WO2019214914A1 - Sensorvorrichtung aufweisend einen sockel mit federkontakten - Google Patents

Sensorvorrichtung aufweisend einen sockel mit federkontakten Download PDF

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WO2019214914A1
WO2019214914A1 PCT/EP2019/059781 EP2019059781W WO2019214914A1 WO 2019214914 A1 WO2019214914 A1 WO 2019214914A1 EP 2019059781 W EP2019059781 W EP 2019059781W WO 2019214914 A1 WO2019214914 A1 WO 2019214914A1
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WO
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sensor chip
sensor
sensor device
base
opening
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/059781
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas STENDEL
Jan Ihle
Original Assignee
Tdk Electronics Ag
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Publication date
Application filed by Tdk Electronics Ag filed Critical Tdk Electronics Ag
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor

Definitions

  • a sensor device is specified.
  • wired sensor elements include
  • temperature sensor elements have thin connecting wires that are flexible with flexible stranded conductors or rigid ones
  • Contact pins are connected for making electrical contact. Usually, these are external metallic
  • PCB printed circuit boards
  • PCB direct copper bonded
  • solder joints are typically only
  • connections are only limited temperature resistance and require a relatively large amount of space in the housing, so that they are only suitable for stranded conductors.
  • Mountable chips are usually mounted directly onto printed circuit boards by soldering, gluing or Ag sintering.
  • At least one object of certain embodiments is to provide a sensor device.
  • a sensor device has a base and a sensor chip.
  • Sensor chip can be inserted into the base, in particular in an opening of the base. In the finished state of the sensor chip remains in the inserted state in the base. Furthermore, the sensor chip in the socket, so in particular in an opening in the base, be held at least by a clamping force.
  • the exercise of the clamping force can be particularly preferably effected by the insertion of the sensor chip in the socket. In other words, it may be possible that, apart from the insertion of the sensor chip into the base, no further measures are required to exert the clamping force on the sensor chip. Unless otherwise stated, “push-in” and “push-in state” always refer to those intended for operation
  • the sensor chip has a sensor material and at least two electrical connections.
  • the electrical connections may, for example, be applied to the sensor material by metallizations forming electrode layers.
  • the sensor chip is designed in particular as a so-called non-wired sensor chip. This means that the sensor chip has no wire connections and none
  • Wire connections to the base or parts of the base is connected. Rather, the sensor chip for electrical contacting only the electrical connections.
  • the sensor chip may be a temperature sensor chip, for example, so that the sensor device can be provided and set up for temperature measurement.
  • the sensor chip may be a temperature sensor chip, for example, so that the sensor device can be provided and set up for temperature measurement.
  • the thermistor material can be, for example, a thermistor or NTC thermistor material (NTC:
  • the sensor chip can
  • molded sensor material may be formed with applied electrical connections in the form of electrode layers.
  • sensor chip types as well as others
  • the sensor chip has a sensor chip cross-section perpendicular to an insertion direction.
  • the opening in the base, in which the sensor chip is inserted can have an opening cross-section perpendicular to the direction of insertion.
  • the sensor chip cross section and the opening cross section are particularly preferably geometrically similar.
  • the sensor chip cross section and the opening cross section have an identical or substantially identical geometric shape, wherein the opening cross section may be slightly larger than the sensor chip cross section, to allow insertion of the sensor chip in the socket.
  • the sensor chip and the opening are formed against rotation. This may mean that the sensor chip cross section and the opening cross section are formed so that the sensor chip can be inserted into the opening only in a specific orientation.
  • the sensor chip and the base, in particular the sensor chip and the opening, can for this purpose corresponding rotation
  • Sensor chip have a notch, which can engage in a survey in the inner wall of the opening, or vice versa.
  • the opening has a depth stop.
  • the opening may for example be formed as a blind hole, which is up to the desired
  • Insertion depth of the sensor chip extends into the base.
  • the depth stop can be formed by a change in the opening cross-section, for example in the form of a step-shaped reduction of the opening cross section or in the form of a peg-shaped recess in the inner wall opening.
  • the base can be formed by a change in the opening cross-section, for example in the form of a step-shaped reduction of the opening cross section or in the form of a peg-shaped recess in the inner wall opening.
  • Condition of the sensor chip is electrically connected to one of the at least two electrical connections of the sensor chip and causes at least a portion of the clamping force.
  • the spring contact may for example be formed by a self-supporting element with or from one or more metals.
  • the socket can continue to
  • the at least one spring contact can be arranged in the base element.
  • the base element can thus form the base together with the at least one spring contact and optionally with at least one further contact element.
  • the at least one further contact element can be provided and set up in particular for making electrical contact with an electrical connection of the sensor chip, which is not provided by a spring contact
  • the at least one further contact element may be particularly preferred as the at least one spring contact, but without resilient properties, be formed.
  • the at least one spring contact in contrast to a further contact element, have a resilient region which is deformed during insertion of the sensor chip into the base and which endeavors to return to its original position, whereby a
  • the at least one spring contact can have a resilient region and only the resilient region can touch the sensor chip, that is to say in particular an electrical connection of the sensor chip.
