WO2009115147A1 - Sensor device and method for the production of a sensor device - Google Patents
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- WO2009115147A1 WO2009115147A1 PCT/EP2008/066313 EP2008066313W WO2009115147A1 WO 2009115147 A1 WO2009115147 A1 WO 2009115147A1 EP 2008066313 W EP2008066313 W EP 2008066313W WO 2009115147 A1 WO2009115147 A1 WO 2009115147A1
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Definitions
- the invention is based on a sensor device according to the preamble of claim 1.
- Such sensor devices are well known.
- the document DE 10 2005 040 781 A1 discloses a sensor device with a housing, a sensor element, an evaluation element and a carrier element, wherein the sensor element and the carrier element are attached to the housing and the evaluation element to the carrier element.
- the evaluation element is electrically connected to the sensor element via bonding wires, wherein for the production of the bonding wire connection, an additional manufacturing step is needed and wherein bonding wire connections are relatively sensitive to mechanical shocks and temperature fluctuations.
- an elastic protective cover for protecting the evaluation element and / or the sensor element from mechanical shocks of the housing is not provided.
- the sensor device according to the invention and the method according to the invention for producing a sensor device according to the independent claims have the advantage over the prior art that the evaluation element is significantly better protected by the protective medium from mechanical influences, such as shocks or vibrations, and at the same time a comparatively robust electrically conductive Connection is made between the evaluation and the sensor element in a simpler and space-compact manner on the carrier element, so that additional manufacturing steps for the manufacture of an electrically conductive connection between the evaluation and the sensor element can be saved. Furthermore, a passivation of the evaluation element is realized by the protective medium at the same time, so that a further production step for producing Passivation is saving position and the evaluation is protected from corrosion.
- the arrangement of the protective medium between the evaluation and the outer housing preferably allows the use of a mold housing as the outer housing, since the evaluation is protected solely by the protective medium from corrosion and mechanical shocks.
- the evaluation element, the support element and / or the sensor element is at least partially or completely enveloped by the protective medium, very particularly preferably by the variable shaping of the protective medium, an outer housing with an arbitrary housing shape or any housing structure, in particular a comparatively inexpensive standard housing, is usable.
- a particularly cost-effective production of the sensor device is possible in that the protective medium for producing the outer housing is molded directly with the second material of the outer housing.
- the protective medium comprises an elastic and / or a compressible first material, wherein preferably the outer housing comprises a second material, which is less elastic than the first material is formed.
- the protection of the evaluation element from mechanical shocks and shocks is significantly increased by an elastic and / or compressible first material, wherein the evaluation is protected by the less elastic second material of the outer housing against irreversible and direct external force effects.
- the sensor device has an inner housing made of a third material, which at least partially surrounds the evaluation element and / or the carrier element, wherein preferably the third material is less elastic than the first material. Due to the inner housing, the protection of the evaluation element against corrosion or mechanical influences is increased in a particularly advantageous manner.
- a tensile force of the compressible first material in the case of deformation of the first material as a result of mechanical influences, such as shocks or vibrations, does not act directly on the sensor element, but preferably on the inner housing.
- the evaluation element is thus particularly preferably protected in at least one direction by three material layers, wherein the elastic material layer of the first material is arranged between two material layers of the less elastic second and third materials. The achievable Re protection against mechanical shocks and shocks, as well as against corrosion is thus increased in comparison to the prior art in a considerable way.
- the protective medium has a first recess
- the outer housing has a second recess and / or the inner housing has a third recess, wherein the first, the second and / or the third recess preferably above or in the region of a pressure-sensitive Area of the sensor element are arranged.
- at least one subarea of the sensor element can be reached from outside the housing in a particularly advantageous manner, wherein, for example, an external pressure reaches the pressure-sensitive region of the sensor element through the first, second, and / or third recesses, wherein at the same time the evaluation element, which in particular evaluates electrical signals of the sensor element is provided by the protective medium has a maximum protection against the outside atmosphere outside the outer casing and thus against corrosion.
- the evaluation element is electrically conductively connected to the sensor element, in particular via the carrier element, and / or that the outer housing has a channel.
- the carrier element functions particularly advantageously both for mechanically fixing the evaluation element and the sensor element, as well as for producing an electrically conductive connection between the evaluation element and the sensor element, wherein compared to the prior art significantly less space is required and wherein the carrier element preferably a printed circuit board, at least one conductor track and / or a board comprises, which are rigid and / or flexible.
- Such an electrically conductive connection is substantially more durable and resistant to mechanical vibrations, temperature fluctuations and / or corrosion than a bonding wire connection proposed in the prior art.
- the sensor device has at least one contact element, in particular a connection pin, wherein the at least one contact element is electrically conductively connected to the carrier element, the evaluation element and / or the sensor element in an electrically conductive manner.
- the evaluation element and / or the sensor element are particularly electrically contactable from the outside, so that, for example, a data transfer with the evaluation element and / or the sensor element and / or a power supply of the evaluation element and / or the sensor element from outside the outer housing are made possible.
- Preference is given by a direct electrically conductive contact between the carrier element and the Contact element a further contacting process in the manufacture of the sensor device can be saved.
- the outer housing particularly preferably comprises a plug socket for the contact element, so that a plug, in particular a low-cost standard plug, can be used for contacting the evaluation element and / or the sensor element and very particularly preferably latched to the outer housing.
- the sensor element comprises a micromechanical component, preferably a pressure sensor, and / or the evaluation element comprises an electrical, an electronic and / or a further microelectronic component.
