DE10392224T5 - Drucksensor, Elektroikkomponente für Durchflussmesser und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents
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Abstract
Drucksensor mit Anschlusselementen, die teilweise als Verbindungsanschlüsse für die elektrische Verbindung nach außen dienen, und einem Messgerätegehäuse, das unter Verwendung eines Harzes einteilig mit den Anschlusselementen geformt ist und eine Öffnung aufweist, die in einem Teil von ihm ausgebildet ist, um einen Halbleitersensor zum Umformen von Druck in ein elektrisches Signal und eine Signalverarbeitungsschaltung für den Halbleitersensor aufzunehmen, wobei das Messgerätegehäuse ein verarbeitetes Signal ausgibt, wobei in Spalte, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die metallischen Verbindungsabschnittsanschlüsse mit dem Harz einteilig geformt worden sind, entstanden sind, ein Polymethacrylklebstoff oder ein anderer anaerober Klebstoff gefüllt ist.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Erfassen des Fluiddrucks, einen Durchflussmesser zum Erfassen der Fluiddurchflussmenge, eine Elektronikkomponente zur Verwendung in diesem und ein Verfahren zum Herstellen der Elektronikkomponente.
- Technischer Hintergrund
- Bei den in
JP A 6-3211 JP A 6-186104 - Außerdem schlagen
JP A 11-304619 JP A 2001-330530 - Offenbarung der Erfindung
- Jedoch bestehen bei der beschriebenen herkömmlichen Technik insofern Probleme, dass das Gel in dem kleinen Spalt nicht ausgehärtet ist und dass eine zufrieden stellende hermetische Abdichtung nicht sichergestellt werden kann.
- Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Drucksensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 ist eine Vorderansicht eines Messgerätegehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 ist eine vertikale Schnittansicht des Messgerätegehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
4 ist eine vertikale Schnittansicht eines Drucksensors mit einem Sensor zum Messen der Einlasstemperatur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
5 ist eine vertikale Schnittansicht von Komponenten eines Luftstromsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Beste Art der Ausführung der Erfindung
- Mit Bezug auf die
1 bis3 wird im Folgenden die Konstruktion einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. -
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Drucksensors,2 ist eine Vorderansicht eines Messgerätegehäuses,3 ist eine vertikale Schnittansicht des Messgerätegehäuses, und4 ist eine vertikale Schnittansicht eines Drucksensors mit einem Sensor zum Messen der Einlasstemperatur. - Der Halbleiterchip
12 ist aus Silicium hergestellt. Der Halbleiterchip12 ist durch anodische Kontaktierung oder dergleichen mit einer Glasbasis6 verbunden. - Ein Messgerätegehäuse
1 ist aus einem in Wärme aushärtendem Harz wie etwa einem Epoxidharz oder einem thermoplastischen Harz wie etwa PPS hergestellt. Metallische Anschlusselemente3 sind jeweils aus plattierter Phosphorbronze gefertigt. - Eine Messgeräteeinheit, die den Halbleiterchip
12 und die Glasbasis6 , die aneinander gefügt sind, umfasst, ist über einen metallischen Anschluss5 fest mit dem Messgerätegehäuse1 verbunden. Außerdem sind insgesamt acht metallische Anschlusselemente3 in das Messgerätegehäuse1 eingegossen, wobei sie jeweilige innere, teilweise freiliegende Endflächen aufweisen. Die freiliegenden inneren Endflächen sind durch Verbindungsdrähte8 mit jeweiligen Kontaktierungsbereichen des Halbleiterchips12 verbunden, um eine elektrische Verbindung dazwischen zu schaffen. Ein Bereich, der den Halbleiterchip12 umfasst, ist zum Schutz gegen ein korrodierendes Gas oder eine korrodierende Flüssigkeit usw. mit einem schützenden Material9 wie etwa einem auf Fluorsilikon oder Fluor basierenden Silikon-Gel beschichtet. Ferner sind an dem Messgerätegehäuse1 metallische Anschlüsse5 für den Anschluss an eine externe Stromversorgung angeschweißt, womit das Messgerätegehäuse1 vervollständigt ist. - Ein Rohr