  • the at least one spring contact Have a connection area, which protrudes from the base, so in particular the base element, and over which the spring contact from outside the base electrically
  • At least one further contact element is present in addition to the at least one spring contact for making electrical contact with at least one electrical connection of the sensor, this can also be such
  • At least one and preferably each connection region of the at least one spring element and / or the at least one further contact element may protrude out of the base element in the form of contact pins, so that the sensor device with the connection regions can be pushed into contact openings of a housing or support such as a printed circuit board.
  • at least one and preferably each connection region of the at least one spring element and / or the at least one further contact element can be angled and flattened, so that the sensor device can be designed as an SMT component (SMT: surface-mount technology) and for example, can be mounted directly on a support such as a printed circuit board by soldering or Ag sintering.
  • SMT surface-mount technology
  • the at least one spring contact is arranged at least partially in a groove formed in the opening.
  • the base has a base element with the opening and at least one groove formed in the opening inner wall.
  • the groove may be formed such that the at least one spring contact is completely in the groove except for a part which is provided for mechanical contact with the sensor chip, that is to say in particular a part of a resilient region is arranged and thus does not reduce the space provided for the sensor chip opening cross-section.
  • the groove may have an undercut, in which engages the at least one spring contact.
  • Sensor chips in the opening can be anchored, at least when inserted sensor chip.
  • the resilient region of the spring contact can engage in the undercut.
  • the base in the base element on at least two spring contacts may have at least two spring contacts, each of which in the inserted state of the sensor chip
  • Each of the spring contacts may have features as described above.
  • the socket may have as many spring contacts as the sensor chip electrical connections, so that each of the electrical connections is contacted by means of a spring contact.
  • the socket can also have exactly two spring contacts.
  • the at least two spring contacts can exert forces on the sensor chip along a same direction.
  • Connections can be arranged on a same side of the sensor material. Furthermore, the at least two
  • the at least two electrical connections can be arranged on opposite sides of the sensor material.
  • the number and arrangement of the electrical connections and according to the spring contacts and optionally further contact elements in the base can be adjusted according to the configuration of the sensor chip.
  • the sensor chip may be particularly preferred
  • Ceramic disc for example, with a PTC or NTC material, act, having on two opposite surfaces metallization as electrical connections.
  • Electrical connections may preferably be rectangular or circular. It is also possible that other sensor chips such as platinum elements with on-surface electrical connections in the form of
  • Electrode layers are used.
  • the base in particular the base element, a ceramic material.
  • the base can also have a plastic.
  • a connecting material is arranged for additional fixing of the sensor chip in the opening between an electrical connection and the at least one spring contact, through which this electrical connection of the sensor chip is contacted.
  • the connecting material can in particular for a substance
  • a sintered material can be applied as a corresponding paste, an adhesive in a not yet cured form.
  • a solder for example, can also be applied as a paste or as a so-called solder preform during insertion of the
  • Sensor chips are introduced into the opening with.
  • the bonding material can be cured accordingly
  • Holding force can be caused. This can ensure a permanent electrical contact even when reducing or losing the mechanical clamping force of the at least one spring contact.
  • the base may be a separate component with which the sensor device can be arranged in a housing or system.
  • the sensor device may be part of a system, wherein in particular the base is formed as part of a housing.
  • the housing has a part which forms the base described here.
  • the base element may preferably be part of the housing and, for example, also formed in one piece with the housing or a part of the housing.
  • Sensor chip used which has a sensor material with at least two electrode surfaces formed thereon, formed by electrical connections, which is inserted into the opening formed as a cavity of the base.
  • the base and in particular the base element is preferably shaped so that the electric connection is ensured by the contacts arranged in the base and at the same time a mechanically stable positioning of the sensor chip is made possible. At least one contact is as described as
  • the one or more spring contacts formed as terminal contacts are recessed in a groove and touch the electrical connections of the sensor chip as described only with the respective resilient region.
  • it can be particularly preferably provided with an undercut as described.
  • the described technology can also be used by others Sensor chip types and also be suitable for other electronic components.
  • Figures 1A to IC are schematic representations of a
  • Figures 2A to 2F are schematic representations of a
  • FIGS. 3A and 3B are schematic representations of
  • Figures 4A to 4F are schematic representations of a
  • FIGS. 5 and 6 are schematic representations of
  • Figures 7A to 7F are schematic representations of a
  • FIGS 8 and 9 are schematic representations of
  • FIGS. 1A to 1C an embodiment example of a sensor device 100 with a base 1 and a sensor chip 2 is shown.
  • the sensor chip 2 is inserted along an insertion direction 9 indicated in FIG. 1A into an opening 11 of the base 1 and remains there in the inserted state, as shown in FIG. 1B.
  • Figure IC shows a view of the top of the sensor device 100. The following description refers equally to all Figures 1A to IC.
  • the sensor chip 2 has a sensor material 21 on which electrical connections 22 are applied.
  • the sensor chip 2 is designed purely by way of example as a temperature sensor chip which has a thermistor material, for example an NTC or PTC material, in particular a ceramic material, in the form of chips, which is provided with the electrical connections 22 in the form of electrode layers forming metallizations , Perpendicular to
  • the sensor chip 2 for example, a rectangular or
  • Sensor chip 2 also have a different functionality and a different structure.
