DE102014222899A1

DE102014222899A1 - Sensorgehäuse

Info

Publication number: DE102014222899A1
Application number: DE102014222899.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel PANTEL; Fabian Henrici
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: WO2016075104A1; DE102014222899B4; CN107076586B; CN107076586A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sensorgehäuse (10) für einen Sensor (12) und/oder ein elektronisches Bauelement, ein Verfahren zur Herstellung des Sensorgehäuses (10) sowie die Verwendung des Sensorgehäuses (10). Mindestens ein Sensor (12) oder mindestens ein elektronisches Bauelement ist in einer Kavität (16) aufgenommen. Die Kavität (16) befindet sich in dem Sensorgehäuse (10). Das Sensorgehäuse (10) ist aus einem medienresistenten fluorpolymeren Material gefertigt, in welches von außerhalb des Sensorgehäuses (10) kontaktierbare Kontaktierungsflächen (30) eingebettet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Sensorgehäuse zur Aufnahme eines Sensors zur Überwachung des Betriebszustandes von Batteriezellen, von Batteriemodulen oder ganzer Batteriepacks, die als Traktionsbatterien bei Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen vermehrt zum Einsatz kommen.
Stand der Technik
US 2005/0001214 A1 bezieht sich auf eine Mikro- oder Nanoelektronikkomponente mit einer Leistungsquelle und Mittel zum Schutz dieser Leistungsquelle. Innerhalb eines nach außen versiegelten Hohlraumes ist eine ungeschützte Leistungsquelle in Gestalt einer Mikrobatterie oder einer Mikrokapazität angeordnet. Jegliches Eindringen von Umgebungsatmosphäre in die versiegelte Kavität führt zu einer Zerstörung der Leistungsquelle durch Oxidation, so dass diese unbrauchbar wird. Die Kavität kann ein Vakuum aufweisen oder mit einem Inertgas gefüllt sein. Innerhalb der Kavität kann ein Drucksensor angeordnet sein, der eine Druckänderung innerhalb der Kavität detektiert und gegebenenfalls die darin enthaltene Komponente inaktiv macht, sollte die Druckänderung eine vorher bestimmte Schwelle überschreiten. Die Kavität, beziehungsweise der Hohlraum, ist mittels einer Abdeckung verschlossen, oder mit einem Füllmaterial befüllt, beispielsweise Silikonharz, einem Polymermaterial, Epoxymaterial, Glas oder mit Metall wie Indium, Zinn oder Blei oder Legierungen mit diesen metallischen Materialien.
KR 2011 0038202 A bezieht sich auf eine Batteriesensoreinheit und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Mit dem vorgeschlagenen Batteriesensor und dessen Herstellungsverfahren soll eine Beschädigung aufgrund thermischer Beanspruchung und ein Nachlassen der Eigenschaften einer Elektronikkomponente einer Leiterplattenanordnung verhindert werden. Ein Ende eines Shunt-Widerstandes ist mit einem Anschlussterminal gebondet. Eine Leiterplattenanordnung kontaktiert direkt eine oxidationsverhindernde Einheit, die den Zustand einer Batterie detektiert. Ein Anschlussterminal verbindet einen gebondeten Teil mit dem anderen Ende des Shunt-Widerstandes und verbindet das andere Ende des Anschlussterminals mit einer Erdungsleitung und fixiert und isoliert den zentralen Teil des Verbindungsterminals mit beziehungsweise von einer Anschlussklemme. Ein Schutzgehäuse umgibt die gesamten gebondeten Teile der Leiterplattenanordnung, eines Shunt-Widerstandes und eines Anschlussterminals.
Die Überwachung des Betriebszustandes von Batteriezellen zum Beispiel in Hybrid- oder in Elektrofahrzeugen (beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien als Traktionsbatterien) ist für die Sicherheit dieser Batterien und für ein effektives Batteriemanagement notwendig. Gegenwärtig wird der Betriebszustand derartiger Batteriezellen durch extern angebrachte Sensoren überwacht. Es werden Größen wie die Spannung oder die Temperatur solcher Batteriezellen überwacht. Für eine genauere Messung dieser Messgrößen oder zur Messung anderer Messgrößen zum Beispiel zur Messung des Druckes, die im Rahmen der heutigen Entwicklung zunehmend an Bedeutung gewinnen, ist es vorteilhaft, die Sensoren innerhalb einzelner Batteriezellen anzuordnen. Dies ist gegenwärtig technisch nicht ohne weiteres realisierbar, da die Umweltbedingungen innerhalb einer Batteriezelle nicht für klassische Verpackungsmaterialien (wie beispielsweise Moldmasse, PCB, Klebstoffe und Gele) geeignet sind. So können derartige Verpackungsmaterialien durch chemische Reaktionen mit dem Elektrolyten angegriffen und demzufolge zersetzt werden. Dies gefährdet sowohl die Sensoren an sich, als auch durch das Einbringen/Eindringen von Fremdmaterialien in die Elektrolyten die Stabilität der jeweiligen Batteriezelle. Neuere Konzepte wie der Schutz der Sensoren mit einer batterietauglichen Folie können diese Probleme zwar teilweise lösen, führen aber zu deutlich größeren Baugrößen der Sensoren beziehungsweise schützen die im Rahmen der Aufbau- und Verbindungstechnik eingesetzten Materialien nur unzureichend vor einer chemischen Reaktion mit dem Elektrolyten der Batteriezelle.
Medienresistente Sensorgehäuse werden auch in anderen Bereichen eingesetzt, so zum Beispiel bei Sensorik, die im Abgasstrang von Automobilen eingesetzt wird, oder bei Sensoren, die in Kontakt mit Getriebeöl, Salzwasser und dergleichen aggressiver Materialien in Verbindung treten. Fluorpolymere Materialien wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) oder fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP) sind für ihre hohe Beständigkeit bekannt. In der Leiterplattenfertigung wird PTFE heutzutage standardmäßig für Hochfrequenzschaltungen verwendet. Hierbei spielt die hohe chemische Beständigkeit keine Rolle. PTFE-Leiterplatten können ähnlich zu anderen Leiterplattenmaterialien verarbeitet werden, und sind nur geringfügig teurer als standardmäßig eingesetzte Materialien. Auch Folien mit einer Dicke von nur einigen µm sind aus PTFE herstellbar. Als Thermoplast ist PTFE des Weiteren stoffschlüssig fügbar.
