DE102018111036A1 - sensor device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Sensorvorrichtung (100) angegeben, die einen Sockel (1) und einen Sensorchip (2) aufweist, wobei der Sensorchip in eine Öffnung (11) des Sockels eingeschoben und in dieser zumindest durch eine Klemmkraft gehalten ist, wobei der Sensorchip ein Sensormaterial (21) und zumindest zwei elektrische Anschlüsse (22) aufweist, wobei der Sockel zumindest einen Federkontakt (12) aufweist, der im eingeschobenen Zustand des Sensorchips elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei elektrischen Anschlüssen verbunden ist und zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt. The invention relates to a sensor device (100) which has a base (1) and a sensor chip (2), the sensor chip being inserted into an opening (11) of the base and held therein by at least a clamping force, the sensor chip being a sensor material (21) and at least two electrical connections (22), wherein the base has at least one spring contact (12) which is electrically connected in the inserted state of the sensor chip with one of the at least two electrical terminals and at least a part of the clamping force causes.
Description
Es wird ein Sensorvorrichtung angegeben.A sensor device is specified.
Die elektrische Kontaktierung und die mechanische Fixierung von bedrahteten Sensorelementen, insbesondere von bedrahteten Sensorchips, in entsprechenden Systemen erfordert eine zuverlässige Verbindung der externen Anschlüsse mit dem Sensorelement. Außerdem benötigen bedrahtete Sensorelemente zur mechanischen Stabilisierung und zum Schutz der Verbindungsstellen eine Umhüllung. Zusätzlich müssen solche Sensorelemente zur mechanischen Stabilität gehalten werden.The electrical contacting and the mechanical fixation of wired sensor elements, in particular of wired sensor chips, in corresponding systems requires a reliable connection of the external connections to the sensor element. In addition, wired sensor elements require a cladding for mechanical stabilization and protection of the joints. In addition, such sensor elements must be kept for mechanical stability.
Typischerweise weisen bedrahtete Sensorelemente wie beispielsweise Temperatursensorelemente dünne Anschlussdrähte auf, die mit flexiblen Litzenleitungen oder starren Kontaktstiften zur elektrischen Kontaktierung verbunden werden. Üblicherweise werden dazu externe metallische Anschlüsse wie beispielsweise Litzenleitungen, Einzeldrähte oder Kontaktstifte direkt mit dem Sensorelement stoffschlüssig verbunden. Vorwiegend kommen dazu Löt- oder Schweißverbindungen zum Einsatz. Weiterhin sind auch Crimp-Verbindungen möglich.Typically, wired sensor elements such as temperature sensor elements have thin leads that are connected to flexible stranded leads or rigid contact pins for electrical contacting. Usually, external metallic connections such as stranded conductors, individual wires or contact pins are connected to the sensor element in a materially bonded manner. Predominantly soldering or welding connections are used. Furthermore, crimp connections are possible.
Im Falle einer Montage von Sensorchips auf elektrischen Schaltungsträgern wie etwa PCB- oder DCB-Leiterplatten (PCB: „printed circuit board“; DCB: „direct copper bonded“), die meist nur keramische Materialien und Elektroden aufweisen, besteht oft der Nachteil, dass die Sensorchips die Belastungen im Montageprozess, beispielsweise hinsichtlich der Prozesstemperatur und dem Prozessdruck, nicht aushalten oder die Chip-Charakteristik nachteilig beeinflusst wird.In the case of mounting sensor chips on electrical circuit carriers, such as PCB or DCB printed circuit boards (DCB: "direct copper bonded"), which usually only comprise ceramic materials and electrodes, there is often the disadvantage that the sensor chips can not withstand the stresses in the assembly process, for example with regard to the process temperature and the process pressure, or the chip characteristics are adversely affected.