- the evaluation element comprises a microelectronic component, which is provided for reading and / or for driving the sensor element, wherein the sensor element very particularly preferably comprises a pressure sensor, which external pressure through the first, second and / or third Recess detected and generates a signal in response to the measured pressure and passes on to the sensor element and / or to the contact element.
- the sensor element is at least partially enclosed by an elastic and / or a compressible fourth material, wherein the fourth material is preferably designed to be more elastic than the second and / or the third material.
- the fourth material is particularly preferably enveloped or covered by the fourth material, so that a production step for at least partial passivation of the sensor element can be saved.
- Another object of the present invention is a method for producing a sensor device, wherein in a first method step, the evaluation element, the sensor element and / or the carrier element is coated with the protective medium and wherein in a second process step, the protective medium is at least partially covered with the second material ,
- the first and / or the second method step comprises a standard MoId process, which is comparatively easy to control and inexpensive.
- the protective medium with the first recess and / or with the channel and / or in the second method step the second material is provided with the second recess, so that Particularly advantageous already in the manufacturing process of the outer housing of the channel, in particular for introducing a pressure to the sensor element, is formed.
- the evaluation element and / or at least partially the support element is coated with the third material and / or that in a fourth process step, the sensor element is at least partially enveloped with the fourth material, wherein the third method step is preferably carried out prior to the first and / or before the second method step and / or that in the second method step a slide is sprayed over to form the channel.
- the fourth method step allows the use of a sensor element without passivation layer, since parts of the sensor element or electrical connections of the sensor element are protected by the fourth material from corrosion.
- a channel is particularly advantageously formed directly on the outer housing, so that the sensor device or the sensor element is protected, for example, from jet water or pressure due to entrapped, frozen water in the region of the pressure-sensitive area of the sensor element.
- Figure 1 is a schematic side view of a sensor device according to a first
- Figure 2 is a schematic side view of a sensor device according to a second embodiment of the present invention.
- Figure 3 is a schematic side view of a sensor device according to a third
- FIG. 1 shows a schematic side view of a sensor device 1 according to an exemplary first embodiment of the present invention, the sensor device 1 having an outer housing 2 and a carrier element 3, wherein on the carrier element 3, a sensor element 4 and an evaluation element 5 are arranged and Furthermore, between the evaluation element 5 and the outer housing 2, a protective medium 6 for protecting the evaluation element 5 against corrosion and against external mechanical influences sen, such as shocks or shocks, is arranged.
- the protective medium 6 comprises an elastic and compressible first material 6 ', wherein the outer housing 2 comprises a second material 2', which is less elastic than the first material 6 'is formed.
- the sensor device 1 has an inner housing 7 made of a third material T, which at least partially encloses the evaluation element 5 and the carrier element 3, and wherein the third material T is less elastic than the first material 6 '.
- the protective medium 6 has a first recess 8 ', the outer housing 2 a second recess 8 "and the inner housing 7 has a third recess 8'", wherein the first, the second and the third recess 8 ', 8 ", 8'” respectively are arranged above a pressure-sensitive region 9 of the sensor element 4, so that the sensor element 4 or at least one TeN region of the sensor element 4 is open to the outside or accessible from outside the outer housing 2.
- the sensor element 4 comprises a pressure sensor, wherein a pressure to be measured passes through the first, second and third recesses 8 ', 8 ", 8'” into the pressure-sensitive region of the sensor element 4.
- the evaluation element 5 is electrically conductively connected to the sensor element 4 via the carrier element 3, the sensor device 1 furthermore having at least one contact element 10, in particular a connection pin, wherein the at least one contact element 10 is electrically conductively connected to the carrier element 3.
- the evaluation element 5 comprises a microelectronic component for controlling and reading out the sensor element 4, wherein the evaluation element 5 can be contacted electrically via the contact element 10 from the outside.
- the sensor element 4 is at least partially enclosed by an elastic and compressible fourth material 11 ', the fourth material 11' being made more elastic than the second and the third material 2 ', T and the fourth material 11' being a passivation layer for a partial region of the sensor element 1 functions.
- FIG. 2 shows a schematic side view of a sensor device 1 according to a second embodiment of the present invention, wherein the second embodiment of the first embodiment illustrated in FIG. 1 is identical, the sensor device being illustrated in FIG. tion 1 no fourth material 11 ', which surrounds the sensor element 4. Rather, the sensor element 4 is partially enveloped by the protective medium 6, so that the protective medium 6 thus also represents a corrosion protection for a portion of the sensor element 4. Furthermore, the protective medium 6 also covers the third recess 6 '", so that the evaluation element 5, the carrier element 3, and the inner housing 7 are substantially completely enveloped by the protective medium 6 and thus protected against mechanical influences and corrosion.
- FIG. 3 shows a schematic side view of a sensor device 1 according to a third embodiment of the present invention, the third embodiment being identical to the second embodiment illustrated in FIG. 2, wherein the first recess 6 'is designed as a channel 8.
- a curved or a bent pressure inlet opening is realized to the pressure-sensitive region of the sensor element 4, so that perpendicular to the main extension plane of the sensor element, the outer housing 2 is closed despite the first recess 8 '.
- a channel 8 is produced particularly advantageously by the encapsulation of, for example, a slide 31 contained in a housing tool in the second method step of the method according to the invention for producing a sensor device.
