DE202018104042U1

DE202018104042U1 - Wasserdichter Drucksensor

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Publication number: DE202018104042U1
Application number: DE202018104042.1U
Authority: DE
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2028-07-14

Abstract

Wasserdichter Drucksensor (1), aufweisend:
ein Druckerfassungselement (10);
ein Gehäuse (20) mit einer Aussparung (21), in der das Druckerfassungselement angeordnet ist, und mit einem die Aussparung umgebenden Randbereich (22);
mindestens einen mit dem Druckerfassungselement verbundenen Verbindungsdraht (BW); und
Dichtungsharz (50), das die Aussparung derart ausfüllt, dass das Druckerfassungselement und der Verbindungsdraht ohne Freiliegen eingebettet sind, wobei das Dichtungsharz eine in Richtung nach innen abnehmende Höhe aufweist,
wobei bei Betrachtung in einer Richtung orthogonal zu einer Bodenfläche (21a) der Aussparung der Verbindungsdraht in einer Verbindungsregion (S2) angeordnet ist, die sich zwischen einem zentralen Bereich der Aussparung und dem Randbereich befindet und die nahe dem Randbereich angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf wasserdichte Drucksensoren und betrifft im Spezielleren einen wasserdichten Drucksensor, der ein mit Dichtungsharz bedecktes Druckerfassungselement aufweist.
Um einen Drucksensor wasserdicht auszubilden, muss ein Druckerfassungselement mit weichem Dichtungsmaterial, insbesondere weichem Dichtungsharz, wie z.B. Gel, bedeckt werden. Ein Randbereich des Dichtungsharzes steigt während des Aushärtens entlang seiner Umgebungswände nach oben oder wird höher. Als Folge hiervon ist das ausgehärtete Dichtungsharz im Zentrum nach innen gekrümmt oder weist eine konkave Oberfläche auf.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-220456 offenbart einen Relativdrucksensor mit einem Sensorchip, bei dem eine rückwärtige Oberfläche durch ein Gelelement abgedichtet ist. Der Drucksensor weist eine Druckeingangsöffnung auf, in der das Gelelement zum dichten Einschließen der rückwärtigen Oberfläche des Sensorchips vorgesehen ist. Das Gelelement weist eine zweilagige Konstruktion auf mit einem weichen Gel und einem das weiche Gel überdeckenden harten Gel.
Bei einem solchen wasserdichten Drucksensor, bei dem ein Sensorchip in ein Dichtungsmaterial, insbesondere einen Dichtungskunststoff bzw. ein Dichtungsharz (im Folgenden einfach als Dichtungsharz bezeichnet) eingebettet ist und der Sensorchip mit einem Verbindungsdraht verbunden ist, muss auch der Verbindungsdraht in das Dichtungsharz eingebettet werden. Wenn jedoch das Dichtungsharz eine konkave Oberfläche aufweist, kann die Oberseite einer Schleife des Verbindungsdrahts im Zentrum des Dichtungsharzes, an dem die Höhe gering ist, freiliegen. Im Spezielleren führt eine Reduzierung der Höhe des Dichtungsharzes zur Reduzierung der Profilhöhe des Drucksensors zu einer größeren Wahrscheinlichkeit, dass der Verbindungsdraht auf dem Dichtungsharz freiliegen kann. Eine unzulängliche Abdichtung kann dazu führen, dass der Verbindungsdraht Schaden nimmt, wie z.B. Korrosion erleidet.
Die vorliegende Erfindung schafft einen wasserdichten Drucksensor, der ein niedriges Profil aufweist und einen vollständig dicht eingeschlossenen Verbindungsdraht besitzt.
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen wasserdichten Drucksensor, der Folgendes aufweist: ein Druckerfassungselement, ein Gehäuse mit einer Aussparung, in der das Druckerfassungselement angeordnet ist, und mit einem die Aussparung umgebenden Randbereich, mindestens einen mit dem Druckerfassungselement verbundenen Bondverbindungsdraht bzw. Verbindungsdraht sowie Dichtungsharz, das die Aussparung derart ausfüllt, dass das Druckerfassungselement und der Verbindungsdraht ohne Freiliegen eingebettet sind. Das Dichtungsharz weist eine in Richtung nach innen abnehmende Höhe auf. Bei Betrachtung in einer Richtung orthogonal zu einer Bodenfläche der Aussparung ist der Verbindungsdraht in einer Verbindungsregion angeordnet, die sich zwischen dem zentralen Bereich der Aussparung und dem Randbereich befindet und die nahe bei dem Randbereich angeordnet ist.