10 mit einem Loch13 zum Einleiten von Druck, das in1 gezeigt ist, wird aus einem PBT- oder PPS-Harz hergestellt. Das Messgerätegehäuse1 wird mittels eines Klebstoffs11 in hermetischer Weise fest mit dem Rohr10 verbunden. Die sich ergebende Gesamtheit wird z. B. mit dem PBT- oder PPS-Harz einteilig geformt, während gleichzeitig ein metallischer Montagekranz, obwohl nicht gezeigt, in einen Montageflansch eingegossen wird, wodurch ein Drucksensor mit einem Verbinderabschnitt7 gebildet wird. Danach wird ein Silikonklebstoff, ein Epoxyklebstoff oder dergleichen in Hohlräume14 , die zum Halten des Messgerätegehäuses1 während des Gießschritts verwendet worden sind, vergossen und dann ausgehärtet. Der Drucksensor ist dadurch fertig gestellt. - Bei dem oben beschriebenen Drucksensor werden die metallischen Anschlusselemente
3 und die metallischen Anschlüsse5 z. B. mit dem PBT- oder PPS-Harz eingegossen. Bei diesem Eingießschritt entstehen kleine Spalte20 zwischen den metallischen Anschlusselementen3 und dem Messgerätegehäuse1 und kleine Spalte21 zwischen den metallischen Anschlüssen5 und dem Verbinderabschnitt7 . - Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die
1 ,2 ,3 und4 beschrieben. - In dem in
2 gezeigten Messgerätegehäuse1 werden Abschnitte einzelner metallischer Anschlusselemente3a bis3h , die durch gestrichelte Linien angegeben sind, in dem Epoxid- oder PPS-Harz eingegraben. Wie in1 gezeigt ist, werden dann, wenn der Verbinderabschnitt7 mit dem PBT- oder PPS-Harz2 verschmolzen wird, auch die metallischen Anschlüsse5 zusammen mit dem in3 gezeigten Messgerätegehäuse1 in dem PBT- oder PPS Harz vergraben. Somit besitzt der Drucksensor eine Struktur, bei der die metallischen Anschlusselemente3a bis3h und die metallischen Anschlüsse5 jeweils in dem Harz vergraben sind. In diesem Zustand besitzt das Harz2 bedingt durch die physikalischen Eigenschaften einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der von jenem der metallischen Anschlusselemente3a bis3h und den metallischen Anschlüssen5 verschieden ist, wobei das Harz2 selbst eine Schrumpfung von etwa 1% erfährt, wenn es nach dem Schmelzen in dem Formschritt auf Zimmertemperatur zurückkehrt. Folglich entstehen zwangsläufig die kleinen Spalte20 zwischen dem Metall und dem Harz. Das Entstehen solcher Spalte führt zu den folgenden Problemen. Wenn beispielsweise als Reaktion auf Schwankungen des Motordrucks wiederholt Luft von außen angesaugt und durch die Spalte abgegeben wird, wird das schützende Material9 über relativ weite Strecken bewegt, was dazu führt, dass sich die Verbindungsdrähte8 entsprechend bewegen und einen Ermüdungsbruch erfahren, der zu einem Versagen führt. Selbst dann, wenn kein Ermüdungsbruch hervorgerufen wird, werden die Eigenschaften des Drucksensors instabil. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch eine spontanes Permeationsverfahren oder ein Vakuum-Permeationsverfahren ein Polymethacrylklebstoff oder ein anderer anaerober Klebstoff oder ein Acrylklebstoff oder ein anderer hochdurchlässiger Klebstoff in die Spalte zwischen dem Harz2 und den metallischen Anschlusselementen3a bis3h und den metallischen Anschlüssen gefüllt. Im Ergebnis kann eine vollständige, hermetische Abdichtung sichergestellt werden. -
3 zeigt einen vertikalen Schnitt des Messgerätegehäuses1 und einen Bereichs, der das metallische Zuleitungselement umfasst, in einem vergrößerten Maßstab. - Wenn der anaerobe oder hochdurchlässige bzw. hoch-permeable Klebstoff in die Spalte gefüllt wird, um eine hermetische Abdichtung zu garantieren, bleibt wegen unzureichender Entgasung manchmal eine Luftblase
30 zurück. Im Fall eines Einfüllens des anaeroben Klebstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung, dient dieser selbst dann, wenn die Luftblase30 bleibt, dazu, die Bewegungen der Luftblase zu blockieren und sie in einem stabilen Zustand an einer Stelle zu halten. Folglich wird verhindert, dass sich die Drähte, die den Halbleiterchip12 und die metallischen Anschlusselemente3 verbinden, durch die Bewegungen der Luftblase30 lösen, weshalb ein hochzuverlässiger Druckumformer erhalten werden kann. Ferner kann durch Einfüllen des anaeroben Klebstoffs in die in1 gezeigten kleinen Spalte21 zwischen den metallischen Anschlüssen5 und dem Verbinderabschnitt7 in ähnlicher Weise eine hermetische Abdichtung der kleinen Spalte21 sichergestellt werden, weshalb ein Druckumformer erhalten werden