DE10344493A1

DE10344493A1 - Fluid-Massenströmungssensor mit reduziertem Fluideintritt

Info

Publication number: DE10344493A1
Application number: DE10344493A
Authority: DE
Inventors: David J. Livonia Thompson; Robert E. West Bloomfield Belke jun.; Edward P. Whitemore Lake McLeskey
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2004-05-19
Also published as: JP2004116512A; GB0305832D0; US20040055376A1; US6752015B2; GB2393518A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung eines Zustandes eines strömenden Fluids innerhalb eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung umfasst eine Bodenplatte (12) mit einer Aufnahmefläche (20) und einem Umfangsrand (22), wobei die Bodenplatte (12) aus einem ersten Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt ist. Weiterhin umfasst sie ein Substrat (13) mit einer gedruckten Schaltung (14), wobei das Substrat (13) auf der Aufnahmefläche (20) der Bodenplatte (12) angeordnet ist. Weiter ist ein Gehäuse (15) mit einer Gehäuseabdeckung (16) und sich vom Gehäuse (15) erstreckenden umfänglichen Seitenwänden (23) vorgesehen, wobei die Seitenwände (23) angrenzend zum Umfangsrand (22) an der Aufnahmefläche (20) angeordnet sind, um eine umfängliche Verbindungsstelle (24) zu bilden, die das Substrat (13) innerhalb des Gehäuses (15) umschließt. Das Gehäuse (15) ist aus einem zweiten Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. An der Verbindungsstelle (24) ist ein Klebstoffmaterial (18) angeordnet, um das Gehäuse (15) mit der Bodenplatte (12) zu verkleben. Das Klebstoffmaterial (18) weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein Elastizitätsmodul auf, die dazu vorgesehen und geeignet sind, das Eindringen von Fluiden durch die umfängliche Verbindungsstelle (24) zu reduzieren und die Wärmeausdehnung des ersten und zweiten Materials aneinander anzupassen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fluid-Massenströmungssensor und ein Verfahren zur Reduzierung von Verunreinigungen durch Fluideintritt in Fluid-Massenströmungssensoren.
Um einen optimalen Betrieb einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen, werden heutzutage elektronische Steuerungen eingesetzt. Typischerweise umfassen elektronische Steuersysteme eine primäre Steuereinheit zur Verarbeitung von Steueralgorithmen und eine Vielzahl von Sensoren, die der primären Steuereinheit Steuersignale zuführen. Ein solcher Sensor für eine optimale Motorsteuerung ist der Fluid-Massenströmungssensor zur Messung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Fluid-Massenströmungssensoren umfassen typischerweise eine darin angeordnete Schaltung auf einer Leiterplatte zur Bestimmung des vom Fahrzeug angesaugten Luftstroms.
Um einen gewünschten Motorbetrieb zu gewährleisten, sollte die Massenströmungsmessung genau sein. Ein den Herstellern entgegentretendes Problem besteht in der Vermeidung von Kontamination, die durch eindringende Fluide und in Kontakt kommen mit leitfähigem Material auf der Leiterplatte des Fluid-Massenströmungssensors. Es wurde beispielsweise herausgefunden, dass in Fahrzeugen verwendete Gummischläuche Schwefel und Schwefelverbindungen ausgasen. Der Schwefel wird dann über die Luft verteilt und kann mit Kupfer oder Silber reagieren. Wenn Schwefel mit Aluminium reagiert, werden beispielsweise Aluminiumsulfide gebildet. Aluminiumsulfide sind bekannterweise nicht leitfähig sondern weisen isolierende Eigenschaften auf. Sowohl Aluminium als auch Silber werden jedoch bei Dickfilmsubstraten für Leiterplatten oder Schaltkreismodule verwendet. Somit kann in vielen Situationen austretender Schwefel, der mit Aluminium in Berührung kommt, beispielsweise an einer Leiterplatte, dazu führen, dass Aluminiumsulfid gebildet wird. In einer derartigen Situation kann, wenn Aluminiumsulfide gebildet werden, sich die Leiterplatte unerwünscht verändern oder Kurzschlüsse auf der Leiterplatte verursacht werden.