Eine derartige Konfiguration ermöglicht ein Anordnen des Verbindungsdrahts in einem hohen Bereich des Dichtungsharzes, das eine nach außen zunehmende Höhe aufweist, oder außerhalb eines Bereichs, der dem Boden eines durch das Dichtungsharz gebildeten konkaven Meniskus entspricht und in dem die Distanz zwischen der Oberfläche des Dichtungsharzes und der Bodenfläche der Aussparung relativ kurz ist. Diese Anordnung stellt sicher, dass der Verbindungsdraht in das Dichtungsharz eingebettet ist.
Bei dieser Ausführung kann die geringste Höhe des Dichtungsharzes von der Bodenfläche der Aussparung geringer sein als die Höhe der Oberseite einer Schleife bzw. eines Krümmungsbereichs des Verbindungsdrahts, und die größte Höhe des Dichtungsharzes von der Bodenfläche kann höher liegen als die Höhe der Oberseite. Eine derartige Konfiguration ermöglicht das Einbetten des Verbindungsdrahts in das Dichtungsharz mit reduzierter Höhe, ohne dass der Verbindungsdraht auf dem Dichtungsharz freiliegt, das aufgrund der Meniskusform eine in Richtung nach innen abnehmende Höhe aufweist und somit eine konkave Oberfläche besitzt.
Bei dieser Ausführungsform kann der wasserdichte Drucksensor ferner mindestens ein Verbindungselement aufweisen, das auf der Bodenfläche der Aussparung angeordnet ist. Das Druckerfassungselement kann durch den Verbindungsdraht mit dem Verbindungselement verbunden sein. Eine derartige Konfiguration erhöht die Flexibilität bei der Gestaltung des Verbindungsdrahts und erleichtert somit die Platzierung des Verbindungsdrahts in dem hohen bzw. dicken Bereich des Dichtungsharzes.
Bei dieser Ausführung kann der wasserdichte Drucksensor ferner ein Schaltungselement in elektrischer Verbindung mit dem Druckerfassungselement sowie mindestens einen mit dem Schaltungselement verbundenen Verbindungsdraht aufweisen. Das mindestens eine Verbindungselement kann eine Mehrzahl von Verbindungselementen beinhalten, und das Schaltungselement kann durch den Verbindungsdraht mit dem Verbindungselement verbunden sein. Eine derartige Konfiguration ermöglicht, dass die Oberseite der Schleife des Verbindungsdrahts niedriger angeordnet ist als bei einem Verbindungsdraht, der das Druckerfassungselement direkt mit dem Schaltungselement verbindet. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Verbindungsdraht in das Dichtungsharz eingebettet ist. Bei dieser Ausführung kann die elektrische Verbindung zwischen dem Druckerfassungselement und dem Schaltungselement zumindest durch die Verbindungselemente und die Verbindungsdrähte hergestellt sein. Vorzugsweise weist bei Betrachtung in der Richtung orthogonal zu der Bodenfläche der Aussparung der mit dem Schaltungselement verbundene Verbindungsdraht ein erstes Ende benachbart dem zentralen Bereich der Aussparung auf sowie ein zweites Ende gegenüber von dem ersten Ende auf, wobei das erste Ende mit dem Schaltungselement verbunden ist und das zweite Ende mit dem Verbindungselement verbunden ist. Bei Betrachtung in der Richtung orthogonal zu der Bodenfläche der Aussparung kann ein dem zentralen Bereich der Aussparung benachbarter Bereich des Verbindungselements mit dem Verbindungsdraht verbunden sein.
Bei dieser Ausführung kann der wasserdichte Drucksensor ferner einen Deckel aufweisen, der auf dem Randbereich angeordnet ist. Der Deckel weist eine Öffnung auf, durch die Druck auf das Druckerfassungselement aufgebracht wird. Der Deckel kann einen Bereich mit kleinem Durchmesser aufweisen, der sich in einer Tiefenrichtung der Öffnung in einer zwischengeordneten Position der Öffnung befindet. Eine derartige Konfiguration schafft die Möglichkeit, dass die Höhe des die Aussparung ausfüllenden Dichtungsharzes durch den Bereich mit kleinem Durchmesser definiert wird. Vorzugsweise beinhaltet bei dieser Ausführung der mindestens eine Verbindungsdraht eine Mehrzahl von Verbindungsdrähten, wobei die mehreren Verbindungsdrähte mindestens einen Verbindungsdraht beinhalten, der vollständig innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der in der Verbindungsregion enthalten ist und die Öffnung überlappt. In diesem Bereich ist die Dicke des Dichtungsharzes relativ dick. Es ist unwahrscheinlich, dass der in diesem Bereich angeordnete Verbindungsdraht auf dem Dichtungsharz freigelegt.