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Abstract
The invention relates to a sensor device (1) having an outer housing (2) and a carrier element (3), wherein a sensor element (4) and an evaluation element (5) are disposed on the carrier element, and wherein furthermore a protection medium (6) is disposed between the evaluation element and the outer housing.
Description
Beschreibung description
Titeltitle
Sensorvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer SensorvorrichtungSensor device and method for producing a sensor device
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a sensor device according to the preamble of claim 1.
Solche Sensorvorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2005 040 781 Al eine Sensorvorrichtung mit einem Gehäuse, einem Sensorelement, einem Auswerteelement und einem Trägerelement bekannt, wobei das Sensorelement und das Trägerelement an dem Gehäuse und das Auswerteelement an dem Trägerelement angebracht sind. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass das Auswerteelement mit dem Sensorelement über Bonddrähte elektrisch verbunden ist, wobei zur Herstellung der Bonddraht- Verbindung ein zusätzlicher Herstellungsschritt benötigt wird und wobei Bonddrahtverbindungen vergleichsweise empfindlich gegenüber mechanischen Erschütterungen und Temperaturschwankungen sind. Andererseits ist eine elastische Schutzhülle zum Schutz des Auswerteelements und/oder des Sensorelements vor mechanischen Erschütterungen des Gehäuses nicht vorgesehen.Such sensor devices are well known. For example, the document DE 10 2005 040 781 A1 discloses a sensor device with a housing, a sensor element, an evaluation element and a carrier element, wherein the sensor element and the carrier element are attached to the housing and the evaluation element to the carrier element. A disadvantage of this arrangement is that the evaluation element is electrically connected to the sensor element via bonding wires, wherein for the production of the bonding wire connection, an additional manufacturing step is needed and wherein bonding wire connections are relatively sensitive to mechanical shocks and temperature fluctuations. On the other hand, an elastic protective cover for protecting the evaluation element and / or the sensor element from mechanical shocks of the housing is not provided.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäß Sensorvorrichtung und das erfindungsgemäß Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Auswerteelement durch das Schutzmedium vor mechanischen Einflüssen, wie Stößen oder Erschütterungen, deutlich besser geschützt ist und gleichzeitig eine vergleichsweise robuste elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement in einfacherer und bauraumkompakterer Weise über das Trägerelement hergestellt wird, so dass zusätzliche Herstellungsschritte zur Her- Stellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement einsparbar sind. Ferner wird durch das Schutzmedium gleichzeitig eine Pas- sivierung des Auswerteelements realisiert, so dass ein weiterer Herstellungsschritt zur Her-
Stellung einer Passivierung einsparbar ist und das Auswerteelement vor Korrosion geschützt wird. Weiterhin ermöglicht die Anordnung des Schutzmediums zwischen dem Auswerteelement und dem Außengehäuse vorzugsweise die Verwendung eines Moldgehäuses als Außengehäuse, da das Auswerteelement allein durch das Schutzmedium vor Korrosion und vor mechanischen Erschütterungen geschützt wird. Besonders bevorzugt ist das Auswerteelement, das Trägerelement und/oder das Sensorelement zumindest teilweise oder vollständig von dem Schutzmedium eingehüllt, wobei ganz besonders bevorzugt durch die variable Formgebung des Schutzmediums ein Außengehäuse mit einer beliebigen Gehäuseform oder einer beliebigen Gehäusestruktur, insbesondere auch ein vergleichsweise kostengünstiges Standardgehäuse, verwendbar ist. Alternativ ist eine besonders kostengünstige Herstellung der Sensorvorrichtung dadurch möglich, dass das Schutzmedium zur Herstellung des Außengehäuses direkt umspritzt mit dem zweiten Material des Außengehäuses wird.The sensor device according to the invention and the method according to the invention for producing a sensor device according to the independent claims have the advantage over the prior art that the evaluation element is significantly better protected by the protective medium from mechanical influences, such as shocks or vibrations, and at the same time a comparatively robust electrically conductive Connection is made between the evaluation and the sensor element in a simpler and space-compact manner on the carrier element, so that additional manufacturing steps for the manufacture of an electrically conductive connection between the evaluation and the sensor element can be saved. Furthermore, a passivation of the evaluation element is realized by the protective medium at the same time, so that a further production step for producing Passivation is saving position and the evaluation is protected from corrosion. Furthermore, the arrangement of the protective medium between the evaluation and the outer housing preferably allows the use of a mold housing as the outer housing, since the evaluation is protected solely by the protective medium from corrosion and mechanical shocks. Particularly preferably, the evaluation element, the support element and / or the sensor element is at least partially or completely enveloped by the protective medium, very particularly preferably by the variable shaping of the protective medium, an outer housing with an arbitrary housing shape or any housing structure, in particular a comparatively inexpensive standard housing, is usable. Alternatively, a particularly cost-effective production of the sensor device is possible in that the protective medium for producing the outer housing is molded directly with the second material of the outer housing.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawings.