformungseigenschaft sowie einer einfachen Herstellbarkeit auch bei komplexer geometrischer Form bereitgestellt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die elektrische leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht auf einer Oxidschicht angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil der Herstellungsmöglichkeit einer besonders stabilen elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht, sodass hierdurch ein besonders robuster Sensor geschaffen werden kann. Zugleich kann eine sehr gute Isolation zwischen der Schicht und der Erfassungseinrichtung erreicht werden, wodurch sich die Qualität eines Signals der Erfassungseinrichtung erhöhen lässt.
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Insbesondere kann die Schicht Teil eines ersten Bauteils sein und kann die Erfassungseinrichtung Teil eines zweiten Bauteils sein. Dabei können das erste Bauteil und das zweite Bauteil mittels einer Fügeverbindung verbindbar oder verbunden sein. Es können die Erfassungseinrichtung und die elektrisch leitfähige Schicht als Teile von zwei getrennten Bauteilen vorliegen, wobei die Bauteile durch Kleben, eutektisches Bonden oder andere Fügeprozesse verbindbar oder verbunden sein können. Alternativ können die Schicht und die Erfassungseinrichtung auch Teil eines einstückig gebildeten Bauteils sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass je nach speziellem Anwendungsfall geeignete Bauteile miteinander verbunden werden können, was einen Einsatzbereich sowie eine Flexibilität der Sensorvorrichtung verbessert.
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Auch kann eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten des mittels der Erfassungseinrichtung erfassten Abstands vorgesehen sein, um den Druck des Mediums zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung kann mit der Erfassungseinrichtung elektrisch verbindbar oder verbunden sein. Die Auswerteeinrichtung kann eine Elektronikbaugruppe mit einer elektrischen Schaltung, beispielsweise einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung bzw. ASIC (Application-Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifischer Schaltkreis) oder dergleichen aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass basierend auf dem Abstand bzw. einer Abstandsänderung präzise und zuverlässig der Druck des Mediums bestimmt werden kann.
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Dabei können die Auswerteeinrichtung und die Erfassungseinrichtung in einem gemeinsamen Schaltungsgehäuse und zusätzlich oder alternativ an einer gemeinsamen Schaltungsplatine angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sein. Das Schaltungsgehäuse kann einen Kunststoff, eine Vergussmasse bzw. Moldmasse oder dergleichen aufweisen, wobei die Auswerteeinrichtung und die Erfassungseinrichtung in dem Gehäuse verpackt bzw. eingegossen oder eingehäust sind. Insbesondere können die Auswerteeinrichtung und die Erfassungseinrichtung gemeinsam eingegossen oder eingießbar sein. Bei dem Schaltungsgehäuse kann es sich um ein Gehäuse der Auswerteeinrichtung handeln, in das die Erfassungseinrichtung integriert ist. Auch kann die Erfassungseinrichtung an einer Schaltungsplatine angeordnet sein, die Teil der Auswerteeinrichtung ist oder an der auch die Auswerteeinrichtung angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Erfassungseinrichtung in einem Gehäuse vor Umwelteinflüssen geschützt ist bzw. auf einer Platine auf einfache Weise mittels platineneigener Leiterbahnen mit der Auswerteeinrichtung verbunden sein kann.
