DE102017218893A1

DE102017218893A1 - Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal strömenden fluiden Mediums

Info

Publication number: DE102017218893A1
Application number: DE102017218893.6A
Authority: DE
Inventors: Norbert Schneider; Ulrich Schaaf; Andreas Kugler; Michael Horstbrink; Thomas Schwartzkopff; Andreas Kuehn; Michael RITTMANN; Reinhold Herrmann; Alexander Markov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-04-25
Also published as: CN109696215A; CN109696215B

Abstract

Sensoranordnung (110) zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal (112) strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, wobei die Sensoranordnung (110) ein Gerätegehäuse (114), insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler (116), einen in dem Messkanal (112) angeordneten Sensorchip (122) sowie mindestens einen in dem Gerätegehäuse (114) angeordneten Elektronikraum (118) aufweist, wobei der Sensorchip (122) in eine Sensoreinheit (120) integriert ist, wobei die Sensoreinheit (120) an einem innerhalb des Elektronikraums (118) angeordneten Elektronikmodul (124) angebracht ist, wobei die Sensoreinheit (120) zumindest teilweise in dem Messkanal (112) angeordnet ist, wobei der Sensorchip (122) stoffschlüssig und/oder formschlüssig in mindestens ein Material (126) der Sensoreinheit (120) eingebettet ist.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung wenigstens einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums bekannt, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen. Bei den Eigenschaften als möglichem Parameter kann es sich dabei grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemisch messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf sogenannte Heißfilmluftmassenmesser beschrieben, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage 2012, Seiten 146-148 bekannt sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorelement, insbesondere einem Sensorchip, beispielsweise einem Silizium-Sensorchip, beispielsweise mit einer Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich, welcher von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Das Sensorelement umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorelements angeordnet sind. Dabei ist in der Regel der eine Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements angebracht. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden.
Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, welche fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar sind. Beispielsweise kann es sich bei dem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln. Dabei durchströmt ein Teilstrom des fluiden Mediums wenigstens einen in dem Heißfilmluftmassenmesser vorgesehenen Hauptkanal. Zwischen dem Einlass und dem Auslass des Hauptkanals ist ein Bypasskanal ausgebildet. Insbesondere kann der Bypasskanal derart ausgebildet sein, dass er einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass des Hauptkanals eingetretenen Teilstroms des Mediums aufweist, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem das Sensorelement angeordnet ist. Der zuletzt genannte Abschnitt stellt den eigentlichen Messkanal dar, in dem das Sensorelement angeordnet ist.
Bei üblichen Heißfilmluftmassenmessern von der beschriebenen Art ragt in der Regel ein Sensorträger mit einem darauf angebrachten und separat ausgeprägten Sensorelement in den Messkanal hinein. Beispielsweise kann das Sensorelement auf den Sensorträger aufgeklebt sein. Der Sensorträger kann beispielsweise eine Einheit mit einem Bodenblech aus Metall bilden, auf welchem auch eine Ansteuer- und Auswerteschaltung mit einer Leiterplatte als Schaltungsträger aufgeklebt sein kann. Beispielsweise kann der Sensorträger als angespritztes Kunststoffteil eines Elektronikmoduls ausgestaltet sein. Der Sensorchip und die Ansteuer- und Auswerteschaltung können beispielsweise durch Bondverbindungen miteinander verbunden sein. Das derart entstandene Elektronikmodul kann beispielsweise in ein Gerätegehäuse eingeklebt werden. Der gesamte Steckfühler kann üblicherweise mit Deckeln verschlossen werden, beispielsweise mit einem Bypassdeckel, welcher üblicherweise den Bypasskanal ganz oder zumindest teilweise enthält, sowie mit einem Elektronikraumdeckel.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Insbesondere ist eine zuverlässige Bestimmung des Parameters, insbesondere die störungsfreie Generierung und Übertragung der Messsignale des Sensorelements an die Ansteuer- und Auswerteschaltung, wünschenswert. Die zuverlässige Bestimmung des Parameters ist in der Regel nur möglich, wenn die Messoberfläche des Sensorelements und alle Verbindungen, insbesondere alle Bondverbindungen, zwischen dem Sensorelement und der Ansteuer- und Auswerteschaltung voll funktionsfähig sind, also keine Beschädigung aufweisen. Insbesondere in der Herstellung des Heißfilmluftmassenmessers muss dabei auf eine sorgfältige Arbeitsweise geachtet werden. Beispielsweise wird in vielen Fällen das Sensorelement als empfindlicher Nacktchip, welcher auch als BareDie bezeichnet wird, in der Fertigung gehandhabt. Beispielsweise können die für die Verarbeitung notwendigen Anlagen einen erhöhten Aufwand erforderlich machen.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Unter einer „Sensoranordnung“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche den einen Parameter bestimmen kann und welche beispielsweise mindestens ein Messsignal entsprechend des bestimmten Parameters erzeugen kann, beispielsweise ein elektrisches Messsignal wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Bei dem Parameter kann es sich beispielsweise um eine physikalische und/oder eine chemische Eigenschaft des strömenden fluiden Mediums handeln. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Insbesondere kann es sich bei dem Parameter um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln.
Die Sensoranordnung kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung als so genannter Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet sein, welcher beispielsweise im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angebracht sein kann. Auch andere Ausgestaltungsformen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Die Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, umfasst ein Gerätegehäuse, insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler, und einen in dem Messkanal angeordneten Sensorchip zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums. Dabei kann der Messkanal mindestens einen Auslass und einen Einlass aufweisen. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung mindestens einen in dem Gerätegehäuse angeordneten Elektronikraum. Der Sensorchip ist in eine Sensoreinheit integriert, welche an einem innerhalb des Elektronikraums angeordneten Elektronikmodul angebracht ist. Die Sensoreinheit ist weiterhin zumindest teilweise in dem Messkanal angeordnet. Der Sensorchip ist derart in die Sensoreinheit integriert, dass der Sensorchip formschlüssig und/oder stoffschlüssig in mindestens ein Material, insbesondere ein Kunststoffmaterial, der Sensoreinheit eingebettet, insbesondere teilweise von dem Material umspritzt, ist.
Unter einer „stoffschlüssigen Anbindung“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Anbindung eines ersten Elements an einem zweiten Element verstanden werden, bei der eine Verbindung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element durch atomare und/oder molekulare Kräfte sichergestellt wird. Unter dem Begriff „formschlüssig“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Verbindung von mindestens zwei Elementen mittels eines Formschlusses verstanden. Unter einem „Formschluss“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Verbindung mindestens zweier Elemente verstanden, welche eine Relativbewegung der mindestens zwei Elemente zueinander mittels einer geometrischen Form der Elemente verhindert. Beispielsweise kann eine derartige Verbindung durch ein ganz oder teilweises Umspritzen des ersten Elements mit dem zweiten Element bewirkt werden. Unter „Umspritzen“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein formgebendes Verfahren, insbesondere ein Urformverfahren, verstanden. Insbesondere kann das Umspritzen des ersten Elements mit dem zweiten Element in einem Spritzgussverfahren bewirkt werden. Bei dem zweiten Element kann es sich dabei um ein Element handeln, welches während der Formgebung zeitlich begrenzt eine flüssige Konsistenz aufweist. Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Element um ein Kunststoffmaterial handeln, welches eine niedrigere Viskosität als das erste Element aufweist. Das erste Element kann insbesondere eine feste Konsistenz aufweisen. Beispielsweise kann eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Sensorchip und dem Kunststoffmaterial mittels des ganz oder teilweisen Umspritzens des Sensorchips mit dem zeitweise verflüssigten Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren bewirkt werden.