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schutzmedium ein elastisches und/oder ein kompressibles erstes Material umfasst, wobei vorzugsweise das Außengehäuse ein zweites Material umfasst, welches weniger elastisch ist als das erste Material ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft wird der Schutz des Auswerteelements vor mechanischen Stößen und Erschütterungen durch ein elastisches und/oder kompressibles erstes Material deutlich erhöht, wobei das Auswerteelement durch das weniger elastische zweite Material des Außengehäuses vor irreversiblen und direkten äußeren Kraftwirkungen geschützt wird.According to a preferred embodiment, it is provided that the protective medium comprises an elastic and / or a compressible first material, wherein preferably the outer housing comprises a second material, which is less elastic than the first material is formed. Particularly advantageously, the protection of the evaluation element from mechanical shocks and shocks is significantly increased by an elastic and / or compressible first material, wherein the evaluation is protected by the less elastic second material of the outer housing against irreversible and direct external force effects.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung ein Innengehäuse aus einem dritten Material aufweist, welches das Auswerteelement und/oder das Trägerelement zumindest teilweise umschließt, wobei vorzugsweise das dritte Material weniger elastisch als das erste Material ausgebildet ist. Durch das Innengehäuse wird besonders vorteilhaft der Schutz des Auswerteelements vor Korrosion oder mechanischen Einflüssen in erheblicher Weise erhöht. Insbesondere wirkt eine Spannkraft des kom- pressiblen ersten Materials im Falle der Verformung des ersten Materials in Folge von mechanischen Einflüssen, wie Stößen oder Erschütterungen, nicht unmittelbar auf das Sensorelement, sondern vorzugsweise auf das Innengehäuse. Das Auswerteelement wird somit besonders bevorzugt wenigstens in einer Richtung von drei Materialschichten geschützt, wobei die elastische Materialschicht aus dem ersten Material zwischen zwei Materialschichten aus den weniger elastischen zweiten und dritten Materialien angeordnet ist. Der erzielba-
re Schutz vor mechanischen Stößen und Erschütterungen, sowie vor Korrosion ist somit im Vergleich zum Stand der Technik in erheblicher Weise gesteigert.According to a further preferred embodiment, it is provided that the sensor device has an inner housing made of a third material, which at least partially surrounds the evaluation element and / or the carrier element, wherein preferably the third material is less elastic than the first material. Due to the inner housing, the protection of the evaluation element against corrosion or mechanical influences is increased in a particularly advantageous manner. In particular, a tensile force of the compressible first material in the case of deformation of the first material as a result of mechanical influences, such as shocks or vibrations, does not act directly on the sensor element, but preferably on the inner housing. The evaluation element is thus particularly preferably protected in at least one direction by three material layers, wherein the elastic material layer of the first material is arranged between two material layers of the less elastic second and third materials. The achievable Re protection against mechanical shocks and shocks, as well as against corrosion is thus increased in comparison to the prior art in a considerable way.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schutzmedium eine erste Aussparung, das Außengehäuse eine zweite Aussparung und/oder das Innengehäuse eine dritte Aussparung aufweist, wobei die erste, die zweite und/oder die dritte Aussparung vorzugsweise über bzw. im Bereich eines drucksensitiven Bereichs des Sensorelements angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist somit zumindest ein Teilbereich des Sensorelements von außerhalb des Gehäuses erreichbar, wobei beispielsweise ein Außendruck auf den drucksensitiven Bereich des Sensorelements durch die erste, die zweite, und/oder die dritte Aussparung gelangt, wobei gleichzeitig das Auswerteelement, welches insbesondere zur Auswertung von elektrischen Signalen des Sensorelements vorgesehen ist, durch das Schutzmedium einen maximalen Schutz vor der Außenatmosphäre außerhalb des Außengehäuses und somit vor Korrosion aufweist.According to a further preferred development it is provided that the protective medium has a first recess, the outer housing has a second recess and / or the inner housing has a third recess, wherein the first, the second and / or the third recess preferably above or in the region of a pressure-sensitive Area of the sensor element are arranged. Thus, at least one subarea of the sensor element can be reached from outside the housing in a particularly advantageous manner, wherein, for example, an external pressure reaches the pressure-sensitive region of the sensor element through the first, second, and / or third recesses, wherein at the same time the evaluation element, which in particular evaluates electrical signals of the sensor element is provided by the protective medium has a maximum protection against the outside atmosphere outside the outer casing and thus against corrosion.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Auswerteelement mit dem Sensorelement, insbesondere über dass Trägerelement, elektrisch leitfähig verbunden sind und/oder dass das Außengehäuse einen Kanal aufweist. Besonders vorteilhaft fungiert somit das Trägerelement sowohl zur mechanischen Fixierung des Auswerte- elements und des Sensorelements, als auch zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement, wobei im Vergleich zum Stand der Technik erheblich weniger Bauraum benötigt wird und wobei das Trägerelement vorzugsweise eine Leiterplatte, wenigstens eine Leiterbahn und/oder eine Platine umfasst, welche starr und/oder flexibel ausgebildet sind. Eine derartige elektrisch leitfähige Verbin- düng ist wesentlich langlebiger und widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Erschütterungen, Temperaturschwankungen und/oder Korrosion als eine im Stand der Technik vorgeschlagene Bonddrahtverbindung.According to a further preferred development, it is provided that the evaluation element is electrically conductively connected to the sensor element, in particular via the carrier element, and / or that the outer housing has a channel. Thus, the carrier element functions particularly advantageously both for mechanically fixing the evaluation element and the sensor element, as well as for producing an electrically conductive connection between the evaluation element and the sensor element, wherein compared to the prior art significantly less space is required and wherein the carrier element preferably a printed circuit board, at least one conductor track and / or a board comprises, which are rigid and / or flexible. Such an electrically conductive connection is substantially more durable and resistant to mechanical vibrations, temperature fluctuations and / or corrosion than a bonding wire connection proposed in the prior art.