kann, der geeignet ist, die hochzuverlässige Abdichtung zu garantieren. Eine solche Verwendung des anaeroben oder hochdurchlässigen Klebstoffs ist außer auf den Druckumformer auch auf andere Elektronikkomponenten, bei denen metallische Anschlüsse eingegossen werden und kleine Spalte zwischen den metallischen Anschlüssen und einem Verbinderabschnitt entstehen, anwendbar. Bei jener Anwendung kann verhindert werden, dass ein schützendes Material (wie etwa ein Gel oder ein Klebstoff), das eine Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Veränderlichen schützt, in die kleinen Spalte eindringt und in den Verbinderabschnitt einsickert. Im Ergebnis wird der Ertrag oder Nutzen erhöht und kann eine hochzuverlässige Elektronikkomponente erhalten werden. -
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Druckumformers mit einem Sensor zum Messen der Einlasstemperatur. Zwischen einem Harz und einer metallischen Zuleitung (1)15 und einer metallischen Zuleitung (2), wobei beide metallische Zuleitungen einen Einlasstemperatursensor16 tragen, entstehen Spalte20 . Wie bei der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben worden ist, kann deshalb zur hermetischen Abdichtung z. B. durch Einfüllen des anaeroben Klebstoffs in die kleinen Spalte ein Entweichen von Einlassluft verhindert werden, weshalb ein Druckumformer und ein Einlasstemperatursensor mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit erhalten werden können. -
5 ist eine vertikale Schnittansicht eines Durchflussmessers. Zwischen metallischen Anschlüssen5 und dem Verbinderabschnitt7 entstehen kleine Spalte21 , während zwischen einem Harz und metallischen Zuleitungen35 , wovon jedes ein Widerstandselement36 bzw.37 trägt, kleine Spalte32 entstehen. Wie bei der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben worden ist, kann deshalb zur hermetischen Abdichtung z. B. durch Einfüllen des anaeroben Klebstoffs in alle kleinen Spalte oder einen Teil von diesen ein Entweichen von Einlassluft verhindert werden, weshalb ein hochzuverlässiger und hochgenauer Durchflussmesser erhalten werden kann. - Ein Herstellungsverfahren zum Verwirklichen der hermetischen Abdichtungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist folgendes.
- Nach dem Gießen des in
3 gezeigten Messgerätegehäuses1 mit darin eingesetzten metallischen Anschlusselementen3 wird dieses in einen hochdurchlässigen Klebstoff wie etwa einen anaeroben Klebstoff getaucht. Nach dem Tauchen wird das Messgerätegehäuse1 in einen Vakuumzustand versetzt, um Luftblasen30 , die in den kleinen Spalten20 zwischen dem Messgerätegehäuse1 und den metallischen Anschlüssen5 verbleiben, heraus zu treiben. Nach dem Versetzen in den Vakuumzustand wird das Messgerätegehäuse1 aus dem anaeroben Klebstoff heraus genommen und im Freien stehen gelassen. Gleichzeitig werden mehrere Messgerätegehäuse in einem Zustand, in dem sie nicht miteinander in Kontakt kommen, im Freien stehen gelassen. Falls die Messgerätegehäuse in engem Kontakt miteinander stehen gelassen werden, kann das Problem entstehen, dass sich Anschlüsse benachbarter Messgerätegehäuse miteinander verbinden. Aus diesem Grund muss verhindert werden, dass die Messgerätegehäuse in dem engen Kontaktzustand im Freien stehen gelassen werden. Nachdem das Stehen lassen im Freien beendet ist, wird der Klebstoff mittels eines organischen Lösungsmittels zum Reinigen des Messgerätegehäuses in dem Zustand, in dem die kleinen Spalte vollständig hermetisch verschlossen sind (d. h. in dem Zustand, in dem der Klebstoff ausgehärtet ist), entfernt. - Durch die oben beschriebenen Schritte ist es möglich, die kleinen Spalten, die entstehen, wenn das Messgerätegehäuse
1 mit darin eingesetzten metallischen Anschlusselementen3 geformt wird, hermetisch zu verschließen. - Gemäß dieser Ausführungsform wird durch Einfüllen des anaeroben, hochdurchlässigen Harzes in Spalte zwischen einem Harz und den metallischen Zuleitungselementen und den metallischen Anschlusselementen, die in das Harz eingegossen sind, eine, hermetische Abdichtung in einem klein ausgelegten Drucksensor, bei dem die hermetische Abdichtung besonders wichtig ist, garantiert, wodurch die Leistung des Drucksensor erhöht werden kann.