Bei dieser Ausführung kann das Dichtungsharz die Grenzfläche zwischen dem Randbereich und dem Deckel bedecken. Diese Anordnung stellt sicher, dass das Dichtungsharz einen Spalt zwischen dem Randbereich und dem Deckel bedeckt, so dass die Wasserdichtigkeitseigenschaften verbessert sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein wasserdichter Drucksensor bereitgestellt werden, der ein niedriges Profil aufweist und bei dem die Verbindungsdrähte vollständig dicht eingeschlossen sind.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Perspektivansicht eines wasserdichten Drucksensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A eine Draufsicht auf den wasserdichten Drucksensor gemäß der Ausführungsform;
2B eine partiell durchsichtige Draufsicht auf den wasserdichten Drucksensor mit einem in 2A gezeigten Deckel, der als transparent dargestellt ist;
3 eine Schnittdarstellung des wasserdichten Drucksensors gemäß der Ausführungsform;
4 eine Draufsicht auf einen wasserdichten Drucksensor gemäß einem Vergleichsbeispiel;
5 eine Schnittdarstellung des wasserdichten Drucksensors gemäß dem Vergleichsbeispiel;
6 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung einer ein niedriges Profil aufweisenden Modifizierung des wasserdichten Drucksensors gemäß dem Vergleichsbeispiel;
7 eine Schnittdarstellung eines wasserdichten Drucksensors gemäß einer Modifizierung der Ausführungsform, wobei der Sensor einen Bereich mit kleinem Durchmesser aufweist; und
8 eine Schnittdarstellung eines wasserdichten Drucksensors gemäß einer weiteren Modifizierung der Ausführungsform, wobei der Sensor einen düsenartigen Deckel aufweist.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auf eine Beschreibung von einmal beschriebenen Komponenten wird gegebenenfalls verzichtet.
Konfiguration des wasserdichten Drucksensors
1 zeigt eine Perspektivansicht eines wasserdichten Drucksensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2A zeigt eine Draufsicht auf den wasserdichten Drucksensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2B zeigt eine teilweise durchsichtige Draufsicht auf den wasserdichten Drucksensor mit einem in 2A gezeigten Deckel, der als transparent dargestellt ist.
3 zeigt eine Schnittdarstellung des wasserdichten Drucksensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform entlang der Linie III-III in 2A.
Der bei dem Bezugszeichen 1 dargestellte wasserdichte Drucksensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform detektiert einen aufgebrachten Druck mittels eines Druckerfassungselements 10. Das Druckerfassungselement 10 ist mit Dichtungsmaterial, insbesondere Dichtungskunststoff bzw. Dichtungsharz 50 bedeckt, so dass der Drucksensor 1 wasserdicht ausgebildet ist.
Der wasserdichte Drucksensor 1 weist das Druckerfassungselement 10, ein Gehäuse 20, (Bond-)Verbindungsdrähte BW sowie das Dichtungsharz 50 auf. Bei dem Druckerfassungselement 10 handelt es sich um ein Chipelement mit einer Membran, das beispielsweise durch Ätzen eines Halbleitermaterials, wie z.B. Silizium, gebildet ist.
Das Gehäuse 20 weist eine Aussparung 21 auf, in der das Druckerfassungselement 10 angeordnet ist, und weist ferner einen die Aussparung 21 umgebenden Randbereich 22 auf. Das Gehäuse 20 ist aus Keramik, wie z.B. Aluminiumoxid, gebildet. Verbindungselemente 25, die als Metallisierungsmuster dienen, sind auf einer Bodenfläche 21a der Aussparung 21 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform nimmt die Aussparung 21 ein Schaltungselement 15 zusätzlich zu dem Druckerfassungselement 10 auf. Die Verbindungsdrähte BW sind mit dem Druckerfassungselement 10 und dem Schaltungselement 15 verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen diesen Elementen und den Verbindungselementen 25 herzustellen.
Ein Deckel 30 ist auf dem Randbereich 22 des Gehäuses 20 angeordnet. Der Deckel 30 ist an dem Randbereich 22 unter Verwendung von Klebstoff, wie z.B. Epoxy-Kleber, oder eines Verbindungsmaterials, wie z.B. Glas oder Lötmaterial, angebracht. Wie das Gehäuse 20 ist auch der Deckel 30 aus Keramikmaterial hergestellt. Der Deckel 30 weist eine Druckeingangsöffnung 31 in seinem im Wesentlichen zentralen Bereich auf. Die Druckeingangsöffnung 31 besitzt in der Draufsicht einen kleineren Durchmesser als eine Öffnung der Aussparung 21. Bei an dem Gehäuse 20 angebrachtem Deckel 30 ist die Druckeingangsöffnung 31 mit der Aussparung 21 ausgerichtet.
Das Dichtungsharz 50 ist in der Aussparung 21 vorgesehen. Im Spezielleren füllt das Dichtungsharz 50 die Aussparung 21 derart, dass es das Druckerfassungselement 10, das Schaltungselement 15 und die Verbindungsdrähte BW bedeckt, die in der Aussparung 21 angeordnet sind. Beispiele für das Dichtungsharz 50 beinhalten Fluor-Gel und Silikon-Gel. Das Druckerfassungselement 10, das Schaltungselement 15 und die Verbindungsdrähte BW sind ohne Freiliegen in das Dichtungsharz 50 eingebettet.