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrich- tung wenigstens ein Kontaktelement, insbesondere einen Anschlusspin, aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktelement elektrisch leitfähig mit dem Trägerelement, dem Auswerteelement und/oder dem Sensorelement elektrisch leitfähig verbunden ist. Besonders vorteilhaft sind somit das Auswerteelement und/oder das Sensorelement von außen elektrisch kon- taktierbar, so dass beispielsweise ein Datentransfer mit dem Auswerteelement und/oder dem Sensorelement und/oder eine Energieversorgung des Auswerteelement und/oder des Sensorelements von außerhalb des Außengehäuses ermöglicht werden. Bevorzugt ist durch einen unmittelbaren elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Trägerelement und dem
Kontaktelement ein weiterer Kontaktierungsprozess bei der Herstellung der Sensorvorrichtung einsparbar. Das Außengehäuse umfasst besonders bevorzugt eine Steckerfassung für das Kontaktelement, so dass ein Stecker, insbesondere ein kostengünstiger Standardstecker, zur Kontaktierung des Auswerteelements und/oder des Sensorelements verwendbar und ganz besonders bevorzugt mit dem Außengehäuse verrastbar sind.According to a further preferred development, it is provided that the sensor device has at least one contact element, in particular a connection pin, wherein the at least one contact element is electrically conductively connected to the carrier element, the evaluation element and / or the sensor element in an electrically conductive manner. Thus, the evaluation element and / or the sensor element are particularly electrically contactable from the outside, so that, for example, a data transfer with the evaluation element and / or the sensor element and / or a power supply of the evaluation element and / or the sensor element from outside the outer housing are made possible. Preference is given by a direct electrically conductive contact between the carrier element and the Contact element a further contacting process in the manufacture of the sensor device can be saved. The outer housing particularly preferably comprises a plug socket for the contact element, so that a plug, in particular a low-cost standard plug, can be used for contacting the evaluation element and / or the sensor element and very particularly preferably latched to the outer housing.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement ein mikromechanisches Bauelement, vorzugsweise einen Drucksensor, und/oder das Auswerteelement ein elektrisches, ein elektronisches und/oder ein weiteres mikroelektronisches Bauelement umfasst. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Auswerteelement ein mikroelektronisches Bauelement umfasst, welches zum Auslesen und/oder zum Ansteuern des Sensorelements vorgesehen ist, wobei das Sensorelement ganz besonders bevorzugt ein Drucksensor umfasst, welcher einen Außendruck durch die erste, die zweite und/oder die dritte Aussparung detektiert und ein Signal in Abhängigkeit des gemessenen Drucks erzeugt und an das Sensorelement und/oder an das Kontaktelement weitergibt.In accordance with a further preferred development, it is provided that the sensor element comprises a micromechanical component, preferably a pressure sensor, and / or the evaluation element comprises an electrical, an electronic and / or a further microelectronic component. It is particularly preferably provided that the evaluation element comprises a microelectronic component, which is provided for reading and / or for driving the sensor element, wherein the sensor element very particularly preferably comprises a pressure sensor, which external pressure through the first, second and / or third Recess detected and generates a signal in response to the measured pressure and passes on to the sensor element and / or to the contact element.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement zumindest teilweise von einem elastischen und/oder einem kompressiblen vierten Material umschlossen ist, wobei das vierte Material vorzugsweise elastischer als das zweite und/oder das dritte Material ausgebildet ist. Besonders bevorzugt werden somit Teile des Sensorelements und/oder elektrische Anschlüsse des Sensorelements durch das vierte Material umhüllt bzw. bedeckt, so dass ein Herstellungsschritt zur wenigstens teilweisen Passivierung des Sensorelements einsparbar ist.According to a further preferred embodiment, it is provided that the sensor element is at least partially enclosed by an elastic and / or a compressible fourth material, wherein the fourth material is preferably designed to be more elastic than the second and / or the third material. Thus, parts of the sensor element and / or electrical connections of the sensor element are particularly preferably enveloped or covered by the fourth material, so that a production step for at least partial passivation of the sensor element can be saved.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Auswerteelement, das Sensorelement und/oder das Trägerelement mit dem Schutzmedium umhüllt wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Schutzmedium zumindest teilweise mit dem zweiten Material umhüllt wird. Besonders vorteilhaft wird somit eine Sensorvorrichtung mit den oben genannten Vorteilen in einer im Vergleich zum Stand der Technik deutlich einfacheren und erheblich kostengünstigeren Weise hergestellt. Vorzugsweise umfasst der erste und/oder der zweite Verfahrensschritt einen Standard- MoId- Prozess, welcher vergleichsweise gut beherrschbar und kostengünstig ist.Another object of the present invention is a method for producing a sensor device, wherein in a first method step, the evaluation element, the sensor element and / or the carrier element is coated with the protective medium and wherein in a second process step, the protective medium is at least partially covered with the second material , Thus, a sensor device having the abovementioned advantages is produced particularly advantageously in a significantly simpler and considerably less expensive manner than in the prior art. Preferably, the first and / or the second method step comprises a standard MoId process, which is comparatively easy to control and inexpensive.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten Verfahrensschritt das Schutzmedium mit der ersten Aussparung und/oder mit dem Kanal und/oder im zweiten Verfahrensschritt das zweite Material mit der zweiten Aussparung versehen wird, so dass