Um eine ausreichende mechanische Stabilität und exakte Positionierung so kontaktierter Sensorelemente im System zu erreichen, sind meist zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Zur Sicherstellung der elektrischen Isolation der Anschlussdrähte zueinander und zum Gehäuse, insbesondere im Falle von metallischen Werkstoffen, muss weiterhin ein entsprechender zusätzlicher Schutz vorgesehen werden. Dazu werden entweder Isolierschläuche über die Anschlussdrähte und Verbindungsstellen geschoben oder diese nachträglich beschichtet. Diese so vorbereitete Baugruppe wird dann meist in ein Gehäuse verbracht und vergossen, um eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten und einen thermischen Kontakt zwischen Sensorelement und Gehäuse herzustellen. Durch die flexiblen Anschlussleitungen ist eine exakte und reproduzierbare Positionierung im Gehäuse oft gar nicht oder nur sehr aufwendig und nur eingeschränkt möglich.In order to achieve a sufficient mechanical stability and exact positioning of such contacted sensor elements in the system, additional measures are usually required. To ensure the electrical insulation of the connecting wires to each other and the housing, in particular in the case of metallic materials, a corresponding additional protection must continue to be provided. For this purpose either insulating hoses are pushed over the connection wires and connection points or these are subsequently coated. This prepared assembly is then usually spent in a housing and potted to ensure sufficient mechanical stability and to establish a thermal contact between the sensor element and the housing. Due to the flexible connection cables, an exact and reproducible positioning in the housing is often not possible or only very expensive and only possible to a limited extent.
Weiterhin sind Lötverbindungen typischerweise nur eingeschränkt für höhere Temperaturen geeignet und erfordern aufgrund der Verwendung von Flussmitteln einen zusätzlichen Reinigungsschritt. Schweißverbindungen sind nur bei bestimmten Metallpaarungen möglich, wohingegen Crimp-Verbindungen auch nur eingeschränkt temperaturbeständig sind und einen relativ großen Bauraum im Gehäuse benötigen, so dass diese nur für Litzenleitungen geeignet sind.Furthermore, solder joints are typically only limitedly suitable for higher temperatures and require an additional purification step due to the use of flux. Welded connections are only possible with certain metal pairings, whereas crimp connections have only limited temperature resistance and require a relatively large installation space in the housing, so that they are only suitable for stranded conductors.
Beidseitig metallisierte Sensorchips oder oberflächenmontierbare Chips werden üblicherweise mittels Löten, Kleben oder Ag-Sintern direkt auf Leiterplatten montiert. Die bei der Montage auftretenden Belastungen durch die Prozesstemperaturen, Atmosphären und mechanischen Belastungen können jedoch zu Beschädigungen wie Rissen, Abplatzungen etc. an den Chips führen oder die elektrischen Eigenschaften der Materialien verändern.Both sides metallized sensor chips or surface mount chips are usually mounted directly on printed circuit boards by means of soldering, gluing or Ag sintering. However, the stresses occurring during installation due to the process temperatures, atmospheres and mechanical stresses can lead to damage such as cracks, spalling etc. on the chips or change the electrical properties of the materials.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Sensorvorrichtung anzugeben.At least one object of certain embodiments is to provide a sensor device.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.This object is achieved by an article according to the independent claim. Advantageous embodiments and further developments of the subject matter are characterized in the dependent claims and will become apparent from the following description and the drawings.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Sensorvorrichtung einen Sockel und einen Sensorchip auf. Der Sensorchip kann in den Sockel, insbesondere in eine Öffnung des Sockels, eingeschoben werden. Im fertiggestellten Zustand verbleibt der Sensorchip im eingeschobenen Zustand im Sockel. Weiterhin kann der Sensorchip im Sockel, also insbesondere in einer Öffnung im Sockel, zumindest durch eine Klemmkraft gehalten sein. Die Ausübung der Klemmkraft kann besonders bevorzugt durch das Einschieben des Sensorchips in den Sockel bewirkt werden. Mit anderen Worten kann es möglich sein, dass außer dem Einschieben des Sensorchips in den Sockel keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind, um die Klemmkraft auf den Sensorchip auszuüben. Sofern nicht anders beschrieben bedeuten ein „Einschieben“ und ein „eingeschobener Zustand“ stets ein in Bezug auf die für den Betrieb vorgesehene Position des Sensorchips vollständiges Einschieben des Sensorchips in den Sockel und somit auch einen vollständig eingeschobenen Zustand, also einen Zustand, in dem der Sensorchip im Betrieb dauerhaft im Sockel verbleibt. Der Sensorchip kann im vollständig eingeschobenen Zustand bevorzugt komplett innerhalb der Öffnung des Sockels angeordnet sein.In accordance with at least one embodiment, a sensor device has a base and a sensor chip. The sensor chip can be inserted into the socket, in particular into an opening of the socket. In the finished state of the sensor chip remains in the inserted state in the base. Furthermore, the sensor chip in the socket, so in particular in an opening in the base, be held at least by a clamping force. The exercise of the clamping force can be particularly preferably effected by the insertion of the sensor chip in the socket. In other words, it may be possible that, apart from the insertion of the sensor chip into the base, no further measures are required to exert the clamping force on the sensor chip. Unless otherwise described, a "push-in" and an "inserted state" always mean a position of the sensor chip in relation to the operation intended for the complete insertion of the sensor chip into the socket and thus also a completely inserted state, ie a state in which the Sensor chip remains permanently in the socket during operation. In the fully inserted state, the sensor chip can preferably be arranged completely inside the opening of the base.