- Zusammenfassung
- Drucksensor, Elektronikkomponente für Durchflussmesser und Verfahren zum Herstellen derselben
- Ein Außengehäuse-Verbinderabschnitt, ein Messgerätegehäuse und dergleichen, beispielsweise zur Verwendung mit einem Drucksensor, werden im Allgemeinen aus einem thermoplastischen oder einem in Wärme aushärtendem Harz hergestellt. Jedoch erfährt das Harz physikalisch eine Aushärtungsschrumpfung. Insbesondere führt dann, wenn ein Metall mit einem Harz eingesetzt und eingegossen wird, die Aushärtungsschrumpfung zu einem Spalt an der Grenzfläche zwischen dem Harz und dem Metall.
- Durch Einfüllen eines anaeroben, hochdurchlässigen Klebstoffs in den Spalt können eine hermetische Abdichtung garantiert und die Zuverlässigkeit erhöht werden.
- Es werden eine kostengünstige hermetische Abdichtung und eine erhöhte Zuverlässigkeit verwirklicht.
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- Zitierte Patentliteratur
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- JP 6-3211 A [0002]
- JP 6-186104 A [0002]
- JP 11-304619 A [0003]
- JP 2001-330530 A [0003]
Claims (14)
- Drucksensor mit Anschlusselementen, die teilweise als Verbindungsanschlüsse für die elektrische Verbindung nach außen dienen, und einem Messgerätegehäuse, das unter Verwendung eines Harzes einteilig mit den Anschlusselementen geformt ist und eine Öffnung aufweist, die in einem Teil von ihm ausgebildet ist, um einen Halbleitersensor zum Umformen von Druck in ein elektrisches Signal und eine Signalverarbeitungsschaltung für den Halbleitersensor aufzunehmen, wobei das Messgerätegehäuse ein verarbeitetes Signal ausgibt, wobei in Spalte, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die metallischen Verbindungsabschnittsanschlüsse mit dem Harz einteilig geformt worden sind, entstanden sind, ein Polymethacrylklebstoff oder ein anderer anaerober Klebstoff gefüllt ist.
- Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der anaerobe Klebstoff in Spalte gefüllt ist, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die im Wesentlichen in einem Zwischenbereich eines äußeren Harzmantels für das Messgerätegehäuse angeordneten metallischen Anschlusselemente mit dem Harz eingegossen worden sind, entstanden sind.
- Drucksensor nach Anspruch 1, wobei ein hochdurchlässiger Klebstoff in Spalte eingefüllt ist, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die metallischen Verbindungsabschnittsanschlüsse mit dem Harz einteilig geformt worden sind, entstanden sind.
- Drucksensor nach Anspruch 1, wobei ein Acrylklebstoff oder ein anderer hochdurchlässiger Klebstoff in Spalte eingefüllt ist, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die im Wesentlichen in einem Zwischenbereich eines äußeren Harzmantels für das Messgerätegehäuse angeordneten metallischen Anschlusselemente mit dem Harz eingegossen worden sind, entstanden sind.
- Elektronikkomponente mit Anschlusselementen, die teilweise als Verbindungsabschnittsanschlüsse für die elektrische Verbindung nach außen dienen, wobei die Elektronikkomponente durch Verwendung eines Harzes mit den Anschlusselementen einteilig geformt ist, wobei in Spalte, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die metallischen Anschlussabschnittselemente mit dem Harz einteilig geformt worden sind, entstanden sind, ein anaerober Klebstoff gefüllt ist.