Die Sensoreinheit kann dabei mindestens ein Mikroelektromechanisches Sensorsystem (MEMS-Sensor) umfassen. Unter einem „Mikroelektromechanischen Sensorsystem“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein technisches System verstanden, welches eine Größe von typischerweise 0,02 mm bis 10,0 mm aufweist. Beispielsweise kann das Mikroelektromechanische Sensorsystem eine Größe aufweisen zwischen 0,5 mm x 0,5 mm und 5 mm x 10 mm. Insbesondere kann das Mikroelektromechanische Sensorsystem weiterhin eine Dicke von typischerweise 0,2 mm bis 0,7 mm aufweisen. Beispielsweise eine Größe <1,0 mm. Das Mikroelektromechanische Sensorsystem kann eine Mehrzahl Komponenten umfassen.
Der Sensorchip kann mindestens eine Messoberfläche aufweisen. Auf der Messoberfläche können mindestens ein Heizelement und mindestens zwei Temperaturfühler angeordnet sein. Der Sensorchip kann weiterhin derart formschlüssig und/oder stoffschlüssig in das Material der Sensoreinheit eingebettet sein, dass die Messoberfläche frei bleibt. Die Sensoreinheit kann dabei derart eingerichtet sein, um ein Umströmen der Messoberfläche durch das fluide Medium zu ermöglichen. Weiterhin kann die Sensoreinheit mindestens ein Fenster aufweisen, durch welches die Messoberfläche zugänglich ist.
Die Messoberfläche kann dabei eine Oberfläche einer Membran sein. Beispielsweise kann die Membran eine weitere der Messoberfläche gegenüberliegende Seite, insbesondere eine der Messoberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche der Membran, umfassen. Die Sensoreinheit kann dabei eingerichtet sein eine Zugänglichkeit der gegenüberliegende Seite der Messoberfläche zu ermöglichen. Insbesondere kann die Sensoreinheit mindestens eine Öffnung aufweisen, durch welche die der Messoberfläche gegenüberliegende Seite der Membran zugänglich ist.
Die Sensoreinheit kann weiterhin als oberflächenmontierbares Bauelement ausgeführt sein. Das oberflächenmontierbare Bauelement kann insbesondere als „SMD-Bauteil“ ausgestaltet sein. Weiterhin kann das oberflächenmontierbare Bauelement auf einen Schaltungsträger, insbesondere auf eine Leiterplatte, des Elektronikmoduls aufgebracht sein. Insbesondere kann das SMD-Bauteil durch Verwendung einer Löttechnologie, insbesondere durch die Verwendung einer SMD-Technik, auf einem Schaltungsträger des Elektronikmoduls aufgebracht sein. Dabei kann das SMD-Bauteil mindestens einen elektrischen Kontakt, insbesondere einen Kontaktfuß, aufweisen, welcher in der SMD-Technik durch ein Auftragen eines Kontaktmittels, beispielsweise eines Lotes, mit dem Schaltungsträger, insbesondere der Leiterplatte, verbunden wird.
Die Sensoreinheit kann mindestens eine Leiterfolie, umfassend mindestens eine elektrische Leiterbahn, aufweisen. Die Leiterfolie kann insbesondere ein Träger für elektronische Bauteile sein und kann beispielsweise flexibel ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Leiterfolie einen flexiblen Werkstoff umfassen. Insbesondere kann die Leiterfolie auch als Interposer ausgeführt sein. Der Sensorchip kann auf die Leiterfolie aufgesetzt sein und elektrisch mit der elektrischen Leiterbahn verbunden sein. Das Material der Sensoreinheit kann weiterhin formschlüssig an die Leiterfolie angebunden sein. Auch eine stoffschlüssige Anbindung des Materials der Sensoreinheit an die Leiterfolie kann möglich sein.
Insbesondere kann die Leiterfolie weiterhin eine Öffnung aufweisen. Beispielsweise kann die Öffnung der Leiterfolie dabei die Öffnung der Sensoreinheit umfassen, durch welche eine der Messoberfläche gegenüberliegende Seite der Membran zugänglich ist.
Der Sensorchip kann weiterhin zumindest teilweise zwischen der Leiterfolie und dem Material der Sensoreinheit eingebettet sein. Dabei kann die Sensoreinheit auch eine Vielzahl der Leiterfolien umfassen. Beispielsweise kann die Sensoreinheit einen mehrlagigen Folienaufbau zur Realisierung komplexer Schaltungen aufweisen.
Die Sensoreinheit kann dabei hergestellt sein nach einem Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Film-Assisted Mold-Verfahren; einem Panel-Level-Packaging-Verfahren. Unter einem Film-Assisted Mold-Verfahren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Verfahren verstanden, welches eine Variation des Spritzgussverfahrens aufweist. Beispielsweise kann das Film-Assisted Mold-Verfahren unter Verwendung mindestens einer Zwischenschicht durchgeführt werden. Die Zwischenschicht kann dabei auch als Film bezeichnet werden. Bei der Zwischenschicht kann es sich insbesondere um eine Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie, handeln. Die Zwischenschicht kann dabei beispielsweise angeordnet sein zwischen einer Matrize, vorzugsweise einem formgebenden Werkzeug, besonders bevorzugt einem Spritzgusswerkzeug, und einer Kavität, beispielsweise einem von der Matrize umschlossenen Hohlraum. Insbesondere kann die Zwischenschicht an der Oberfläche des Werkzeugs derart anliegen, dass die Zwischenschicht die Oberfläche des Werkzeugs nachbildet. Vorzugsweise wird eine Position der Zwischenschicht mittels eines Druckunterschieds, besonders bevorzugt mittels eines angelegten Unterdrucks, sichergestellt. Insbesondere kann die Zwischenschicht während des Umspritzens zwischen dem herzustellenden Bauteil und der Matrize angeordnet sein. Insbesondere kann die Zwischenschicht eingerichtet sein ein rückstandsloses Entformen des herzustellenden Bauteils aus der Matrize zu ermöglichen.
Unter einer Matrize wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Negativform des herzustellenden Bauteils verstanden. Bei einer Matrize kann es sich insbesondere um ein formgebendes Element in einem Spritzgussverfahren handeln.
Unter einem Panel-Level-Packaging-Verfahren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Verfahren verstanden, welches eine Fertigung von Packages beinhaltet. Insbesondere kann das Panel-Level-Packaging-Verfahren das ganz oder teilweise Umspritzen einer Vielzahl von Chips umfassen. Hierbei kann insbesondere ein Verbund von Chips erreicht werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Verbund um ein Panel handeln. Das Panel kann dabei eine Mehrzahl von Untereinheiten umfassen. Bei den Untereinheiten kann es sich insbesondere um funktionale Einheiten, sogenannte Packages, handeln. Insbesondere kann eine funktionale Einheit mindestens einen Chip aufweisen. Weiterhin kann eine funktionale Einheit beispielsweise auch eine Mehrzahl von Chips umfassen. Vorzugsweise kann das Panel-Level-Packaging-Verfahren das ganz oder teilweise Umspritzen einer Mehrzahl von Packages in einem Verfahrensschritt ermöglichen.
Weiterhin kann die Sensoreinheit mindestens eine Verdickung, insbesondere einen Damm, aufweisen. Die Verdickung kann dabei insbesondere an der Außenkante der Messoberfläche angebracht sein. Insbesondere kann ein an der Außenkante der Messoberfläche angebrachter Damm dazu eingerichtet sein, die Messoberfläche, insbesondere die Membran, während der Herstellung, insbesondere während des Umspritzens, vor mechanischen Einflüssen zu schützen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.