Zur Messung der Spannung und der Temperatur von Batteriezellen oder zur Messung anderer Größen sind die im Rahmen heutiger Entwicklungstendenzen nunmehr innerhalb der Batteriezellen angeordneten Sensoren zum Auswerten der Messdaten elektrisch zu kontaktieren und die Verbindungen aus der Batteriezelle herauszuführen. Es ist vorteilhaft, eine derartige Kontaktierung der Sensoren über die Stromabnehmer der Batteriezellen zu führen, um den zusätzlichen Aufwand, d.h. zusätzliche elektrische Durchführungen aus der Batteriezelle hinaus, bei derartigen Batteriezellen so gering wie möglich zu halten.
Werden in einem Elektrolyten Metalle mit unterschiedlichen Redoxpotentialen elektrisch miteinander verbunden, korrodiert durch eine Redoxreaktion der unedlere der beiden Verbindungspartner und löst sich auf. In Lithium-Ionen-Batteriezellen werden die Stromabnehmer für Anode und Kathode in der Regel aus Kupfer bzw. Aluminium gefertigt. Sensoren in einer Batteriezelle, welche über die Stromabnehmer der Batteriezelle (Anode oder Kathode) nach außen hin elektrisch kontaktiert werden, müssen Kontaktflächen aus Kupfer oder Aluminium aufweisen, damit keine Lokalelemente am Kontakt zwischen Sensor und Stromabnehmer entstehen können. Eine weitere Möglichkeit, eine andernfalls mögliche Redoxreaktion zu verhindern, besteht darin, den Übergang zweier verschiedener Metalle und damit eines der beiden Metalle komplett durch eine Verkapselung gegen den Elektrolyten zu schützen. Allerdings gibt es nur wenige Materialien, die im Elektrolyten auf die Dauer chemisch beständig bleiben.
In Leiterplatten für hohe Leistungen, bei denen viel thermische Energie abzuführen ist, können heutzutage Kupfer- oder Aluminium-Inlays, die in der Regel als massive Metallkörper ausgebildet sind, als Kühlkörper eingesetzt werden.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Sensorgehäuse für mindestens einen Sensor und/oder mindestens ein elektronisches Bauelement vorgeschlagen, wobei der mindestens eine Sensor und/oder das mindestens eine elektronische Bauelement in einer Kavität aufgenommen ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Kavität in dem Sensorgehäuse ausgebildet ist, und das Sensorgehäuse aus einem medienresistenten fluorpolymeren Material gefertigt ist, in welches von außerhalb des Sensorgehäuses kontaktierbare Kontaktierungsflächen eingebettet sind.
Bei dem Sensorgehäuse handelt es sich um ein Leiterplattengehäuse, welches aus mindestens zwei Leiterplattenlagen gefügt ist, wobei das Material, aus welchem die Leiterplattenlagen gefertigt sind, neutrale Eigenschaften in Bezug auf einen Elektrolyten in einer Batteriezelle aufweist. Eine der Leiterplattenlagen des Sensorgehäuses umfasst eine elektrische Umverdrahtung und mindestens eine der Leiterplattenlagen kann Durchlöcher aufweisen. Die mindestens zwei Leiterplattenlagen werden im Leiterplattenherstellungsprozess vertikal miteinander verbunden. Die elektrischen Kontakte des Sensors können durch die Leiterbahnen, welche die Umverdrahtung darstellt, auf die Außenseite des Sensorgehäuses geführt werden.
Das Sensorgehäuse wird aus fluorpolymerem Material gefertigt, welches äußerst medienresistent ist. Dadurch kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorgehäuse im Inneren einer Batteriezelle eines Batteriemoduls oder eines Batteriepacks, welche als Traktionsbatterie für ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug dient, eingesetzt werden. Bei den fluorpolymeren Materialien handelt es sich um bevorzugt um Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP) oder Polychlortrifluorethylen (PCTFE), welche eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorgehäuse umfasst eine flexible Deckschicht, mit welcher die Kavität abgedichtet ist. Bei der flexiblen Deckschicht handelt es sich um eine Schicht ebenfalls aus medienresistenten fluorpolymerem Material mit einer Dicke < 150µm, einer Folie oder um ein dünnes Leiterplattencore, welches ebenfalls eine Dicke < 150µm aufweist.
Die Leiterplatten beziehungsweise die Leiterplattenlagen können einen Leiterplattenkern umfassen. Bei einem Leiterplattenkern handelt es sich um ein Laminat aus Kupferfolie/Prebake/Kupferfolie. Die beiden Kupferfolien können schon beliebig strukturiert sein. Dies bedeutet, dass das Kupfer an manchen Stellen bereits entfernt ist. Bei einem Prebake, was im Rahmen des Leiterplattenkerns von den beiden Kupferfolien überdeckt ist, handelt es sich beispielsweise um ein mit Harz getränktes Glasgewebe, oder um ein Glasgewebe, welches mit PTFE getränkt ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses ist die Kavität, in der sich mindestens ein Sensor befindet, mit einem Fluid befüllt. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Öl oder um ein Gel handeln. Durch die Befüllung der über die Deckschicht geschlossenen Kavität lassen sich die Druckübertragung optimieren und die Dynamik erhöhen, so dass die Leistung des Sensors hinsichtlich Signalgüte und Signalqualität erheblich verbessert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses umfasst dieses mindestens eine Cu-Leiterbahn und/oder eine an einer Einbaufläche für den mindestens einen Sensor an der Einbaufläche vorgesehene Cu-Lage. Durch diese Cu-Lage kann die Klebung des Sensors auf den Boden der Kavität vereinfacht werden.