Der Sensorchip weist ein Sensormaterial und zumindest zwei elektrische Anschlüsse auf. Die elektrischen Anschlüsse können beispielsweise durch Elektrodenschichten bildende Metallisierungen auf dem Sensormaterial aufgebracht sein. Der Sensorchip ist insbesondere als sogenannter unbedrahteter Sensorchip ausgebildet. Das bedeutet, dass der Sensorchip keine Drahtverbindungen aufweist und durch keine Drahtverbindungen mit dem Sockel beziehungsweise Teilen des Sockels verbunden ist. Vielmehr weist der Sensorchip zur elektrischen Kontaktierung nur die elektrischen Anschlüsse auf.The sensor chip has a sensor material and at least two electrical connections. The Electrical connections can be applied, for example, by metallization forming electrode layers on the sensor material. The sensor chip is designed in particular as a so-called non-wired sensor chip. This means that the sensor chip has no wire connections and is not connected by any wire connections to the socket or parts of the socket. Rather, the sensor chip for electrical contacting only the electrical connections.
Der Sensorchip kann beispielsweise ein Temperatursensorchip sein, so dass die Sensorvorrichtung zur Temperaturmessung vorgesehen und eingerichtet sein kann. Hierzu kann der Sensorchip als Sensormaterial ein Thermistormaterial aufweisen. Das Thermistormaterial kann beispielsweise ein Heißleiter- beziehungsweise NTC-Thermistormaterial (NTC: „negative temperature coefficient“) oder ein Kaltleiterbeziehungsweise PTC-Material (PTC: „positive temperature coefficient“) sein. Beispielsweise werden Temperaturen für die Überwachung und Regelung in unterschiedlichsten Anwendungen vorwiegend mit keramischen Heißleiter-Thermistorelementen gemessen. Der Sensorchip kann beispielsweise im Wesentlichen durch das chipförmig ausgeformte Sensormaterial mit aufgebrachten elektrischen Anschlüssen in Form von Elektrodenschichten ausgebildet sein. Weiterhin sind auch andere Sensorchiptypen sowie andere Sensormaterialien und Ausgestaltungen möglich.The sensor chip may be a temperature sensor chip, for example, so that the sensor device can be provided and set up for temperature measurement. For this purpose, the sensor chip may have a thermistor material as the sensor material. The thermistor material may be, for example, a NTC thermistor material (NTC: "negative temperature coefficient") or a PTC material (PTC: positive temperature coefficient). For example, temperatures for monitoring and control in a wide variety of applications are measured predominantly with ceramic thermistor thermistor elements. For example, the sensor chip can essentially be formed by the chip-shaped sensor material with applied electrical connections in the form of electrode layers. Furthermore, other sensor chip types as well as other sensor materials and configurations are possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sensorchip senkrecht zu einer Einschubrichtung einen Sensorchipquerschnitt auf. Die Öffnung im Sockel, in die der Sensorchip eingeschoben wird, kann senkrecht zur Einschubrichtung einen Öffnungsquerschnitt aufweisen. Der Sensorchipquerschnitt und der Öffnungsquerschnitt sind besonders bevorzugt geometrisch ähnlich. Mit anderen Worten weisen der Sensorchipquerschnitt und der Öffnungsquerschnitt eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche geometrische Form auf, wobei der Öffnungsquerschnitt etwas größer als der Sensorchipquerschnitt sein kann, um ein Einschieben des Sensorchips in den Sockel zu ermöglichen.According to a further embodiment, the sensor chip has a sensor chip cross-section perpendicular to an insertion direction. The opening in the base, in which the sensor chip is inserted, can have an opening cross-section perpendicular to the direction of insertion. The sensor chip cross section and the opening cross section are particularly preferably geometrically similar. In other words, the sensor chip cross-section and the opening cross-section have an identical or substantially identical geometric shape, wherein the opening cross-section may be slightly larger than the sensor chip cross-section, to allow insertion of the sensor chip in the socket.