Die Verfahrensschritte sind:

a) Bereitstellen eines Gerätegehäuses, insbesondere eines in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühlers, wobei das Gerätegehäuse mindestens einen Elektronikraum aufweist;
b) Bereitstellen mindestens eines Elektronikmoduls,
c) Bereitstellen mindestens eines Sensorchips;
d) Integrieren des Sensorchips in eine Sensoreinheit, wobei der Sensorchip stoffschlüssig und/oder formschlüssig in ein Material der Sensoreinheit eingebettet wird, insbesondere teilweise von dem Material umspritzt wird;
e) Anbringen der Sensoreinheit an dem Elektronikmodul, insbesondere mechanisches und elektrisches Verbinden der Sensoreinheit mit dem Elektronikmodul; und
f) Anordnen des Elektronikmoduls innerhalb des Elektronikraums, derart, dass die Sensoreinheit zumindest teilweise in dem Messkanal angeordnet ist.

Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen, eingesetzt werden. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung der Sensoranordnung verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Die Integration des Sensorchips in die Sensoreinheit in Schritt d) kann dabei folgende Teilschritte umfassen:

d1) Bereitstellen einer Leiterfolie, wobei die Leiterfolie mindestens eine elektrische Leiterbahn umfasst;
d2) Aufbringen des Sensorchips auf der Leiterfolie;
d3) Herstellen mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorchip und der elektrischen Leiterbahn; und
d4) Stoffschlüssiges und/oder formschlüssiges Anbinden mindestens eines Materials der Sensoreinheit an die Leiterfolie, wobei insbesondere der Sensorchip zumindest teilweise zwischen der Leiterfolie und dem Material der Sensoreinheit eingebettet wird.

Bei dem Anbinden des Materials der Sensoreinheit an die Leiterfolie in Verfahrensschritt d4) kann es sich um eine stoffschlüssige Anbindung handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Anbinden des Materials der Sensoreinheit an die Leiterfolie in Verfahrensschritt d4) auch um eine formschlüssige Anbindung handeln. Weiterhin kann der Verfahrensschritt d4) folgende Teilschritte umfassen:

d4a) Einlegen der Leiterfolie und des darauf aufgebrachten Sensorchips in ein Werkzeug, insbesondere ein Spritzgusswerkzeug; und
d4b) Umspritzen oder Hinterspritzen der Leiterfolie und des darauf aufgebrachten Sensorchips mit dem mindestens einen Material.

Weiterhin kann in Verfahrensschritt d4) mindestens ein Freistellungswerkzeug verwendet werden. Das Freistellungswerkzeug kann dabei eingerichtet sein, um mindestens einen Bereich des Sensorchips, insbesondere mindestens eine Messoberfläche, von dem Material freizuhalten.
Der Verfahrensschritt d4) kann dabei weiterhin ein Entlasten einer Membran des Sensorchips umfassen. Vorzugsweise kann die Membran mittels eines Druckausgleichs entlastet werden. Die Entlastung, insbesondere der Druckausgleich, kann dabei mittels mindestens einer Öffnung, beispielsweise einer Bohrung, bewirkt werden. Die Öffnung kann dabei insbesondere eine Öffnung der Sensoreinheit, vorzugsweise eine Öffnung der Leiterfolie, umfassen. Weiterhin kann die Öffnung auch eine Öffnung des Werkzeugs und/oder eine Öffnung des Freistellungswerkzeugs umfassen. Beispielsweise kann durch die Öffnung eine Entlastung der Membran ermöglicht werden. Beispielsweise kann durch die Öffnung ein Druckausgleich zwischen beiden Seiten der Membran bewirkt werden. Insbesondere kann durch die Öffnung ein auf die beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der Membran wirkender Druckunterschied ausgeglichen werden. Weiterhin kann für die Entlastung der Membran mindestens ein Ventil verwendet werden. Beispielsweise kann der Druckausgleich zwischen den beiden Seiten der Membran mit Hilfe des Ventils gesteuert werden.
Das Anbringen der Sensoreinheit an dem Elektronikmodul in Schritt e) kann eine Ausbildung mindestens einer Anschlussmetallisierung, insbesondere ein Anbringen mindestens eines Lotbumps und/oder mindestens eines lötbaren Anschlusspads auf der Leiterfolie, zu einem Kontakt umfassen. Insbesondere können dabei die Lotbumps auf einer Rückseite der Leiterfolie angebracht werden. Beispielsweise kann sich auf der Rückseite der Leiterfolie mindestens ein Metallkontakt, insbesondere die mindestens eine Anschlussmetallisierung, befinden, welche elektrisch mit der mindestens einen Leiterbahn verbunden ist. Insbesondere kann der Lotbump auf dem Metallkontakt der Leiterfolie angebracht sein. Insbesondere kann es sich hierbei um die Ausbildung der Anschlussmetallisierung zu einem Kontakt handeln. Der Kontakt kann dabei eingerichtet sein, eine elektrische Verbindbarkeit zwischen der Sensoreinheit und dem Elektronikmodul zu ermöglichen.
Das Verfahren kann weiterhin eine Bereitstellung der Leiterfolie im Großnutzen umfassen. Unter einer „Leiterfolie im Großnutzen“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Leiterfolie verstanden, aus der eine Mehrzahl von Sensoreinheiten hergestellt werden kann. Die Sensoreinheiten können nebeneinander angeordnet sein. Dabei kann für die Herstellung der Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Sensoreinheiten eine einzige Leiterfolie verwendet werden. Bei der Bereitstellung der Leiterfolie im Großnutzen kann nach Verfahrensschritt d4) eine Vereinzelung mehrerer Sensoreinheiten durchgeführt werden. Insbesondere kann es sich bei der Vereinzelung um ein Trennen, beispielsweise ein Sägen, der Leiterfolie handeln. Die nebeneinander angeordneten Sensoreinheiten können auf diese Weise vereinzelt werden. Dabei kann der Teilschritt d2) des Integrierens des Sensorchips in eine Sensoreinheit in Schritt d) das Aufbringen einer Mehrzahl von Elementen, insbesondere einer Mehrzahl von Sensorchips, auf der Leiterfolie umfassen. Das Aufbringen einer Mehrzahl von Elementen kann dabei eine Herstellung von jeweils mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen den aufgebrachten Elementen und der mindestens einen elektrischen Leitung der Leiterfolie umfassen.
Weiterhin kann das Verfahren zusätzlich ein Aufbringen mindestens einer Verdickung, insbesondere eines Damms, beispielsweise eines Rahmens, an einer Außenkante der Messoberfläche, insbesondere der Membran, des Sensorchips umfassen. Insbesondere kann die Verdickung die Außenkante der Messoberfläche vollständig umranden.
Weiterhin kann zwischen dem Werkzeug, insbesondere dem Spritzgusswerkzeug, insbesondere auch dem Freistellungswerkzeug, und der Leiterfolie mit dem darauf angebrachten mindestens einen Element, eine Zwischenschicht vorhanden sein. Die Zwischenschicht kann insbesondere eingerichtet sein, die Leiterfolie mit dem darauf angebrachten Element vor mechanischen Belastungen zu schützen. Insbesondere kann die Zwischenschicht eingerichtet sein, das Werkzeug vor Verschmutzungen durch den Werkstoff, insbesondere durch den Kunststoff, zu schützen. Weiterhin kann die Zwischenschicht eingerichtet sein, den Raum zwischen der Leiterfolie mit dem darauf angebrachten Element und dem Werkzeug, insbesondere dem Spritzgusswerkzeug, insbesondere auch dem Freistellungswerkzeug, abzudichten.