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Ferner kann eine Schutzschicht zum Abdecken der Schicht vorgesehen sein. Dabei kann die Schutzschicht an der Schicht oder dem die Schicht aufweisenden Abschnitt der Sensorvorrichtung anordenbar oder angeordnet sein. Die Schutzschicht kann ausgebildet sein, um beispielsweise einen Schutz vor einer Partikelablagerung an der Schicht oder an dem die Schicht aufweisenden Abschnitt der Sensorvorrichtung zu bewirken. Hierbei kann die Schutzschicht insbesondere ein Gel aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass reduzierte Anforderungen hinsichtlich der Schutzschicht gelten, da ein Korrosionsschutz nicht von der Schutzschicht geleistet zu werden braucht.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 bis 5 Darstellungen von Sensorvorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
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6 und 7 Ablaufdiagramme von Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sensorvorrichtung 100 weist einen Sensorbaustein 105, eine elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110, eine Erfassungseinrichtung 120 in Gestalt einer elektrischen Spule mit beispielhaft drei Wicklungen, wobei die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 und die Erfassungseinrichtung 120 in einem in 1 symbolisch dargestellten Kopplungsbereich 125 induktiver Kopplung angeordnet sind, eine Leiterplatte 130, darstellungsbedingt und beispielhaft zwei elektrische Leitungen 135 in Gestalt von Bonddrähten, eine Auswerteeinrichtung 140 in Gestalt eines ASIC (Application-Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifischer Schaltkreis) oder dergleichen und ein Schaltungsgehäuse 150 bzw. eine Vergussmasse auf. Ferner ist in 1 symbolisch durch einen Pfeil ein Druck P eines Mediums gezeigt, der auf den Sensorbaustein 105, insbesondere auf die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 wirkt. Die Sensorvorrichtung 100 ist zum Bestimmen des Druckes P des Mediums vorgesehen. Um die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 besonders stabil auszugestalten, kann ferner eine Oxidschicht vorgesehen sein, auf die die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 aufgebracht werden kann. Eine solche Anordnung ist jedoch in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Der Sensorbaustein 105 ist gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus porösem Silizium (PorSi) mittels eines geeigneten Ätzverfahrens gebildet. Somit kann die Sensorvorrichtung 100 als ein PorSi-Drucksensor bzw. als ein einen PorSi-Drucksensorbaustein enthaltender Drucksensor bezeichnet werden, wobei in Gestalt des Sensorbausteins 105 zumindest ein Bauteil der Sensorvorrichtung 100 mittels PorSi-Technik hergestellt ist. Der Sensorbaustein 105 weist eine dem Medium zugewandte, erste Hauptoberfläche und eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende, der Erfassungseinrichtung 120 zugewandte, zweite Hauptoberfläche bzw. Fügeoberfläche auf. Die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 an der ersten Hauptoberfläche des Sensorbausteins 105 angeordnet. Der Sensorbaustein 105 ist mittels einer Fügeverbindung, z. B. Kleben, eutektisches Bonden oder dergleichen, zwischen der zweiten Hauptoberfläche des Sensorbausteins 105 und einem Fügeabschnitt einer Oberfläche des Schaltungsgehäuses 150 im Bereich der Erfassungseinrichtung 120 an dem Schaltungsgehäuse 150 angebracht. Der Sensorbaustein 105 weist einen vollständig umschlossenen Hohlraum auf, der zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche des Sensorbausteins 105 angeordnet ist. Ein Abschnitt des Sensorbausteins 105 zwischen dem Hohlraum und der ersten Hauptoberfläche ist als eine durch den Druck P auslenkbare Membran ausgeformt. Die Membran und die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 des Sensorbausteins 105 sind ausgebildet, um sich unter Einwirkung des Druckes P elastisch zu verformen.
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Die Erfassungseinrichtung 120 bzw. elektrische Spule, ein Teilabschnitt der Leiterplatte 130, die elektrischen Leitungen 135 bzw. Bonddrähte und die Auswerteeinrichtung 140 bzw. der ASIC sind innerhalb des Schaltungsgehäuses 150 angeordnet bzw. in der Vergussmasse eingegossen. Das Schaltungsgehäuse 150 bzw. die Vergussmasse weist hierbei eine Vertiefung auf, in welcher der Fügeabschnitt angeordnet ist und somit der Sensorbaustein 105 an dem Schaltungsgehäuse 150 angebracht ist. Dabei ist die Erfassungseinrichtung 120 benachbart zu dem Fügeabschnitt angeordnet, an dem der der Sensorbaustein 105 mit dem Schaltungsgehäuse 150 stoffschlüssig verbunden ist. Dabei sind die Erfassungseinrichtung 120 und der Sensorbaustein 105 mit der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 bezüglich einander so angeordnet, dass die elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 innerhalb des Kopplungsbereichs 125 induktiver Kopplung der Erfassungseinrichtung 120 liegt. Die Erfassungseinrichtung 120 ist ausgebildet, um einen von dem zu bestimmenden Druck P des Mediums abhängigen Abstand zwischen der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 und der Erfassungseinrichtung 120 induktiv zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 120 ist mittels der elektrischen Leitungen 135 mit der Leiterplatte 