DE19919112A1

DE19919112A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Fügen von Drucksensoren

Info

Publication number: DE19919112A1
Application number: DE19919112A
Authority: DE
Inventors: Kurt Weiblen; Roland Guenschel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-09
Also published as: JP2000352540A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Montage von Drucksensoren (9) in Drucksensorgehäusen (1), wobei der Drucksensor (9) ein Chipelement (9.1) sowie einen Sockel (9.2) aufweist. Der mit dem Drucksensorgehäuse (1) zu verbindende Sockel (9.2) des Drucksensors (9) wird mit einer Schablone (13) versehen, wobei der Querschnitt der Öffnung (14) der Schablone (13) kleiner bemessen ist als die Abmessungen des am Sockel (9.2) befestigten Chipelementes (9.1).

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fügen von Drucksensoren, wie es vorzugsweise beim Löten von Drucksensoren eingesetzt wird.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist ein hermetisch abgeschlossener Drucksensor bekannt, der dehnungsempfindliche Meßstreifen auf einem Deckelelement aufweist, wobei die Enden der Meßstreifen mit einer Auswerteeinheit verbunden sind, welche ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Verformung des Deckelelementes erzeugt. Das Deckelelement ist mit einem Zwischensockel verbunden, der seinerseits mit einem weiteren Sockel verbunden ist und an diesem über eine Verbindung aus Glaslot befestigt ist. Bei der bekannten Drucksensoranordnung haben Zwischensockel und der Kragen, in den der Sockel eingelassen ist, angepaßte thermische Ausdehnungskoeffizienten, um induzierte thermische Spannung möglichst zu kompensieren und daraus resultierende Meßfehler möglichst gering zu halten.

Deckelelement, Sockelanordnungen sowie die Meßstreifen sind von einem Gehäuse umgeben, welches die Komponenten gegen äußere Einflüsse schützt; ferner ist an dem Gehäuse ein Einschraubelement vorgesehen, über welches das Gehäuse mit einem Fluid beaufschlagbar ist.

Bei bisherigen Montageverfahren zur Montage von Drucksensoren werden mehrfach verwendbare Montageschablonen eingesetzt, die Sensorchips an deren Kanten führen und ein nicht unerhebliches Beschädigungsrisiko für den Sensorchip darstellen. Die vergleichsweise teure Mehrwegschablone bringt es mit sich, daß diese bei der Verlötung von Drucksensoren in Sensorgehäusen auf den Sensor aufgesetzt wird, diesen dabei umfaßt und nach erfolgter Verlötung von dem Drucksensor wieder abgenommen werden muß. Selbst wenn das Aufsetzen und Abnehmen der Mehrwegschablone an den Drucksensoren maschinell erfolgt, etwa per Handhabungsroboter, ist aufgrund der geringen Toleranzen der Außenabmessungen des Sensorchips und der Bohrungen der Mehrwegschablone eine Beschädigung der Randbereiche der Sensorchips nicht völlig auszuschließen, wodurch diese Drucksensoren in der Regel unbrauchbar sind. Dadurch treten bei Anwendung dieses Fertigungsverfahrens Ausbeuteverluste auf, die wenig wünschenswert sind.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines Drucksensors hat den Vorteil, daß durch das Verbleiben der Schablone am Sockel die Beschädigungsgefahr für den Sensorchip ausgeschaltet wird. Das erfindungsgemäße Montageverfahren ist deutlich billiger, da nunmehr keine Ausbeuteverluste und Qualitätsbeeinträchtigungen durch beschädigte Sensorchips auftreten. Dies wird im wesentlichen dadurch herbeigeführt, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Mehrwegschablone und deren Aufsetzen bzw. Abnehmen vom Sensorchip entfallen kann.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbleibt die Schablone beim Verbinden des Sockels mit dem Gehäuse am Sockel und stützt diesen etwa mittig ab. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Schablone in halber Höhe des Sockels befindet und diesen beim Verlöten gegen Kippen absichert. Im montierten Zustand liegt die Schablone auf den Gehäuseboden auf und wird von Verstiftungen geführt. Die Öffnung der Schablone ist derart ausgebildet, daß sie zwar gerade den Sockel führt, aber der Sensorchip nicht mehr durch die Öffnung der Schablone paßt.