Ausgegaster Schwefel dringt typischerweise durch eine Dichtung zwischen zwei Materialien in die Fluid-Massenströmungssensoren ein, beispielsweise zwischen Metall und Plastik. Dies kann insbesondere dann auftreten, wenn die Dichtung Bedingungen ausgesetzt war, beispielsweise Temperaturschwankungen, bei denen eine thermische Ausdehnung zwischen den Materialien der Dichtung aufgetreten ist. Darüber hinaus kann ein zur Abdichtung der Materialien verwendeter Klebstoff altern, wodurch sich seine Abdichtungseigenschaften verschlechtern und somit ein Eindringen von Verunreinigungen wie Schwefel ermöglicht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Massenströmungsgerät anzugeben, in welches Verunreinigungen weniger leicht eindringen können.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Eindringens von Fluid in das Gerät, um die Korrosion der Leiterplatte innerhalb des Gerätes zu vermindern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Gerät zur Erkennung eines Zustandes oder einer Bedingung eines strömenden Fluides innerhalb eines Fahrzeuges. Das Gerät umfasst eine Bodenplatte mit einer Aufnahmefläche und einem Umfangsrand. Die Bodenplatte ist aus einem ersten Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Das Gerät weist darüber hinaus ein Substrat mit einer gedruckten Schaltung auf, wobei das Substrat auf der Aufnahmefläche der Bodenplatte angeordnet ist.
Das Gerät weist weiter ein Gehäuse mit einer Gehäuseabdeckung auf, wobei sich umfängliche Seitenwände von der Gehäuseabdeckung erstrecken. Die Seitenwände sind mit der Aufnahmefläche verbunden, die an den Umfangsrand angrenzt, um damit eine umfängliche Verbindungsstelle zu bilden, die das Substrat innerhalb des Gehäuses umschließt. Das Gehäuse ist aus einem zweiten Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Das Gerät umfasst weiter ein Klebstoffmaterial, das an der Verbindungsstelle zwischen dem Umfangsrand und den umfänglichen Seitenwänden des Gehäuses angeordnet ist, um das Gehäuse mit der Bodenplatte zu verkleben. Das Klebstoffmaterial hat einen vorbestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein vorbestimmtes Elastizitätsmodul, um ein Eindringen eines Fluids durch die Verbindungsstelle zu reduzieren und die Wärmeausdehnungen des ersten und zweiten Materials auszugleichen.
Weitere Aspekte, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die Betrachtung der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche deutlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen werden. Es zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung eines Fluid-Massenströmungssensors gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2a eine perspektivische Ansicht eines Fluid-Massenströmungssensors gemäß 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2b eine Schnittdarstellung eines Fluid-Massenströmungssensors entlang der Schnittlinie 2b-2b;
3 eine Außenansicht einer Bodenplatte oder Elektronikabdeckung eines Fluid-Massenströmungssensors gemäß 1;
4a eine perspektivische Innenansicht einer Massenströmungsgehäuseabdeckung des Massenströmungsgehäuses gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4b eine perspektivische Außenansicht mit der darauf angebrachten zweiten Gehäuseabdeckung;
4c eine perspektivische Ansicht des Gehäuses mit der darauf angebrachten Gehäuseabdeckung; und
5 eine perspektivische Innenansicht einer zweiten Abdeckung des Gehäuses gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