130 elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 130 ist gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung teilweise innerhalb des Schaltungsgehäuses 150 angeordnet bzw. in der Vergussmasse eingegossen. Die elektrischen Leitungen 135 sind beispielsweise mittels elektrischer Leiterbahnen der Leiterplatte 130 mit der Auswerteeinrichtung 140 bzw. dem ASIC elektrisch verbunden. Die Auswerteeinrichtung 140 ist an der Leiterplatte 130 angeordnet. Die Auswerteeinrichtung 140 ist ausgebildet, um den mittels der Erfassungseinrichtung 120 induktiv erfassten Abstand zwischen der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 und der Erfassungseinrichtung 120 auszuwerten, um den Druck P des Mediums zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung 140 kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch lediglich ein Teil eines Schaltungsbausteins sein, der auch weitere Funktionen als die Druckbestimmung ausführen kann.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei entspricht die Darstellung in 2 der Darstellung aus 1 bzw. entspricht die Sensorvorrichtung 100 in 2 der Sensorvorrichtung aus 1 mit der Ausnahme, dass das Schaltungsgehäuse 150 bzw. die Vergussmasse einen rechteckigen Querschnitt ohne Vertiefung aufweist. Das Schaltungsgehäuse 150 weist zwei Hauptoberflächen auf, wobei an einer davon der Fügeabschnitt angeordnet ist und somit der Sensorbaustein 105 an dem Schaltungsgehäuse 150 angebracht ist.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei entspricht die Darstellung in 3 der Darstellung aus 1 bzw. entspricht die Sensorvorrichtung 100 in 3 der Sensorvorrichtung aus 1 mit der Ausnahme, dass der Sensorbaustein 105 anders ausgeformt ist. Der Sensorbaustein 105 ist gemäß dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mittels eines geeigneten Ätzverfahrens, beispielsweise eines KOH-Ätzverfahrens oder dergleichen gebildet. Somit kann die Sensorvorrichtung 100 als ein KOH-geätzter Drucksensor bzw. als ein einen KOH-geätzten Drucksensorbaustein enthaltender Drucksensor bezeichnet werden, wobei in Gestalt des Sensorbausteins 105 zumindest ein Bauteil der Sensorvorrichtung 100 mittels KOH-Ätztechnik hergestellt ist. Der Sensorbaustein 105 weist die elektrisch leitfähige Schicht 110 auf, die eine dem Medium zugewandte, elektrisch leitfähige Oberfläche des Sensorbausteins 105 aufweist. Die elektrisch leitfähige Schicht 110 ist durch den Druck P des Mediums auslenkbar bzw. elastisch verformbar. Auch weist der Sensorbaustein 105 einen von der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 in Richtung zu der Erfassungseinrichtung 120 hin vorstehenden Verbindungsabschnitt auf. Der Sensorbaustein 105 ist mittels einer Fügeverbindung, z. B. Kleben, eutektisches Bonden oder dergleichen, zwischen dem Verbindungsabschnitt des Sensorbausteins 105 und dem Fügeabschnitt des Schaltungsgehäuses 150 im Bereich der Erfassungseinrichtung 120 an dem Schaltungsgehäuse 150 angebracht. Der Sensorbaustein 105 und das Schaltungsgehäuse 150 umschließen dabei einen Hohlraum, der von der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 sowie dem Verbindungsabschnitt des Sensorbausteins 105 und dem Fügeabschnitt des Schaltungsgehäuses 150 begrenzt ist.
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4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei entspricht die Darstellung in 4 der Darstellung aus 1 bzw. entspricht die Sensorvorrichtung 100 in 4 der Sensorvorrichtung aus 1 mit der Ausnahme, dass die Leiterplatte bis auf einen Anbringungsbereich innerhalb des Schaltungsgehäuses 150 angeordnet bzw. in der Vergussmasse eingegossen ist, dass die Erfassungseinrichtung 120 an der Leiterplatte 130 in dem Anbringungsbereich derselben gebildet ist, dass der Sensorbaustein 105 an der Leiterplatte 130 in dem Anbringungsbereich der Leiterplatte 130 angebracht ist und dass die Auswerteeinrichtung 140 bzw. der ASIC lateral benachbart zu der Erfassungseinrichtung 120 an der Leiterplatte 130 angeordnet ist. Somit erfolgt gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine elektrische Verbindung zwischen der Erfassungseinrichtung 120 und der Auswerteeinrichtung 140 anstatt mittels Bonddrähten oder dergleichen hier in 4 mittels elektrischer Leiterbahnen der Leiterplatte 130. In einer Variante des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist der Sensorbaustein 105 anstatt mittels eines PorSi-Verfahrens, mittels eines KOH-Ätzverfahrens oder dergleichen gebildet.
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5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind ein Sensorbaustein 105, eine elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110, eine Erfassungseinrichtung 120 in Gestalt einer elektrischen Spule mit beispielhaft drei Wicklungen, wobei die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 und die Erfassungseinrichtung 120 in einem in 5 symbolisch dargestellten Kopplungsbereich 125 induktiver Kopplung angeordnet sind, eine Membran 510 und eine Trennwand 555. Ferner ist in 5 symbolisch durch einen Pfeil ein Druck P eines Mediums bzw. ein Medienzugang gezeigt, der auf den Sensorbaustein 105, insbesondere auf die Membran 510 mit der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 wirkt. Die Sensorvorrichtung ist zum Bestimmen des Druckes P des Mediums vorgesehen.