- Verfahren zum Herstellen einer Elektronikkomponente, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) einteiliges Formen metallischer Anschlusselemente mit einem Harz, Eintauchen einer erhaltenen Elektronikkomponente in einen anaeroben Klebstoff und Versetzen der Elektronikkomponente in einen Vakuumzustand, um Luftblasen, die in Spalten zwischen den metallischen Anschlusselementen und dem Harz zurückbleiben, heraus zu treiben und dabei den anaeroben Klebstoff in die Spalte zu füllen; (b) Entnehmen der Elektronikkomponente aus einem Behälter für den anaeroben Klebstoff, nachdem der anaerobe Klebstoff in die Spalte gefüllt worden ist, und Stehen lassen der Elektronikkomponente im Freien, wodurch der in die Spalte gefüllte Klebstoff aushärtet; und (c) Säubern der Elektronikkomponente, um den anaeroben Klebstoff von anderen Bereichen als den Spalten zu entfernen, womit die Spalte in der Elektronikkomponente, die die mit dem Harz einteilig geformten metallischen Anschlusselemente enthält, mit dem anaeroben Klebstoff gefüllt sind.
- Elektronikkomponente nach Anspruch 6, wobei selbst dann, wenn die Entgasung im Vakuumzustand nicht vollständig vollzogen wurde und Luftblasen in den Spalten zwischen den metallischen Anschlusselementen und dem Harz zurückbleiben, die Luftblasen nach dem hermetischen Abdichten durch den anaeroben Klebstoff unbeweglich gemacht sind und die hermetische Abdichtung garantiert ist.
- Durchflussmesser mit einer Elektronikkomponente, die durch Verwendung eines Harzes mit metallischen Anschlüssen, die teilweise als Verbindungsanschlüsse für die elektrische Verbindung nach außen dienen, einteilig geformt ist, wobei in Spalte, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die metallischen Verbindungsabschnittsanschlüsse mit dem Harz einteilig geformt worden sind, entstanden sind, ein anaerober Klebstoff gefüllt ist.
- Durchflussmesser nach Anspruch 8, wobei der Durchflussmesser eine Elektronikkomponente enthält, die durch Verwendung eines Harzes mit Anschlusselementen, die eine Durchflussmessvorrichtung tragen und eine elektrische Verbindung herstellen, geformt ist, und wobei in Spalte, die infolge der Aushärtungsschrumpfung, die hervorgerufen wird, nachdem die Anschlusselemente mit dem Harz einteilig geformt worden sind, entstanden sind, ein anaerober Klebstoff gefüllt ist.
- Elektronikkomponente nach Anspruch 6, wobei der anaerobe Klebstoff in Spalte gefüllt ist, die in der Elektronikkomponente, die die mit dem Harz einteilig geformten metallischen Anschlusselemente enthält, entstanden sind, wobei zur Versiegelung der anaerobe Klebstoff bis zu den Anschlussendflächen und den Harzendflächen übergezogen ist.
- Verfahren zum Herstellen einer Elektronikkomponente mit einem Harzelement und einem Metallelement, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Eingießen des Metallelements in das Harzelement; Eintauchen des Harzelements und des eingegossenen Metallelements in einen anaeroben Klebstoff oder einen hochdurchlässigen Klebstoff; Aussetzen des Harzelements und des eingegossenen Metallelements nach dem Eintauchen einem erste Druck, der niedriger als der atmosphärische Druck ist, und Aussetzen beider Elemente einem zweiten Druck, der höher als der erste Druck ist; und Herausziehen des Harzelements und des eingegossenen Metallelements aus dem anaeroben Klebstoff oder dem hochdurchlässigen Klebstoff.
- Elektronikkomponente, die, wenn sie verwendet wird, in einen Sensor zum Erfassen einer physikalischen Veränderlichen in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, wobei die Elektronikkomponente enthält: ein Metallelement, durch das ein elektrisches Signal fließt; und ein Harzelement, das mit dem darin eingesetzten Metallelement vergossen ist, wobei Luftblasen in Spalten zwischen dem Harzelement und dem Metallelement von einem Klebstoff eingeschlossen sind.
- Elektronikkomponente nach Anspruch 12, wobei der Sensor ein Durchflussmesser zum Erfassen einer Fluiddurchflussmenge oder ein Drucksensor zum Erfassen eines Fluiddrucks ist und wobei der Klebstoff ein anaeroben Klebstoff oder ein hochdurchlässiger Klebstoff ist.
- Elektronikkomponente nach Anspruch 12, wobei der Sensor ein Durchflussmesser zum Erfassen einer Fluiddurchflussmenge oder ein Drucksensor zum Erfassen eines Fluiddrucks ist und wobei der Klebstoff ein Polymethacrylklebstoff oder ein Acrylklebstoff ist.
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