besonders vorteilhaft bereits im Herstellungsprozess des Außengehäuses der Kanal, insbesondere zur Einleitung eines Druckes zum Sensorelements, ausgebildet wird.According to a preferred embodiment, it is provided that in the first method step, the protective medium with the first recess and / or with the channel and / or in the second method step, the second material is provided with the second recess, so that Particularly advantageous already in the manufacturing process of the outer housing of the channel, in particular for introducing a pressure to the sensor element, is formed.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem dritten Ver- fahrensschritt das Auswerteelement und/oder zumindest teilweise das Trägerelement mit dem dritten Material umhüllt wird und/oder dass in einem vierten Verfahrensschritt das Sensorelement zumindest teilweise mit dem vierten Material umhüllt wird, wobei der dritte Verfahrensschritt vorzugsweise zeitlich vor dem ersten und/oder vor dem zweiten Verfahrensschritt durchgeführt wird und/oder dass im zweiten Verfahrensschritt ein Schieber zur BiI- düng des Kanals umspritzt wird. Besonders vorteilhaft ermöglicht der vierte Verfahrensschritt die Verwendung eines Sensorelements ohne Passivierungsschicht, da Teile des Sensorelements oder elektrische Anschlüsse des Sensorelements durch das vierte Material vor Korrosion geschützt werden. Durch das Umspritzen des Schiebers im zweiten Verfahrensschritt wird besonders vorteilhaft direkt ein Kanal am Außengehäuse ausgebildet, so dass die Sen- sorvorrichtung bzw. das Sensorelement beispielsweise vor Strahlwasser oder Druck durch eingeschlossenes, gefrorenes Wasser im Bereich des drucksensitiven Bereichs des Sensorelements geschützt wird.According to a further preferred embodiment, it is provided that in a third method step, the evaluation element and / or at least partially the support element is coated with the third material and / or that in a fourth process step, the sensor element is at least partially enveloped with the fourth material, wherein the third method step is preferably carried out prior to the first and / or before the second method step and / or that in the second method step a slide is sprayed over to form the channel. Particularly advantageously, the fourth method step allows the use of a sensor element without passivation layer, since parts of the sensor element or electrical connections of the sensor element are protected by the fourth material from corrosion. By encapsulating the slide in the second method step, a channel is particularly advantageously formed directly on the outer housing, so that the sensor device or the sensor element is protected, for example, from jet water or pressure due to entrapped, frozen water in the region of the pressure-sensitive area of the sensor element.
Ausführungsbeispiels der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfol- genden Beschreibung näher erläutert.Embodiment of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen.Show it.
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer erstenFigure 1 is a schematic side view of a sensor device according to a first
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,Embodiment of the present invention
Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer zwei- ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung undFigure 2 is a schematic side view of a sensor device according to a second embodiment of the present invention and
Figur 3 eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer drittenFigure 3 is a schematic side view of a sensor device according to a third
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Embodiment of the present invention.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal erwähnt.Embodiment (s) of the invention In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually mentioned only once in each case.
In Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer bei- spielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Sensorvorrichtung 1 ein Außengehäuse 2 und ein Trägerelement 3 aufweist, wobei auf dem Trägerelement 3 ein Sensorelement 4 und ein Auswerteelement 5 angeordnet sind und wobei ferner zwischen dem Auswerteelement 5 und dem Außengehäuse 2 ein Schutzmedium 6 zum Schutz des Auswerteelements 5 vor Korrosion und vor äußeren mechanischen Einflüs- sen, wie Stößen oder Erschütterungen, angeordnet ist. Das Schutzmedium 6 umfasst ein elastisches und kompressibles erstes Material 6', wobei das Außengehäuse 2 ein zweites Material 2' umfasst, welches weniger elastisch als das erste Material 6' ausgebildet ist. Ferner weist die Sensorvorrichtung 1 ein Innengehäuse 7 aus einem dritten Material T auf, welches das Auswerteelement 5 und das Trägerelement 3 zumindest teilweise umschließt und wobei das dritte Material T weniger elastisch als das erste Material 6' ausgebildet ist. Das Schutzmedium 6 weist eine erste Aussparung 8', das Außengehäuse 2 eine zweite Aussparung 8" und das Innengehäuse 7 eine dritte Aussparung 8'" aufweist, wobei die erste, die zweite und die dritte Aussparung 8', 8", 8'" jeweils über einem drucksensitiven Bereich 9 des Sensorelements 4 angeordnet sind, so dass das Sensorelement 4 bzw. zumindest ein TeN- bereich des Sensorelements 4 nach außen offen bzw. von außerhalb des Außengehäuses 2 erreichbar ist. Insbesondere umfasst das Sensorelement 4 einen Drucksensor, wobei durch die erste, zweite und dritte Aussparung 8', 8", 8'" ein zu messender Druck in den drucksensitiven Bereich des Sensorelements 4 gelangt. Das Auswerteelement 5 ist mit dem Sensorelement 4 über des Trägerelement 3 elektrisch leitfähig verbunden, wobei die Sensorvorrich- tung 1 ferner wenigstens ein Kontaktelement 10, insbesondere einen Anschlusspin, aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktelement 10 elektrisch leitfähig mit dem Trägerelement 3 verbunden ist. Das Auswerteelement 5 umfasst ein mikroelektronisches Bauelement zum Steuern und Auslesen des Sensorelements 4, wobei das Auswerteelement 5 über das Kontaktelement 10 von außen elektrisch kontaktierbar ist. Ferner ist das Sensorelement 4 zu- mindest teilweise von einem elastischem und kompressiblen vierten Material 11' umschlossen, wobei das vierte Material 11' elastischer als das zweite und das dritte Material 2', T ausgebildet ist und wobei das vierte Material 11' als Passivierungsschicht für einen Teilbereich des Sensorelements 1 fungiert.1 shows a schematic side view of a sensor device 1 according to an exemplary first embodiment of the present invention, the sensor device 1 having an outer housing 2 and a carrier element 3, wherein on the carrier element 3, a sensor element 4 and an evaluation element 5 are arranged and Furthermore, between the evaluation element 5 and the outer housing 2, a protective medium 6 for protecting the evaluation element 5 against corrosion and against external mechanical influences sen, such as shocks or shocks, is arranged. The protective medium 6 comprises an elastic and compressible first material 6 ', wherein the outer housing 2 comprises a second material 2', which is less elastic than the first material 6 'is formed. Furthermore, the sensor device 1 has an inner housing 7 made of a third material T, which at least partially encloses the evaluation element 5 and the carrier element 3, and wherein the third material T is less elastic than the first material 6 '. The protective medium 6 has a first recess 8 ', the outer housing 2 a second recess 8 "and the inner housing 7 has a third recess 8'", wherein the first, the second and the third recess 8 ', 8 ", 8'" respectively are arranged above a pressure-sensitive region 9 of the sensor element 4, so that the sensor element 4 or at least one TeN region of the sensor element 4 is open to the outside or accessible from outside the outer housing 2. In particular, the sensor element 4 comprises a pressure sensor, wherein a pressure to be measured passes through the first, second and third recesses 8 ', 8 ", 8'" into the pressure-sensitive region of the sensor element 4. The evaluation element 5 is electrically conductively connected to the sensor element 4 via the carrier element 3, the sensor device 1 furthermore having at least one contact element 10, in particular a connection pin, wherein the at least one contact element 10 is electrically conductively connected to the carrier element 3. The evaluation element 5 comprises a microelectronic component for controlling and reading out the sensor element 4, wherein the evaluation element 5 can be contacted electrically via the contact element 10 from the outside. Furthermore, the sensor element 4 is at least partially enclosed by an elastic and compressible fourth material 11 ', the fourth material 11' being made more elastic than the second and the third material 2 ', T and the fourth material 11' being a passivation layer for a partial region of the sensor element 1 functions.
In Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform der ersten Ausführungsform illustriert in Figur 1 identisch ist, wobei die Sensorvorrich-
tung 1 kein viertes Material 11' aufweist, welche das Sensorelement 4 umhüllt. Das Sensorelement 4 wird vielmehr teilweise von dem Schutzmedium 6 umhüllt, so dass das Schutzmedium 6 somit auch einen Korrosionsschutz für einen Teilbereich des Sensorelements 4 darstellt. Ferner bedeckt das Schutzmedium 6 auch die dritte Aussparung 6'", so dass das Aus- werteelement 5, das Trägerelement 3, sowie das Innengehäuse 7 vom Schutzmedium 6 im Wesentlichen vollständig umhüllt und somit vor mechanischen Einflüssen und Korrosion geschützt sind.2 shows a schematic side view of a sensor device 1 according to a second embodiment of the present invention, wherein the second embodiment of the first embodiment illustrated in FIG. 1 is identical, the sensor device being illustrated in FIG. tion 1 no fourth material 11 ', which surrounds the sensor element 4. Rather, the sensor element 4 is partially enveloped by the protective medium 6, so that the protective medium 6 thus also represents a corrosion protection for a portion of the sensor element 4. Furthermore, the protective medium 6 also covers the third recess 6 '", so that the evaluation element 5, the carrier element 3, and the inner housing 7 are substantially completely enveloped by the protective medium 6 and thus protected against mechanical influences and corrosion.
In Figur 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform identisch der zweiten Ausführungsform illustriert in Figur 2 ist, wobei die erste Aussparung 6' als Kanal 8 ausgebildet ist. Durch den Kanal 6 wird eine gekrümmte oder ein abgeknickte Druckeinlassöffnung zum drucksensitiven Bereich des Sensorelements 4 realisiert, so dass senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Sensorelements das Außengehäuse 2 trotz der ersten Aussparung 8' geschlossen ist. Somit wird eine Anordnung der Sensorvorrichtung ermöglicht, wobei eindringendes Strahlwasser oder Druck durch eingeschlossenes, gefrierendes Wasser verhindert wird. Besonders vorteilhaft wird ein derartiger Kanal 8 durch das Umspritzen beispielsweise eines in einem Gehäusewerkzeug enthaltenen Schiebers 31 im zweiten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Sensor- Vorrichtung hergestellt.
FIG. 3 shows a schematic side view of a sensor device 1 according to a third embodiment of the present invention, the third embodiment being identical to the second embodiment illustrated in FIG. 2, wherein the first recess 6 'is designed as a channel 8. Through the channel 6, a curved or a bent pressure inlet opening is realized to the pressure-sensitive region of the sensor element 4, so that perpendicular to the main extension plane of the sensor element, the outer housing 2 is closed despite the first recess 8 '. Thus, an arrangement of the sensor device is made possible, wherein penetrating jet water or pressure is prevented by trapped, freezing water. Such a channel 8 is produced particularly advantageously by the encapsulation of, for example, a slide 31 contained in a housing tool in the second method step of the method according to the invention for producing a sensor device.