In vorteilhafter Weise wird der Sockel in einer muldenförmigen Ausnehmung mit dem Gehäuseboden verlötet. Dadurch läßt sich in einfacher Weise erreichen, daß die Schablone den Sockel etwa auf halber Höhe abstützt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Drucksensoranordnung in einem Drucksensorgehäuse. Bei einer erfindungsgemäßen Drucksensoranordnung ist der Sockel mit dem Gehäuseboden verbunden, beispielsweise verlötet und die Schablone umgibt den Sockel etwa auf halber Höhe des Sockels. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeit liegt in einer rechteckigen oder quadratischen Ausgestaltung der Öffnungen in der Schablone. Die rechteckförmige Öffnung kann in den Ecken mit Eckenbohrungen versehen sein, um eine leichte Passage des Sockels durch die Öffnung der Schablone zu gewährleisten. Eine Ausgestaltungsmöglichkeit einer rechteckigen oder quadratischen Öffnung in der Schablone sieht vor, die Schablone mit einem die Öffnungen umgebenden oberen und unteren Steg zu versehen. Mittels der Stege, die verschieden hoch ausgeführt sein können - je nach Schablonengröße - kann die Höhe vorgegeben werden, in der die "verlorene", also in der Drucksensoranordnung verbleibende Schablone, den Sockel umgibt und dessen Verkippen verhindert. Ein Verkippen des Sockels kann durch die Schablone verhindert werden, in dem diese den Sockel in einem Abstand von der Verlötungsstelle mit dem Gehäuseboden umgibt und der Sockel in der Öffnung der Schablone geführt wird.

Der den Sensorchip abstützende Sockel kann aus Glas gefertigt sein. Die Verbindung zwischen Sockel und Gehäuseboden ist in vorteilhafter Weise als Verlötungsverbindung ausgestaltet.

Zeichnung

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte mehrfach verwendbare Schablone, die eine etwa den Abmessungen des Sensorchips entsprechende Bohrung aufweist,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit einer "verlorenen" Schablone, die die Sensoranordnung oberhalb der Schwerpunktlage umgibt,

Fig. 3a, 3b Seitenansicht und Draufsicht auf eine Schablone, die mit einer rechteckigen Öffnung versehen ist, deren Ecken durch Eckenbohrungen aufgeweitet sind,

Fig. 4a die Draufsicht auf eine "verlorene" Schablone mit einer rechteckförmigen Öffnung, die von Stegen begrenzt wird und

Fig. 4b einen Querschnitt durch die "verlorene" Schablone gemäß Fig. 4a, wobei an der Schablone ein unterer bzw. eine oberer Steg als Distanzstück ausgebildet ist.

Ausführungsbeispiel

Anhand der Fig. 1, die ein Montageverfahren gemäß des Standes der Technik zeigt, sei der prinzipielle Aufbau eines Drucksensors eingehender erläutert. Das Drucksensorgehäuse 1 besteht aus einem Gehäuseboden 2 und einem Gehäusedeckel 3. In den Gehäuseboden 2 sind Verstiftungen 4 eingelassen, sowie weitere Verstiftungen 5 neben einer Hülse 6, die sich von unten her in den Gehäuseboden 2 erstreckt. Die Hülse 6 hat eine Zentralbohrung 7, welche mit der Bohrung 10 des Sockels 9.2 fluchtet, auf dessen Oberseite der Sensorchip 9.1 befestigt ist. Der Sockel 9.2 ist in einer muldenförmigen Vertiefung 12 des Gehäusebodens 2 mit diesem verbunden; in vorteilhafter Weise handelt es sich dabei um eine Lötverbindung.

In Fig. 1 ist dargestellt, wie eine Mehrwegschablone 17, die mehrfach verwendbar ist, den Sensorchip 9.1 umgibt und bei der Abnahme vom Sensorchip 9.1 durchaus dessen Randbereiche beschädigen könnte. Mittels der Mehrwegschablone 17 wird der Sensorchip 9.1, nicht der Sockel 9.2 geführt. Relativbewegungen der Mehrwegschablone 17 zum Sensorchip 9.1 führen unvermeidlich zu Beschädigungen von Randbereichen des Sensorchips 9.1. Damit sind Ausbeuteverluste bei dem gemäß Fig. 1 dargestellten Verfahren und der Benutzung der Mehrwegschablone 17 fast unvermeidlich.

Anhand der Darstellung gemäß Fig. 2 sei das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage von Drucksensoren genauer beschrieben. Das Drucksensorgehäuse 1, ein Gehäuseboden 2 und ein Gehäusedeckel 3 umfassend, nimmt den Drucksensor 9 auf, bestehend aus Sockel 9.2 und Sensorchip 9.1. Auf der Oberseite des Sensorchips 9.1 sind Meßstreifen 11 befestigt, die über Leitungen mit den Verstiftungen 4 verbunden sein können. Mit den Meßstreifen 11 kann der durch die Bohrung 10 auf den Sensorchip 9.1 übertragene Druck in elektrische Signale umgewandelt werden.

