EP4698874A1

EP4698874A1 - Sensoranordnung und verfahren zur herstellung einer vielzahl von sensoranordnungen

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Publication number: EP4698874A1
Application number: EP24716664.8A
Authority: EP
Inventors: Christian Wohlgemuth; Stefan Kuschel; Thomas STENDEL; Benjamin Bohl; Sven Röhrbein
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2024-03-22
Publication date: 2026-02-25
Also published as: DE102023110113A1; WO2024217823A1; CN120936855A; JP2026512085A

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Sensoranordnung, aufweisend eine Kernkomponente (100), die ein Drucksensorelement (104), einen Schaltungsträger (102) und ein Abstützelement (103) aufweist, und ein oberes Gehäuseelement (200), das die Kernkomponente (100) umschließt, wobei das obere Gehäuseelement (200) an einer Oberseite des Abstützelements (103) anliegt, wobei der Schaltungsträger (102) einen mittleren Bereich (113) und einen Randbereich (114), der den mittleren Bereich (113) umschließt, aufweist, wobei das Abstützelement (103) im mittleren Bereich (113) des Schaltungsträgers (102) und auf einer Oberseite des Schaltungsträgers (102) angeordnet ist. Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Sensoranordnungen.

Description

Beschreibung

SENSORANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER VIELZAHL VON SENSORANORDNUNGEN

Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Sensoranordnung, die ein Drucksensorelement aufweist , sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl der Sensoranordnungen .

Viele Anwendungen in den Bereichen Industrie- und Automobiltechnik, beispielsweise Wärmekraftmaschinen, Filter, Kühlkreisläufe und Klimaanlagen, erfordern eine simultane ortsbezogene messtechnische Erfassung von Druck und Temperatur eines Fluids . Die dazu verwendeten Sensoranordnungen können hohen Druckbelastungen, beispielsweise bis zu 100 Bar, sowie hohen Temperaturen, von beispielsweise bis zu 180 ° C, sowie sehr niedrigen Temperaturen, von bis zu -40 ° C, ausgesetzt sein .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine vorteilhafte Sensoranordnung anzugeben .

Die Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst . Die abhängigen Ansprüche betref fen bevorzugte Aus führungs formen der Sensoranordnung .

Es wird eine Sensoranordnung vorgeschlagen, die eine Kernkomponente und ein oberes Gehäuseelement aufweist . Die Kernkomponente weist ein Drucksensorelement , einen Schaltungsträger und ein Abstützelement auf . Das obere Gehäuseelement umschließt die Kernkomponente . Das obere Gehäuseelement liegt an einer Oberseite des Abstützelementes an . Der Schaltungsträger weist einen mittleren Bereich und einen Randbereich auf , der den mittleren Bereich umschließt . Das Abstützelement ist im mittleren Bereich des Schaltungsträgers angeordnet . Das Abstützelement ist auf einer Oberseite des Schaltungsträgers angeordnet .

Der Randbereich des Schaltungsträgers kann frei von dem Abstützelement sein . Das Abstützelement kann insbesondere eine Anschlags fläche aufweisen, die an einer Anschlags fläche des oberen Gehäuseelementes anliegt . Über die Anschlags fläche des Abstützelements wird eine auf die Kernkomponente ausgeübte Kraft auf das obere Gehäuseelement übertragen .

Ein äußerer Umfang des Abstützelements kann entlang einer Grenze zwischen dem Randbereich und dem mittleren Bereich des Schaltungsträgers verlaufen .

Durch die Anordnung des Abstützelements in dem mittleren Bereich des Schaltungsträgers kann eine Kraftübertragung von der Kernkomponente zu dem oberen Gehäuseelement derart gestaltet sein, dass die Biegemomente , die die Kernkomponente erfährt , minimiert werden . Dazu kann die Kraft über einen mittig auf dem Schaltungsträger angeordneten mittleren Bereich übertragen werden, der ausreichend groß ausgestaltet ist , um eine kalottenförmige Verformung des Schaltungsträgers zu verhindern .

Die in der Kernkomponente auftretenden Biegebelastungen können auf diese Weise minimiert werden . Eine Reduzierung der Biegebelastungen kann eine verbesserte Miniaturisierung der Sensoranordnung sowie eine erhöhte Messgenauigkeit ermöglichen . Es können eine kompakte Bauweise der Sensoranordnung und ein geringer Materialeinsatz ermöglicht werden . Das obere Gehäuseelement kann Teil eines Gehäuses der

Sensoranordnung sein . Insbesondere können das obere Gehäuseelement und ein unteres Gehäuseelement , mit welchem das obere Gehäuseelement verbindbar ist , das Gehäuse der Sensoranordnung bilden . Über das untere Gehäuseelement kann dabei ein Fluid, dessen Druck von dem Drucksensorelement gemessen wird, zu dem Drucksensorelement geleitet werden .