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Sensorchip und die Öffnung verdrehsicher ausgebildet. Das kann bedeuten, dass der Sensorchipquerschnitt und der Öffnungsquerschnitt so ausgebildet sind, dass der Sensorchip nur in einer bestimmten Orientierung in die Öffnung eingeschoben werden kann. Der Sensorchip und der Sockel, insbesondere der Sensorchip und die Öffnung, können hierzu korrespondierende Verdrehsicherungselemente aufweisen. Beispielsweise kann der Sensorchip eine Kerbung aufweisen, in die eine Erhebung in der Innenwand des Öffnung eingreifen kann, oder umgekehrt.According to a further embodiment, the sensor chip and the opening are formed against rotation. This may mean that the sensor chip cross section and the opening cross section are formed so that the sensor chip can be inserted into the opening only in a specific orientation. The sensor chip and the base, in particular the sensor chip and the opening, may have corresponding anti-rotation elements for this purpose. For example, the sensor chip may have a notch into which a projection in the inner wall of the opening can engage, or vice versa.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Öffnung einen Tiefenanschlag auf. Hierzu kann die Öffnung beispielsweise als Sackloch ausgebildet sein, das bis zur gewünschten Einschubtiefe des Sensorchips in den Sockel hineinreicht. Weiterhin kann der Tiefenanschlag durch eine Veränderung des Öffnungsquerschnitts, beispielsweise in Form einer stufenförmigen Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts oder in Form einer zapfenförmigen Ausbuchtung in der Öffnungsinnenwand, gebildet sein.According to a further embodiment, the opening has a depth stop. For this purpose, the opening may be formed for example as a blind hole, which extends into the socket to the desired insertion depth of the sensor chip. Furthermore, the depth stop can be formed by a change in the opening cross section, for example in the form of a stepped reduction in the opening cross section or in the form of a pin-shaped recess in the inner wall of the opening.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sockel zumindest einen Federkontakt auf, der im eingeschobenen Zustand des Sensorchips elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei elektrischen Anschlüsse des Sensorchips verbunden ist und der zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt. Der Federkontakt kann beispielsweise durch ein selbsttragendes Element mit oder aus einem oder mehreren Metallen gebildet sein. Der Sockel kann weiterhin ein Sockelelement aufweisen, das die Öffnung aufweist, in die der Sensorchip eingeschoben ist. Der zumindest eine Federkontakt kann im Sockelelement angeordnet sein. Das Sockelelement kann somit zusammen mit dem zumindest einen Federkontakt und gegebenenfalls mit zumindest einem weiteren Kontaktelement den Sockel bilden. Das zumindest eine weitere Kontaktelement kann insbesondere zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Anschlusses des Sensorchips vorgesehen und eingerichtet sein, die nicht durch einen Federkontakt kontaktiert wird. Das zumindest eine weitere Kontaktelement kann besonders bevorzugt wie der zumindest eine Federkontakt, jedoch ohne federnde Eigenschaften, ausgebildet sein.According to a further embodiment, the base has at least one spring contact, which in the inserted state of the sensor chip is electrically conductively connected to one of the at least two electrical terminals of the sensor chip and which effects at least part of the clamping force. The spring contact may for example be formed by a self-supporting element with or from one or more metals. The socket may further include a socket member having the opening into which the sensor chip is inserted. The at least one spring contact can be arranged in the base element. The base element can thus form the base together with the at least one spring contact and optionally with at least one further contact element. The at least one further contact element can be provided and arranged in particular for the electrical contacting of an electrical connection of the sensor chip, which is not contacted by a spring contact. The at least one further contact element may be particularly preferred as the at least one spring contact, but without resilient properties, be formed.