Außer mindestens einem Sensor kann in der Kavität des Sensorgehäuses mindestens ein weiteres elektronisches Bauelement enthalten sein, beispielsweise ein ASIC, welches mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn des Sensorgehäuses elektrisch kontaktiert ist. Die elektrischen Kontaktierungsflächen, beispielsweise ausgeführt als „Kontaktierungspads“, können sich bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuse an der Oberseite oder an dessen Unterseite, in einer Zwischenebene des Sensorgehäuses liegend oder auch an den Seitenflächen des Sensorgehäuses befinden. Für den Fall, dass die elektrischen Kontaktierungsflächen als Vias ausgeführt sein sollten, kann in vorteilhafter Weise eine Abdichtung dieser Vias beispielsweise durch eine weitere Abdichtschicht, die sich an der Unterseite des Sensorgehäuses erstreckt, vorgenommen werden, so dass die Kavität, in welcher sich der mindestens eine Sensor und/oder das mindestens eine elektronische Bauteil befindet, gegen die Umgebung, beispielsweise die aggressive Umgebung innerhalb einer Batteriezelle, abgedichtet bleibt. Im Allgemeinen sind die Leiterbahnen, die in einer ersten Leiterplattenlage der Leiterplatte verlaufen, aus Kupfer hergestellt. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuse besteht die Möglichkeit, mindestens einen der Kontakte an der Außenseite des Sensorgehäuses aus Aluminium zu fertigen, oder zusätzlich mit Aluminium und etwaigen Zwischenschichten zu beschichten, damit eine stoffgleiche Verbindung mit den Stromabnehmern an einer Lithium-Ionen-Batteriezelle realisiert werden kann, wobei die Stromabnehmer einer Lithium-Ionen-Batteriezelle üblicherweise aus Kupfer beziehungsweise aus Aluminium gefertigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses werden die elektrischen Kontaktierungsflächen als in ein medienresistentes fluorpolymeres Material eingebettete Inlays, beispielsweise als Cu-Inlay und als Al-Inlay ausgeführt. Das Al-Inlay ist auf mindestens einer Fläche mit Cu beschichtet und auf einer Fläche unbeschichtet, wobei ein Übergang zwischen der beschichteten und der unbeschichteten Fläche vom fluorpolymeren Material umschlossen ist. Anstelle eines Aluminium-Inlays, welches mit einer Kupferschicht versehen ist, kann auch ein Cu-Inlay mit einer ausreichend dicken Aluminiumbeschichtung eingesetzt werden, beispielsweise mit einer mehreren hundert µm dicken Aluminiumwalzplattierung. Die Aluminiumfläche stellt in diesem Falle das Kontaktierungspad des Sensorgehäuses nach außen dar.
Die an einer Außenseite des Sensorgehäuses offenliegenden Inlays können sich an der Ober- oder der Unterseite befinden, auf einer Zwischenebene desselben oder an einer Seite des Sensorgehäuses befinden. Liegen die Kontaktpads an zwei gegenüberliegenden Seiten, beispielsweise in einer vertikalen Anordnung übereinander, kann durch eine Klemmung (Haltekontaktierung) eine einfache elektrische Kontaktierung realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses umfasst dieses weitere Abgleichkontaktierungspads, die sich an einer glatten Seite, beispielsweise an der Unterseite des Sensorgehäuses, befinden. Diese werden typischerweise aus einer Kupferlage herausgeführt und an der Unterseite der zweiten Leiterplattenlage angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann dann auf die Umverdrahtung an den Leiterplattenlagen verzichtet werden, und der mindestens eine Sensor elektrisch, beispielsweise über Drahtbonds, direkt mit dem Cu-Inlay oder dem Al-Inlay verbunden werden, wenn eine Beschichtung der Cu- bzw. der Al-Inlays von einer Seite mit einer drahtbondbaren Beschichtung erfolgt. Als drahtbondbare Beschichtung kommen beispielsweise Beschichtungen umfassend Ni, Pd und/oder Au in Frage, welche für die elektrische Anbindung des Sensors oder des mindestens einen weiteren, in der Kavität verbauten elektronischen Bauelementes, von Vorteil sind.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, bezieht sich diese auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorgehäuses, wobei die fluidisch dichte Verbindung zur Abdichtung der Kavität durch eine Deckschicht erfolgt, die mit dem Sensorgehäuse durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, beispielsweise das Verschweißen oder durch ein thermisches Fügen (Siegeln) oder durch Kleben hergestellt wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung sieht ferner vor, die Beschichtungen, insbesondere die Al- bzw. Cu-Beschichtung, die auf die Cu-Inlays oder Al-Inlays aufgebracht werden, auf diesen galvanisch abzuscheiden oder durch Walzplattierung aufzubringen.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorgehäuse eignet sich in vorteilhafter Weise für den Einbau in eine Batteriezelle eines Batteriemoduls oder eines Batteriepacks als Traktionsbatterie eines Hybrid- oder eines Elektrofahrzeuges.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorgehäuse ermöglicht den Einbau mindestens eines Sensors und gegebenenfalls eines weiteren elektronischen Bauteiles innerhalb einer Batteriezelle, so dass weitere Messgrößen außer Spannung und Temperatur, beispielsweise der Druck, der in einer Batteriezelle herrscht, gemessen werden können. Aufgrund des gewählten medienresistenten, fluorpolymeren Materials kann das Sensorgehäuse durch chemische Reaktionen mit dem Elektrolyten weder angegriffen noch zersetzt werden. Daneben besteht die Möglichkeit, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorgehäuse auch in anderen Bereichen einzusetzen, so zum Beispiel für Sensoren, die im Abgasstrang von Automobilen eingesetzt werden, oder bei Sensoren, die in Kontakt mit Getriebeöl und Salzwasser und dergleichen aggressiven Substanzen geraten.