Jeder Abstand des Abstützelementes von einem Randpunkt des Schaltungsträgers kann mindestens 5% , vorzugsweise mindestens 10% oder mindestens 20% , einer Länge einer Geraden betragen, die den Randpunkt mit einem gegenüberliegenden Randpunkt des Schaltungsträgers verbindet und durch den Mittelpunkt des Schaltungsträgers verläuft . Durch diese Anordnung des Abstützelements in dem mittleren Bereich des Schaltungsträgers kann sichergestellt werden, dass die von dem Fluid auf die Kernkomponente ausgeübte Kraft von Bereichen der Kernkomponente übertragen werden, die ausreichend weit von den Rändern der Kernkomponente entfernt sind . So kann vermieden werden, dass durch auf die Ränder ausgeübte Kräfte es zu Biegemomenten in der Platte oder in dem Schaltungsträger kommt .

Ein äußerer Umfang des Abstützelements kann entlang einer Grenze zwischen dem mittleren Bereich und dem Randbereich des Schaltungsträgers verlaufen . Der mittlere Bereich kann zumindest 10 % der Fläche des Schaltungsträgers einnehmen, vorzugsweise nimmt der mittlere Bereich zumindest 25 % der Fläche des Schaltungsträgers ein . Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Abstützelement hinreichend groß ist , um eine Kraft flächig und nicht nahezu punktförmig auf das obere Gehäuseelement zu übertragen . Auf diese Weise können Kraftspitzen vermieden werden, die zu

Messungenauigkeiten führen könnten und die die Lebensdauer des Bauteils verkürzen können .

Der mittlere Bereich kann nicht mehr als 80 % der Fläche des Schaltungsträgers einnehmen, vorzugsweise nimmt der mittlere Bereich weniger als 60 % der Fläche des Schaltungsträgers ein . Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Krafteinwirkungen ausreichend weit vom Rand des Schaltungsträgers entfernt erfolgt , so dass es nicht zu einem Verbiegen des Schaltungsträgers kommt .

Das Abstützelement kann einen Rahmen aufweisen, der einen inneren Bereich, in dem das Drucksensorelement angeordnet ist , umschließt . Da das Abstützelement auf der Oberseite des Schaltungsträgers angeordnet ist , wird eine Kraft auf das obere Gehäuseelement weder von dem Schaltungsträger selbst noch von dem Drucksensorelement übertragen . Vielmehr wird hierzu das Abstützelement genutzt . Das Abstützelement hat eine rein mechanische Funktion, so dass die Elemente mit einer messtechnischen Funktion, Schaltungsträger und Drucksensorelement , vor Kraftspitzen geschützt sind .

Die Ausgestaltung als Rahmen stellt sicher, dass eine Kraft nicht punktförmig sondern flächig auf das obere Gehäuseelement übertragen wird, so dass es nicht zu punktförmigen Verformungen der Kernkomponente kommt .

Das Abstützelement kann einen Quersteg aufweisen, der durch einen inneren Bereich verläuft . Alternativ oder ergänzend kann das Abstützelement zumindest eine in den inneren Bereich ragende Nase aufweisen . Die Anschlags fläche des Abstützelements kann von den Oberseiten des Rahmens , des Querstegs und der zumindest einen Nase gebildet werden . Der Quersteg und die zumindest eine Nase tragen somit auch zur Kraftübertragung auf das obere Gehäuseelement bei und verteilen zusätzlich die Kraft über eine größere Fläche und vermeiden so das Entstehen von mechanischen Spannungsspitzen sowie die Überlastung der genutzten Werkstof fe .

Die Sensoranordnung kann ein unteres Gehäuseelement aufweisen, dass einen Medienanschlusskanal ausbildet , der dazu ausgestaltet ist , ein Fluid einer Unterseite der Kernkomponente zuzuführen . Insbesondere kann die Sensoranordnung dazu ausgestaltet sein, dass das Fluid zu dem Drucksensorelement geleitet wird, so dass das Drucksensorelement den Druck des Fluids bestimmen kann .

Eine axiale Richtung kann als Richtung entlang des Medienanschlusskanals zur Kernkomponente hin definiert sein . Das untere Gehäuseelement kann sich in der axialen Richtung über die Kernkomponente hinaus erstrecken . Das untere Gehäuseelement kann eine Bördelung aufweisen, die ein in axialer Richtung unteres Ende des oberen Gehäuseelements umschließt . Dabei können das untere und das obere Gehäuseelement derart ausgestaltet sein, dass eine Kraft , die von der Kernkomponente auf die Anschlags fläche des oberen Gehäuseelements übertragen wird, von dem oberen Gehäuseelement an die Bördelung des unteren Gehäuseelements abgegeben wird . Auf diese Weise kann die Kraft von der Kernkomponente weggeleitet werden und Biegemomente in der Kernkomponente können vermieden werden . Die Kernkomponente kann dazu ausgestaltet sein, eine Kraft über das Abstützelemente auf das obere Gehäuseelement zu übertragen, wobei das obere Gehäuseelement dazu ausgestaltet ist , die von der Kernkomponente aufgenommene Kraft auf die Bördelung der Medienzuführung abzuleiten . Dazu ist das obere Gehäuseelement hinreichend stei f ausgestaltet .

Das obere Gehäuseelement kann unmittelbar an der Bördelung anliegen . Die Bördelung kann mit einem Verguss abgedichtet sein .