  • the sensor chip 2 is in particular a non-wired component, which is connected via the electrical
  • Connections 22 is electrically contacted. As can be seen in Figures 1A and 1B, the
  • the base 1 has a base element 10 which is made of or with a ceramic material, for example aluminum oxide and / or aluminum nitride.
  • the base element 10 can also have or be a plastic material, in particular at lower temperatures of use of 300 ° C. or less.
  • the base element 10 has the opening 11 for insertion of the sensor chip 2.
  • the sensor chip 2 is perpendicular to
  • Insertion direction 9 a sensor chip cross section, while the opening 11 in the base 1, in which the sensor chip. 2
  • the sensor chip cross section and the opening cross section are particularly preferably geometrically similar and thus have the same or essentially the same geometric shape, the opening cross section being slightly larger than the one
  • Sensor chip cross-section can be to insert the
  • the base 1 in the illustrated embodiment a spring contact 12 which is electrically connected to one of the electrical terminals 22 of the sensor chip 2 in the retracted state of the sensor chip 2.
  • the spring contact 12 serves for one of the electrical contacting of the corresponding electrical connection 22.
  • the spring contact 12 is connected to the electrical connection 22nd
  • the spring contact 12 is formed by a suitably bent wire-shaped metal part and has within the base member 10 a spring portion 110 and outside of the base member 10 a connection portion 111, via an external
  • the further contact element 15 may be formed like the spring contact 12, but without resilient properties.
  • the further contact element 15 also has a
  • the sensor chip 2 is inserted into the base 1, that, as can be seen in Figures 1B and IC, one of
  • Connections 22 is contacted by the spring contact 12 and the other of the terminals 22 through the further contact element 15, so that ultimately the sensor material 21 can be electrically contacted via the terminal portions 111.
  • the spring contact 12 is so out forms and arranged in the base member 10, that only the resilient portion 110, the sensor chip 2, so in particular an electrical terminal 22 of the sensor chip 2, touches.
  • the spring contact 12 with the resilient region 110 can protrude into the opening 11.
  • the resilient portion 110 is displaced from the sensor chip 2 and thereby deformed and strives to return to its original position, whereby the sensor chip 2 holding clamping force on the Sensor chip 2 can be exercised.
  • the spring contact 12 of the sensor chip 2 is pressed in particular against the spring contact 12 opposite side of the opening 11 and the further contact element 15 and held permanently by this clamping force in the opening 11 and thus in the base 1.
  • the exercise of the clamping force is achieved by inserting the
  • Sensor chips 2 causes in the base 1, so that apart from the insertion of the sensor chip 2 in the base 1, no further measures are required to the clamping force on the
  • the spring contact 12 is at least partially disposed in a groove 11 formed in the opening 13, which in the
  • the groove 13 is like this
  • the groove has an undercut 14 into which the spring contact 12 engages.
  • the spring contact 12 in the base element 10 can be anchored in the opening 11 at least along the insertion direction 9 of the sensor chip 2.
  • the spring contact 12 and the groove 13 can be achieved that, for example, in the mounting of the sensor chip 2 in the base 1 of the spring contact 12 in the base element 10 tilted, so that a displacement of the spring contact 12 can be avoided.
  • the sensor device 100 described can be used, for example, as a temperature sensor with an NTC sensor material 21 for use temperatures up to 650 ° C.
  • the Execution of the electrical connection of the sensor chip 2 in the base 1 with at least one spring contact 12 ensures that, taking into account the dimensional tolerances of the sensor chip 2 in the base 1 is pressed and fixed. Due to the exact positioning of the sensor chip 2 in a housing via the base 2, a highly reproducible response can be achieved. The same applies to an electrical insulation between the electrical connections of the sensor and a housing in which the sensor device is mounted.
  • Embodiments be formed.
  • FIGS. 2A to 2F show a further exemplary embodiment of a sensor device 100.
  • Figures 2A and 2B are sectional views taken along the line in Figure 2C
  • the base 10 has a respective spring contact 12 for contacting each electrical terminal 22 of the sensor chip 2.
  • Each spring contact 12 is arranged in a corresponding groove 13 in the base element 10 and anchored by an undercut 14.
  • the spring contacts 12 can in particular as in connection with the previous embodiment
  • Spring contacts 12 are arranged opposite each other and can force along opposite directions on the
  • connection regions 111 of the spring contacts 12 can be extended significantly beyond the base element 10.
  • FIGS. 3A and 3B show two exemplary embodiments of sensor devices 100, which in each case have a base 1 with a depth stop 18 in comparison to the previous exemplary embodiments.
  • the opening 11 in the base element 10 is advantageously designed such that the maximum insertion depth of the sensor chip 2 is limited from the top into the opening 11 and that in a complete insertion of the sensor chip 2 in the base 1 to the depth stop 18 a mechanically fixed on all sides Position is ensured.
  • the depth stop 18 may be replaced by a change in the
  • Opening cross section of the opening 11 for example in the form of a step-shaped reduction of the opening cross-section or in the form of a peg-shaped bulge in the
  • Opening inner wall, in the area of the underside of the Base element 10 may be formed.
  • the opening 11 may be formed for example as a blind hole, as indicated in Figure 3B, which extends to the desired insertion depth of the sensor 2 from the top of the base member 10 in the base member 10 ago, so that the
  • Depth stop 18 is formed by the bottom of the opening 11.