Bei dem wasserdichten Drucksensor 1 mit einer solchen Konfiguration ist die mit h1 bezeichnete geringste Höhe des Dichtungsharzes 50 von der Bodenfläche 21a der Aussparung 21 geringer als die bei h-BW dargestellte Höhe der Oberseiten der Schleifen bzw. Krümmungsbereiche der Verbindungsdrähte BW, und die mit h2 bezeichnete größte Höhe des Dichtungsharzes 50 von der Bodenfläche 21a ist höher als die Höhe h-BW der Oberseiten. Mit anderen Worten liegt die Höhe h-BW der Oberseiten der Schleifen der Verbindungsdrähte BW zwischen der geringsten Höhe h1 und der größten Höhe h2 des Dichtungsharzes 50.
Die Aussparung 21 nimmt das Dichtungsharz 50 auf, das eine konkave Oberfläche oder eine in Richtung nach innen abnehmende Höhe aufweist. Beim Eingießen von weichem Dichtungsharz 50, wie z.B. Gel, in die Aussparung 21 steigt ein peripherer Bereich des Dichtungsharzes 50 während des Aushärtens entlang einer Innenwand des Randbereichs 22 nach oben an. Das ausgehärtete Dichtungsharz 50 weist eine konkave Oberfläche auf, so dass ein zentraler Bereich des Dichtungsharzes 50 nach unten gekrümmt ist und der periphere Bereich dick ist.
Zum Bedecken der Oberseiten der Schleifen der Verbindungsdrähte BW mit dem auszuhärtenden Dichtungsharz 50 in der vorstehend beschriebenen Form sowie zum Erzielen einer Reduzierung der Höhe des Dichtungsharzes 50 ist die Gestaltung der Verbindungsdrähte BW derart ausgeführt, dass die Verbindungsdrähte BW außerhalb des eine geringe Höhe aufweisenden zentralen Bereichs des Dichtungsharzes 50 angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind bei Betrachtung in einer Richtung orthogonal zu der Bodenfläche 21a der Aussparung 21 die Verbindungsdrähte BW außerhalb einer zentralen Region S1 des Dichtungsharzes 50 angeordnet oder in einer Verbindungsregion S2 angeordnet, die sich näher bei dem Randbereich 22 als das Zentrum der Aussparung 21 befindet.
Der Durchmesser der zentralen Region S1 ist größer als oder gleich ca. 30 % des Durchmessers des Öffnungsbereichs der Druckeingangsöffnung 31 des Deckels 30 und ist kleiner als oder gleich ca. 60 % desselben. Die Verbindungsregion S2 befindet sich außenseitig von der zentralen Region S1. Eine derartige Konfiguration ermöglicht das Einbetten der Verbindungsdrähte BW in das eine reduzierte Höhe aufweisende Dichtungsharz 50, ohne dass sie auf dem Dichtungsharz 50 freiliegen, das eine nach innen abnehmende Höhe aufweist. Im Spezielleren sind die Verbindungsdrähte BW nicht in der zentralen Region S1 angeordnet, die dem niedrigen Bereich des Dichtungsharzes 50 entspricht, sondern in der Verbindungsregion S2, die dem hohen bzw. dicken Bereich des Dichtungsharzes 50 entspricht, das in Richtung nach außen in seiner Höhe zunimmt. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Verbindungsdrähte BW in das Dichtungsharz 50 eingebettet sind und eine Reduzierung der Höhe des Dichtungsharzes 50 erzielt wird.
Hinsichtlich der Meniskusform des gebildeten Dichtungsharzes 50 ist zu erwähnen, dass solange das Material und die Polymerisationsbedingungen zum Bilden des Dichtungsharzes 50 gleich sind, die Tiefe der konkaven Oberfläche des Dichtungsharzes 50 mit abnehmendem Durchmesser eines oberen Endes des Dichtungsharzes 50 abnimmt. Eine abnehmende Tiefe [bzw. ein abnehmender Durchmesser] der konkaven Oberfläche des oberen Endes des Dichtungsharzes 50 reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindungsdrähte BW aus dem Dichtungsharz 50 herausragen können. Der Durchmesser an dem oberen Ende des Dichtungsharzes 50 hängt von dem Durchmesser des Öffnungsbereichs der Druckeingangsöffnung 31 des Deckels 30 ab, wobei dieser Bereich mit dem oberen Ende des Dichtungsharzes 50 in Kontakt steht. Somit führt ein kleinerer Durchmesser des Öffnungsbereichs der Druckeingangsöffnung 31 des Deckels 30 zu einem kleineren Durchmesser des oberen Endes des Dichtungsharzes 50. Vom Standpunkt einer Reduzierung der Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindungsdrähte BW aus dem Dichtungsharz 50 herausragen können, ist es deshalb bevorzugt, dass der Durchmesser des Öffnungsbereichs der Druckeingangsöffnung 31 des Deckels 30 klein ist. Im Spezielleren kann die Fläche des Öffnungsbereichs der Druckeingangsöffnung 31 des Deckels 30 kleiner als oder gleich 60 % der Fläche des Bodens der Aussparung 21 sein, wobei sie in weiter bevorzugter Weise kleiner als oder gleich 50 % derselben ist.