Das Drucksensorelement kann ein piezoresistives Sili zium MEMS Element sein . Piezoresistive Sili zium MEMS Elemente zeichnen sich im Vergleich zu anderen Drucksensorelementen, beispielsweise im Vergleich zu keramischen Drucksensorelementen durch eine kleinere Bauform und einen günstigeren Preis aus . Durch die Verwendung des piezoresistiven MEMS Sili ziumelements kann eine Wirkfläche , auf der das Fluid auf das Drucksensorelement wirkt , sehr klein ausgestaltet sein und die auf die Kernkomponente wirkenden Kräfte können so gering gehalten werden . Dieses kann zusätzlich dazu beitragen, den erforderlichen Bauraum und das Gewicht der Sensoranordnung zu verringern .

Das piezoresistive Sili zium MEMS Element kann in einem Druckbereich zwischen 50 mbar bis 50 bar sensitiv sein . Das piezoresistive Sili zium MEMS Element kann ein Ausgangssignal von bis zu 120 mV liefern . Im Vergleich zu kapazitiven Drucksensoren kann durch das piezoresistive Sili zium MEMS Element somit ein größerer Messbereich abgedeckt werden und zudem ein stärkeres Ausgangssignal erzeugt werden, das unempfindlicher gegen Störeinflüsse ist .

Das piezoresistive Sili zium MEMS Element kann sowohl zur Absolut- als auch zur Relativdruckmessung verwendet werden . Es kann bei Temperaturen in einem Bereich zwischen -40 ° C und + 180 ° C eingesetzt werden . Die Sensoranordnung kann ferner ein Temperatursensorelement aufweisen . Bei dem Temperatursensorelement kann es sich um einen NTC-Thermistor handeln . Das Temperatursensorelement kann an dem Schaltungsträger der Kernkomponente befestigt sein .

Die Kernkomponente kann eine Platte aufweisen, die auf der Unterseite des Schaltungsträgers angeordnet ist , wobei das Drucksensorelement auf einer Oberseite der Platte befestigt ist und die Platte einen Kanal aufweist , wobei das Drucksensorelement an einem Ende des Kanals angeordnet ist . Uber den Kanal kann ein Fluid durch die Platte hindurch zu dem Drucksensorelement geführt werden . Die Platte kann einen von dem unteren Gehäuseelement gebildeten Medienanschlusskanal gegen den Schaltungsträger abdichten . Die Platte kann ein medienresistentes Material , beispielsweise Stahl , Keramik, Glas oder einen Kunststof f aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen .

Das Temperatursensorelement kann zwei Anschlussdrähte aufweisen, die durch j e eine Durchführung in der Platte hindurch verlaufen, wobei die Durchführungen in der Platte durch ein Vergussmaterial abgedichtet sind . Das obere Gehäuseelement kann zumindest ein Kontaktelement aufweisen, das elektrisch mit dem Schaltungsträger verbunden ist .

Ein weiterer Aspekt betri f ft ein Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl der oben beschriebenen Sensoranordnungen, wobei die Kernkomponenten im Nutzenverband gefertigt und kalibriert werden . Im Folgenden werden bevorzugte Aus führungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben .

Figur 1 zeigt eine Sensoranordnung zur Messung eines Drucks und einer Temperatur in einer Explosionsdarstellung .

Figur 2 zeigt eine Oberseite einer Kernkomponente .

Figur 3 zeigt eine Unterseite der Kernkomponente .

Figur 4 zeigt einen Schaltungsträger .

Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines oberen Gehäuseelements .

Figur 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines unteren Gehäuseelements .

Figur 7 zeigt einen Kraftfluss in der Sensoranordnung .

Die Sensoranordnung weist eine Kernkomponente 100 , ein oberes Gehäuseelement 200 und ein unteres Gehäuseelement 300 auf .

Die Kernkomponente 100 weist ein Drucksensorelement 104 , das dazu ausgestaltet ist , einen Absolut- oder einen Relativdruck eines Fluids , d . h . einer Flüssigkeit oder eines Gases , zu ermitteln . Das Drucksensorelement 104 ist dazu ausgestaltet , einen auf ihn ausgeübten Druck in ein elektrisches Signal umzuwandeln, aus dem die Höhe des Drucks ermittelt werden kann . Eine Medienbeaufschlagung erfolgt auf einer einem Medienanschlusskanal zugewandte Rückseite des Drucksensorelementes 104 . Das Drucksensorelement 104 kann eine Biegeplatte aufweisen, deren Fläche und Dicke im Hinblick auf einen gewünschten Messbereich gewählt wird . Bei dem Drucksensorelement 104 handelt es sich um ein piezoresistives Sili zium MEMS Element .

In dem in den Figuren gezeigten Aus führungsbeispielen weist die Kernkomponente 100 zusätzlich ein Temperatursensorelement 105 auf , das dazu ausgestaltet ist , eine Temperatur des Fluids zu ermitteln . In einem alternativen Aus führungsbeispiel weist die Kernkomponente kein Temperatursensorelement 105 auf . Ferner weist die Kernkomponente einen Schaltungsträger 102 auf , über den die Sensorelemente 104 , 105 kontaktiert sind .