Vorteile der Erfindung
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber den bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere lässt sich die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Parameters im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbessern. Zudem ist eine Reduzierung der Komplexität in der Herstellung und der Montage aufgrund einer im Vergleich zu herkömmlichen Ausführungen robusteren Ausführung, bei gleichzeitiger Kostenreduktion, möglich.
Durch die vorgeschlagene Sensoranordnung kann die Zuverlässigkeit der störungsfreien Generierung und Übertragung der Messsignale des Sensorelements an die Ansteuer-und Auswerteschaltung und dadurch die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Parameters, mittels einer unmittelbaren Verbindung des Elektronikmoduls mit der Sensoreinheit, insbesondere der als ein SMD-Bauteil ausgeführten Sensoreinheit, im Vergleich zum Stand der Technik gesteigert werden. Weiterhin kann die vorgeschlagene Sensoranordnung aufgrund einer Kapselung von empfindlichen Bauelementen eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Beispielsweise kann das Umspritzen des Sensorchips mit Kunststoffmaterial, wobei lediglich die Messoberfläche des Sensorchips zugänglich bleibt, die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik steigern.
Beispielsweise kann der integrierte Aufbau der Sensoreinheit, insbesondere die Integration des Sensorchips, eines Sensorträgers und mindestens einer Bondverbindung in der Sensoreinheit, also beispielsweise die Integration der Elektronik und der Kontaktleitungen in einem Bauteil, die Herstellung und/oder die Montage des Heißfilmluftmassenmessers im Vergleich zum Stand der Technik vereinfachen. Beispielsweise könnte der integrierte Aufbau der Sensoreinheit ein Risiko einer eventuellen Beschädigung des Sensorchips, insbesondere einer eventuellen Beschädigung der Messoberfläche des Sensorchips, während der Herstellung und/oder der Montage im Vergleich zum Stand der Technik verringern. Insbesondere könnte die vorgeschlagene Sensoranordnung aufgrund der Kapselung eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Robustheit in der Handhabung aufweisen.
Weiterhin ist es möglich, dass der integrierte Aufbau der Sensoreinheit der vorgeschlagenen Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik zu einer erheblichen Preissenkung in der Herstellung der Sensoranordnung führt. Insbesondere könnte es sein, dass die Herstellung der vorgeschlagenen Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik eine kürzere Zeit in Anspruch nimmt. Insbesondere könnte eine geringere Herstellungszeit durch eine Herstellung der Sensoreinheit in einer integrierten Fertigung mittels einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren (R2R-Verfahren) ermöglicht werden. Beispielsweise kann das R2R-Verfahren ein kostengünstiges und schnelles Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen darstellen. Weiterhin könnte die vorgeschlagene Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstiger produziert werden, da bei der Herstellung der Sensoreinheit Großnutzen verwendet werden. Beispielsweise könnte die Sensoranordnung durch eine großformatige Nutzenverarbeitung im Vergleich zum Stand der Technik günstiger produziert werden.
Weiterhin könnte der integrierte Aufbau der Sensoreinheit im Vergleich zum Stand der Technik die Montage des Heißfilmluftmassenmessern erleichtern. Beispielsweise könnte durch die Integration des Sensorchips, des Sensorträgers und der Bandverbindungen in der Sensoreinheit ein geringeres Einbauvolumen erreicht werden. Insbesondere könnte es sein, dass der Einbau der Sensoreinheit in den Heißfilmluftmassenmesser, insbesondere das Anbringen der Sensoreinheit auf dem Elektronikmodul, beispielsweise die Kontaktierung der Sensoreinheit und der Leiterplatte mittels SMD-Technik, im Vergleich zum Stand der Technik weniger Aufwand erfordert. Beispielsweise könnte die vorgeschlagene Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik einen verbesserten Einbau und eine einfachere Kontaktierung des Sensorchips mit der Ansteuer-und Auswerteschaltung ermöglichen.
Die vorgeschlagene Sensoranordung könnte eine reduzierte Komplexität im Vergleich zum Stand der Technik aufweisen. Beispielsweise könnte eine Möglichkeit zur einfachen Verbindung der Leiterfolie mit weiteren elektronischen Bauteilen, beispielsweise mittels eines direkten Steckkontakts, die Komplexität verringern. Beispielsweise könnten die Folien sehr einfach durch direkte Steckkontakte mit weiterer Elektronik verbunden werden und auf diese Weise eine Vereinfachung des Systems erreicht werden.
Insbesondere könnte aufgrund der Ausgestaltung der Sensoreinheit eine gute Kompatibilität im Aufbau der Sensoreinheit, beispielsweise eine gute Aufbaukompatibilität, mit einem Aufbau der Ansteuer- und Auswerteschaltung, beispielsweise der Auswerteelektronik, erreicht werden. Insbesondere durch die SMD-Bauweise lässt sich ein kompaktes Bauelement erzeugen.
Insbesondere kann der vorgeschlagene Aufbau eine Folienschaltung ermöglichen, bei der ein dreidimensionaler Aufbau des Sensorchips in eine flache Schaltung des Elektronikmoduls integriert ist oder mit dieser verbunden ist. Es könnte sein, dass die Sensoreinheit der vorgeschlagenen Sensoranordnung sowohl mit einer Schaltung, als auch mit einem dreidimensionalen Aufbau von Sensoren kompatibel ist, insbesondere die geometrischen Abmessungen von vorhandenen Strukturen bedienen kann. Dies könnte aufgrund einer Flexibilität in der Ausgestaltung der Sensoreinheit, insbesondere der Ausgestaltung einer Folienschaltung, ermöglicht werden.
Figurenliste
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einer Draufsicht;
2A bis 2C einen Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Draufsicht (2A und 2C) und in einer perspektivischen Ansicht (2B);
3, 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Sensoranordnung, wobei verschiedene Zwischenprodukte in einer Draufsicht (3) und in zwei Querschnittsansichten (4 und 5) gezeigt sind;
6A und 6B ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensschrittes eines Verfahrens zur Herstellung einer Sensoranordnung, wobei zwei Teilschritte des Verfahrensschritts in zwei Querschnittsansichten verdeutlicht sind; und
7 eine schematische Darstellung eines Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung in einem Flussdiagramm.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 110 zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal 112 strömenden fluiden Mediums in einer Draufsicht gezeigt, wobei der Messkanal mindestens einen Einlass 111 und einen Auslass 113 aufweisen kann. Die Sensoranordnung 110 kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung 110 als so genannter Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet sein, welcher beispielsweise im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angebracht sein kann. Dementsprechend kann es sich bei dem fluiden Medium beispielsweise um eine Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine handeln. Auch andere Ausgestaltungsformen sind jedoch grundsätzlich möglich. Die Sensoranordnung 110 kann insbesondere ein oder mehrere in den Figuren nicht dargestellte, weitere Funktionselemente umfassen, wie beispielsweise Elektroden, Elektrodenzuleitungen und Kontakte, mehrere Schichten, Heizelemente oder andere Funktionselemente, wie beispielsweise in dem oben genannten Stand der Technik gezeigt. Weiterhin kann die Sensoranordnung 110 beispielsweise in einem ebenfalls nicht dargestellten Strömungsrohr aufgenommen sein.