1 und 2 zeigen eine Explosionsdarstellung und eine perspektivische Ansicht eines Fluid-Massenströmungssensors 10, bei dem das Eindringen von Fluiden verringert ist, der zur Berechnung einer Menge eines strömenden Fluids in einer Leitung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Eine Anwendung oder Verwendung eines solchen Fluid-Massenströmungssensors besteht in der Messung der Luftmenge, die von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angesaugt wird. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch auch andere Benutzungen oder Verwendungen des Fluid-Massenströmungssensors vor. Zum Beispiel kann der Fluid-Massenströmungssensor dazu verwendet werden, eine Menge eines anderen geeigneten strömenden Fluids durch eine Leitung (verschieden von der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine) verwendet werden. Somit kann der Fluid-Massenströmungssensor als ein Gerät zur Erkennung eines Zustandes eines strömenden Fluids innerhalb eines Fahrzeuges angesehen werden.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung umfasst der Fluid-Massenströmungssensor 10 im Wesentlichen eine Bodenplatte 12 oder eine Elektronikabdeckung 12, ein Substrat 13 mit Schaltkreismodul 14, das auf die Bodenplatte 12 aufgeklebt ist, ein Gehäuse 15, in das die Bodenplatte 12 abdichtend eingreift, wobei das Gehäuse 15 eine Gehäuseabdeckung 16 und eine Deckelplatte 17 aufweist, ein Klebstoffmaterial 18, mit dem die Bodenplatte 12 und das Gehäuse 15 verklebt sind, und eine Dichtung 19.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, weist die Bodenplatte 12 eine Aufnahmefläche 20 und einen Umfangsrand 22 auf. Die Bodenplatte 12 hat einen hervorstehenden Rand 21, der an die Aufnahmefläche 20 angrenzt, die wiederum vom anderen Umfangsrand 22 der Bodenplatte 12 angrenzt. Um eine wetterfeste Abdichtung zu bilden, greift der hervorstehende Rand 21 abdichtend in einen passenden Kanal (nicht dargestellt) am Gehäuse 15 ein, wie weiter unten beschrieben wird. Vorzugsweise dient die Bodenplatte 12 als Kühlkörper, um die vom Schaltkreismodul 14 abgegebene Wärme abzuführen. Die Bodenplatte 12 ist aus einem ersten Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. In diesem Ausführungsbeispiel liegt der erste Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen etwa 5 bis 30 ppm/°C. Die Bodenplatte 12 weist weiter ein Elastizitätsmodul von etwa 5– 100 × 10⁶ Pfund pro Quadratzoll (psig). In diesem Ausführungsbeispiel kann die Bodenplatte 12 aus jedem wärmeleitfähigen Material hergestellt sein, welches zur Abführung von Wärme aus dem Gehäuse 15 geeignet ist. Das erste Material der Bodenplatte 12 kann beispielsweise ein Metall, eine Metalllegierung oder einen Metallmatrixverbundwerkstoff oder jedes andere geeignete Material mit dem genannten ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem Elastizitätsmodul der Bodenplatte 12 umfassen.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, umfasst das Gerät weiter ein Substrat 13 mit einer gedruckten Schaltung oder einem darauf geklebten Schaltkreismodul 14, das als an sich bekannte Leiterplatte 32 dient. Das Substrat 13 ist auf der Aufnahmefläche 20 der Bodenplatte 12 angeordnet. Das Substrat 13 umfasst ein keramisches Metall, ein keramisches Matrixverbundmaterial, ein Glas oder jedes andere aus dem Stand der Technik bekannte geeignete Material. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Substrat 13 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 0,1–15 ppm/°C und ein Elastizitätsmodul von etwa 5–50 × 10⁶ psig, auf.