Das Temperatursensorelement 105 ist dazu ausgestaltet , ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Größe von der Temperatur des Fluids abhängt . Bei dem Temperatursensorelement 105 kann es sich um einen NTC- Thermistor handeln . Das Temperatursensorelement 105 kann in das Messmedium hineinragen, um dessen Temperatur mit möglichst geringer Verfälschung zu erfassen und eine möglichst kurze Ansprechzeit zu gewährleisten .

Das untere Gehäuseelement 300 bildet einen Medienanschlusskanal , über den das Fluid, dessen Druck und dessen Temperatur gemessen werden sollen, den Sensorelementen 104 , 105 der Kernkomponente 100 zugeführt werden kann .

Das obere Gehäuseelement 200 ist mit dem unteren

Gehäuseelement 300 verbunden und umschließt die

Kernkomponente 100 und schützt diese auf diese Weise vor Umwelteinflüssen, wobei eine Unterseite der Kernkomponente von dem oberen Gehäuseelement 200 nicht bedeckt wird . Die Sensoranordnung ist derart ausgestaltet , dass von dem Fluid auf die Kernkomponente 100 ausgeübte Kräfte über das obere Gehäuseelement 200 auf das untere Gehäuseelement 300 übertragen werden können .

Eine axiale Richtung A ist definiert als eine Richtung, die entlang des Medienanschlusskanals verläuft und von einer Unterseite 110 der Kernkomponente 100 zu einer Oberseite 111 der Kernkomponente 100 weist . Als „in axialer Richtung A unten" werden im Folgenden Elemente bezeichnet , die entgegengesetzt zu der Richtung weisen, aus der das Fluid der Kernkomponente 100 zugeführt wird . Als „in axialer Richtung A oben" werden im Folgenden Elemente bezeichnet , die in die Richtung weisen, in der das Fluid zu der Kernkomponente 100 geführt wird .

Im Folgenden wird die Kernkomponente 100 beschrieben . Figur 2 zeigt eine Oberseite 111 der Kernkomponente 100 . Figur 3 zeigt eine Unterseite 110 der Kernkomponente 100 . Figur 4 zeigt den Schaltungsträger 102 der Kernkomponente 100 .

Die Kernkomponente 100 weist das Drucksensorelement 104 , das

Temperatursensorelement 105 , den Schaltungsträger 102 , ein

Abstützelement 103 und eine Platte 101 auf .

Eine Oberseite 102a des Schaltungsträgers 102 weist von dem Medienanschlusskanal des unteren Gehäuseelements 300 weg .

Eine Unterseite 102b des Schaltungsträgers 102 weist zu dem Medienanschlusskanal des unteren Gehäuseelements 300 hin . Auf der Oberseite 102a des Schaltungsträgers 102 sind das Abstützelement 103 und zumindest ein elektronisches Bauteil

106 angeordnet . Der Schaltungsträger 102 weist eine Freistellung 107 auf , in der das Drucksensorelement 104 angeordnet ist . Bei der Freistellung 107 handelt es sich um eine Öf fnung, die sich in axialer Richtung A durch den Schaltungsträger erstreckt und die groß genug ist , um das Drucksensorelement 104 auf zunehmen . Das Drucksensorelement 104 ist über Bonddrähte mit dem Schaltungsträger 102 verbunden . Die Bonddrähte Überspannen dabei die Freistellung

107 .

Das Abstützelement 103 weist einen Rahmen 103a auf , das das Drucksensorelement 104 und die Freistellung 107 des Schaltungsträgers 102 umschließt . Das Abstützelement 103 weist ferner einen Quersteg 103b auf , der einen von dem Rahmen 103a umschlossenen inneren Bereich in zwei Kammern unterteilt . Das Abstützelement 103 weist zwei in den inneren Bereich hineinragende Nasen 103c auf .

In einer ersten der beiden Kammern, die von dem Rahmen 103a und dem Quersteg 103b gebildet werden, ist das Drucksensorelement 104 angeordnet . Die Kammer, in der das Drucksensorelement 104 angeordnet ist , kann mit einer Passivierung gefüllt sein, die das Drucksensorelement 104 bedecken kann .

Das Abstützelement 103 steht in axialer Richtung von dem Schaltungsträger 102 nach oben weg und bildet eine Anschlags fläche , an der das obere Gehäuseelement 200 anliegt und über die Kräfte auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen werden . Eine Oberseite des Rahmens 103a, eine Oberseite des Querstegs 103b und Oberseiten der in den inneren Bereich ragenden Nasen 103c liegen dabei an dem oberen Gehäuseelement 200 an .

In einer zweiten der beiden Kammern, die von dem Rahmen 103a und dem Quersteg 103b gebildet werden sind, sind elektrische Kontakte 108 des Temperatursensorelementes 105 angeordnet .

Die auf dem Schaltungsträger 102 angeordneten elektronischen Bauteile 106 bilden eine Ansteuer- und Auswerteelektronik, die mit dem Drucksensorelement 104 und dem Temperatursensorelement 105 verschaltet ist . Der Schaltungsträger 102 weist ein Leiterplattenmaterial auf , beispielsweise FR4 .