Wie unter Bezugnahme auf 2B zu sehen ist, sind bei dem wasserdichten Drucksensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Druckerfassungselement 10 und das Schaltungselement 15 nebeneinander auf der Bodenfläche 21a der Aussparung 21 des Gehäuses 20 angeordnet, und die Verbindungselemente 25 sind um diese Elemente herum angeordnet. Die elektrische Verbindung zwischen dem Druckerfassungselement 10 und dem Schaltungselement 15 wird zumindest durch die Verbindungselemente 25 und die Verbindungsdrähte BW hergestellt. Im Spezielleren ist das Druckerfassungselement 10 mit den Verbindungselementen 25 durch die Verbindungsdrähte BW verbunden, das Schaltungselement 15 ist mit den Verbindungselementen 25 durch die Verbindungsdrähte BW verbunden, und die Verbindungselemente 25 in elektrischer Verbindung mit dem Druckerfassungselement 10 sind mit den Verbindungselementen 25 in elektrischer Verbindung mit dem Schaltungselement 15 durch Verdrahtungsleitungen (nicht dargestellt) elektrisch verbunden, die im Inneren des Gehäuses 20 angeordnet sind. Diese Verbindungsweise ermöglicht eine Reduzierung der Höhe der Oberseiten der Schleifen der Verbindungsdrähte BW, die mit dem Druckerfassungselement 10 und dem Schaltungselement 15 verbunden sind, so dass der wasserdichte Drucksensor 1 Erfordernisse für eine Reduzierung der Profilhöhe leichter erfüllen kann.
Außerdem weist, wie in 2B dargestellt, bei dem wasserdichten Drucksensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei Betrachtung in der Richtung orthogonal zu der Bodenfläche 21a der Aussparung 21 oder in einer Draufsicht, jeder der mit dem Schaltungselement 15 verbundenen Verbindungsdrähte BW ein erstes Ende benachbart dem zentralen Bereich der Aussparung 21 auf sowie ein zweites Ende gegenüber von dem ersten Ende auf, wobei das erste Ende mit dem Schaltungselement 15 verbunden ist und das zweite Ende mit dem Verbindungselement 25 verbunden ist. Diese Anordnung der Verbindungsdrähte BW führt dazu, dass die mit dem Schaltungselement 15 verbundenen Verbindungsdrähte BW kaum in der zentralen Region S1 angeordnet werden müssen. Vorteilhafterweise reduziert diese Anordnung in stabilerer Weise die Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindungsdrähte BW möglicherweise auf dem Dichtungsharz 50 freiliegen.
Wie ferner in 2B dargestellt ist, sind bei dem wasserdichten Drucksensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Bereiche der Verbindungselemente 25, die in der Draufsicht dem zentralen Bereich der Aussparung 21 benachbart sind oder der zentralen Region S1 benachbart sind, mit den Verbindungsdrähten BW verbunden. Diese Anordnung der Verbindungselemente 25 erleichtert eine relative Reduzierung der Länge der Verbindungsdrähte BW. Obwohl ein längerer Verbindungsdraht BW zu einer größeren Höhe der Oberseite einer Schleife des Verbindungsdrahts BW führt, führt die vorstehend beschriebene Anordnung dazu, dass die Verbindungsdrähte BW weniger wahrscheinlich auf dem Dichtungsharz 50 freiliegen. Bereiche der Verbindungselemente 25 gegenüber den mit den Verbindungsdrähten BW verbundenen Bereichen, d.h. die dem Randbereich 22 des Gehäuses 20 benachbarten Bereiche der Verbindungselemente 25 beinhalten Verbindungsbereiche, die mit den Verdrahtungsleitungen im Inneren des Gehäuses 20 verbunden sind.
Wie in 2B dargestellt ist, beinhalten bei dem wasserdichten Drucksensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verbindungsdrähte BW mindestens einen Verbindungsdraht BW, der vollständig innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der in der Verbindungsregion S2 liegt und die Öffnung des Deckels 30 überlappt. Mit anderen Worten sind ein oder mehrere Verbindungsdrähte BW vollständig innerhalb des Bereichs angeordnet, der in der Verbindungsregion S2 liegt und die Öffnung des Deckels 30 überlappt. Das Dichtungsharz 50 weist tendenziell die relativ größte Dicke in dem Bereich auf, der die Öffnung des Deckels 30 in der Verbindungsregion S2 überlappt, so dass es unwahrscheinlich ist, dass die in diesen Bereich angeordneten Verbindungsdrähte BW auf dem Dichtungsharz 50 freiliegen. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die zentrale Region S1 als Region definiert werden, die den in der Draufsicht zentralen Bereich der Aussparung 21 beinhaltet und die Verbindungsdrähte BW nicht überlappt.