Besonders bevorzugt kann der zumindest eine Federkontakt, im Gegensatz zu einem weiteren Kontaktelement, einen federnden Bereich aufweisen, der beim Einschieben des Sensorchips in den Sockel verformt wird und der bestrebt ist, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren, wodurch eine die Klemmkraft zumindest teilweise bildende Kraft auf den Sensorchip, insbesondere auf einen elektrischen Anschluss des Sensorchips, ausgeübt werden kann. Besonders bevorzugt kann der zumindest eine Federkontakt einen federnden Bereich aufweisen und nur der federnde Bereich den Sensorchip, also insbesondere einen elektrischen Anschluss des Sensorchips, berühren. Weiterhin kann der zumindest eine Federkontakt einen Anschlussbereich aufweisen, der aus dem Sockel, also insbesondere das Sockelelement, herausragt und über den der Federkontakt von außerhalb des Sockels elektrisch kontaktierbar ist. Ist zumindest ein weiteres Kontaktelement zusätzlich zum zumindest einen Federkontakt zur elektrischen Kontaktierung zumindest eines elektrischen Anschlusses des Sensors vorhanden, kann dieses ebenfalls einen solchen Anschlussbereich aufweisen.Particularly preferably, the at least one spring contact, in contrast to a further contact element, have a resilient region which is deformed during insertion of the sensor chip into the base and which endeavors to return to its original position, whereby a clamping force at least partially forming force the sensor chip, in particular to an electrical connection of the sensor chip, can be exercised. Particularly preferably, the at least one spring contact can have a resilient region and only the resilient region can touch the sensor chip, that is to say in particular an electrical connection of the sensor chip. Furthermore, the at least one spring contact can have a connection region, which protrudes from the base, that is to say in particular the base element, and via which the spring contact can be electrically contacted from outside the base. If at least one further contact element is present in addition to the at least one spring contact for making electrical contact with at least one electrical connection of the sensor, this can likewise have such a connection region.
Zumindest einer und bevorzugt jeder Anschlussbereich des zumindest einen Federelements und/oder des zumindest einen weiteren Kontaktelements kann in Form von Kontaktpins aus dem Sockelelement herausragen, so dass die Sensorvorrichtung mit den Anschlussbereichen in Kontaktöffnungen eines Gehäuses oder Trägers wie beispielsweise einer Leiterplatte geschoben werden kann. Weiterhin kann zumindest einer und bevorzugt jeder Anschlussbereich des zumindest einen Federelements und/oder des zumindest einen weiteren Kontaktelements abgewinkelt und abgeflacht ausgebildet sein, so dass die Sensorvorrichtung als SMT-Bauelement (SMT: „surface-mount technology“, Oberflächenmontage) ausgebildet sein kann und beispielsweise direkt auf einem Träger wie einer Leiterplatte durch Löten oder Ag-Sintern montiert werden kann. At least one and preferably each connection region of the at least one spring element and / or the at least one further contact element may protrude out of the base element in the form of contact pins, so that the sensor device with the connection regions can be pushed into contact openings of a housing or support such as a printed circuit board. Furthermore, at least one and preferably each connection region of the at least one spring element and / or the at least one further contact element can be angled and flattened, so that the sensor device can be designed as an SMT component (SMT: surface-mount technology) and for example, can be mounted directly on a support such as a printed circuit board by soldering or Ag sintering.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Federkontakt zumindest teilweise in einer in der Öffnung ausgebildeten Nut angeordnet. Mit anderen Worten weist der Sockel ein Sockelelement mit der Öffnung und zumindest einer in der Öffnungsinnenwand ausgebildeten Nut auf. Die Nut kann insbesondere so ausgebildet sein, dass der zumindest eine Federkontakt bis auf einen Teil, der zum mechanischen Kontakt mit dem Sensorchip vorgesehen ist, also insbesondere einem Teil eines federnden Bereichs, vollständig in der Nut angeordnet ist und somit den für den Sensorchip vorgesehenen Öffnungsquerschnitt nicht verkleinert. Weiterhin kann die Nut einen Hinterschnitt aufweisen, in den der zumindest eine Federkontakt eingreift. Hierdurch kann der zumindest eine Federkontakt im Sockelelement zumindest entlang einer Richtung, die insbesondere der Einschubrichtung des Sensorchips in die Öffnung entsprechen kann, zumindest bei eingeschobenem Sensorchip verankert sein. Insbesondere kann der federnde Bereich des Federkontakts in den Hinterschnitt eingreifen.According to a further embodiment, the at least one spring contact is arranged at least partially in a groove formed in the opening. In other words, the base has a base element with the opening and at least one groove formed in the opening inner wall. In particular, the groove may be formed such that the at least one spring contact is arranged completely in the groove except for a part which is provided for mechanical contact with the sensor chip, ie in particular a part of a resilient region, and thus the opening cross section provided for the sensor chip not reduced. Furthermore, the groove may have an undercut, in which engages the at least one spring contact. As a result, the at least one spring contact in the base element can be anchored at least along a direction that can correspond in particular to the insertion direction of the sensor chip into the opening, at least when the sensor chip is inserted. In particular, the resilient region of the spring contact can engage in the undercut.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sockel im Sockelelement zumindest zwei Federkontakte auf. Entsprechend kann der Sockel zumindest zwei Federkontakte aufweisen, von denen jeder im eingeschobenen Zustand des Sensorchips elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei elektrischen Anschüssen des Sensorchips verbunden ist und zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt. Jeder der Federkontakte kann Merkmale gemäß der vorherigen Beschreibung aufweisen. Besonders bevorzugt können alle Federkontakte gleich ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Sockel genauso viele Federkontakte wie der Sensorchip elektrische Anschlüsse aufweisen, so dass jeder der elektrischen Anschlüsse mittels eines Federkontakts kontaktiert wird. Weist der Sensorchip beispielsweise genau zwei elektrische Anschlüsse auf, kann der Sockel auch genau zwei Federkontakte aufweisen.According to a further embodiment, the base in the base element on at least two spring contacts. Accordingly, the base may have at least two spring contacts, each of which, in the inserted state of the sensor chip, is electrically conductively connected to one of the at least two electrical connections of the sensor chip and effects at least part of the clamping force. Each of the spring contacts may have features as described above. Particularly preferably, all spring contacts can be designed the same. For example, the socket may have as many spring contacts as the sensor chip electrical connections, so that each of the electrical connections is contacted by means of a spring contact. For example, if the sensor chip has exactly two electrical connections, the socket can also have exactly two spring contacts.