Der Fluid-Massenströmungssensor 10 umfasst weiter eine am Gehäuse 15 befestigte Gehäuseabdeckung 16 und eine Deckelplatte 17, die an der Gehäuseabdeckung 16 befestigt ist. Wie dargestellt, umfasst das Gehäuse 15 umfängliche Seitenwände 23, die sich von der Gehäuseabdeckung 16 abgewandten Seiten erstrecken. Die umfänglichen Seitenwände 23 weisen einen nicht dargestellten Kanal, um den hervorstehenden Rand 21 der Bodenplatte 12 abdichtend aufzunehmen. Somit ist die Bodenplatte 12 mit der zum Umfangsrand 22 angrenzenden Aufnahmefläche 20 am Gehäuse 15 befestigt. Dies bildet eine umfängliche Verbindungsstelle 24 zwischen der Bodenplatte 12 und dem Gehäuse 15 und umschließt das Substrat 13 innerhalb des Gehäuses 15. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 15 aus einem zweiten Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Das zweite Material hat einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient, der bei einem Wert bis zu von 80 ppm/ °C liegen kann und ein Elastizitäts modul von etwa 0,01–0,6 × 10⁶ psig. Das Gehäuse 15 kann ein Polymer oder ein Polymermatrixverbundwerkstoff oder ein Polybutadienterephthalat (PBT) oder jedes andere geeignete Material umfassen, das diesen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Wie in den 1 und 2a gezeigt, umfasst das Gehäuse 15 weiter einen integrierten Steckverbinder 30, der Verbindungsanschlüsse (nicht dargestellt) aufweist, die elektrisch mit einer Motorsteuerungselektronik verbunden sind, die außerhalb des Fluid-Massenströmungssensor 10 angeordnet ist. Die Verbindungsanschlüsse sind ebenso elektrisch mit dem Schaltkreismodul 14 verbunden, das auf dem Substrat 13 innerhalb eines zentralen Gehäusebereiches 34 innerhalb des Gehäuses 15 angeordnet ist. Angrenzend zum zentralen Gehäusebereich 34 umfasst das Gehäuse 15 weiter einen einstückig befestigten Strömungsaufnahmebereich 36. Der Strömungsaufnahmebereich 36 umfasst einen Einlass 38, der zu einer Düse 39 geformt ist. Die Düse 39 ist mit einer im Wesentlichen U-förmig geformten Strömungspassage 40 verbunden. Die U-förmig geformte Strömungspassage 40 endet mit einem Auslass 42.
Wie in der 2a dargestellt, werden mehrere Widerstandselemente 44, 46 und 48 vom Gehäuse 15 getragen, die elektrisch mit dem Schaltkreismodul 14 über elektrische Leiter, beispielsweise einstückig eingegossene Leiterbahnen oder Anschlüsse verbunden sind. Die Widerstandselemente 44, 46 und 48 umfassen ein Heißleiterelement 44, ein Kaltleiterelement 46 und ein internes Fluidtemperaturelement 48 (IAT). Im Wesentlichen verändern diese Widerstandselemente 44, 46 und 48 ihren Widerstand als Funktion der Temperatur.
Wie in den 2 und 2b dargestellt, umfasst der Fluid-Massenströmungssensor ein Klebstoffmaterial 18, das an der umfänglichen Verbindungsstelle 24 zwischen dem Umfangsrand 22 und den umfänglichen Seitenwänden 23 des Gehäuses 15 angeordnet ist, um die Bodenplatte 12 am Gehäuse 15 zu befestigen. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Klebstoffmaterial 18 einen vorbestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein vorbestimmtes Elastizitätsmodul auf. Das Klebstoffmaterial 18 dient dazu ein Eindringen von Fluid durch die Verbindungsstelle 24 zu verhindern und passt die Wärmeausdehnungen des ersten und zweiten Materials bei Temperaturänderungen, insbesondere zwischen etwa –40°C und +125°C aneinander an.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Klebstoffmaterial 18 vorzugsweise ein Urethan-Acrylat mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 100– 200 ppm/ °C und einem Elastizitätsmodul zwischen etwa 87000–150000 psig, wenn das Klebstoffmaterial 18 über seiner Glasübergangstemperatur (Tg) liegt. Das Klebstoffmaterial 18 kann ebenso einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 100–200 ppm/ °C und ein Elastizitätsmodul zwischen etwa 87000–150000 psig aufweisen, wenn sich das Klebstoffmaterial 18 unter seiner Glasübergangstemperatur befindet. Natürlich kann das Klebstoffmaterial 18 auch jedes andere Material sein, beispielsweise ein Polymer, solange die Wärmeausdehnungskoeffizienten und das Elastizitätsmodul innerhalb der oben angegebenen vorbestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmodule liegen.