Aufgrund der Flexibilität des Materials der Deckschicht, mit welcher die den Sensor und/oder mindestens eine weitere elektronische Komponente aufnehmende Kavität verschlossen wird, wird die Druckübertragung in das Sensorgehäuse bei gleichzeitiger Abschirmung des Sensors und dessen elektrischer Kontakte vor Umwelteinflüssen gewährleistet. Wird die Kavität, in der mindestens ein Sensor aufgenommen ist, mit einem Fluid, beispielsweise einem Gel oder einem Öl befüllt, ist die Druckübertragung verbessert, ferner stellt sich eine bessere Dynamik ein. Die Bauform und die Abmessungen des zum Einsatz im Batteriezelleninneren tauglichen erfindungsgemäßen Sensorgehäuses werden nicht wesentlich gegenüber einem standardmäßigen Sensorgehäuse verändert, so dass kein zusätzlicher Bauraumbedarf im Innenraum einer Batteriezelle oder gar eine Modifikation des Batteriezellengehäuses bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuse erforderlich ist.
Aufgrund des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses kann eine Kontaktierung der Kontaktierungsflächen des Sensorgehäuses an die Stromabnehmer einer Batteriezelle ohne Bildung eines Korrosionselementes vorgenommen werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene massive Ausführung der Kontaktierungsflächen, beispielsweise als Cu-Inlay oder Al-Inlay erlaubt eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Verschweißung des Sensorgehäuses mit den Stromabnehmern der Batteriezelle, so dass ein Lotprozess umgangen werden kann. Da dieser umgangen werden kann, können andernfalls aufgrund der unterschiedlichen elektrochemischen Potentiale auftretende Korrosionserscheinungen wirksam unterbunden werden. Die elektrischen Kontaktierungsflächen des mindestens einen Sensors können durch Leiterbahnen und/oder Vias der Leiterplatte, insbesondere der ersten Leiterplattenlage von mindestens einem Sensor und dem Innenraum der Kavität auf das Cu- bzw. das Al-Inlay geführt werden. Damit das Al-Inlay sowohl mit dem Leiterplattenprozess (kein Aluminium in der Kupfergalvanik) als auch mit den chemischen Bedingungen in einer Batteriezelle (kein metallischer Kupfer-Aluminium Übergang in der Batteriezelle) kompatibel ist.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorgehäuse wird ein Sensorgehäuse erhalten, welches mit bewährten und fertigungstechnisch zuverlässigen Leiterplattenprozessen gefertigt werden kann, welches in einer Ausführungsvariante massive Kupfer- und Aluminiumkontaktflächen, eben jene Cu- bzw. Al-Inlays, aufweist, um das Sensorgehäuse elektrisch ohne Bildung eines Korrosionselementes mit den Stromabnehmern einer Batteriezelle zu verbinden. Dies erfolgt vorzugsweise über eine stoffschlüssige Verbindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 zeigt eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses,
2 zeigt das Sensorgehäuse gemäß 1 mit einer Kavität, die mit einem Fluid befüllt ist,
3 zeigt in schematischer Weise die Komponenten des Sensorgehäuses,
4 zeigt eine Draufsicht auf die erste Leiterplattenlage, die die Kavität begrenzt,
5 zeigt eine Draufsicht auf die zweite Leiterplattenlage, d.h. die Leiterplatte mit Cu-Leiterbahnen und eine Montagefläche für den mindestens einen Sensor,
6 zeigt eine erste mögliche Position von elektrischen Kontaktierungsflächen in einer Zwischenebene des Sensorgehäuses,
7 zeigt an die Oberseite des Sensorgehäuses geführte Kontaktierungspads,
8 zeigt an der Unterseite des Sensorgehäuses liegende elektrische Kontaktierungspads,
9 zeigt an den Seitenflächen des Sensorgehäuses mündende Kontaktierungspads,
10 zeigt Vias, mit denen eine Cu-Leiterbahn im Sensorgehäuse kontaktiert ist,
11 zeigt die Draufsicht auf die Oberseite der ersten Leiterplattenlage,
12 zeigt einen mit einer Cu-Lage versehenen Bereich auf der Oberseite der ersten Leiterplattenlage,
13 zeigt das Sensorgehäuse mit einer Al-Leiterbahn und einer Cu-Leiterbahn,
14 zeigt ein Sensorgehäuse mit einer Al-beschichteten Cu-Leiterbahn und einer Cu-Leiterbahn zur elektrischen Kontaktierung,
15 zeigt ein Sensorgehäuse mit als Cu-Inlay und als Al-Inlay ausgebildeten, in das Gehäusematerial eingebetteten elektrischen Kontaktierungsflächen,
16 zeigt seitlich kontaktierbare Cu- und Al-Inlays,
17 zeigt an der Oberseite des Sensorgehäuses kontaktierbare Cu- bzw. Al-Inlays,
18 zeigt an der Unterseite kontaktierbare Cu- bzw. Al-Inlays,
19 zeigt in einer Zwischenebene des Sensorgehäuses liegende Bereiche von Cu- und Al-Inlays zur elektrischen Kontaktierung,
20 zeigt in einer vertikal orientierten Einbaulage übereinander angeordnete Inlays zur Herstellung einer elektrischen Klemmkontaktierung,
21 zeigt an der Unterseite des Sensorgehäuses vorgesehene Abgleichkontaktierungspads und
22 zeigt als Cu- bzw. Al-Inlays ausgebildete elektrische Kontaktierungsflächen, die mit einer drahtbondbaren Beschichtung versehen sind.
Ausführungsvarianten
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 ist ein Sensorgehäuse 10 zu entnehmen, das eine Kavität 16 aufweist. In der Kavität 16 befindet sich ein Sensor 12, beispielsweise ein Drucksensor. Der Sensor 12 ist über einen Drahtbond 14 mit einer Cu-Leiterbahn 18 verbunden. Die Cu-Leiterbahn 18 erstreckt sich durch eine zweite Leiterplattenlage 24. Dabei kann der Seitenansicht der 1 der genaue Verlauf der Cu-Leiterbahn 18 in der Ebene der Leiterplattenlage 24 nicht entnommen werden. Die Kavität 16, in der sich der mindestens eine Sensor 12 befindet, ist durch eine flexible Deckschicht 20 verschlossen. Die Kavität 16 wird durch die flexible Deckschicht 20 fluiddicht verschlossen, und andererseits durch eine erste Leiterplattenlage 22 begrenzt, die sich zwischen der flexiblen Deckschicht 20 und der zweiten Leiterplattenlage 24 befindet. Dabei bilden die erste Leiterplattenlage 22 und die zweite Leiterplattenlage 24 eine Leiterplatte aus.