Beispielsweise können die zumindest zwei Federkontakte entlang einer gleichen Richtung Kräfte auf den Sensorchip ausüben. Hierbei können die zumindest zwei elektrischen Anschlüsse auf einer gleichen Seite des Sensormaterials angeordnet sein. Weiterhin können die zumindest zwei Federkontakte entlang entgegengesetzter Richtungen Kräfte auf den Sensorchip ausüben. Hierbei können die zumindest zwei elektrischen Anschlüsse auf sich gegenüberliegenden Seiten des Sensormaterials angeordnet sein. Die Anzahl und Anordnung der elektrischen Anschlüsse und entsprechend der Federkontakte und gegebenenfalls weitere Kontaktelemente im Sockel kann entsprechend der Ausgestaltung des Sensorchips angepasst werden.For example, the at least two spring contacts can exert forces on the sensor chip along a same direction. In this case, the at least two electrical connections can be arranged on the same side of the sensor material. Furthermore, the at least two spring contacts can exert forces on the sensor chip along opposite directions. In this case, the at least two electrical connections can be arranged on opposite sides of the sensor material. The number and arrangement of the electrical connections and corresponding to the spring contacts and optionally further contact elements in the base can be adjusted according to the configuration of the sensor chip.
Bei dem Sensorchip kann es sich besonders bevorzugt beispielsweise um eine das Sensormaterial bildende Keramikscheibe, beispielsweise mit einem PTC- oder NTC-Material, handeln, die auf zwei gegenüberliegenden Flächen eine Metallisierung als elektrische Anschlüsse aufweisen. Der Querschnitt des Sensorchips parallel zur Einschubrichtung in den Sockel und damit beispielsweise auch die Form der elektrischen Anschlüsse können bevorzugt rechteckförmig oder kreisförmig sein. Es ist auch möglich, dass andere Sensorchips wie beispielsweise Platin-Elemente mit auf einer Fläche befindlichen elektrischen Anschlüssen in Form von Elektrodenschichten eingesetzt werden.The sensor chip may particularly preferably be, for example, a ceramic disk forming the sensor material, for example with a PTC or NTC material, which have metallization as electrical connections on two opposite surfaces. The cross section of the sensor chip parallel to the direction of insertion into the base and thus, for example, the shape of the electrical connections can preferably be rectangular or circular. It is also possible that other sensor chips such as platinum elements are used with on-surface electrical connections in the form of electrode layers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sockel, insbesondere das Sockelelement, ein Keramikmaterial auf. Insbesondere bei geringen Einsatztemperaturen im Bereich von bis zu 300°C kann der Sockel auch einen Kunststoff aufweisen.According to a further embodiment, the base, in particular the base element, a ceramic material. In particular, at low operating temperatures in the range of up to 300 ° C, the base can also have a plastic.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zur zusätzlichen Fixierung des Sensorchips in der Öffnung zwischen einem elektrischen Anschluss und dem zumindest einen Federkontakt, durch den dieser elektrische Anschluss des Sensorchips kontaktiert wird, ein Verbindungsmaterial angeordnet. Das Verbindungsmaterial kann insbesondere für eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Federkontakt und dem elektrischen Anschluss vorgesehen und eingerichtet sein und beispielsweise ein Lot, ein Sintermaterial oder einen elektrisch leitenden Klebstoff aufweisen oder daraus sein. Insbesondere kann das Verbindungsmaterial vor dem Einschieben des Sensorchips in den Sockel auf dem zumindest einen Federkontakt und/oder auf dem entsprechenden elektrischen Anschluss aufgebracht werden. Ein Sintermaterial kann als entsprechende Paste aufgebracht werden, ein Klebstoff in einer noch nicht ausgehärteten Form. Ein Lot kann beispielsweise ebenfalls als Paste aufgebracht werden oder auch als sogenannte Lot-Preform während des Einschiebens des Sensorchips in die Öffnung mit eingebracht werden. Durch eine Temperaturbehandlung nach dem Einschieben des Sensorchips kann das Verbindungsmaterial entsprechend ausgehärtet beziehungsweise aufgeschmolzen und wieder verfestigt werden, wodurch zusätzlich zur Klemmkraft eine stoffschlüssige Haltekraft hervorgerufen werden kann. Dies kann auch bei Reduzierung oder Verlust der mechanischen Spannkraft des zumindest einen Federkontakts einen dauerhaften elektrischen Kontakt sicherstellen.According to a further embodiment, a connecting material is arranged for additional fixing of the sensor chip in the opening between an electrical connection and the at least one spring contact, through