In diesem Ausführungsbeispiel erfasst das Schaltkreismodul 14 ein Fluid, beispielsweise durch die Strömungspassage 40 strömende Luft, durch Überwachen der Verlustleistung der Widerstandselemente 44, 46 und/oder 48. Das Schaltkreismodul 14 kann ein einzelner integrierter Schaltkreis oder auch ein Substrat mit einzelnen darauf befestigten integrierten Schaltkreisen sein. Die erfasste Widerstandsänderung der Widerstandselemente 44 bis 48 wird in ein Ausgangssignal umgewandelt, das der elektronischen Motorsteuerung (nicht dargestellt) zugeführt wird. Typischerweise regelt die elektronische Motorsteuerung die Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffes durch die Einstellung des Kraftstoff/ Luft-Gemischs.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das IAT oder Widerstandselement 48 im Wesentlichen ein Thermistor oder ein ähnliches Gerät. Das Widerstandselement 48 ist an dem Gehäuse 15 angeordnet, um eine genaue Aufnahme der Ladelufttemperatur während eines Ausgangszyklus der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Wie in 2 gezeigt, ist das Widerstandselement 48 vorzugsweise außerhalb der Strömungspassage 40 angeordnet, um die Fluidheizeffekte zu minimieren, die von der Wärmeabstrahlung des Heißleiterelements 44 bewirkt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Strömungssensor 10 mit Widerstandselementen 44 und 46 hergestellt, die aus Platin gewickelte Drahtwiderstände aufweisen. Im Allgemeinen haben diese Widerstandselemente einen positiven Temperaturkoeffizienten. Somit entspricht jede Widerstandsänderung der Widerstandselemente einer gleichgerichteten Temperaturänderung. D.h. wenn sich die Temperatur erhöht, erhöht sich der Widerstand und wenn sich die Temperatur verringert, verringert sich der Widerstand.
In den 4a und 4b sind perspektivische Ansichten der Gehäuseabdeckung 16 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. 4a zeigt eine Ansicht einer Gehäuseabdeckung 16 von Innen und 4b zeigt eine Ansicht der Gehäuseabdeckung 16 von oben. Die Gehäuseabdeckung 16 ist fest mit dem Gehäuse 15 (wie in 4c gezeigt) entlang der abstehenden Vorsprünge 60 und 62 verbunden. Der Vorsprung 60 ragt von einer Innenfläche 64 der Gehäuseabdeckung 16 ab und greift abdichtend in einen Kanal 50 ein, der auf der Innenfläche 52 des Gehäuses 15 angeordnet ist. Der Vorsprung 62, der von der Innenfläche 64 der Gehäuseabdeckung 16 absteht, greift abdichtend in den auf der Innenfläche 52 angeordneten und rund um den Umfang der Strömungspassage 40 verlaufenden Kanal 54 ein und er zeugt dadurch eine abgeschlossene und abgedichtete Strömungspassage 40. Die Gehäuseabdeckung 16 umfasst weiter eine Fensteröffnung 66, die einen Zugang zum integrierten Schaltkreis 14 oder zur Leiterplatte 32 während der Herstellung ermöglicht, wie in 4c dargestellt. Zum Beispiel ermöglicht die Fensteröffnung 66 einen Zugang zum integrierten Schaltkreis 14 oder zur Leiterplatte 32 während der Kalibration im Herstellungsprozess. Weiterhin ist der integrierte Schaltkreis 14 oder die Leiterplatte 32, mit verschiedenen Anschlüssen oder Bondpads innerhalb des Gehäuses 15 über Bonddrähte 79 verbondet, wie es in der 4c gezeigt ist.
Wie aus 4b ersichtlich, ist umlaufend um die Fensteröffnung 66 ein Kanal 68 angeordnet. In diesem Kanal 68 greift die Deckelplatte 17 zur abdichtenden Verbindung mit der Gehäuseabdeckung 16. In der Gehäuseabdeckung 16 ist eine Seitenöffnung 70 vorgesehen, die es ermöglicht, dass die Luft aus der Strömungspassage 40 sowohl über die Seitenflächen 72 als auch aus der Gehäuseabdeckung 16 herausströmt. Die Gehäuseabdeckung 16 weist in ihrer Seitenfläche 72 einen Trichter 75 auf, der die passierende Luft komprimiert und auf das Kaltleiterelement 46 richtet.