Claims
1. Sensorvorrichtung (1) mit einem Außengehäuse (2) und einem Trägerelement (3), wobei auf dem Trägerelement (3) ein Sensorelement (4) und ein Auswerteelement (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Auswerteelement (5) und dem Außengehäuse (2) ein Schutzmedium (6) angeordnet ist.1. Sensor device (1) with an outer housing (2) and a carrier element (3), wherein a sensor element (4) and an evaluation element (5) are arranged on the carrier element (3), characterized in that between the evaluation element (5) and a protective medium (6) is arranged on the outer housing (2).
2. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmedium (6) ein elastisches und/oder ein kompressibles erstes Material (6') umfasst, wobei vorzugsweise das Außengehäuse (2) ein zweites Material (2') umfasst, welches weni- ger elastisch als das erste Material (6') ausgebildet ist.2. Sensor device (1) according to claim 1, characterized in that the protective medium (6) comprises an elastic and / or a compressible first material (6 '), wherein preferably the outer housing (2) comprises a second material (2'), which is less elastic than the first material (6 ') is formed.
3. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) ein Innengehäuse (7) aus einem dritten Material (7') aufweist, welches das Auswerteelement (5) und/oder das Trägerelement (3) zumindest teilweise umschließt, wobei vorzugsweise das dritte Material (7') weniger e- lastisch als das erste Material (6') ausgebildet ist.3. Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (1) has an inner housing (7) made of a third material (7 '), which comprises the evaluation element (5) and / or the carrier element (3). at least partially surrounds, wherein preferably the third material (7 ') less elastic than the first material (6') is formed.
4. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmedium (6) eine erste Aussparung (8'), das Außengehäuse (2) eine zweite Aussparung (8") und/oder das Innengehäuse (7) eine dritte Aussparung4. Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective medium (6) has a first recess (8 '), the outer housing (2) has a second recess (8 ") and / or the inner housing (7) third recess
(8'") aufweist, wobei die erste, zweite und/oder dritte Aussparung (8', 8", 8"') vorzugsweise in einem drucksensitiven Bereich (9) des Sensorelements (4) angeordnet sind.(8 '"), wherein the first, second and / or third recess (8', 8", 8 "') are preferably arranged in a pressure-sensitive region (9) of the sensor element (4).
5. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Auswerteelement (5) mit dem Sensorelement (4), insbesondere ü- ber des Trägerelement (3), elektrisch leitfähig verbunden ist und/oder dass das Außengehäuse (2) im Bereich der zweiten Aussparung einen Kanal (8) aufweist.5. Sensor device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the evaluation element (5) with the sensor element (4), in particular ü- about the support element (3), is electrically conductively connected and / or that the outer housing (2) in the region of the second recess has a channel (8).
6. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) wenigstens ein Kontaktelement (10), insbesondere einen Anschlusspin, aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktelement (10) elektrisch leitfähig mit dem Trägerelement (3), dem Auswerteelement (5) und/oder dem Sensorelement (4) elektrisch leitfähig verbunden ist.6. Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (1) has at least one contact element (10), in particular a connection pin, wherein the at least one contact element (10) electrically conductive with the carrier element (3), the evaluation element (5) and / or the sensor element (4) is electrically conductively connected.
7. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Sensorelement (4) ein mikromechanisches Bauelement, vorzugsweise einen Drucksensor, und/oder das Auswerteelement (5) ein elektrisches, ein e- lektronisches und/oder ein weiteres mikroelektronisches Bauelement umfasst.7. Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor element (4) is a micromechanical component, preferably a pressure sensor, and / or the evaluation element (5) an electrical, an e-lektronisches and / or a further microelectronic device comprises.
8. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Sensorelement (1) zumindest teilweise von einem elastischem und/oder kompressiblen vierten Material (H') umschlossen ist, wobei das vierte Material (H') vorzugsweise elastischer als das zweite und/oder als das dritte Material (2', 7') ausgebildet ist.8. Sensor device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor element (1) is at least partially enclosed by an elastic and / or compressible fourth material (H '), wherein the fourth material (H') preferably more elastic than the second and / or as the third material (2 ', 7') is formed.
9. Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt das Auswerteelement (5), das Sensorelement (4) und/oder das Trägerelement (3) mit dem Schutzmedium (6) umhüllt wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Schutzmedium (6) zumindest teilweise mit dem zweiten Material (2') umhüllt wird.9. A method for producing a sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in a first method step, the evaluation element (5), the sensor element (4) and / or the carrier element (3) with the protective medium (6) envelops is and wherein in a second process step, the protective medium (6) is at least partially covered with the second material (2 ').
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt das Schutzmedium (6) mit einer ersten Aussparung (8') und/oder mit dem Kanal (8) und/oder im zweiten Verfahrensschritt das zweite Material (2') mit einer zweiten Aussparung (8") versehen wird und/oder dass im zweiten Verfahrensschritt ein Schieber (31) zur Bildung des Kanals (8) umspritzt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that in the first method step, the protective medium (6) with a first recess (8 ') and / or with the channel (8) and / or in the second method step, the second material (2') with a second recess (8 ") is provided and / or that in the second method step, a slide (31) to form the channel (8) is encapsulated.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Verfahrensschritt das Auswerteelement (5) und/oder zumindest teilweise das Trägerelement (3) mit dem dritten Material (7') umhüllt wird und/oder dass in einem vierten Verfahrensschritt das Sensorelement (4) zumindest teilweise mit dem vierten11. The method according to any one of claims 9 or 10, characterized in that in a third method step, the evaluation element (5) and / or at least partially the carrier element (3) with the third material (7 ') is enveloped and / or that in one fourth method step, the sensor element (4) at least partially with the fourth
Material (H') umhüllt wird. Material (H ') is wrapped.
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