  • FIGS. 4A to 4F A further exemplary embodiment of a sensor device 100 is shown in FIGS. 4A to 4F, the views respectively shown corresponding to those of FIGS. 2A to 2F.
  • the base 1 in this embodiment has a
  • Such a base 1, which is open on one side and closed towards the top, can for example enable separation and protection of the sensor chip 2 from the top-side environment.
  • FIG. 5 shows a sensor device 100 according to a
  • the sensor chip 2 of the sensor device 100 in this embodiment is the sensor chip 2 of the sensor device 100 in this embodiment
  • the sensor chip 2 shown may be a platinum element with one surface of the sensor material 21, as Electrode trained electrical terminals 22 act. Accordingly, the base on a same side of the opening 11 arranged spring contacts 12, which are arranged in a respective groove 13 and each one of the
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a sensor device 100, which additionally includes a
  • Connecting material 3 in the opening 11 has.
  • Connecting material 3 is between at least one
  • the connecting material 3 may be a cohesive
  • Connecting material 3 for example, a Lot, a
  • the connecting material 3 may be prior to insertion of the sensor chip 2 in the base 1 on the one or more spring contacts 12 and / or on the or
  • corresponding electrical terminals 22 are applied, for example in the form of a sintered or solder paste or in the form of a not yet cured electrically conductive adhesive.
  • a solder can also be called a solder Preform are introduced during the insertion of the sensor chip 2 in the opening 11 with.
  • the compound material 3 can be hardened accordingly melted relationship and re-solidified.
  • FIGS. 7A to 7F show a further exemplary embodiment of a sensor device 100, the views respectively shown corresponding to those of FIGS. 2A to 2F or 4A to 4F.
  • the connection regions 111 can be different
  • the terminal portions 111 may be formed, for example angled and flattened, so that the Sensorvor device 100 may be formed as an SMT component and, for example, directly on a support such as a
  • PCB can be mounted by soldering or Ag-sintering.
  • Figure 8 is a section of a section through a
  • the cutting plane shown is perpendicular to the insertion direction of the sensor chip 2 in the socket.
  • the base and the sensor chip 2 point in this Embodiment in each case an anti-rotation element 19, 29, with which it can be ensured that a
  • the anti-rotation elements 19, 20 are formed in the embodiment shown as along the insertion direction extending survey in the inner wall of the opening 11 of the base member 10 and as corresponding thereto, extending in the sensor chip 2 notch. A correspondingly reverse training is also possible. Furthermore, the socket on a
  • Outer side of the base element alternatively or additionally also have a corresponding anti-rotation element (not shown), by the twisting during installation of the
  • Sensor device 100 can be avoided in a housing or system.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment in which the base 1 with the previously described clamping contact is formed as part of a schematically indicated housing 99.
  • the sensor chip 2 is indicated by the dashed lines.
  • the sensor device 100 may be part of a system with a housing having a part that forms the base 1.
  • the housing 99 a a
  • Ceramic material or have a plastic or completely made of ceramic or plastic and a
  • the base 1 can also be shaped so that it can be inserted into a sleeve of the housing 99, for example.
  • the sleeve plastic, ceramic material and / or metal have or consist of, during the Base 1, a base element preferably made of a ceramic material.
  • Short circuit can be avoided.
  • the electrical insulation can in particular by the design of the base. 1
  • the preferably having a ceramic material base can serve as a separation between these areas and a
  • the base in particular the base element, a particularly poor thermal conductivity
  • Embodiments are combined with each other, even if not all combinations are explicitly described.

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Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung (100) angegeben, die einen Sockel (1) und einen Sensorchip (2) aufweist, wobei der Sensorchip in eine Öffnung (11) des Sockels eingeschoben und in dieser zumindest durch eine Klemmkraft gehalten ist, wobei der Sensorchip ein Sensormaterial (21) und zumindest zwei elektrische Anschlüsse (22) aufweist, wobei der Sockel zumindest einen Federkontakt (12) aufweist, der im eingeschobenen Zustand des Sensorchips elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei elektrischen Anschlüssen verbunden ist und zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt.

Description

SENSORVORRICHTUNG AUFWEISEND EINEN SOCKEL MIT
FEDERKONTAKTEN
Es wird ein Sensorvorrichtung angegeben.
Die elektrische Kontaktierung und die mechanische Fixierung von bedrahteten Sensorelementen, insbesondere von bedrahteten Sensorchips, in entsprechenden Systemen erfordert eine zuverlässige Verbindung der externen Anschlüsse mit dem
Sensorelement. Außerdem benötigen bedrahtete Sensorelemente zur mechanischen Stabilisierung und zum Schutz der
Verbindungsstellen eine Umhüllung. Zusätzlich müssen solche Sensorelemente zur mechanischen Stabilität gehalten werden.
Typischerweise weisen bedrahtete Sensorelemente wie
beispielsweise Temperatursensorelemente dünne Anschlussdrähte auf, die mit flexiblen Litzenleitungen oder starren
Kontaktstiften zur elektrischen Kontaktierung verbunden werden. Üblicherweise werden dazu externe metallische
Anschlüsse wie beispielsweise Litzenleitungen, Einzeldrähte oder Kontaktstifte direkt mit dem Sensorelement
stoffschlüssig verbunden. Vorwiegend kommen dazu Löt- oder Schweißverbindungen zum Einsatz. Weiterhin sind auch Crimp verbindungen möglich.