In 5 ist eine perspektivische Innenansicht der Deckelplatte 17 dargestellt. Die Deckelplatte 17 umfasst einen umlaufenden hervorstehenden Rand 80, der in die Gehäuseabdeckung 16 entlang des Umfangs der Fensteröffnung 66 in den Kanal 68 abdichtend eingreift. Die Deckelplatte 17 ist im Wesentlichen flach ausgebildet und kann aus einem wärmeleitfähigen Material hergestellt sein, beispielsweise einem Metall um die vom integrierten Schaltkreis 14 abgegebene Wärme abzuführen. Wie in 1 dargestellt, weist die Deckelplatte 17 eine im Wesentlichen plane Außenoberfläche 84 auf. Nachdem die Deckelplatte 17 auf der Gehäuseabdeckung 16 positioniert ist, bilden sowohl die Gehäuseabdeckung 16 als auch die Deckelplatte 17 eine sich länglich erstreckende und im Wesentlichen ebene Oberfläche, um eine möglichst minimale Störung der vorbeiströmenden Luft rund um den Fluid-Massenströmungssensor hervorzurufen.
Es ist offensichtlich, dass jeder andere Sensor mit einer Leiterplatte in dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann, solange das Klebstoffmaterial 18, wie oben beschrieben, dazu verwendet wird, das Eindringen von gasförmigen Verunreinigungen zur Leiterplatte zu reduzieren oder zu verhindern. Beispiele für solche Sensoren sind u.a. die Sensoren, die in der US-Patentanmeldung 10/1267819, angemeldet am 19.07.2002 "Strömungsmesser mit einem verbesserten Aufnahmekanal" und in der US-Patentanmeldung 09/975112, angemeldet am 11.10.2001, "Strömungsmesser", beschrieben sind, die beide auf den Anmelder der vorliegenden Anmeldung zurückgehen und die hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingefügt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Luftmassenströmungssensors zur Reduzierung eines Eindringens von Fluiden durch eine umfängliche Verbindungsstelle eines vorstehend beschriebenen Luftmassenströmungssensors. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung einer Bodenplatte 12 mit einer Aufnahmefläche 20 und einem Umfangsrand 22, einem Substrat 13 mit einer gedruckten Schaltung 14 und einem Gehäuse 15, wie oben beschrieben. Die Bodenplatte 12 wird von jeder geeigneten Befestigung gehalten.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren das Aufbringen eines geeigneten Epoxymaterials auf die Aufnahmefläche 20 der Bodenplatte 12, wobei das Substrat 13 mit der Aufnahmefläche 20 der Bodenplatte 12 verbunden wird. Beim Verbinden wird vorzugsweise ein Silikonklebstoff 29 auf die Bodenplatte 12 aufgebracht, um das Substrat 13 auf der Bodenplatte 12 zu befestigen. Dann werden Bonddrähte 79 auf den Leiterbahnen an dem Substrat 13 befestigt, das die gedruckte Schaltung 14 des Luftmassenströmungssensors bildet.
Dann wird bei dem Verfahren ein Klebstoffmaterial 18 auf der Aufnahmefläche 20 angrenzend zum Umfangsrand 22 der Bodenplatte 12 aufgebracht, wobei die Seitenwände 23 auf das aufgebrachte Klebstoffmaterial 18 aufgesetzt werden, um die Seitenwände 23 mit dem Umfangsrand 22 der Bodenplatte 12 zu verbinden. Damit wird das Gehäuse 15 und die Bodenplatte 12 an der umfänglichen Verbindungsstelle 24 abgedichtet. Wie oben beschrieben, weist das Klebstoffmaterial 18 einen vorbestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein vorbestimmtes Elastizitätsmodul auf, um das Eindringen von Fluiden durch die umfänglichen Verbindungsstelle 24 zu reduzieren und die Wärmeausdehnung der Bodenplatte 12 und des Gehäuses 15 anzupassen oder aufzunehmen.