Bei der flexiblen Deckschicht 20 handelt es sich um ein flexibles, dünnes Material mit einer Dicke < 150µm, welches neutrale Eigenschaften in Bezug auf einen Elektrolyten innerhalb einer Batteriezelle aufweist. Durch die flexible Deckschicht 20 wird die Kavität 16 fluidisch dicht und chemisch beständig verschlossen. Die Verbindung erfolgt bevorzugt durch Kleben, Schweißen oder thermisches Verfügen oder anderer dafür geeigneter stoffschlüssige Verbindungsverfahren.
Aufgrund der Flexibilität des Materials der flexiblen Deckschicht 20 ist eine Druckübertragung in die Kavität 16 unter gleichzeitiger Gewährleistung der Abschirmung des mindestens einen Sensors 12 und dessen elektrischer Kontakte vor Umwelteinflüssen dauerhaft gewährleistet. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass die zweite Leiterplattenlage 24, d.h. der Teil der Leiterplatte, der die Leiterbahnen umfasst, eine Oberseite 52 und eine Unterseite 54 aufweist.
2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses.
Das in 2 dargestellte Sensorgehäuse 10 entspricht dem in Zusammenhang mit 1 bereits beschriebenen Sensorgehäuse 10, lediglich mit dem Unterschied, dass die Kavität 16 mit einem Fluid 26 befüllt ist. Bei dem Fluid 26 zur Verbesserung der Druckübertragung in die Kavität 16, d.h. in das Innere des Sensorgehäuses 10 und auf den mindestens einen Sensor 12, kann es sich um ein Gel oder ein Öl handeln. Das Fluid 26, mit dem die Kavität 16 des Sensorgehäuses 10 befüllt ist, verbessert nicht nur die Druckübertragung an den mindestens einen Sensor 12, sondern erhöht auch die Dynamik des mindestens einen Sensors 12. Die Bauform und die Abmessungen für einen Batteriezelleninternen Einbau des Sensorgehäuses 10 unterscheiden sich nicht wesentlich von einem Standardsensorgehäuse.
3 zeigt in Explosionsdarstellung die Komponenten des Sensorgehäuses.
3 zeigt, dass das Sensorgehäuse 10 im Wesentlichen durch die flexible Deckschicht 20, die erste Leiterplattenlage 22 und die zweite Leiterplattenlage 24 gebildet ist. Die zweite Leiterplattenlage 24 weist die Oberseite 52 auf, daneben eine Unterseite 54. In die Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage ist mindestens eine Cu-Leiterbahn 18 eingelassen. Zusammen mit der ersten Leiterplattenlage 22 bildet die zweite Leiterplattenlage 24 die Leiterplatte.
4 zeigt in der Draufsicht die Kavität 16, die von der umlaufenden ersten Leiterplattenlage 22 begrenzt ist. Die erste Leiterplattenlage 22 bildet dabei eine Umrandung der Kavität 16 aus.
5 zeigt in der Draufsicht die Oberseite der Leiterplattenlage des Sensorgehäuses.
Aus der Draufsicht gemäß 5 geht hervor, dass in die Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24 zwei Cu-Leiterbahnen 18 eingelassen sind. Gestrichelt ist eine Einbaufläche 28 für den mindestens einen Sensor 12 angedeutet. Auf diese Einbaufläche 28 wird der mindestens eine Sensor 12, beispielsweise ein Drucksensor, auf der Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage, d.h. der eigentlichen Leiterplatte montiert, vorzugsweise eingeklebt.
6 zeigt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorgehäuse mit in einer Zwischenebene des Sensorgehäuses liegenden elektrischen Kontaktierungsflächen (Kontaktpads).
Das Sensorgehäuse 10 umfasst die Kavität 16, die durch die flexible Deckschicht 20, die erste Leiterplattenlage 22 und die Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24 gebildet ist. Im Inneren der Kavität 16 befindet sich neben dem mindestens einen Sensor 12 ein weiteres elektronisches Bauelement 13, bei dem es sich beispielsweise um einen ASIC handeln kann. Wie aus der Darstellung gemäß 6 hervorgeht, liegt mindestens eine Cu-Leiterbahn 18 in der Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24. Elektrische Kontaktierungsflächen 30 in Gestalt von Kontaktpads sind seitlich in einer Zwischenebene 69 des Sensorgehäuses 10 liegend angeordnet. Die beiden als Kontaktpads ausgeführten Kontaktierungsflächen 30 sind in einer ersten Position 32 in der Zwischenebene 69 liegend, seitlich aus dem Sensorgehäuse 10 herausgezogen.
7 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit für die Orientierung elektrischer Kontaktierungsflächen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses.
Auch in der in 7 dargestellten Ausführungsvariante des Sensorgehäuses 10 ist die Kavität 16 durch die flexible Deckschicht 20, die erste Leiterplattenlage 22 und die zweite Leiterplattenlage 24 begrenzt. In der Kavität 16 befinden sich neben dem mindestens einen Sensor 12, der beispielsweise als Drucksensor ausgebildet sein kann, ein weiteres elektronisches Bauelement 13 in Gestalt eines ASICs. Über jeweils einen Drahtbond 14 ist der mindestens eine Sensor 12 mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement 13 verbunden und das mindestens eine elektronische Bauelement 13 ist wiederum mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 verbunden. Diese weist als Kontaktpads ausgeführte Kontaktierungsflächen 30 auf, die in der Ausführungsvariante gemäß 7 in einer zweiten Position 34 an der Oberseite des Sensorgehäuses 10 liegend elektrisch kontaktierbar sind. Über Vias 40 sind die als Kontaktpads ausgeführten Kontaktierungsflächen 30 mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 verbunden. Eine Abdichtung der Vias 40 wird hierbei durch die darüber angeordnete erste Leiterplattenlage 22 erreicht.
In 8 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses dargestellt, mit Kontaktpads an der Unterseite des Sensorgehäuses.