Im Falle einer Montage von Sensorchips auf elektrischen
Schaltungsträgern wie etwa PCB- oder DCB-Leiterplatten (PCB: „printed Circuit board"; DCB : „direct copper bonded") , die meist nur keramische Materialien und Elektroden aufweisen, besteht oft der Nachteil, dass die Sensorchips die
Belastungen im Montageprozess, beispielsweise hinsichtlich der Prozesstemperatur und dem Prozessdruck, nicht aushalten oder die Chip-Charakteristik nachteilig beeinflusst wird.
Um eine ausreichende mechanische Stabilität und exakte
Positionierung so kontaktierter Sensorelemente im System zu erreichen, sind meist zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Zur Sicherstellung der elektrischen Isolation der Anschlussdrähte zueinander und zum Gehäuse, insbesondere im Falle von
metallischen Werkstoffen, muss weiterhin ein entsprechender zusätzlicher Schutz vorgesehen werden. Dazu werden entweder Isolierschläuche über die Anschlussdrähte und Verbindungs stellen geschoben oder diese nachträglich beschichtet. Diese so vorbereitete Baugruppe wird dann meist in ein Gehäuse verbracht und vergossen, um eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten und einen thermischen Kontakt zwischen Sensorelement und Gehäuse herzustellen. Durch die flexiblen Anschlussleitungen ist eine exakte und
reproduzierbare Positionierung im Gehäuse oft gar nicht oder nur sehr aufwendig und nur eingeschränkt möglich.
Weiterhin sind Lötverbindungen typischerweise nur
eingeschränkt für höhere Temperaturen geeignet und erfordern aufgrund der Verwendung von Flussmitteln einen zusätzlichen Reinigungsschritt. Schweißverbindungen sind nur bei
bestimmten Metallpaarungen möglich, wohingegen Crimp
verbindungen auch nur eingeschränkt temperaturbeständig sind und einen relativ großen Bauraum im Gehäuse benötigen, so dass diese nur für Litzenleitungen geeignet sind.
Beidseitig metallisierte Sensorchips oder oberflächen
montierbare Chips werden üblicherweise mittels Löten, Kleben oder Ag-Sintern direkt auf Leiterplatten montiert. Die bei der Montage auftretenden Belastungen durch die Prozesstemperaturen, Atmosphären und mechanischen Belastungen können jedoch zu Beschädigungen wie Rissen, Abplatzungen etc. an den Chips führen oder die elektrischen Eigenschaften der Materialien verändern.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Sensorvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhän gigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Sensor vorrichtung einen Sockel und einen Sensorchip auf. Der
Sensorchip kann in den Sockel, insbesondere in eine Öffnung des Sockels, eingeschoben werden. Im fertiggestellten Zustand verbleibt der Sensorchip im eingeschobenen Zustand im Sockel. Weiterhin kann der Sensorchip im Sockel, also insbesondere in einer Öffnung im Sockel, zumindest durch eine Klemmkraft gehalten sein. Die Ausübung der Klemmkraft kann besonders bevorzugt durch das Einschieben des Sensorchips in den Sockel bewirkt werden. Mit anderen Worten kann es möglich sein, dass außer dem Einschieben des Sensorchips in den Sockel keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind, um die Klemmkraft auf den Sensorchip auszuüben. Sofern nicht anders beschrieben bedeuten ein „Einschieben" und ein „eingeschobener Zustand" stets ein in Bezug auf die für den Betrieb vorgesehene
Position des Sensorchips vollständiges Einschieben des
Sensorchips in den Sockel und somit auch einen vollständig eingeschobenen Zustand, also einen Zustand, in dem der
Sensorchip im Betrieb dauerhaft im Sockel verbleibt. Der Sensorchip kann im vollständig eingeschobenen Zustand
bevorzugt komplett innerhalb der Öffnung des Sockels
angeordnet sein.
Der Sensorchip weist ein Sensormaterial und zumindest zwei elektrische Anschlüsse auf. Die elektrischen Anschlüsse können beispielsweise durch Elektrodenschichten bildende Metallisierungen auf dem Sensormaterial aufgebracht sein. Der Sensorchip ist insbesondere als sogenannter unbedrahteter Sensorchip ausgebildet. Das bedeutet, dass der Sensorchip keine Drahtverbindungen aufweist und durch keine
Drahtverbindungen mit dem Sockel beziehungsweise Teilen des Sockels verbunden ist. Vielmehr weist der Sensorchip zur elektrischen Kontaktierung nur die elektrischen Anschlüsse auf .