which this electrical connection of the sensor chip is contacted. The connecting material may be provided and arranged in particular for a cohesive connection between the spring contact and the electrical connection and may comprise or be, for example, a solder, a sintered material or an electrically conductive adhesive. In particular, the connecting material can be applied to the at least one spring contact and / or to the corresponding electrical connection before inserting the sensor chip into the socket. A sintered material can be applied as a corresponding paste, an adhesive in a not yet cured form. For example, a solder can also be applied as a paste or introduced as a so-called solder preform into the opening during the insertion of the sensor chip. By a temperature treatment after inserting the Sensor chips, the bonding material can be cured accordingly or melted and solidified again, which in addition to the clamping force a cohesive holding force can be caused. This can ensure a permanent electrical contact even when reducing or losing the mechanical clamping force of the at least one spring contact.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Sockel ein separates Bauteil sein, mit dem die Sensorvorrichtung in einem Gehäuse oder System angeordnet werden kann. Weiterhin kann die Sensorvorrichtung Teil eines Systems sein, wobei insbesondere der Sockel als Teil eines Gehäuses ausgeformt ist. Mit anderen Worten weist das Gehäuse einen Teil auf, der den hier beschriebenen Sockel bildet. Hierbei kann bevorzugt das Sockelelement Teil des Gehäuses sein und beispielsweise auch einstückig mit dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses ausgeformt werden.According to a further embodiment, the base may be a separate component with which the sensor device can be arranged in a housing or system. Furthermore, the sensor device may be part of a system, wherein in particular the base is formed as part of a housing. In other words, the housing has a part which forms the base described here. In this case, the base element may preferably be part of the housing and, for example, also formed in one piece with the housing or a part of the housing.
Die Aufgabe einer mechanisch stabilen und präzisen Positionierung zusammen mit einer elektrischen Kontaktierung des Sensorchips im Sockel und damit auch in einem Gehäuse oder System wird durch den vorab beschriebenen Sockel mit Steckkontakt zur Aufnahme des Sensorchips erfüllt. Wie weiterhin beschrieben wird bevorzugt ein unbedrahteter Sensorchip verwendet, das ein Sensormaterial mit mindestens zwei darauf befindlichen, durch elektrische Anschlüsse gebildeten Elektrodenflächen aufweist, der in die als Kavität ausgebildete Öffnung des Sockels eingesteckt ist. Der Sockel und insbesondere das Sockelelement ist bevorzugt so geformt, das durch die im Sockel angeordneten Kontakte die elektrische Anbindung gewährleistet und gleichzeitig eine mechanisch stabile Positionierung des Sensorchips ermöglicht werden. Mindestens ein Kontakt ist hierzu wie beschrieben als Federkontakt ausgebildet, wodurch eine Klemmkontaktierung des Sensorchips erreicht wird. Vorteilhafterweise sind der oder die als Klemmkontakte ausgebildeten Federkontakte in einer Nut versenkt und berühren die elektrischen Anschlüsse des Sensorchips wie beschrieben nur mit dem jeweiligen federnden Bereich. Zur Sicherstellung der Fixierung eines Federkontakts in der Nut kann diese wie beschrieben besonders bevorzugt mit einem Hinterschnitt versehen sein.The task of a mechanically stable and precise positioning together with an electrical contacting of the sensor chip in the socket and thus in a housing or system is fulfilled by the previously described socket with plug contact for receiving the sensor chip. As further described, a non-wired sensor chip is preferably used, which has a sensor material with at least two electrode surfaces formed thereon and formed by electrical connections, which is inserted into the opening of the base which is formed as a cavity. The base and in particular the base element is preferably shaped so that the electric connection is ensured by the contacts arranged in the base and at the same time a mechanically stable positioning of the sensor chip is made possible. At least one contact is for this purpose as described formed as a spring contact, whereby a Klemmkontaktierung the sensor chip is achieved. Advantageously, the one or more spring contacts formed as terminal contacts are recessed in a groove and touch the electrical connections of the sensor chip as described only with the respective resilient region. To ensure the fixation of a spring contact in the groove, it can be particularly preferably provided with an undercut as described.