Das Sensorgehäuse 10 umfasst die Kavität 16, die durch die Deckschicht flexible 20, der ersten Leiterplattenlage 22 und die Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24 begrenzt ist. An der Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24 befindet sich die mindestens eine Cu-Leiterbahn 18, über welche via Drahtbonds 14 der mindestens eine Sensor 12 sowie das mindestens eine elektronische Bauelement 13 elektrisch kontaktiert sind. In der in 8 dargestellten Ausführungsvariante erstrecken sich die als Kontaktpads ausgeführten Kontaktierungsflächen 30 in einer dritten Position 36 in Richtung der Unterseite 54, der die Leiterplatte darstellenden zweiten Leiterplattenlage 24 und sind wieder über Vias 40 mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 verbunden.
In 9 schließlich ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses dargestellt.
Bei der Darstellung gemäß 9 handelt es sich um ein Sensorgehäuse 10, in dem – analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen gemäß der 6, 7 und 8 – in der Kavität 16 mindestens ein Sensor 12 sowie ein elektronisches Bauelement 13, beispielsweise ein ASIC angeordnet ist. Über Drahtbonds 14 werden der mindestens eine Sensor 12, beziehungsweise das mindestens eine elektronische Bauelement 13, mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 elektrisch kontaktiert. Eine Cu-Leiterbahn 18 gemäß der Ausführungsvariante des Sensorgehäuses 10 nach 9 erstreckt sich in horizontaler Richtung durch die zweite Leiterplattenlage 24 zu einer Seitenfläche des Sensorgehäuses 10, eine andere Cu-Leiterbahn 18 erstreckt sich zur anderen Seitenfläche des Sensorgehäuses 10 und kann dort in einer vierten Position 38 elektrisch kontaktiert werden.
In der Ausführungsvariante gemäß der 10 ist ein erfindungsgemäßes Sensorgehäuse 10 dargestellt, bei dem sich Vias 40 von der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18, die in die zweite Leiterplattenlage 24 eingelassen ist, erstrecken. In der zweiten Leiterplattenlage 24 des Sensorgehäuses 10 verlaufen von der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 im Wesentlichen in vertikale Richtung Vias 40, die durch eine Abdichtung 42, abgedichtet sind. In der Ausführungsvariante des Sensorgehäuses 10 nach 10 sind die Vias 40 durch die zusätzliche Abdichtung 42 verschlossen, so dass die Kavität 16, begrenzt durch die flexible Deckschicht 20, die erste Leiterplattenlage 22 und die die Leiterplatte darstellende zweite Leiterplattenlage 24, nach wie vor abgedichtet ist.
11 und 12 zeigen jeweils Draufsichten auf die Oberseite der ersten Leiterplattenlage des Sensorgehäuses.
In 11 ist dargestellt, dass die zweite Leiterplattenlage 24 eine PTFE-Oberseite 44 aufweist. Auf der Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24 erstrecken sich die Cu-Leiterbahnen 18 im Wesentlichen parallel zueinander. Die gestrichelt dargestellte Einbaufläche 28 zeigt den Einbauort, auf welchem der mindestens eine Sensor 12, beispielsweise ein Drucksensor, vorzugsweise aufgeklebt wird. 12 zeigt, dass in dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses 10 die Einbaufläche 28 auf der Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24 mit einer zusätzlichen Cu-Lage 46 versehen ist. Die Cu-Lage 46 kann als Pad strukturiert sein, um die Klebung des mindestens einen Sensors 12 auf dem Leiterplattenkern zur vereinfachen, da die medienresistenten fluorpolymeren Materialien eine sehr geringe Oberflächenspannung aufweisen.
Die 13 und 14 zeigen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses mit Leiterbahnen unterschiedlicher Materialien.
So ist beispielsweise in 13 das Sensorgehäuse 10 dargestellt, das die Kavität 16 enthält. In der Kavität 16 befindet sich mindestens ein Sensor 12 sowie mindestens ein elektronisches Bauelement 13, die beispielsweise über Drahtbonds 14 mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 verbunden sind. Die Kavität 16 wird durch die flexible Deckschicht 20, die erste Leiterplattenlage 22 sowie die zweite Leiterplattenlage 24 begrenzt. An der Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24 verläuft die Cu-Leiterbahn 18 in einer Zwischenebene 69 liegend nach außen, während eine Al-Leiterbahn 48, die ebenfalls in der Zwischenebene 69 liegt, an der anderen Seite des Sensorgehäuses 10 nach außen reicht. Gemäß einer in 14 dargestellten Ausführungsvariante kann mindestens einer der Kontakte an der Außenseite des Sensorgehäuses 10 aus Aluminium gefertigt sein, oder zusätzlich mit Aluminium und etwaigen Zwischenschichten beschichtet werden, wie in 14 vgl. Bezugszeichen 50, dargestellt ist. In der Ausführungsvariante gemäß 14 ist die mindestens eine Cu-Leiterbahn 18 an einer in der Zwischenebene 69 liegenden Stelle mit einer Al-Beschichtung 50 versehen. Durch die Ausführungsvarianten gemäß der 13 und 14 kann eine stoffgleiche Verbindung zwischen den als Kontaktpads ausgeführten Kontaktierungsflächen 30 an der Außenseite des Sensorgehäuses 10 einerseits und den Stromabnehmern einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, die ihrerseits aus Kupfer bzw. aus Aluminium gefertigt sind, realisiert werden.
Gemäß den in 13 und 14 dargestellten Ausführungsvarianten sind die jeweiligen Kavitäten 16 des Sensorgehäuses 10 jeweils abgedichtet durch die flexible Deckschicht 20, die erste Leiterplattenlage 22 sowie die Oberseite 52 der zweiten Leiterplattenlage 24. Sie sind mit mindestens einem Sensor 12 und mindestens einem weiteren elektronischen Bauelement 13, beispielsweise einem ASIC bestückt, welche über die Al-Leiterbahn 48 und die Cu-Leiterbahn 18, beziehungsweise über die mindestens eine Cu-Leiterbahn 18 sowie einer mit der Al-Beschichtung 50 versehene Cu-Leiterbahn 18 von der Außenseite des Sensorgehäuses 10 her elektrisch kontaktierbar sind.