Der Sensorchip kann beispielsweise ein Temperatursensorchip sein, so dass die Sensorvorrichtung zur Temperaturmessung vorgesehen und eingerichtet sein kann. Hierzu kann der
Sensorchip als Sensormaterial ein Thermistormaterial
aufweisen. Das Thermistormaterial kann beispielsweise ein Heißleiter- beziehungsweise NTC-Thermistormaterial (NTC:
„negative temperature coefficient" ) oder ein Kaltleiter beziehungsweise PTC-Material (PTC: „positive temperature coefficient" ) sein. Beispielsweise werden Temperaturen für die Überwachung und Regelung in unterschiedlichsten
Anwendungen vorwiegend mit keramischen Heißleiter- Thermistorelementen gemessen. Der Sensorchip kann
beispielsweise im Wesentlichen durch das chipförmig
ausgeformte Sensormaterial mit aufgebrachten elektrischen Anschlüssen in Form von Elektrodenschichten ausgebildet sein. Weiterhin sind auch andere Sensorchiptypen sowie andere
Sensormaterialien und Ausgestaltungen möglich. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sensorchip senkrecht zu einer Einschubrichtung einen Sensorchipquer schnitt auf. Die Öffnung im Sockel, in die der Sensorchip eingeschoben wird, kann senkrecht zur Einschubrichtung einen Öffnungsquerschnitt aufweisen. Der Sensorchipquerschnitt und der Öffnungsquerschnitt sind besonders bevorzugt geometrisch ähnlich. Mit anderen Worten weisen der Sensorchipquerschnitt und der Öffnungsquerschnitt eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche geometrische Form auf, wobei der Öffnungsquerschnitt etwas größer als der Sensorchipquerschnitt sein kann, um ein Einschieben des Sensorchips in den Sockel zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Sensorchip und die Öffnung verdrehsicher ausgebildet. Das kann bedeuten, dass der Sensorchipquerschnitt und der Öffnungsquerschnitt so ausgebildet sind, dass der Sensorchip nur in einer bestimmten Orientierung in die Öffnung eingeschoben werden kann. Der Sensorchip und der Sockel, insbesondere der Sensorchip und die Öffnung, können hierzu korrespondierende Verdreh
sicherungselemente aufweisen. Beispielsweise kann der
Sensorchip eine Kerbung aufweisen, in die eine Erhebung in der Innenwand des Öffnung eingreifen kann, oder umgekehrt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Öffnung einen Tiefenanschlag auf. Hierzu kann die Öffnung beispielsweise als Sackloch ausgebildet sein, das bis zur gewünschten
Einschubtiefe des Sensorchips in den Sockel hineinreicht. Weiterhin kann der Tiefenanschlag durch eine Veränderung des Öffnungsquerschnitts, beispielsweise in Form einer stufen förmigen Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts oder in Form einer zapfenförmigen Ausbuchtung in der Öffnungsinnenwand, gebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sockel
zumindest einen Federkontakt auf, der im eingeschobenen
Zustand des Sensorchips elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei elektrischen Anschlüsse des Sensorchips verbunden ist und der zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt. Der Federkontakt kann beispielsweise durch ein selbsttragendes Element mit oder aus einem oder mehreren Metallen gebildet sein. Der Sockel kann weiterhin ein
Sockelelement aufweisen, das die Öffnung aufweist, in die der Sensorchip eingeschoben ist. Der zumindest eine Federkontakt kann im Sockelelement angeordnet sein. Das Sockelelement kann somit zusammen mit dem zumindest einen Federkontakt und gegebenenfalls mit zumindest einem weiteren Kontaktelement den Sockel bilden. Das zumindest eine weitere Kontaktelement kann insbesondere zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Anschlusses des Sensorchips vorgesehen und eingerichtet sein, die nicht durch einen Federkontakt
kontaktiert wird. Das zumindest eine weitere Kontaktelement kann besonders bevorzugt wie der zumindest eine Federkontakt, jedoch ohne federnde Eigenschaften, ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt kann der zumindest eine Federkontakt, im Gegensatz zu einem weiteren Kontaktelement, einen federnden Bereich aufweisen, der beim Einschieben des Sensorchips in den Sockel verformt wird und der bestrebt ist, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren, wodurch eine die
Klemmkraft zumindest teilweise bildende Kraft auf den
Sensorchip, insbesondere auf einen elektrischen Anschluss des Sensorchips, ausgeübt werden kann. Besonders bevorzugt kann der zumindest eine Federkontakt einen federnden Bereich aufweisen und nur der federnde Bereich den Sensorchip, also insbesondere einen elektrischen Anschluss des Sensorchips, berühren. Weiterhin kann der zumindest eine Federkontakt einen Anschlussbereich aufweisen, der aus dem Sockel, also insbesondere das Sockelelement, herausragt und über den der Federkontakt von außerhalb des Sockels elektrisch
kontaktierbar ist. Ist zumindest ein weiteres Kontaktelement zusätzlich zum zumindest einen Federkontakt zur elektrischen Kontaktierung zumindest eines elektrischen Anschlusses des Sensors vorhanden, kann dieses ebenfalls einen solchen
Anschlussbereich aufweisen.