Bevor der Sockel 9.2 in der muldenförmigen Ausnehmung 12 mit dem Gehäuseboden 2 verlötet wird, wird eine "verlorene" Schablone 13, die am Sockel 9.2 verbleibt, auf dem Gehäuseboden 2 aufgelegt. Der Sockel 9.2 wird durch die Öffnung 14 der Schablone 13 geführt und an seiner Unterseite mit den Gehäuseboden 2 in der muldenförmigen Ausnehmung 12 verlötet. Beim Verlöten des Sockels 9.2 in der muldenförmigen Ausnehmung 12 des Gehäusebodens 2 wird der Sockel 9.2 durch die Schablone 13 seitlich geführt und am Kippen gehindert. Die Schablone 13 liegt mit ihren Rändern auf dem Gehäuseboden 2 auf, wobei die Öffnung 14 so bemessen ist, daß die Schablone 13 nicht über den Sensorchip 9.1, der sich an der Oberseite des Sockels 9.2 befindet, bewegt werden kann. Die Schablone 13 verbleibt daher als "verlorene" Schablone an der Drucksensoranordnung 9. Die Führung des Sockels 9.2 mittels der Schablone 13 ist so ausgelegt, daß sich der Sockel 9.1 während der Verlötung in senkrechter Richtung frei bewegen kann. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Lotverteilung an der Lötstelle 15.

Die Schablone 13 liegt auf den Randbereichen der Einfassungen der Stifte 4 auf dem Gehäuseboden 2 auf. Die dargestellte Schablone 13 ist ein Stanzteil mit senkrechten Wänden, einfach und billig herstellbar. Sie umgibt die Sensoranordnung 9, bestehend aus Sensorchip 9.1 und Sockel 9.2, bevorzugt oberhalb deren gemeinsamen Schwerpunkts oder über der Mitte des Sockels 9.2.

Die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigte Drucksensoranordnung 9 mit "verlorener" Schablone 13 umfaßt einen Sensorchip 9.1, auf dessen Oberseite Meßstreifen 11 aufgebracht sind. Die Meßstreifen 11 können beispielsweise über Leitungen mit den Verstiftungen 4 verbunden sein, die an ihren Einfassungen in den Gehäuseboden 2 gegen diesen isoliert sind. Zur Vermeidung von Verschmutzungen und anderen Umwelteinflüssen ist der Drucksensor 9 durch einen Gehäusedeckel 3 abgeschirmt. Zwischen Gehäusedeckel 3 und Gehäuseboden 2 besteht ein Hohlraum 8. Die Unterseite des Sensorelementes 9.1 steht über die Bohrung 10 des Sockels 9.2 mit der Bohrung 7 einer Hülse 6 in Verbindung, die ihrerseits an der Unterseite des Gehäusebodens 2 angebracht ist. In den Gehäuseboden 2 können beispielsweise acht Stifte 4, 5 eingeglast sein. Durch die Bohrungen 7, 10 kann der Druck eines Fluides an den Sensorchip 9.1 übertragen und in elektrische Signale umgewandelt werden.

Die Fig. 3a, 3b zeigen die Seitenansicht und die Draufsicht auf eine "verlorene" Schablone, die mit einer rechteckförmigen Öffnung versehen ist, deren Ecken durch Eckenbohrungen aufgebohrt sind.

Aus der Draufsicht gemäß Fig. 3a geht hervor, daß die "verlorene" Schablone 13 eine quadratische Konfiguration hat, ebenso die Öffnung 14. Die Öffnung 14 ist in ihren vier Ecken jeweils durch Bohrungen 16 aufgeweitet, so daß ein Sockel 9.2 gegenüber der Öffnung 14 mit leichtem Untermaß ausgeführt, sich frei durch die Öffnung 14 bewegen läßt, so daß sich der Sockel 9.2 während der Verlötung senkrecht bewegen kann.

Gemäß Fig. 3b ist die Schablone 13 sehr flach ausgeführt. Die "verlorene" Schablone 13 gemäß den Fig. 3a und 3b kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein.

Die Fig. 4a und 4b zeigen Draufsicht und Querschnitt durch eine "verlorene" Schablone 13, die als Spritzteil oder Preßteil ausgeführt ist.

Gemäß der Draufsicht in Fig. 4a auf die Oberseite der Schablone 13 ist diese mit einer rechteckförmigen oder quadratischen Öffnung 14 versehen. Gemäß des Schnittverlaufes in Fig. 4a ergibt sich das Schablonenprofil gemäß Fig. 4b.

Die Gestaltung der Schablone 13 als Spritzteil oder auch als Preßteil erlaubt es, Einführschrägen 20 vorzusehen, die im oberen Bereich 18 und im unteren Bereich 19 der Schablone 13 liegen können. Die Einführschrägen 20 erlauben eine einfachere Montage. Durch die Ausbildung des oberen bzw. unteren Bereiches 18, 19 an der Schablone 13 bezüglich deren Höhe, sowie die Neigung der Einführschrägen 20 kann die Führungshöhe, in der die Öffnung 14 der Schablone 13 den Sockel 9.2 der Sensoranordnung 9 umgibt, beeinflußt werden, so daß einem Verkippen der Sensoranordnung 9 vorgebeugt werden kann.