Die in 1 gezeigte Sensoranordnung 110 weist ein Gerätegehäuse 114 auf, welches als Steckfühler 116 ausgestaltet ist und in ein nicht dargestelltes Strömungsrohr einbringbar ist. Die Sensoranordnung 110 umfasst weiterhin mindestens einen in dem Gerätegehäuse 114 angeordneten Elektronikraum 118 und einen, in dem Messkanal 112 angeordneten und in eine Sensoreinheit 120 integrierten, Sensorchip 122. Die Sensoreinheit 120 ist dabei an einem innerhalb des Elektronikraums 118 angeordneten Elektronikmodul 124 angebracht. Wie in 1 erkennbar, ist die Sensoreinheit 120 dabei gleichzeitig teilweise in dem Messkanal 112 angeordnet. Der Sensorchip 122 ist formschlüssig und/oder stoffschlüssig in mindestens ein Material 126 der Sensoreinheit eingebettet. Insbesondere ist der Sensorchip 122 von dem Material 126 umspritzt, so dass in 1 nur eine Messoberfläche 128 sichtbar ist. Die Messoberfläche 128 ist dabei ein Teil des Sensorchips 122. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Messkanal 112 genau einen Einlass 111 und einen Auslass 113 auf.
In 2A ist ein Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 110 in einer Draufsicht dargestellt, welche ein Elektronikmodul 124, umfassend mindestens einen Schaltungsträger 130, insbesondere eine Leiterplatte, und eine als oberflächenmontierbares Bauelement 132 ausgeführte Sensoreinheit 120 aufweist. Das oberflächenmontierbare Bauelement 132 kann dabei mindestens einen Kontaktfuß 134 umfassen. Die Sensoreinheit 120 und das Elektronikmodul 124 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Verwendung einer SMD-Technik direkt miteinander verbunden. Dabei kann der Kontaktfuß 134 in direktem elektrischen Kontakt zu dem Schaltungsträger 130 stehen und durch ein Kontaktmittel 136, beispielsweise durch ein Lot 138, räumlich fixiert werden. Der Sensorchip 122 ist formschlüssig und/oder stoffschlüssig in mindestens ein Material 126 der Sensoreinheit 120 eingebettet. Bei dem Material 126 kann es sich dabei insbesondere um ein Kunststoffmaterial 140 handeln. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist von dem Sensorchip 122 ausschließlich die Messoberfläche 128 sichtbar.
2B zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 110, in dem ein Teil einer Sensoreinheit 120 dargestellt ist. Die Sensoreinheit 120 kann dabei eine Leiterfolie 142 sowie ein Material 126, insbesondere ein Kunststoffmaterial 140, aufweisen. Weiterhin kann die Sensoreinheit 120 einen von dem Kunststoffmaterial 140 umspritzten Sensorchip 122 aufweisen. Der Sensorchip 122 umfasst eine Messoberfläche 128. Die Messoberfläche 128 kann dabei insbesondere als eine Membran 144 ausgeführt sein, auf der mindestens ein Heizelement 146 und mindestens zwei Temperaturfühler 148 angeordnet sind. Der Sensorchip 122 ist derart formschlüssig und/oder stoffschlüssig in das Material 126 eingebettet, dass die Messoberfläche 128 frei bleibt. Insbesondere kann die Sensoreinheit 120 ein Fenster 150 aufweisen, durch welches die Messoberfläche 128 zugänglich ist. In 2B ist der Sensorchip 122 graphisch durch das Material 126 verdeckt und deshalb nicht zu sehen.
In 2C ist eine Draufsicht eines Ausschnitts aus einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 110 dargestellt, welche eine als oberflächenmontierbares Bauelement 130 ausgeführte Sensoreinheit 120 zeigt. In der hier dargestellten Draufsicht ist neben einem mindestens einen Kontaktfuß 134 und einem Material 126, insbesondere einem Kunststoffmaterial 140, auch ein Sensorchip 122 gezeigt. Der Sensorchip 122 umfasst eine Messoberfläche 128, insbesondere eine Membran 144, welche mindestens ein Heizelement 146 und mindestens zwei Temperaturfühler 148 aufweist. Der Sensorchip 122 ist auf eine Leiterfolie 142 aufgesetzt. Der Sensorchip 122 ist zwischen der Leiterfolie 142 und dem Material 126 eingebettet. Dabei sind der Sensorchip 122 und die Leiterfolie 142 derart von dem Material 126 umspritzt, dass die Messoberfläche 128 frei bleibt. Beispielsweise kann dabei, wie in 2C dargestellt, auch der mindestens eine Kontaktfuß 134 frei bleiben. Die Sensoreinheit 120 kann beispielsweise eine Mehrzahl von Kontaktfüßen 134 umfassen. In 2C sind lediglich zwei der dargestellten Kontaktfüße 134 gekennzeichnet, mittels derer die Sensoreinheit 120 auf einem Elektronikmodul 124 befestigt werden kann. Die hier dargestellten Kontaktfüße 134 stellen dabei lediglich eine Ausführungsform der elektrischen Kontakte dar, mittels derer ein elektrischer Kontakt zwischen dem Sensorchip 122 und dem Elektronikmodul 124 ermöglicht werden kann. Beispielsweise ist eine hier nicht dargestellte Ausgestaltung der elektrischen Kontakte als Kontaktpad möglich. Insbesondere kann eine gemeinsame Funktion aller Ausgestaltungsformen der elektrischen Kontakte sein, eine elektrische Verbindung, insbesondere eine Lötverbindung, zwischen dem Sensorchip 122 und dem Elektronikmodul 124 zu ermöglichen. Insbesondere kann die elektrische Verbindung mit Hilfe eines Kontaktmittels 136, insbesondere mit Hilfe eines Lotes 138, insbesondere mittels eines Lotbumps, ermöglicht werden. Dabei können die elektrischen Kontakte, insbesondere die Kontaktpads, auf einer Rückseite der Leiterfolie 142 angeordnet sein.
In den 3 und 4 sind Verfahrensschritte zur Herstellung einer Sensoranordnung 110 zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal 112 strömenden fluiden Mediums gezeigt. Insbesondere können die 3 und 4 Verfahrensschritte zur Herstellung einer Sensoranordnung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen, zeigen. Beispielsweise sind in den 3, 4 und 5 Zwischenprodukte des Verfahrens der Herstellung der Sensoranordnung 110 gezeigt.
3 zeigt einen Nutzen 152 in einer Draufsicht, der eine Leiterfolie 142 umfasst, die wiederkehrende Strukturen von Leiterbahnen 154 als Zwischenprodukte für mehrere Sensoreinheiten umfasst. Im vorliegenden Fall sind die Strukturen linear auf einer streifenförmigen Leiterbahn 154 angeordnet. Es sind jedoch auch andere Nutzen-Anordnungen möglich.
In den Strukturen ist jeweils ein Sensorchip 122 auf die Leiterfolie 142 aufgesetzt. Insbesondere kann die Leiterfolie 142 flexibel ausgestaltet sein. Die Leiterfolie 142 umfasst mindestens eine elektrisch leitende Leiterbahn 154 und mindestens eine Anschlussmetallisierung 156. Dabei können der Sensorchip 122 und die Anschlussmetallisierung 156 auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterfolie 142 positioniert sein. Insbesondere kann die Anschlussmetallisierung 156 auf einer Rückseite der Leiterfolie 142 positioniert sein Der Sensorchip 122 kann dabei insbesondere auf einer Vorderseite der Leiterfolie 142 aufgesetzt sein. Beispielsweise können der Sensorchip 122 und die Anschlussmetallisierung 156 mittels der Leiterbahn 154 elektrisch miteinander verbunden sein. Die Anschlussmetallisierung 156 kann beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt derart ausgebildet werden, dass ein Anbringen mindestens eines Kontaktfußes 134 möglich ist.