Zumindest einer und bevorzugt jeder Anschlussbereich des zumindest einen Federelements und/oder des zumindest einen weiteren Kontaktelements kann in Form von Kontaktpins aus dem Sockelelement herausragen, so dass die Sensorvorrichtung mit den Anschlussbereichen in Kontaktöffnungen eines Gehäuses oder Trägers wie beispielsweise einer Leiterplatte geschoben werden kann. Weiterhin kann zumindest einer und bevorzugt jeder Anschlussbereich des zumindest einen Federelements und/oder des zumindest einen weiteren Kontaktelements abgewinkelt und abgeflacht ausgebildet sein, so dass die Sensorvorrichtung als SMT-Bauelement (SMT: „surface-mount technology", Oberflächenmontage) ausgebildet sein kann und beispielsweise direkt auf einem Träger wie einer Leiterplatte durch Löten oder Ag-Sintern montiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Federkontakt zumindest teilweise in einer in der Öffnung ausgebildeten Nut angeordnet. Mit anderen Worten weist der Sockel ein Sockelelement mit der Öffnung und zumindest einer in der Öffnungsinnenwand ausgebildeten Nut auf. Die Nut kann insbesondere so ausgebildet sein, dass der zumindest eine Federkontakt bis auf einen Teil, der zum mechanischen Kontakt mit dem Sensorchip vorgesehen ist, also insbesondere einem Teil eines federnden Bereichs, vollständig in der Nut angeordnet ist und somit den für den Sensorchip vorgesehenen Öffnungsquerschnitt nicht verkleinert. Weiterhin kann die Nut einen Hinterschnitt aufweisen, in den der zumindest eine Federkontakt eingreift. Hierdurch kann der zumindest eine Federkontakt im Sockelelement zumindest entlang einer
Richtung, die insbesondere der Einschubrichtung des
Sensorchips in die Öffnung entsprechen kann, zumindest bei eingeschobenem Sensorchip verankert sein. Insbesondere kann der federnde Bereich des Federkontakts in den Hinterschnitt eingreifen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sockel im Sockelelement zumindest zwei Federkontakte auf. Entsprechend kann der Sockel zumindest zwei Federkontakte aufweisen, von denen jeder im eingeschobenen Zustand des Sensorchips
elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei elektrischen Anschüssen des Sensorchips verbunden ist und zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt. Jeder der Federkontakte kann Merkmale gemäß der vorherigen Beschreibung aufweisen.
Besonders bevorzugt können alle Federkontakte gleich
ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Sockel genauso viele Federkontakte wie der Sensorchip elektrische Anschlüsse aufweisen, so dass jeder der elektrischen Anschlüsse mittels eines Federkontakts kontaktiert wird. Weist der Sensorchip beispielsweise genau zwei elektrische Anschlüsse auf, kann der Sockel auch genau zwei Federkontakte aufweisen.
Beispielsweise können die zumindest zwei Federkontakte entlang einer gleichen Richtung Kräfte auf den Sensorchip ausüben. Hierbei können die zumindest zwei elektrischen
Anschlüsse auf einer gleichen Seite des Sensormaterials angeordnet sein. Weiterhin können die zumindest zwei
Federkontakte entlang entgegengesetzter Richtungen Kräfte auf den Sensorchip ausüben. Hierbei können die zumindest zwei elektrischen Anschlüsse auf sich gegenüberliegenden Seiten des Sensormaterials angeordnet sein. Die Anzahl und Anordnung der elektrischen Anschlüsse und entsprechend der Feder kontakte und gegebenenfalls weitere Kontaktelemente im Sockel kann entsprechend der Ausgestaltung des Sensorchips angepasst werden .
Bei dem Sensorchip kann es sich besonders bevorzugt
beispielsweise um eine das Sensormaterial bildende
Keramikscheibe, beispielsweise mit einem PTC- oder NTC- Material, handeln, die auf zwei gegenüberliegenden Flächen eine Metallisierung als elektrische Anschlüsse aufweisen. Der Querschnitt des Sensorchips parallel zur Einschubrichtung in den Sockel und damit beispielsweise auch die Form der
elektrischen Anschlüsse können bevorzugt rechteckförmig oder kreisförmig sein. Es ist auch möglich, dass andere Sensor chips wie beispielsweise Platin-Elemente mit auf einer Fläche befindlichen elektrischen Anschlüssen in Form von
Elektrodenschichten eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sockel, insbesondere das Sockelelement, ein Keramikmaterial auf.