Vergleichsbeispiel
4 zeigt eine Draufsicht auf einen wasserdichten Drucksensor gemäß einem Vergleichsbeispiel.
5 zeigt eine Schnittdarstellung des wasserdichten Drucksensors gemäß dem Vergleichsbeispiel entlang der Linie V-V in 4.
Wie der wasserdichte Drucksensor 1 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist auch der bei dem Bezugszeichen 2 dargestellte wasserdichte Drucksensor gemäß dem Vergleichsbeispiel das Druckerfassungselement 10, das Gehäuse 20, die Verbindungsdrähte BW und das Dichtungsharz 50 auf. Bei dem wasserdichten Drucksensor 2 sind einige der Verbindungsdrähte BW in der zentralen Region S1 angeordnet. Bei dem wasserdichten Drucksensor 2 ist die Menge des verwendeten Dichtungsharzes 50 derart vorgegeben, dass die in der zentralen Region S1 angeordneten Verbindungsdrähte BW nicht aus dem Dichtungsharz 50 herausragen. Als Ergebnis hiervon weist der Deckel 30 eine große Höhe auf, und der in 5 dargestellte wasserdichte Drucksensor 2 kann die Anforderungen hinsichtlich einer Reduzierung der Profilhöhe nicht erfüllen.
6 zeigt eine Schnittdarstellung einer ein niedriges Profil aufweisenden Modifizierung des wasserdichten Drucksensors gemäß dem Vergleichsbeispiel.
Eine Vorgehensweise zum Erfüllen der Erfordernisse hinsichtlich einer Reduzierung der Profilhöhe des in 5 dargestellten wasserdichten Drucksensors 2 beinhaltet eine Reduzierung der Höhe des Deckels 30 sowie eine Reduzierung der Menge des Dichtungsharzes 50 zum Füllen der Aussparung 21 des Gehäuses 20. Derartige Konstruktionsänderungen, die aus einer Reduzierung der Menge des Dichtungsharzes 50 resultieren, führen jedoch zu einer weiteren Reduzierung der Höhe des zentralen Bereichs des Dichtungsharzes 50. Wie in 6 dargestellt, liegt die Oberseite der Schleife des Verbindungsdrahts BW, der sich in dem zentralen Bereich befindet, auf dem Dichtungsharz 50 frei. Der auf dem Dichtungsharz 50 freiliegende Verbindungsdraht BW kann Schaden nehmen, wie z.B. Korrosion erleiden. Eine Reduzierung der Menge des Dichtungsharzes 50 ist daher schwierig. Als Ergebnis hiervon ist keine ausreichende Reduzierung der Profilhöhe möglich.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Verbindungsdrähte BW nicht in der zentralen Region S1, sondern in der die zentrale Region S1 umgebenden Verbindungsregion S2 angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Oberseiten der Schleifen der Verbindungsdrähte BW in der Verbindungsregion S2 von dem Dichtungsharz 50 bedeckt werden können, wenn die Menge des Dichtungsharzes 50 zur Reduzierung der Höhe des Dichtungsharzes 50 in der zentralen Region S1 vermindert wird. Diese Anordnung erzielt ein ausreichendes dichtes Einschließen der Verbindungsdrähte BW sowie auch eine Reduzierung der Höhe des Dichtungsharzes.
Der wasserdichte Drucksensor 2 gemäß dem Vergleichsbeispiel ist derart ausgebildet, dass die Verbindungsdrähte BW das Druckerfassungselement 10 direkt mit dem Schaltungselement 15 verbinden. Im Gegensatz dazu ist der wasserdichte Drucksensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart ausgebildet, dass das Druckerfassungselement 10 und das Schaltungselement 15 jeweils durch die Verbindungsdrähte BW mit den Verbindungselementen 25 verbunden sind. Die Verbindung mit den Verbindungselementen 25, die auf der Bodenfläche 21a der Aussparung 21 angeordnet sind, schafft die Möglichkeit, dass die Oberseiten der Schleifen der Verbindungsdrähte BW eine geringere Höhe aufweisen. Außerdem erhöht die Anordnung der Verbindungselemente 25 in der Verbindungsregion S2 die Flexibilität bei der Gestaltung der Verbindungsdrähte BW. Dies vereinfacht die Platzierung der Verbindungsdrähte BW in dem hohen bzw. dicken Bereich des Dichtungsharzes 50.