4 zeigt den Nutzen 152 während eines Umspritzens mit einem Material 126. Insbesondere kann es sich bei dem Material 126 um ein Kunststoffmaterial 140, besonders bevorzugt um einen Duroplasten, handeln. Das Material 126 kann in dem in 4 dargestellten Verfahrensschritt eine flüssige Konsistenz aufweisen. Insbesondere kann das Kunststoffmaterial 140 für eine begrenzte Zeit eine gegenüber dem Nutzen 152 niedrigere Viskosität aufweisen. Der hier dargestellte Verfahrensschritt umfasst mindestens ein Werkzeug 158. Bei dem Werkzeug 158 kann es sich insbesondere um ein Spritzgusswerkzeug 160 handeln. Auch kann es sich bei dem Werkzeug 158 um ein Freistellungswerkzeug 162 handeln. Insbesondere sind an dem in 4 dargestellten Verfahrensschritt eine Mehrzahl von Werkzeugen 158, insbesondere mindestens ein Spritzgusswerkzeug 160 und ein Freistellungswerkzeug 162, beteiligt. Dabei kann jedes der Werkzeuge 158, insbesondere das Spritzgusswerkzeug 160 und das Freistellungswerkzeug 162 separat angesteuert werden. Insbesondere kann das Freistellungswerkzeug 162 separat von dem Spritzgusswerkzeug 160 räumlich positioniert werden. Die Werkzeuge 158 sind dabei ausgebildet, um eine geometrische Form einer Sensoreinheit 120 vorzugeben. Dabei kann insbesondere das Freistellungswerkzeug 162 die Funktion haben, mindestens einen Bereich des Sensorchips 122 der Sensoreinheit 120 von dem Material 126, insbesondere dem Kunststoffmaterial 140, freizuhalten. Dazu kann der Nutzen 152 in das Spritzgusswerkzeug 160 eingelegt werden. Beispielsweise kann eine Positionierung des Nutzens 152 in dem Spritzgusswerkzeug 160 mittels hier nicht dargestellter Aufnahmen erfolgen. Insbesondere kann der Nutzen 152 während des Einlegens in das Spritzgusswerkzeug 160 auch als Großnutzen ausgeführt sein. Das Freistellungswerkzeug 162 kann in einem nächsten Schritt räumlich derart positioniert werden, dass ein Teil des Sensorchips 122, insbesondere eine Messoberfläche 128, beispielsweise eine Membran 144, durch das Freistellungswerkzeug 162 abgedeckt wird. Insbesondere kann das Freistellungswerkzeug 162 derart an der Messoberfläche 128 des Sensorchips 122 positioniert werden, um die Messoberfläche 128 von dem im nächsten Schritt eingebrachten Material 126 freizuhalten. Insbesondere kann zwischen dem Nutzen 152 und dem mindestens einen Werkzeug 158 ein Raum 164 ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Umspritzen des Nutzens 152 mit dem Material 126 ein Füllen des Raums 164 mit dem Material 126 bedeuten. Zwischen dem Werkzeug 158 und dem Nutzen 152 kann dabei zusätzlich eine Zwischenschicht 166, insbesondere eine Folie 168, angebracht sein. Insbesondere kann die Zwischenschicht 166 zwischen dem Spritzgusswerkzeug 158 und dem Nutzen 152 angebracht sein. Weiterhin kann die Zwischenschicht 166 auch zwischen dem Freistellungswerkzeug 162 und der Messoberfläche 128 des Sensorchips 122 angebracht sein. Die Zwischenschicht 166 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Messoberfläche 128 vor mechanischen Einflüssen, insbesondere vor mechanischen Belastungen, zu schützen und/oder die Messoberfläche 128 beim Umspritzen gegenüber dem Material 126 abzudichten. Beispielsweise kann die Zwischenschicht 166 dazu eingerichtet sein, die Messoberfläche vor einer Verschmutzung durch das Material 126, insbesondere das Kunststoffmaterial 140, zu schützen. Beispielsweise kann die Zwischenschicht 166 auch dazu eingerichtet sein, den Raum 164, welcher zwischen dem Nutzen 152 und dem mindestens einen Werkzeug 158 angeordnet ist, gegenüber dem Werkzeug 158 abzudichten. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann das Freistellungswerkzeug 162 derart geformt sein, dass die Messoberfläche 128 gegenüber dem Material 126 außerhalb der Messoberfläche 128 abgedichtet wird. Insbesondere kann das Freistellungswerkzeug 162 derart geformt sein, dass die Messoberfläche 128 vor mechanischen Einflüssen durch das Freistellungswerkzeug 162 geschützt ist. Beispielsweise kann das Freistellungswerkzeug 162 einen Rand, insbesondere eine Ausstülpung, aufweisen, welche die Messoberfläche 128 umschließen kann. Insbesondere kann das Freistellungswerkzeug 162 derart geformt sein, dass das Freistellungswerkzeug 162 die Messoberfläche 128 während des Umspritzens nicht berührt.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Zwischenproduktes des Verfahrens zur Herstellung einer Sensoranordnung 110, insbesondere eine Querschnittsansicht einer Sensoreinheit 120, umfassend eine Verdickung 170 sowie eine Öffnung 172. Die Sensoreinheit 120 umfasst weiterhin eine Leiterfolie 142, ein Material 126 und einen Sensorchip 122. Der Sensorchip 122 weist dabei eine Membran 144 mit einer Messoberfläche 128 und eine der Messoberfläche 128 gegenüberliegende Oberfläche 174 auf. Weiterhin umfasst das hier dargestellte Zwischenprodukt, einer Sensoreinheit 120 eine Leiterbahn 154 sowie eine auf der Leiterfolie 142 angeordnete Anschlussmetallisierung 156.
Die Messoberfläche 128 ist in dem in 5 dargestellten Zwischenprodukt von einer Verdickung 170, insbesondere einem Damm, umgeben. Insbesondere ist die Verdickung 170 an einer Außenkante der Messoberfläche 128 aufgebracht. Die Verdickung 170 kann dabei eingerichtet sein, ein Abdichten der Messoberfläche 128 gegenüber dem Material 126 während der Herstellung zu erleichtern und/oder die Messoberfläche 128 vor mechanischen Einflüssen, welche durch das Freistellungswerkzeug 162 verursacht werden können, zu schützen.
Die Öffnung 172 ist in dem in 5 dargestellten Zwischenprodukt an einer Unterseite der Sensoreinheit 120 angeordnet. Beispielsweise befindet sich die Öffnung 172 in der Leiterfolie 142 der Sensoreinheit 120. Beispielsweise kann die Öffnung 172 ein Entlasten der Membran 144 während der Herstellung ermöglichen. Ein Entlasten der Membran 144 während der Herstellung, kann insbesondere in den 6A und 6B verdeutlicht sein. Darin ist beispielsweise eine zweiteilige Ausführung des Werkzeugs 158, insbesondere des Spritzgusswerkzeugs 160, dargestellt. Die beiden Hälften des Werkzeugs 158, beispielsweise des Spritzgusswerkzeug 160, können dabei durch eine Vakuumdichtung 175 gegenüber einer Umgebung abgedichtet sein. Die Vakuumdichtung 175 kann dabei insbesondere einen Hohlraum zwischen den beiden Hälften des Werkzeugs 160, beispielsweise eine Kavität und/oder einen Raum 164 zwischen dem Nutzen 152 und dem Werkzeug 160, von der Umgebung abdichten. Das Freistellungswerkzeug 162 kann in eine in den 6A und 6B unten dargestellte Hälfte des Spritzgusswerkzeugs 160 integriert und umfasst, beispielsweise, eine Freistellungswerkzeugöffnung 176. Die Freistellungswerkzeugöffnung 176 kann insbesondere an die Messoberfläche 128 der Membran 144 führen und auf diese Weise, beispielsweise, einen Druckausgleich mit einer Umgebung ermöglichen. Weiterhin, kann eine oben dargestellte Hälfte des Spritzgusswerkzeugs eine Werkzeugöffnung 178 aufweisen. Die Werkzeugöffnung 178 kann insbesondere direkt an die Öffnung 172 in der Leiterfolie anschließen. Dabei kann die Werkzeugöffnung 178 an die der Messoberfläche 128 gegenüberliegende Oberfläche 174 führen und auf diese Weise, beispielsweise, einen Druckausgleich mit der Umgebung ermöglichen.