Diese zusammengesetzte Baugruppe wird etwa 30 Minuten auf etwa 120– 150 °C erhitzt, um das Klebstoffmaterial 18 und das Epoxymaterial 29 auszuhärten. Das kann durch an sich bekannte Mittel erfolgen, beispielsweise durch Aufheizen in einem Ofen. Nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur wird ein Silikongel 31 in dem Gehäuse 15 auf dem Substrat 13 aufgebracht, um den zentralen Gehäusebereich 34 des Gehäuses 15 auszufüllen. Das Silikongel 31 dient als Passivierungsmaterial und schützt das Substrat 13 während des Einsatzes des Fluid-Massenströmungssensors, der beispielsweise unter der Motorhaube eines Fahrzeugs installiert sein kann.
Das Verfahren zur Herstellung des Fluid-Massenströmungssensors 10 ermöglicht es, das Gehäuse 15 und die Bodenplatte 12 mit einem Klebstoffmaterial 18 abzudichten und den Fluideintritt zur Leiterplatte 32 des Substrats 13 zu vermeiden. Das Klebstoffmaterial 18 reduziert den Fluideintritt, beispielsweise das Eindringen von Schwefel, in das Gehäuse 15, indem es ermöglicht, dass sich die Materialien des Gehäuses 15 und der Bodenplatte 12 aufgrund von Temperaturschwankungen während des Betriebes des Fluid-Massenströmungssensors 10 ausdehnen können, ohne dass die Verbindung oder Verklebung beschädigt wird.
Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Fachmann wird jedoch ohne Weiteres aus dieser Diskussion und den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen erkennen, dass Veränderungen und Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1) Vorrichtung zur Erkennung eines Zustandes eines strömenden Fluides innerhalb eines Fahrzeuges, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: a) eine Bodenplatte (12) mit einer Aufnahmefläche (20) und einem Umfangsrand (22), wobei die Bodenplatte (12) aus einem ersten Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt ist; b) ein Substrat (13) mit einer gedruckten Schaltung (14), wobei das Substrat (13) auf der Aufnahmefläche (20) der Bodenplatte (12) angeordnet ist; c) ein Gehäuse (15) mit einer Gehäuseabdeckung (16) und sich vom Gehäuse (15) erstreckenden umfänglichen Seitenwänden (23), wobei die die Seitenwände (23) angrenzend zum Umfangsrand (22) an der Aufnahmefläche (20) angeordnet sind, um eine umfängliche Verbindungsstelle (24) zu bilden, die das Substrat (13) innerhalb des Gehäuses (15) umschließt, und wobei das Gehäuse (15) aus einem zweiten Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt ist; und d) ein Klebstoffmaterial (18), das an der Verbindungsstelle (24) zwischen dem Umfangsrand (22) und den umfänglichen Seitenwänden (23) angeordnet ist, um das Gehäuse (15) mit der Bodenplatte (12) zu verkleben, wobei das Klebstoffmaterial (18) einen vorbestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein vorbestimmtes Elastizitätsmodul aufweist, um das Eindringen von Fluiden durch die umfängliche Verbindungsstelle (24) zu reduzieren und die Wärmeausdehnung des ersten und zweiten Materials aneinander anzupassen.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bodenplatte (12) ein Metall, eine Metalllegierung oder ein Metallmatrixverbundwerkstoff umfasst.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bodenplatte (12) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 5–30 ppm / °C aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (13) ein keramisches Material, einen keramischen Matrixverbundwerkstoff oder Glas umfasst.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (13) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 0,1–15 ppm / °C aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (15) ein Polymer, ein Polymermatrixverbundwerkstoff oder Polybutadien-Terephthalat (PBT) umfasst.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (15) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der bis zu 80 ppm / °C beträgt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Klebstoffmaterial (18) ein Polymer ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen etwa 100–200 ppm / °C liegt, wenn sich das Klebstoffmaterial (18) über seiner Glas übergangstemperatur befindet.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Klebstoffmaterial (18) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 20–100 ppm / °C aufweist, wenn sich das Klebstoffmaterial (18) unter seiner Glasübergangstemperatur befindet

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Klebstoffmaterial (18) einen vorbestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein vorbestimmtes Elastizitätsmodul aufweist, der dazu vorgesehen ist, die Wärmeausdehnung des ersten und zweiten Materials bei Temperaturen zwischen –40°C und +125 °C aneinander anzupassen.