Vorzugsweise ist das Dichtungsharz 50 derart angeordnet, dass es die Grenzfläche zwischen dem Randbereich 22 des Gehäuses 20 und dem Deckel 30 überdeckt. Obwohl der Randbereich 22 mit dem Deckel 30 beispielsweise durch Klebstoff verbunden ist, kann ein Spalt zwischen dem Randbereich 22 und dem Deckel 30 unzulängliche Wasserdichtigkeitseigenschaften verursachen. Aus diesem Grund gestattet ein Zuführen des Dichtungsharzes 50 auf ein höheres Niveau als die Grenzfläche zwischen dem Randbereich 22 und dem Deckel 30, dass das Dichtungsharz 50 in einen Spalt an der Grenzfläche eintritt und auf diese Weise die Wasserdichtigkeitseigenschaften an der Grenzfläche verbessert werden. Darüber hinaus wird auch die Festigkeit der Verbindung des Randbereichs 22 mit dem Deckel 30 verbessert.
7 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wasserdichten Drucksensors gemäß einer Modifizierung der Ausführungsform. Der wasserdichte Drucksensor gemäß der Modifizierung weist einen Bereich mit kleinem Durchmesser auf.
Der wasserdichte Drucksensor 1 der 7 weist den Bereich mit kleinem Durchmesser auf, der mit dem Bezugszeichen 35 bezeichnet ist und sich an einer in Tiefenrichtung der Öffnung zwischengeordneten Position der Öffnung (Druckeingangsöffnung 31) des Deckels 30 befindet. Der Bereich 35 mit kleinem Durchmesser besitzt einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der der Öffnung (Druckeingangsöffnung 31). Bei dem Bereich 35 mit kleinem Durchmesser handelt es sich um einen Vorsprung, der sich in der zwischengeordneten Position der Öffnung (Druckeingangsöffnung 31) befindet und von einer Innenwand der Öffnung hervorsteht.
Der Bereich 35 mit kleinem Durchmesser des Deckels 30 ermöglicht ein Stoppen des Dichtungsharzes 50 an der Position des Bereichs 35 mit kleinem Durchmesser, wenn das Dichtungsharz 50 in die Aussparung 21 und die Öffnung des Deckels 30 eingebracht wird. Im Spezielleren steigt beim Zuführen des Dichtungsharzes 50 in die Aussparung 21 und die Öffnung des Deckels 30 der periphere Bereich des Dichtungsharzes 50 entlang der Innenwand des Randbereichs 22 sowie der Innenwand des Öffnungsbereichs (Druckeingangsöffnung 31) während des Aushärtens nach oben an. Der Bereich 35 mit kleinem Durchmesser ermöglicht ein Stoppen des ansteigenden Dichtungsharzes 50 an der Position des Bereichs 35 mit kleinem Durchmesser. Dadurch wird sichergestellt, dass eine bestimmte Menge an Dichtungsharz 50 in die Aussparung 21 und die Öffnung (Druckeingangsöffnung 31) des Deckels 30 eingebracht werden kann. Ferner handelt es sich bei der Fläche eines Öffnungsbereichs in dem Bereich 35 mit kleinem Durchmesser um den kleinsten Öffnungsbereich der Druckeingangsöffnung 31 des Deckels 30, und das obere Ende des Dichtungsharzes 50 befindet sich in dem Bereich 35 mit kleinem Durchmesser. Diese Anordnung gestattet eine Reduzierung der Tiefe des Meniskus oder der konkaven Oberfläche des Dichtungsharzes 50 und führt somit zu einer stabileren Reduzierung der Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindungsdrähte BW aus dem Dichtungsharz 50 herausragen können.
8 zeigt eine Schnittdarstellung eines wasserdichten Drucksensors gemäß einer weiteren Modifizierung der Ausführungsform. Der wasserdichte Drucksensor gemäß dieser Modifizierung weist einen düsenartigen Deckel auf.
Der wasserdichte Drucksensor 1 der 8 beinhaltet den Randbereich 22 sowie den mit dem Randbereich 22 verbundenen, düsenartigen Deckel 30. Der düsenartige Deckel 30 weist einen Verengungsbereich 30a auf, an dem ein Dichtungselement 60, wie z.B. ein O-Ring, angebracht ist. Zum Befestigen des wasserdichten Drucksensors 1 an einem Objekt, wird der düsenartige Deckel 30 derart mit dem Objekt verbunden, dass das Dichtungselement 60 zwischen dem Deckel 30 und dem Objekt angeordnet ist.
Da der düsenartige Deckel 30 einen unebenen Bereich aufweist, der den Verengungsbereich 30a beinhaltet, kann der unebene Bereich zur Positionierung des wasserdichten Drucksensors 1 verwendet werden. Im Spezielleren wird der Deckel 30 derart an dem Randbereich 22 des Gehäuses 20 angebracht, dass eine exakte positionsmäßige Beziehung zwischen dem unebenen Bereich des Deckels 30 und dem Gehäuse 20 erzielt wird. Somit wird bei Anbringung des wasserdichten Drucksensors 1 an einem Objekt die Position des unebenen Bereichs des Deckels 30 als Referenz verwendet, so dass das Druckerfassungselement 10 relativ zu dem Objekt exakt positioniert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der wasserdichte Drucksensor 1 mit einem niedrigen Profil geschaffen werden, wobei die Verbindungsdrähte BW vollständig dicht eingeschlossen sind.