Insbesondere können, wie in den 6A und 6B dargestellt, die Öffnungen, beispielsweise die Öffnung 172 der Leiterfolie 142 und/oder die Werkzeugöffnung 178 des Spritzgusswerkzeugs 158 und/oder die Freistellungswerkzeugöffnung 176 des Freistellungswerkzeugs 162, derart miteinander kombiniert werden, um ein Zusammenwirken der Öffnungen zu ermöglichen. Insbesondere kann die Kombination der Öffnungen ein Entlasten der während des Herstellungsverfahrens durch Druckunterschiede mechanisch belasteten Membran 144 ermöglichen. Vorzugsweise kann im Herstellungsverfahren, insbesondere in einem Spritzgussverfahren, ein Entlasten der Membran 144 mittels eines Druckausgleichs zwischen den beiden Seiten der Membran 144 bewirkt werden. Insbesondere kann der Druckausgleich zwischen den beiden Seiten der Membran mit Hilfe mindestens eines Ventils 180, vorzugsweise mit Hilfe von zwei Ventilen 180, gesteuert werden. Das mindestens eine Ventil 180 ist dabei beispielsweise innerhalb der Öffnungen angeordnet. Vorzugsweise, ist ein erstes Ventil 182, innerhalb der Werkzeugöffnung 178 und ein zweites Ventil 184 innerhalb der der Freistellungswerkzeugöffnung 176 angeordnet.
6A illustriert ein evakuieren der Kavität des Werkzeugs 158, insbesondere ein evakuieren der Luft aus dem inneren des Raums 164 zwischen Nutzen 152 und Werkzeug 158. Vorzugsweise sind die beiden Hälften des Werkzeugs 158 in dem hier dargestellten Evakuierungsvorgang nicht vollständig geschlossen, so dass ein Spalt 186 zwischen einer Verdickung 170 und dem Freistellungswerkzeug 176 existiert. Der Spalt 186 kann dabei insbesondere eine mechanische Belastung der Verdickung 1710 während des Evakuierungsvorgangs verhindern. Wie in 6A dargestellt, können die beiden in den Öffnungen angeordneten Ventile 180 während des Evakuierungsvorgangs geschlossen sein. Vorzugsweise können die beiden geschlossenen Ventile 180 ein Eindringen von Umgebungsluft in die Kavität, insbesondere in den Raum 164 unterbinden. Beispielsweise kann dabei das erste Ventil 182 die Werkzeugöffnung 178 mit einer Ausgleichsöffnung 188 innerhalb des Spritzgusswerkzeugs 160 verbinden. Insbesondere kann die Verbindung der Werkzeugöffnung 178 mit der Ausgleichsöffnung 188 beispielsweise eine eventuell durch die Evakuierung auftretende mechanische Belastung der Membran 144 vermindern oder verhindern. Beispielsweise können die geschlossenen Ventile 180 eine Druckbelastung der Membran 144, insbesondere aufgrund eines Umgebungsdrucks, unterbinden.
In 6B ist ein Füllen der Kavität des Werkzeugs 158 mit dem Material 126, insbesondere dem Kunststoffmaterial 140, illustriert. Der Füllvorgang kann beispielsweise an den in 6A dargestellten Evakuierungsvorgang anschließen. Das Füllen des Raums 164 kann insbesondere einem Umspritzen des Nutzens 152 mit dem Material 126 entsprechen. Insbesondere können die beiden Hälften des Werkzeugs 158 in dem hier dargestellten Füllvorgang vollständig geschlossen sein. Auf diese Weise kann die Membran 144 von dem Material 126 freigehalten werden. Wie in 6B dargestellt, können die beiden in den Öffnungen angeordneten Ventile 180 während des Füllvorgangs geöffnet sein. Vorzugsweise können die beiden offenen Ventile 180 eine Druckbelastung der Membran 144, insbesondere aufgrund eines während des Füllvorgangs auftretenden Druckunterschieds, unterbinden. Beispielsweise kann dabei das erste Ventil 182 innerhalb des Spritzgusswerkzeugs 160 in seiner geöffneten Position derart angeordnet sein, dass es eine Verbindung der Werkzeugöffnung 178 mit der Ausgleichsöffnung 188 verschließt. Insbesondere kann das erste Ventil 182 in seiner geöffneten Position einen Druckaustausch zwischen der Kavität und der Umgebung durch die Ausgleichsöffnung 188 verhindern.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung 110 zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal 112 strömenden fluiden Mediums. Das Verfahren kann dabei eine Mehrzahl von Schritten umfassen, vorzugsweise umfasst das Verfahren sechs Schritte. Ein erster Schritt a) (Verfahrensschritt 190) umfasst ein Bereitstellen eines Gerätegehäuses 114, insbesondere eines in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühlers 116, wobei das Gerätegehäuse 114 mindestens einen Elektronikraum 118 aufweist. Insbesondere kann darin das in 1 dargestellte Gerätegehäuse 114 bereitgestellt werden.
Ein weiterer von dem Verfahren umfasster Schritt b) (Verfahrensschritt 192) beinhaltet ein Bereitstellen mindestens eines Elektronikmoduls 124. Insbesondere kann darin das in 1 dargestellte Elektronikmodul 124 bereitgestellt werden. Das Verfahren umfasst weiterhin Schritt c) (Verfahrensschritt 194) bereitstellen mindestens eines Sensorchips 122. Insbesondere kann dabei der in 2C und 4 dargestellte Sensorchip 122 bereitgestellt werden.
Weiterhin umfasst das Verfahren zur Herstellung der Sensoranordnung 110 einen Schritt d) (Verfahrensschritt 196) integrieren des Sensorchips 122 in eine Sensoreinheit 120, wobei der Sensorchip 122 stoffschlüssig und/oder formschlüssig in ein Material 126 der Sensoreinheit 120 eingebettet wird, insbesondere teilweise von dem Material 126 umspritzt wird. Der Verfahrensschritt 196 kann dabei eine Mehrzahl Teilschritte aufweisen, insbesondere vier Teilschritte. Beispielsweise kann nach Ausführung des Schrittes d) (Verfahrensschritt 196) ein in 5 dargestelltes Zwischenprodukt des Verfahrens zur Herstellung der Sensoranordnung 110, insbesondere eine Sensoreinheit 120 existieren.
Ein erster Teilschritt d1) (Verfahrensschritt 198) kann dabei ein Bereitstellen einer Leiterfolie 142 aufweisen. Die Leiterfolie 142 kann dabei insbesondere mindestens eine Leiterbahn 154 umfassen. Insbesondere eine in 3 dargestellte Leiterfolie 142 mit den darauf angeordneten Leiterbahnen 154 kann dabei bereitgestellt werden. Der Verfahrensschritt 196 kann beispielsweise einen weiteren Teilschritt d2) (Verfahrensschritt 200) aufbringen des Sensorchips 122 auf der Leiterfolie 142, umfassen. Der Sensorchip 122 kann dabei insbesondere wie in 3 dargestellt auf die Leiterfolie 142 aufgebracht werden. Ein dritter Teilschritt d3) (Verfahrensschritt 202) kann dabei ein herstellen mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorchip 122 und der elektrischen Leiterbahn 154 umfassen. Beispielsweise kann nach einer Ausführung der ersten drei Teilschritte, insbesondere Teilschritt d1) (Verfahrensschritt 198), Teilschritt d2) (Verfahrensschritt 200) und Teilschritt d3) (Verfahrensschritt 202), ein in 3 dargestellter Nutzen 152 als Zwischenprodukt des Verfahrens zur Herstellung der Sensoranordnung 110 existieren.