15 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses 10, bei dem die Kavität 16 analog zu den vorstehenden Ausführungsvarianten der Sensorgehäuse 10 durch die flexible Deckschicht 20, die erste Leiterplattenlage 22 und in dieser Ausführungsmöglichkeit durch einen Leiterplattenkern 60 einer Leiterplatte begrenzt ist. Innerhalb der Kavität 16 befindet sich der mindestens eine Sensor 12, der über den Drahtbond 14 mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 elektrisch verbunden ist. Die mindestens eine Cu-Leiterbahn 18 ihrerseits kontaktiert ein Cu-Inlay 56 und ein Al-Inlay 58, welches seinerseits mit einer Kupferschicht 59 versehen ist. Das Cu-Inlay 56 und das Al-Inlay 58 sind an ihren Unterseiten offen, d.h. in das medienresistente fluorpolymere Material des Sensorgehäuses 10 eingepresst und an der Unterseite des Sensorgehäuses 10 elektrisch kontaktierbar. In der in 15 dargestellten Ausführungsvariante des Sensorgehäuses 10 dienen das Cu-Inlay 56 und das Al-Inlay 58 als Kontaktierungsflächen 30. Wie aus 15 hervorgeht, ist das Al-Inlay 58 auf mindestens einer Fläche mit der Kupferschicht 59 versehen und an mindestens einer Fläche unbeschichtet. Der Übergang zwischen der beschichteten und der unbeschichteten Fläche liegt nicht offen, das bedeutet, es ist vom Material des Sensorgehäuses 10 umschlossen.
Die 16, 17, 18 und 19 zeigen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Anordnung von elektrischen Kontaktierungsflächen, auch als Kontaktierungspads bezeichnet.
Die nach außen offen liegenden Inlays, d.h. das Cu-Inlay 56 und das Al-Inlay 58, können gemäß 16 in einer vierten Position 68 seitlich am Sensorgehäuse 10 elektrisch kontaktiert werden, gemäß 17 in einer zweiten Position 64 an der Oberseite des Sensorgehäuses 10 elektrisch kontaktiert werden, und – wie in 18 dargestellt – analog zur Darstellung gemäß 15 an der Unterseite des Sensorgehäuses 10 in einer dritten Position 66 elektrisch kontaktiert werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, gemäß der in 19 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses 10, die in das Sensorgehäuse 10 eingelassenen Inlays, d.h. das Cu-Inlay 56 und das Al-Inlay 58, versehen mit der Kupferschicht 59 in einer vierten Position 68, d.h. in einer Zwischenebene 69 des Sensorgehäuses 10 liegend, elektrisch zu kontaktieren.
Allen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuse 10 gemäß der 16, 17, 18 und 19 ist gemeinsam, dass die Kavität 16 von der flexiblen Deckschicht 20, der Leiterplattenanlagen und Seitenflächen, die der ersten Leiterplattenlage 22 entsprechen, begrenzt ist. In der Kavität 16 ist in den Ausführungsvarianten gemäß der 16, 17, 18 und 19 ein Sensor 12 angeordnet, der über den Drahtbond 14 mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 elektrisch kontaktiert ist.
20 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses.
In der Ausführungsvariante gemäß 20 befinden sich das Cu-Inlay 56 und das mit der Kupferschicht 59 versehene Al-Inlay 58 in einer übereinanderliegenden Anordnung 70. Beide Inlays 56, 58 werden über die mindestens eine Cu-Leiterbahn 18, die sich durch den Leiterplattenkern 60 erstreckt, elektrisch kontaktiert. In der Kavität 16 des Sensorgehäuses 10 befindet sich der Sensor 12, beispielsweise ausgebildet als Drucksensor, der über den Drahtbond 14 mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 elektrisch in Kontakt steht. Die Kavität 16 ist durch die flexible Deckschicht 20 verschlossen. Erfolgt eine Kontaktierung der in übereinanderliegender Anordnung 70 angeordneten Inlays 56, 58, kann durch eine Klemmkontaktierung 76 eine einfache elektrische Kontaktierung realisiert werden.
21 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses.
Gemäß dem in 21 dargestellten Sensorgehäuse 10 befindet sich an der Unterseite 54 des Sensorgehäuses 10 eine Anzahl von Abgleichkontaktierungspads 72. Diese stehen jeweils mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18, die sich durch die Kavität 16 erstreckt, elektrisch in Verbindung. In der Kavität 16, die durch die flexible Deckschicht 20 verschlossen ist, befindet sich der mindestens eine Sensor 12, der über den Drahtbond 14 mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18 elektrisch kontaktiert ist. In dieser Ausführungsvariante liegen die beiden Inlays 56, 58 getrennt voneinander in horizontaler Anordnung innerhalb des Sensorgehäuses 10 und können von der Außenseite des Sensorgehäuses 10 an den Positionen 68 elektrisch kontaktiert werden.
22 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorgehäuses 10, bei der auf eine Umverdrahtung in Gestalt einer Cu-Leiterbahn 18 verzichtet werden kann. Voraussetzung dafür ist, dass sowohl das Cu-Inlay 56 als auch das Al-Inlay 58, die in den Kern 60 eingelassen sind, mit einer drahtbondbaren Beschichtung 74 versehen sind. Bei der drahtbondbaren Beschichtung 74 handelt es sich insbesondere um eine Beschichtung aus Ni, Pd oder auch Au. Wie 22 zeigt, können die Drahtbonds 14 des mindestens einen Sensors 12 unmittelbar mit dem Cu-Inlay 56 bzw. dem Al-Inlay 58 verbunden werden. In diesem Falle kann auf die Kupferbeschichtung des Al-Inlays 58, vgl. Bezugszeichen 59 in 19 verzichtet werden.