Bei der hier beschriebenen Sensorvorrichtung ist es somit möglich, eine einfache Aufnahme für den Sensorchip mit einer geeigneten elektrischen Kontaktierung bereitzustellen, ohne zusätzliche Drahtanschlüsse und Verbindungsstellen zum Sensorchip zu schaffen. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung als Temperatursensor in Automotive-, Haushalts- und Industrieanwendungen ausgebildet sein. Weiterhin kann die beschriebene Technologie auch für andere Sensorchiptypen sowie auch für andere elektronische Bauelemente geeignet sein.In the sensor device described here, it is thus possible to provide a simple receptacle for the sensor chip with a suitable electrical contact without creating additional wire connections and connection points to the sensor chip. For example, the sensor device can be designed as a temperature sensor in automotive, household and industrial applications. Furthermore, the described technology may also be suitable for other sensor chip types as well as for other electronic components.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantages, advantageous embodiments and developments emerge from the embodiments described below in conjunction with the figures.
Es zeigen:
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1A bis1C schematische Darstellungen einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2A bis2F schematische Darstellungen einer Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, -
3A und3B schematische Darstellungen von Sensorvorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, -
4A bis4F schematische Darstellungen einer Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, -
5 und6 schematische Darstellungen von Sensorvorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, -
7A bis7F schematische Darstellungen einer Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und -
8 und9 schematische Darstellungen von Sensorvorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
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1A to1C schematic representations of a sensor device according to an embodiment, -
2A to2F schematic representations of a sensor device according to a further embodiment, -
3A and3B schematic representations of sensor devices according to further embodiments, -
4A to4F schematic representations of a sensor device according to a further embodiment, -
5 and6 schematic representations of sensor devices according to further embodiments, -
7A to7F schematic representations of a sensor device according to another embodiment and -
8th and9 schematic representations of sensor devices according to further embodiments.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals. The illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but individual elements, such as layers, components, components and areas, for better presentation and / or better understanding may be exaggerated.
In Verbindung mit den
Der Sensorchip
Wie in den
Das Sockelelement
Weiterhin weist der Sockel
Der Sensorchip
Solange der Sensorchip
Der Federkontakt
Die beschriebene Sensorvorrichtung
In Verbindung mit den nachfolgenden Figuren sind weitere Ausführungsbeispiele für Sensorvorrichtungen
In den
Im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist der Sockel
In den
In den
In
In
Das Verbindungsmaterial
In den
In
In
Alternativ kann der Sockel
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.The features and embodiments described in connection with the figures can be combined with each other according to further embodiments, even if not all combinations are explicitly described. Furthermore, the embodiments described in conjunction with the figures may alternatively or additionally comprise further features as described in the general part.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sockelbase
- 22
- Sensorchipsensor chip
- 33
- Verbindungsmaterialconnecting material
- 99
- Einschubrichtunginsertion direction
- 1010
- Sockelelementbase element
- 1111
- Öffnungopening
- 1212
- Federkontaktspring contact
- 1313
- Nutgroove
- 1414
- Hinterschnittundercut
- 1515
- Kontaktelementcontact element
- 1818
- Tiefenanschlagdepth stop
- 1919
- Verdrehsicherungselementanti-rotation
- 2121
- Sensormaterialsensor material
- 2222
- elektrischer Anschlusselectrical connection
- 2929
- Verdrehsicherungselementanti-rotation
- 9999
- Gehäusecasing
- 100100
- Sensorvorrichtungsensor device
- 110110
- federnder Bereichresilient area
- 111111
- Anschlussbereichterminal area
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