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Die Trennwand 555 ist beispielsweise eine Umhüllung einer Batteriezelle, eines Abgasstrangs eines Fahrzeugs oder dergleichen. Die Trennwand 555 trennt einen Bereich ohne das Medium bzw. einen sauberen Medienraum von einem Bereich mit dem Medium bzw. einem aggressiven Medienraum. Die Trennwand 555 weist eine Durchgangsöffnung auf, die von dem sauberen Medienraum her mittels des Sensorbausteins 105 abgedichtet bzw. verschlossen ist. Dabei ist der Sensorbaustein 105 die Durchgangsöffnung der Trennwand 555 von dem sauberen Medienraum her überspannend angeordnet.
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Gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Sensorbaustein 105 beispielsweise mittels eines KOH-Ätzverfahrens, eines Graben-Ätzverfahrens bzw. Trench-Ätzverfahrens oder dergleichen gebildet. Der Sensorbaustein 105 weist die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 und die Membran 510 auf. Dabei ist die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 an der Membran 510 angeordnet. Die elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht 110 stellt eine dem Medium bzw. dem aggressiven Medienraum zugewandte Oberfläche des Sensorbausteins 105 dar. Die Erfassungseinrichtung 120 ist an einer von dem Medium abgewandten bzw. dem sauberen Medienraum zugewandten Oberfläche des Sensorbausteins 105 angeordnet. Der Sensorbaustein 105 weist einen vollständig umschlossenen Hohlraum auf, der zwischen der Membran 510 und der dem sauberen Medienraum zugewandten Oberfläche des Sensorbausteins 105 angeordnet ist. Ein Abschnitt des Sensorbausteins 105 zwischen dem Hohlraum und der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 ist als die Membran 510 ausgeformt, die durch den Druck P des Mediums auslenkbar ist. Die Membran 510 und die elektrisch leitfähige Schicht 110 des Sensorbausteins 105 sind ausgebildet, um sich unter Einwirkung des Druckes P elastisch zu verformen. Auch weist der Sensorbaustein 105 einen von der elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Schicht 110 in Richtung zu der Trennwand 555 hin vorstehenden Verbindungsabschnitt auf. Der Sensorbaustein 105 ist mittels einer geeigneten Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt des Sensorbausteins 105 und der Trennwand 555 im Bereich der Durchgangsöffnung an der Trennwand 555 angebracht.
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Die 1 bis 5 zeigen somit anders ausgedrückt Varianten eines mikromechanischen Sensoraufbaus für eine Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Dabei können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anders ausgedrückt einen medienresistenten Wirbelstromdrucksensor bzw. einen medienresistenten Absolutdrucksensor nach dem Wirbelstromprinzip darstellen, wobei die Erfassungselektronik und die Auswerteelektronik vor einem Kontakt mit dem Medium geschützt sind.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 600 weist einen Schritt des Bereitstellens 610 eines ersten Bauteils, das eine elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht aufweist, und eines zweiten Bauteils auf, das eine mit der Schicht induktiv koppelbare Erfassungseinrichtung aufweist. Auch weist das Verfahren 600 einen Schritt des Verbindens 620 des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils miteinander mittels einer Fügeverbindung auf. Hierbei ist die Erfassungseinrichtung ausgebildet, um einen von dem zu bestimmenden Druck des Mediums abhängigen Abstand zwischen der Schicht und der Erfassungseinrichtung induktiv zu erfassen, um aus dem Abstand den Druck des Mediums zu bestimmen. Mittels des Verfahrens 600 kann beispielsweise die Sensorvorrichtung aus einer der 1 bis 5 vorteilhaft hergestellt werden.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 700 weist einen Schritt des Beaufschlagens 710 einer Sensorvorrichtung mit dem Medium auf. Dabei weist die Sensorvorrichtung eine elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Schicht und eine mit der Schicht induktiv koppelbare oder gekoppelte Erfassungseinrichtung auf. Auch weist das Verfahren 700 einen Schritt des Erfassens 720 des von dem zu bestimmenden Druck des Mediums abhängigen Abstandes zwischen der Schicht und der Erfassungseinrichtung auf induktive Weise mittels der Erfassungseinrichtung auf, um aus dem Abstand den Druck des Mediums zu bestimmen. Das Verfahren 700 kann in Verbindung mit beispielsweise der Sensorvorrichtung aus einer der 1 bis 5 vorteilhaft ausgeführt werden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