In einem Herstellungsprozess werden die Kupferlagen, d.h. die Umverdrahtung in Gestalt der mindestens einen Cu-Leiterbahn 18, der zweiten Leiterplattenlage 24 derart strukturiert, wie sie für die elektrische Anbindung des mindestens einen Sensors 12 nötig sind. Die erste Leiterplattenlage 22 weist eine Dicke auf, die mindestens der Dicke des mindestens einen Sensors 12 entspricht, und wird zum Beispiel durch Fräsen oder Lasern so strukturiert, dass Durchlöcher erhalten werden, deren laterale Abmessungen größer als die Abmessungen des Sensors 12 und mögliche Kontaktierungsflächen für denselben sind. Anschließend werden beide Lagen, d.h. die erste Leiterplattenlage 22 und die zweite Leiterplattenlage 24, durch Verpressen unter Druck und Temperatureintrag miteinander verbunden, so dass durch das einseitige Abschließen der Durchlöcher in der zweiten Leiterplattenlage 24 Kavitäten entstehen. Im Folgeschritt kann der mindestens eine Sensor 12 in der so entstandenen Kavität 16 platziert und elektrisch mit der zweiten Leiterplattenlage 24 verbunden werden. Als letzter Schritt wird die Kavität 16 durch die flexible Deckschicht 20 beispielsweise in Gestalt einer Folie verschlossen, was durch Verpressen unter Temperatureinwirkung, durch Verschweißen oder durch Verkleben erfolgt.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005/0001214 A1 [0002]
KR 20110038202 A [0003]

Claims

Sensorgehäuse (10) für mindestens einen Sensor (12) und/oder mindestens ein elektronisches Bauelement (13), wobei der mindestens eine Sensor(12) und/oder das mindestens eine elektronische Bauelement (13) in einer Kavität (16) aufgenommen ist, die in dem Sensorgehäuse (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (10) aus einem medienresistenten fluorpolymeren Material gefertigt ist, in welches von außerhalb des Sensorgehäuses (10) kontaktierbare Kontaktierungsflächen (30, 56, 58) eingebettet sind.
Sensorgehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das medienresistente fluorpolymere Material Polytetrafluorethylen (PTFE), fluorisiertes Ethylen-Propylen (FEP) oder Polychlortriflourethylen (PCTFE) ist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das medienresistente fluorpolymere Material neutrale Eigenschaften in Bezug auf einen Elektrolyten in einer Batteriezelle aufweist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (16) durch eine flexible Deckschicht (20) von ≤ 150 µm Dicke, einer Folie oder einem dünnen Leiterplattenkern mit einer Dicke von ≤ 150 µm fluiddicht verschlossen ist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (16) mit einem Fluid (26) befüllt ist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (10) mindestens eine Cu-Leiterbahn (18) umfasst und/oder an einer Einbaufläche (28) für den mindestens einen Sensor (12) oder das mindestens eine elektronische Bauelement (13) eine Cu-Lage (46) vorgesehen ist.
Sensorgehäuse (10) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kavität (16) neben dem mindestens einen Sensor (12) mindestens ein weiteres elektronisches Bauelement (13) enthalten ist, welches mit der mindestens einen Cu-Leiterbahn (18) elektrisch kontaktiert ist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von außerhalb des Sensorgehäuses (10) elektrisch kontaktierbaren Kontaktierungsflächen (30; 56, 58) in einer ersten Position (32, 62) in einer Zwischenebene (69), oder in einer zweiten Position (34, 64) an der Oberseite oder in einer dritten Position (36, 66) an der Unterseite, oder in einer vierten Position (38, 68) seitlich am Sensorgehäuse (10) ausgeführt sind.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsflächen (30) als Vias (40) ausgeführt sind, die an einer Unterseite (54) des Sensorgehäuses (10) durch eine zusätzliche Abdichtung (42) oder durch eine über diesen liegende zweite Leiterplattenlage (24) fluiddicht abgedichtet sind.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der elektrisch kontaktierbaren Kontaktierungsflächen (30; 56, 58) als Al-Leiterbahn (48) oder als Cu-Leiterbahn (18) mit einer Al-Beschichtung (50) ausgeführt ist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsflächen (30) als in das medienresistente fluorpolymere Material eingebettetes Cu-Inlay (56) und Al-Inlay (58) ausgeführt sind, das Al-Inlay (58) auf mindestens einem Flächenabschnitt eine Cu-Beschichtung (59) aufweist und auf einem weiteren Flächenabschnitt unbeschichtet ist und ein Übergang zwischen dem beschichteten und dem unbeschichteten Flächenabschnitt vom fluorpolymeren Material umschlossen ist, oder die Kontaktierungsflächen (30) als zwei Cu-Inlays (56) ausgeführt sind.
Sensorgehäuse (10) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Al-Inlays (58) mit Cu-Beschichtung (59), ein Cu-Inlay (56) mit Al-Beschichtung eingesetzt wird, wobei die Al-Beschichtung eine Kontaktierungsfläche (30) bildet.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei übereinanderliegender Anordnung (70) der Kontaktierungsflächen (56, 58) eine Klemmkontaktierung (76) realisiert ist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (10) zusätzliche Abgleich-Kontaktierungspads (72) für den mindestens einen Sensor (12) und/oder das mindestens eine elektronische Bauelement (13) aufweist.
Sensorgehäuse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsflächen (30) des Cu-Inlays (56) eine drahtbondbare Beschichtung (74) umfassend Ni, Pd und/oder Au aufweisen und der mindestens eine Sensor (12) und/oder das mindestens eine elektronische Bauelement (13) über einen Drahtbond (14) direkt mit der mindestens einen Kontaktierungsfläche (30) kontaktiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorgehäuses (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine fluidisch dichte Verbindung einer flexiblen Deckschicht (20) mit dem Sensorgehäuse (10) durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, durch thermisches Fügen, durch Versiegeln oder Kleben erfolgt, und eine Cu-Beschichtung (59) eines Al-Inlays (58) oder eine Al-Beschichtung eines Cu-Inlays (56) galvanisch oder durch Walzplattieren aufgebracht wird.
Verwendung des Sensorgehäuses (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 in einer Batteriezelle eines Batteriemoduls oder eines Batteriepacks als Traktionsbatterie eines Hybridfahrzeuges oder eines Elektrofahrzeuges.