Auf der Unterseite 102b des Schaltungsträgers 102 ist die Platte 101 angeordnet , die ein medienbeständiges Material aufweist , beispielsweise Keramik, Stahl , Glas oder einen Kunststof f . Die Platte 101 ist derart angeordnet , dass sie den von dem unteren Gehäuseelement 300 gebildeten Medienanschlusskanal gegen den Schaltungsträger 102 abdichtet . Die Platte 101 weist einen Kanal 109 auf , durch den ein Fluid aus dem Medienanschlusskanal zu dem Drucksensorelement 104 gelangen kann . Auf einer von dem Medienanschlusskanal abgewandten Seite des Kanals 109 ist das Drucksensorelement 104 angeordnet .

Die Platte 101 weist Durchführungen 112 für Anschlussdrähte des Temperatursensorelementes 105 auf . Sind die Anschlussdrähte in den Durchführungen 112 angeordnet , werden die Durchführungen 112 durch ein Vergussmaterial verschlossen und auf diese Weise abgedichtet . Auf der Unterseite 102b des Schaltungsträgers 102 können weitere elektronische Bauteile 106 angeordnet sein, die Bestandteile der Ansteuer- und Auswerteelektronik sind .

Der Schaltungsträger 102 ermöglicht eine mechanische und elektrische Anbindung der elektronischen Bauteile 106 und der Sensorelemente 104 , 105 . Ferner ist der Schaltungsträger 102 mit in dem oberen Gehäuseelement 200 angeordneten Kontaktelementen 202 elektrisch und mechanisch verbunden .

Das Abstützelement 103 und die Platte 101 können mit dem Schaltungsträger 102 j eweils über einen Klebstof f verbunden sein .

Figur 4 zeigt den Schaltungsträger 102 , wobei ein mittlerer Bereich 113 und ein Randbereich 114 gekennzeichnet sind . Das Abstützelement 103 ist ausschließlich in dem mittleren Bereich 113 angeordnet . Es ist nicht im Randbereich 114 angeordnet . Der Randbereich 114 umschließt den mittleren Bereich 113 .

Der mittlere Bereich 113 umfasst den geometrischen Mittelpunkt des Schaltungsträgers . Der mittlere Bereich 113 umfasst zumindest 10 % der Fläche des Schaltungsträgers 102 , vorzugsweise zumindest 25 % der Fläche des Schaltungsträgers 102 . Eine äußere Kontur des mittleren Bereichs 113 wird durch den von dem Abstützelement 103 gebildeten Rahmen 103a festgelegt , wobei der äußere Rand des Rahmens 103a eine Grenze zwischen dem mittleren Bereich 113 und dem Randbereich 114 bildet .

Jeder Abstand AA des Abstützelements 103 von einem Randpunkt

PI des Schaltungsträgers 102 beträgt mindestens 5% , vorzugsweise 10% oder 20% , einer Länge L einer Geraden beträgt , die den Randpunkt PI mit einem gegenüberliegende Randpunkt P2 des Schaltungsträgers 102 verbindet und durch einen Mittelpunkt MP des Schaltungsträgers 102 verläuft . Die Länge der Geraden gibt einen Durchmesser des Schaltungsträgers 102 an . Die beschriebene Anordnung ermöglicht es , dass das Abstützelement 103 mittig auf dem Schaltungsträger 102 angeordnet ist und von den Rändern des Schaltungsträgers 102 einen hinreichend großen Abstand aufweist .

Eine auf die Kernkomponente 100 durch das Fluid ausgeübte Kraft wird über das Abstützelement 103 auf das obere Gehäuseelement 200 weitergeleitet . Durch die Anordnung des Abstützelements 103 im mittleren Bereich 113 des Schaltungsträgers 102 wird sichergestellt , dass die Biegemomente , die von der Kraft auf die Kernkomponente 100 ausgeübt werden, minimiert werden . Die Kraft wird durch das Abstützelement 103 über den mittleren Bereich 113 , und somit auch über den Mittelpunkt der Kernkomponente 100 , auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen . Da der mittlere Bereich 113 zur Kraftübertragung genutzt wird, kann ein Verbiegen der Kernkomponente 100 vermieden werden, zu dem es kommen könnte , wenn die Kraft über den Randbereich 114 übertragen würde .

Da der mittlere Bereich 113 zumindest 10 % , vorzugsweise 25 % , der Fläche des Schaltungsträgers 102 umfasst und durch den Rahmen 103a festgelegt wird, wird sichergestellt , dass die Kraft über eine ausreichend große Fläche , und nicht etwa annähernd punktförmig, übertragen wird, so dass das Auftreten einer einzelnen Kraftspitze in der Kernkomponente 100 vermieden wird, die sonst zu Messungenauigkeiten und/oder zu einer verringerten Langzeitstabilität führen könnte . Im Folgenden wird das obere Gehäuseelement 200 beschrieben .

Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht des oberen Gehäuseelements 200 .