Schritt d) (Verfahrensschritt 196) des Verfahrens zur Herstellung der Sensoranordnung 110 kann weiterhin umfassen einen Teilschritt d4) (Verfahrensschritt 204) stoffschlüssiges und/oder formschlüssiges Anbinden mindestens eines Materials 126 der Sensoreinheit 120 an die Leiterfolie 142, wobei insbesondere der Sensorchip 122 zumindest teilweise zwischen der Leiterfolie 142 und dem Material 126 der Sensoreinheit 120 eingebettet wird. Der Teilschritt d4) (Verfahrensschritt 204) kann dabei weiterhin eine Mehrzahl Teilschritte umfassen. Insbesondere kann der Teilschritt d4) (Verfahrensschritt 204) einen ersten Teilschritt d4a) (Verfahrensschritt 206), umfassend ein Einlegen der Leiterfolie 142 und des darauf aufgebrachten Sensorchips 122 in ein Werkzeug 158, aufweisen.
Weiterhin kann der Teilschritt d4) (Verfahrensschritt 204) einen zweiten Teilschritt d4b) (Verfahrensschritt 208), umfassend ein Umspritzen oder Hinterspritzen der Leiterfolie 142 und des darauf aufgebrachten Sensorchips 122 mit dem mindestens einen Material 126, aufweisen. Insbesondere kann die Ausführung der Teilschritte d4a) (Verfahrensschritt 206) und d4b) (Verfahrensschritt 208) in dem in 4 dargestellten Zwischenprodukt des Verfahrens zur Herstellung einer Sensoranordnung 110 illustriert sein.
Der Teilschritt d4) (Verfahrensschritt 204) kann einen weiteren Teilschritt (Verfahrensschritt 210), umfassend ein Entlasten einer Membran 144 des Sensorchips 122, aufweisen. Das Entlasten der Membran 144 des Sensorchips kann dabei insbesondere in den 6A und 6B dargestellt sein.
Das Verfahren zur Herstellung der Sensoranordnung 110 umfasst weiterhin einen Schritt e) (Verfahrensschritt 212) umfassend ein Anbringen der Sensoreinheit 120 an dem Elektronikmodul 124, insbesondere ein mechanisches und elektrisches Verbinden der Sensoreinheit 120 mit dem Elektronikmodul 124.
Weiterhin umfasst das Verfahren zur Herstellung der Sensoranordnung 110 einen Schritt f) (Verfahrensschritt 214) umfassend ein Anordnen des Elektronikmoduls 124 innerhalb des Elektronikraums 118, derart, dass die Sensoreinheit 120 zumindest teilweise in dem Messkanal 112 angeordnet ist.

Claims

Sensoranordnung (110) zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal (112) strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, wobei die Sensoranordnung (110) ein Gerätegehäuse (114), insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler (116), einen in dem Messkanal (112) angeordneten Sensorchip (122) sowie mindestens einen in dem Gerätegehäuse (114) angeordneten Elektronikraum (118) aufweist, wobei der Sensorchip (122) in eine Sensoreinheit (120) integriert ist, wobei die Sensoreinheit (120) an einem innerhalb des Elektronikraums (118) angeordneten Elektronikmodul (124) angebracht ist, wobei die Sensoreinheit (120) zumindest teilweise in dem Messkanal (112) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (122) stoffschlüssig und/oder formschlüssig in mindestens ein Material (126) der Sensoreinheit (120) eingebettet ist.
Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sensoreinheit (120) mindestens ein Fenster (150) aufweist, durch welches eine Messoberfläche (128) zugänglich ist.
Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Messoberfläche (128) eine Oberfläche einer Membran ist, wobei die Sensoreinheit (120) mindestens eine Öffnung aufweist, durch welche eine der Messoberfläche gegenüberliegende Seite der Membran zugänglich ist.
Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (120) als oberflächenmontierbares Bauelement (132) ausgestaltet ist, wobei das oberflächenmontierbare Bauelement (132) auf einen Schaltungsträger (130) des Elektronikmoduls (124) aufgebracht ist.
Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (120) mindestens eine Leiterfolie (142), umfassend mindestens eine Leiterbahn (154), umfasst, wobei der Sensorchip (122) auf die Leiterfolie (142) aufgesetzt ist und elektrisch mit der Leiterbahn (154) verbunden ist.
Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Material (126) der Sensoreinheit (120) stoffschlüssig und/oder formschlüssig an die Leiterfolie (142) angebunden ist.
Sensoranordnung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorchip (122) zumindest teilweise zwischen der Leiterfolie (142) und dem Material (126) der Sensoreinheit (120) eingebettet ist.
Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (120) hergestellt ist nach einem Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Film-Assisted Mold-Verfahren; einem Panel-Level-Packaging-Verfahren.
Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (120) mindestens eine Verdickung aufweist, wobei die Verdickung an der Außenkante der Messoberfläche (128) angebracht ist.
Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung (110) zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal (112) strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Gerätegehäuses (114), insbesondere eines in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühlers (116), wobei das Gerätegehäuse (114) mindestens einen Elektronikraum (118) aufweist; b) Bereitstellen mindestens eines Elektronikmoduls (124), c) Bereitstellen mindestens eines Sensorchips (122); d) Integrieren des Sensorchips (122) in eine Sensoreinheit (120), wobei der Sensorchip (122) stoffschlüssig und/oder formschlüssig in ein Material (126) der Sensoreinheit (120) eingebettet wird, insbesondere teilweise von dem Material (126) umspritzt wird; e) Anbringen der Sensoreinheit (120) an dem Elektronikmodul (124), insbesondere mechanisches und elektrisches Verbinden der Sensoreinheit (120) mit dem Elektronikmodul (124); und f) Anordnen des Elektronikmoduls (124) innerhalb des Elektronikraums (118), derart, dass die Sensoreinheit (120) zumindest teilweise in dem Messkanal (112) angeordnet ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Integration des Sensorchips (122) in die Sensoreinheit (120) in Schritt d) folgende Teilschritte umfasst: d1) Bereitstellen einer Leiterfolie (142), wobei die Leiterfolie (142) mindestens eine elektrische Leiterbahn (154) umfasst; d2) Aufbringen des Sensorchips (122) auf der Leiterfolie (142); d3) Herstellen mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorchip (122) und der elektrischen Leiterbahn (154); d4) stoffschlüssiges und/oder formschlüssiges Anbinden mindestens eines Materials (126) der Sensoreinheit (120) an die Leiterfolie (142), wobei insbesondere der Sensorchip (122) zumindest teilweise zwischen der Leiterfolie (142) und dem Material (126) der Sensoreinheit (120) eingebettet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Verfahrensschritt d4) folgende Teilschritte umfasst: d4a) Einlegen der Leiterfolie (142) und des darauf aufgebrachten Sensorchips (122) in ein Werkzeug (158); und d4b) Umspritzen oder Hinterspritzen der Leiterfolie (142) und des darauf aufgebrachten Sensorchips (122) mit dem mindestens einen Material (126).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens ein Freistellungswerkzeug (162) verwendet wird, um mindestens einen Bereich des Sensorchips (122) von dem Material (126) freizuhalten.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei Verfahrensschritt d4) weiterhin ein Entlasten einer Membran (144) des Sensorchips (122) umfasst.