Obwohl die Ausführungsform und die Modifikationen vorstehend als Beispiele beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt. Beispielsweise können die Fachleute die vorstehend beschriebene Ausführungsform und die Modifikationen durch geeignete Hinzufügungen, Weglassung und Ausbildungsänderungen der Komponenten sowie durch eine geeignete Kombination der Merkmale von exemplarischen Konfigurationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und der Modifikationen modifizieren. Derartige Modifikationen liegen ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung, solange sie den Gedanken und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht verlassen.

Claims

Wasserdichter Drucksensor (1), aufweisend: ein Druckerfassungselement (10); ein Gehäuse (20) mit einer Aussparung (21), in der das Druckerfassungselement angeordnet ist, und mit einem die Aussparung umgebenden Randbereich (22); mindestens einen mit dem Druckerfassungselement verbundenen Verbindungsdraht (BW); und Dichtungsharz (50), das die Aussparung derart ausfüllt, dass das Druckerfassungselement und der Verbindungsdraht ohne Freiliegen eingebettet sind, wobei das Dichtungsharz eine in Richtung nach innen abnehmende Höhe aufweist, wobei bei Betrachtung in einer Richtung orthogonal zu einer Bodenfläche (21a) der Aussparung der Verbindungsdraht in einer Verbindungsregion (S2) angeordnet ist, die sich zwischen einem zentralen Bereich der Aussparung und dem Randbereich befindet und die nahe dem Randbereich angeordnet ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei die geringste Höhe (h1) des Dichtungsharzes von der Bodenfläche der Aussparung geringer ist als eine Höhe (h-BW) der Oberseite einer Schleife des Verbindungsdrahts, und wobei die größte Höhe (h2) des Dichtungsharzes von der Bodenfläche höher liegt als die Höhe der Oberseite.
Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend: mindestens ein Verbindungselement (25), das auf der Bodenfläche der Aussparung angeordnet ist, wobei das Druckerfassungselement mit dem Verbindungselement durch den Verbindungsdraht verbunden ist.
Drucksensor nach Anspruch 3, weiterhin aufweisend: ein Schaltungselement (15) in elektrischer Verbindung mit dem Druckerfassungselement; und mindestens einen mit dem Schaltungselement verbundenen Verbindungsdraht, wobei das mindestens eine Verbindungselement eine Mehrzahl von Verbindungselementen beinhaltet, und wobei das Schaltungselement durch den Verbindungsdraht mit dem Verbindungselement verbunden ist.
Drucksensor nach Anspruch 4, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Druckerfassungselement und dem Schaltungselement zumindest durch die Verbindungselemente und die Verbindungsdrähte hergestellt ist.
Drucksensor nach Anspruch 4 oder 5, wobei bei Betrachtung in der Richtung orthogonal zu der Bodenfläche der Aussparung der mit dem Schaltungselement verbundene Verbindungsdraht ein erstes Ende benachbart dem zentralen Bereich der Aussparung aufweist sowie ein zweites Ende gegenüber von dem ersten Ende aufweist, wobei das erste Ende mit dem Schaltungselement verbunden ist und das zweite Ende mit dem Verbindungselement verbunden ist.
Drucksensor nach einem derAnsprüche 3 bis 6, wobei bei Betrachtung in der Richtung orthogonal zu der Bodenfläche der Aussparung ein dem zentralen Bereich der Aussparung benachbarter Bereich des Verbindungselements mit dem Verbindungsdraht verbunden ist.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin aufweisend: einen Deckel (30), der auf dem Randbereich angeordnet ist, wobei der Deckel eine Öffnung aufweist, durch die Druck auf das Druckerfassungselement aufgebracht wird.
Drucksensor nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Verbindungsdraht eine Mehrzahl von Verbindungsdrähten beinhaltet und wobei die Mehrzahl von Verbindungsdrähten mindestens einen Verbindungsdraht beinhaltet, der vollständig innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der in der Verbindungsregion enthalten ist und der die Öffnung überlappt.
Drucksensor einem derAnsprüche 8 oder 9, wobei der Deckel einen Bereich (35) mit kleinem Durchmesser aufweist, der sich in einer Tiefenrichtung der Öffnung in einer zwischengeordneten Position der Öffnung befindet.
Drucksensor nach einem derAnsprüche 8 bis 10, wobei das Dichtungsharz die Grenzfläche zwischen dem Randbereich und dem Deckel bedeckt.