Das obere Gehäuseelement 200 weist ein Kunststof f element 201 und Kontaktelemente 202 auf . Das Kunststof f element 201 erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung A. In seinem unteren Bereich weist das Kunststof f element 201 einen Kragen 203 auf , das heißt einen Bereich, der gegenüber den anderen Bereichen des oberen Gehäuseelementes 200 einen größeren Querschnitt aufweist .

Der Kragen 203 des oberen Gehäuseelementes 200 weist eine Stei figkeit auf , die ausreicht , um eine Kraft in axialer Richtung A auf eine an dem Kragen 203 in axialer Richtung anliegende Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 umzuleiten .

Der Kragen 203 ist dazu ausgestaltet , die Kernkomponente 100 zu umschließen und in axialer Richtung A nach unten über die Kernkomponente 100 hinaus zuragen . Im Inneren des Kragens 203 ist eine Anschlags fläche 204 ausgebildet , an der das Abstützelement 104 der Kernkomponente 100 anliegt . Über die Anschlags fläche 204 werden Kräfte von dem Abstützelement 104 auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen . Das obere Gehäuseelement 200 ist dazu ausgestaltet , diese Kräfte auf die Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 abzuleiten .

Ferner weist das obere Gehäuseelement die Kontaktelemente 202 auf , die elektrisch mit dem Schaltungsträger 102 verbunden sind . Die Kontaktelemente 202 ermöglichen eine elektrische Kontaktierung des Schaltungsträgers 102 mit einer externen Elektronik . Die Kontaktelemente 202 sind als metallische , federnde Kontaktsti fte ausgeführt . Sie sind dazu ausgestaltet , in Kontaktanschlüsse des Schaltungsträgers 102 eingesteckt zu werden und auf diese Weise die Kernkomponente 100 bei der Montage zu positionieren .

Jeder der Kontaktelemente 202 weist zwei Biegungen auf , wobei die Kontaktelemente 202 in einem in axialer Richtung A oberen Bereich des oberen Gehäuseelementes 200 parallel zueinander in einem geringen Abstand verlaufen und in dem Kragen 203 des oberen Gehäuseelementes 200 weiter voneinander entfernt angeordnet sind . Durch die beiden Biegungen sind die Kontaktelemente 202 gefedert . Das Kunststof f teil 201 weist Führungselemente auf , die den Verlauf der Kontaktelemente 202 festlegen und die eine Freistellung aufweisen, so dass auf diese Weise ein Federn der Kontaktelemente 202 ermöglicht wird . Dadurch können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden .

An einer Außenfläche 205 des Kragens 203 , die an der Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 anliegt , wird ferner ein Verguss 206 aufgebracht , über den das obere Gehäuseelement 200 und das untere Gehäuseelement 300 miteinander verbunden und abgedichtet werden . Durch den Verguss 206 wird das Innere des oberen Gehäuseelementes 200 und des unteren Gehäuseelements 300 gegen Umwelteinflüsse abgedichtet . Außerdem sorgt der Verguss 206 für eine mechanische Stabilisierung der Verbindung der Gehäuseelemente 200 , 300 . Der Verguss 206 kann eine Dichtmasse aufweisen, die Unterschiede in den Ausdehnungskoef fi zienten des oberen und des unteren Gehäuseelementes 200 , 300 ausgleicht . Auf diese Weise kann das Entstehen von mechanischen Spannungen reduziert oder vermieden werden, so dass eine langzeitstabile Abdichtung der Verbindung der Bördelung mit dem Kragen gewährleistet ist .

Figur 6 zeigt eine Querschnittsansicht des unteren Gehäuseelements 300 .

Das untere Gehäuseelement 300 ist dazu ausgestaltet mit dem oberen Gehäuseelement 200 verbunden zu werden . Das untere Gehäuseelement 300 weist einen im Inneren liegenden ersten Dichtungsring 302 auf und kann ferner einen an der Außenseite des unteren Gehäuseelements liegenden zweiten Dichtungsring 303 aufweisen . Das untere Gehäuseelement kann ferner ein stutzenförmiges Schutzelement 304 aufweisen .

Das untere Gehäuseelement 300 weist einen oberen Bereich mit einem großen Querschnitt auf , der dazu ausgestaltet ist , die Kernkomponente 100 zu umschließen und den Kragen 203 des oberen Gehäuseelementes 200 ebenfalls zu umschließen . Der obere Bereich weist dabei an seinem oberen Ende die nach innen weisende Bördelung 301 auf . Diese liegt entweder unmittelbar oder über den Verguss 206 an der Außenfläche 205 des Kragens 203 des oberen Gehäuseelementes 200 an .

Der erste innenliegende Dichtungsring 302 dichtet den Medienanschlusskanal gegen die Platte 101 ab . Der innenliegende Dichtungsring 302 bildet mit dem unteren Gehäuseelement 300 und der Platte 101 eine axiale Dichtung aus .