Die "verlorene" Schablone 13 gemäß der Fig. 4a und 4b kann aus metallischen Werkstoffen mit isolierender Oberfläche, Kunststoff oder auch aus Keramik gefertigt sein.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage von Drucksensoren läßt sich eine Beschädigung der Kanten des Sensorchips 9.1 wirksam verhindern, da die "verlorene" Schablone 13 definitionsgemäß an der Drucksensoranordnung verbleibt, im Gegensatz zur mehrfach verwendbaren Mehrwegschablone 17. Ferner läßt sich mit der "verlorenen" Schablone 13 eine günstigere Führung des Sockels 9.2 erreichen, wobei dieser insbesondere am Kippen gehindert wird. Dies ist deshalb bedeutsam, da durch die Verlötung 15 ein einwandfreier Übergang von der Bohrung 7 der Hülse 6 zur Bohrung 10 des Sockels 9.2 im Gehäuseboden 2 hergestellt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Ausbeuteverluste vermeiden, sowie Qualitätsbeeinträchtigungen durch Chipbeschädigung wirksam ausschließen. Die teure Mehrwegschablone 17 kann entfallen, ferner die beschädigungsträchtigen Arbeitsgänge, die mit dem Aufbringen bzw. Abnehmen der Mehrwegschablone 17 am Drucksensor 9 verbunden sind.

Teileliste

1

Drucksensorgehäuse

2

Gehäuseboden

3

Gehäusedeckel

4

Stifte

5

Stifte

6

Hülse

7

Bohrung

8

Hohlraum

9

Drucksensor

9.1

Sensorchip

9.2

Sockel

10

Bohrung

11

Meßstreifen

12

muldenförmige Ausnehmung

13

"verlorene" Schablone

14

Öffnung

15

Lötung

16

Eckenbohrung

17

Mehrwegschablone

18

oberer Bereich

19

unterer Bereich

20

Einführschrägen

Claims

1. Verfahren zur Montage von Drucksensoren (9) in Drucksensorgehäusen (1), wobei der Drucksensor (9) ein Chipelement (9.1) sowie einen Sockel (9.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Gehäuse (1) zu verbindende Sockel (9.2) des Drucksensors (9) mit einer Schablone (13) versehen wird, wobei der Querschnitt der Öffnung (14) der Schablone (13) geringer als die Abmessung des Chipelementes (9.1) ist.

2. Verfahren zur Montage von Drucksensoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (13) beim Verbinden des Sockels (9.2) mit dem Gehäuse (1) am Sockel (9.2) verbleibt.

3. Verfahren zur Montage von Drucksensoren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (13) den Sockel (9.2) des Drucksensors (9) etwa auf der Hälfte von dessen Längserstreckung umgibt.

4. Verfahren zur Montage von Drucksensoren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (13) im montierten Zustand zwischen Stiften (4, 5) und einem Gehäuseboden (2) aufgenommen ist.

5. Verfahren zur Montage von Drucksensoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (13) den Sockel (9.2) während der Montage im Gehäuse (1) führt.

6. Verfahren zur Montage von Drucksensoren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (9.2) in einer muldenförmigen Ausnehmung (12) mit dem Gehäuseboden (2) verlötet wird.

7. Drucksensoranordnung aufgenommen in einem Drucksensorgehäuse (1), wobei der Drucksensor (9) ein mit einem Sockel (9.2) verbundenen Sensorchip (9.1) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (9.2) des Drucksensors (9) von einer Schablone (13) umschlossen ist, deren Öffnungsquerschnitt (14) kleiner als die Abmessung des Chipelements (9.1) bemessen ist.

8. Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sockel (9.2) umschließende Schablone (13) eine Öffnung (14) aufweist.

9. Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (14) der Schablone (13) von rechteckiger oder quadratischer Konfiguration ist.

10. Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (13) auf dem Gehäuseboden (2) des Drucksensorgehäuses(1) aufliegt.

11. Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (13) den Sockel (9.2) des Drucksensors (9) etwa in dessen halber Höhe umschließt.

12. Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckige Öffnung (14) der Schablone (13) mit Eckenbohrungen (16) versehen ist.

13. Drucksensoranordnung gemäß der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (14) zwischen einem oberen Bereich (18) und einem unteren Bereich (19) liegt.

14. Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (18, 19) Einführschrägen (20) aufweisen.

15. Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (9.2) aus Glas besteht.