Ein unterer Bereich des unteren Gehäuseelements 300 weist einen im Vergleich zum oberen Bereich kleineren Durchmesser auf . Der untere Bereich ist rohrförmig ausgestaltet und in seinem Inneren hohl . Das Innere des unteren Bereichs bildet den Medienanschlusskanal , über den ein Fluid zu der Kernkomponente 100 geleitet wird . Die Außenwand des unteren Bereichs kann als Gewinde ausgestaltet sein . An der Außenseite des unteren Gehäuseelements 300 kann in dem Übergang vom unteren Bereich zum oberen Bereich der zweite Dichtungsring 303 angeordnet sein . Dieser ist dazu ausgestaltet , beim Verbau der Sensoranordnung das untere Gehäuseelement 300 abzudichten . Alternative Ausgestaltungen des Dichtungsbereichs des unteren Gehäuseelements 300 sind möglich .

Das Schutzelement 304 kann so ausgestaltet sein, dass es das Temperatursensorelement 105 einschießt und auf diese Weise mechanisch schützt . Gleichzeitig muss es einen guten Zugang des Messmediums zum Temperatursensorelement 105 ermöglichen .

Ferner kann das Schutzelement 304 das Temperatursensorelement 105 gegen das untere Gehäuseelement 300 elektrisch und thermisch isolieren und auf diese Weise die Messgenauigkeit erhöhen .

Das Schutzelement 304 kann ein Kunststof f teil sein, wobei es mittels eines Formschlusses im unteren Gehäuseelement 300 fixiert sein kann . Da das Schutzelement 304 nicht an der Kernkomponente 100 befestigt ist , wird von dem Schutzelement 304 keine mechanische Belastung auf die Kernkomponente 100 ausgeübt . Ein beidseitiger Formschluss zwischen dem Schutzelement 304 und dem unteren Bereich des unteren Gehäuseelements 300 stellt sicher, dass das Schutzelement 304 im unteren Gehäuseelement 300 gehalten wird . Der Formschluss kann beispielsweise durch eine Umformung, beispielsweise Wärmeverstemmen, gebildet sein . In einem alternativen Aus führungsbeispiel kann die Sensoranordnung kein Schutzelement 304 aufweisen .

Figur 7 zeigt den Kraftfluss in der Sensoranordnung . Der Kraftfluss ist dabei durch Pfeile ski z ziert . Die Darstellung soll lediglich den prinzipiellen Kraftverlauf zeigen . Die Länge und die Dichte der Pfeile lassen keine Rückschlüsse auf die Höhe der j eweils wirkenden Kräfte zu .

In dem in unteren Gehäuseelement 300 gebildeten Medienanschlusskanal zeigen die Pfeile einen Druck p, der sowohl in radialer als auch in axialer Richtung wird . In der Kernkomponente 100 und im oberen Gehäuseelement 200 zeigen die Pfeile eine Kraft f .

Das durch den Medienanschluss geführte Fluid übt mit seinem Druck eine in axialer Richtung A nach oben gerichtete Kraft auf die Kernkomponente 100 aus . Diese Kraft wird zunächst auf die Platte 101 ausgeübt , die den Medienanschlusskanal abdichtet . Über die Platte 101 und den Schaltungsträger 102 wird die Kraft auf das Abstützelement 103 übertragen . Das Abstützelement 103 bildet eine Anschlags fläche , die an der Anschlags fläche 204 des oberen Gehäuseelementes 200 anliegt , sodass die Kraft von dem Abstützelement 103 auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen wird . Das obere Gehäuseelement 200 ist nunmehr derart ausgestaltet , dass die Kraft auf die Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 überträgt , an die der Kragen 203 des oberen Gehäuseelements 200 in axialer Richtung anliegt .

Im Schaltungsträger 102 wirkt die Kraft in dem mittleren Bereich 113 . Die Kraft wirkt nicht auf den Randbereich 114 des Schaltungsträgers 102 . Da das Abstützelement 103 im mittleren Bereich 113 des Schaltungsträgers 102 angeordnet ist und an der Anschlags fläche 204 des oberen Gehäuseelements 200 anliegt , nimmt das Abstützelement 103 die Kraft auf und leitet sie an das obere Gehäuseelement 200 weiter . Dadurch wird ein Verbiegen des Schaltungsträgers 102 verhindert . Auf Auflager im Randbereich 114 des Schaltungsträgers 102 kann verzichtet werden . Der Randbereich 114 des Schaltungsträgers 102 kann für die elektronischen Bauelemente genutzt werden . Die Kernkomponente wird im Nutzenverband hergestellt und kalibriert . Auf diese Weise kann das Herstellungsverfahren verbessert werden und insbesondere kostengünstiger werden .

Be zugs Zeichen

100 Kernkomponente

101 Platte

102 Schaltungsträger

102a Oberseite des Schaltungsträgers

102b Unterseite des Schaltungsträgers

103 Abstützelement

103a Rahmen

103b Quersteg

103c Nase

104 Drucksensorelement

105 Temperatursensorelement

106 Elektronisches Bauteil

107 Freistellung

108 Elektrischer Kontakt des Temperatursensorelements

109 Kanal

110 Unterseite der Kernkomponente

111 Oberseite der Kernkomponente

112 Durchführung

113 mittlerer Bereich

114 Randbereich

200 oberes Gehäuseelement

201 Kunststof f element

202 Kontaktelement

203 Kragen

204 Anschlags fläche

205 Außenfläche des Kragens

206 Verguss

300 unteres Gehäuseelement

301 Bördelung 302 Dichtungsring

303 Dichtungsring

304 Schutzelement A axiale Richtung

AA Abstand Abstützelement zu Randpunkt

PI Randpunkt

P2 Randpunkt

MP Mittelpunkt L Länge der Geraden von PI zu P2

Claims

Patentansprüche

1. Sensoranordnung, aufweisend

- eine Kernkomponente (100) , die ein Drucksensorelement (104) , einen Schaltungsträger (102) und ein

Abstützelement (103) aufweist, und

- ein oberes Gehäuseelement (200) , das die Kernkomponente (100) umschließt, wobei das obere Gehäuseelement (200) an einer Oberseite des Abstützelements (103) anliegt, wobei der Schaltungsträger (102) einen mittleren Bereich (113) und einen Randbereich (114) , der den mittleren Bereich (113) umschließt, aufweist, wobei das Abstützelement (103) im mittleren Bereich (113) des Schaltungsträgers (102) und auf einer Oberseite des Schaltungsträgers (102) angeordnet ist.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei jeder Abstand (AA) des Abstützelements (103) von einem Randpunkt (PI) des Schaltungsträgers (102) mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10% oder mindestens 20%, einer Länge (L) einer Geraden beträgt, die den Randpunkt (PI) mit einem gegenüberliegenden Randpunkt (P2) des Schaltungsträgers (102) verbindet und durch einen Mittelpunkt (MP) des Schaltungsträgers (102) verläuft .

3. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein äußerer Umfang des Abstützelements (103) entlang einer Grenze zwischen dem mittleren Bereich (113) und dem Randbereich (114) des Schaltungsträgers (102) verläuft, wobei der mittlere Bereich (113) zumindest 10 % der Fläche des Schaltungsträgers (102) einnimmt.

4. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Abstützelement (103) einen Rahmen (103a) aufweist, der einen inneren Bereich, in dem das Drucksensorelement (104) angeordnet ist, umschließt.

5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, wobei das Abstützelement (103) einen Quersteg (103b) aufweist, der durch den inneren Bereich verläuft, und/ oder wobei das Abstützelement (103) zumindest eine in den inneren Bereich ragende Nase (103c) aufweist.

6. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung ein unteres Gehäuseelement

(300) aufweist, das einen Medienanschlusskanal ausbildet, der dazu ausgestaltet ist, ein Fluid einer Unterseite (110) der Kernkomponente (100) zuzuführen.

7. Sensoranordnung nach Anspruch 6, wobei eine axiale Richtung (A) entlang des Medienanschlusskanals zur Kernkomponente (100) weist, wobei das untere Gehäuseelement (300) in der axialen Richtung (A) über die Kernkomponente (100) hinausragt, und wobei das untere Gehäuseelement (300) eine Bördelung

(301) aufweist, die ein in axialer Richtung (A) unteres

Ende des oberen Gehäuseelements (200) umschließt.

8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, wobei die Kernkomponente (100) dazu ausgestaltet ist, eine Kraft über das Abstützelement (103) auf das obere Gehäuseelement (200) zu übertragen, und wobei das obere Gehäuseelement (200) dazu ausgestaltet ist, die von der Kernkomponente (100) aufgenommene Kraft auf die Bördelung (301) des unteren Gehäuseelements

(300) abzuleiten.

9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Oberseite des Schaltungsträgers (102) von dem Medienanschlusskanal weg weist.

10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das obere Gehäuseelement (200) an seinem in axialer Richtung (A) unteren Ende einen Kragen (203) aufweist, der an einer Innenseite der Bördelung (301) des unteren Gehäuseelements (300) anliegt.

11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das obere Gehäuseelement (200) und die Bördelung

(301) durch einen Verguss (206) miteinander verbunden und zueinander abgedichtet sind.

12. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Drucksensorelement (104) ein piezoresistives Silizium MEMS Element ist.

13. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung ferner ein Temperatursensorelement (105) aufweist.

14. Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kernkomponente (100) eine Platte (101) aufweist, die auf der Unterseite (102b) des Schaltungsträgers (102) angeordnet ist, wobei das Drucksensorelement (104) auf einer Oberseite der Platte (101) befestigt ist, und wobei die Platte (101) einen Kanal (109) aufweist und das Drucksensorelement (104) an einem Ende des Kanals (109) angeordnet ist.

15. Sensoranordnung nach Anspruch 13, wobei die Platte (101) Stahl, Keramik, Glas oder Kunststoff aufweist.

16. Sensoranordnung nach Anspruch 13 und einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das Temperatursensorelement (105) zwei

Anschlussdrähte aufweist, die durch je eine Durchführung (112) in der Platte (101) hindurch verlaufen, wobei die Durchführungen (112) in der Platte (101) durch ein Vergussmaterial abgedichtet sind.

17. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Sensoranordnungen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kernkomponenten (100) im Nutzenverband gefertigt und kalibriert werden.