Insbesondere bei geringen Einsatztemperaturen im Bereich von bis zu 300°C kann der Sockel auch einen Kunststoff aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zur zusätzlichen Fixierung des Sensorchips in der Öffnung zwischen einem elektrischen Anschluss und dem zumindest einen Federkontakt, durch den dieser elektrische Anschluss des Sensorchips kontaktiert wird, ein Verbindungsmaterial angeordnet. Das Verbindungsmaterial kann insbesondere für eine stoff
schlüssige Verbindung zwischen dem Federkontakt und dem elektrischen Anschluss vorgesehen und eingerichtet sein und beispielsweise ein Lot, ein Sintermaterial oder einen
elektrisch leitenden Klebstoff aufweisen oder daraus sein. Insbesondere kann das Verbindungsmaterial vor dem Einschieben des Sensorchips in den Sockel auf dem zumindest einen
Federkontakt und/oder auf dem entsprechenden elektrischen Anschluss aufgebracht werden. Ein Sintermaterial kann als entsprechende Paste aufgebracht werden, ein Klebstoff in einer noch nicht ausgehärteten Form. Ein Lot kann beispiels weise ebenfalls als Paste aufgebracht werden oder auch als sogenannte Lot-Preform während des Einschiebens des
Sensorchips in die Öffnung mit eingebracht werden. Durch eine Temperaturbehandlung nach dem Einschieben des Sensorchips kann das Verbindungsmaterial entsprechend ausgehärtet
beziehungsweise aufgeschmolzen und wieder verfestigt werden, wodurch zusätzlich zur Klemmkraft eine Stoffschlüssige
Haltekraft hervorgerufen werden kann. Dies kann auch bei Reduzierung oder Verlust der mechanischen Spannkraft des zumindest einen Federkontakts einen dauerhaften elektrischen Kontakt sicherstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Sockel ein separates Bauteil sein, mit dem die Sensorvorrichtung in einem Gehäuse oder System angeordnet werden kann. Weiterhin kann die Sensorvorrichtung Teil eines Systems sein, wobei insbesondere der Sockel als Teil eines Gehäuses ausgeformt ist. Mit anderen Worten weist das Gehäuse einen Teil auf, der den hier beschriebenen Sockel bildet. Hierbei kann bevorzugt das Sockelelement Teil des Gehäuses sein und beispielsweise auch einstückig mit dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses ausgeformt werden. Die Aufgabe einer mechanisch stabilen und präzisen Positionierung zusammen mit einer elektrischen Kontaktierung des Sensorchips im Sockel und damit auch in einem Gehäuse oder System wird durch den vorab beschriebenen Sockel mit Steckkontakt zur Aufnahme des Sensorchips erfüllt. Wie weiterhin beschrieben wird bevorzugt ein unbedrahteter
Sensorchip verwendet, das ein Sensormaterial mit mindestens zwei darauf befindlichen, durch elektrische Anschlüsse gebildeten Elektrodenflächen aufweist, der in die als Kavität ausgebildete Öffnung des Sockels eingesteckt ist. Der Sockel und insbesondere das Sockelelement ist bevorzugt so geformt, das durch die im Sockel angeordneten Kontakte die elektrische Anbindung gewährleistet und gleichzeitig eine mechanisch stabile Positionierung des Sensorchips ermöglicht werden. Mindestens ein Kontakt ist hierzu wie beschrieben als
Federkontakt ausgebildet, wodurch eine Klemmkontaktierung des Sensorchips erreicht wird. Vorteilhafterweise sind der oder die als Klemmkontakte ausgebildeten Federkontakte in einer Nut versenkt und berühren die elektrischen Anschlüsse des Sensorchips wie beschrieben nur mit dem jeweiligen federnden Bereich. Zur Sicherstellung der Fixierung eines Federkontakts in der Nut kann diese wie beschrieben besonders bevorzugt mit einem Hinterschnitt versehen sein.
Bei der hier beschriebenen Sensorvorrichtung ist es somit möglich, eine einfache Aufnahme für den Sensorchip mit einer geeigneten elektrischen Kontaktierung bereitzustellen, ohne zusätzliche Drahtanschlüsse und Verbindungsstellen zum
Sensorchip zu schaffen. Beispielsweise kann die
Sensorvorrichtung als Temperatursensor in Automotive-,
Haushalts- und Industrieanwendungen ausgebildet sein.
Weiterhin kann die beschriebene Technologie auch für andere Sensorchiptypen sowie auch für andere elektronische Bauelemente geeignet sein.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungs beispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A bis IC schematische Darstellungen einer
Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figuren 2A bis 2F schematische Darstellungen einer
Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen von
Sensorvorrichtungen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figuren 4A bis 4F schematische Darstellungen einer
Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 5 und 6 schematische Darstellungen von
Sensorvorrichtungen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figuren 7A bis 7F schematische Darstellungen einer
Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel und
Figuren 8 und 9 schematische Darstellungen von
Sensorvorrichtungen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Verbindung mit den Figuren 1A bis IC ist ein Ausführungs beispiel für eine Sensorvorrichtung 100 mit einem Sockel 1 und einem Sensorchip 2 gezeigt. Der Sensorchip 2 wird entlang einer in Figur 1A angedeuteten Einschubrichtung 9 in eine Öffnung 11 des Sockels 1 eingeschoben und verbleibt dort im eingeschobenen Zustand, wie in Figur 1B gezeigt ist. Figur IC zeigt einen Blick auf die Oberseite der Sensorvorrichtung 100. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf alle Figuren 1A bis IC.
Der Sensorchip 2 weist ein Sensormaterial 21 auf, auf dem elektrische Anschlüsse 22 aufgebracht sind. Insbesondere ist der Sensorchip 2 rein beispielhaft als Temperatursensorchip ausgebildet, der als Sensormaterial 21 ein Thermistormate rial, beispielsweise ein NTC- oder PTC-Material , insbesondere ein Keramikmaterial, in Chipform aufweist, das mit den elektrischen Anschlüssen 22 in Form von Elektrodenschichten bildenden Metallisierungen versehen ist. Senkrecht zur
Zeichenebene und parallel zur Einschubrichtung 9 kann der Sensorchip 2 beispielsweise einen rechteckigen oder
kreisrunden Querschnitt aufweisen. Alternativ kann der
Sensorchip 2 auch eine andere Funktionalität und einen anderen Aufbau aufweisen. Der Sensorchip 2 ist insbesondere ein unbedrahtetes Bauelement, das über die elektrischen
Anschlüsse 22 elektrisch kontaktierbar ist. Wie in den Figuren 1A und 1B erkennbar ist, wird der
Sensorchip 2 in die Öffnung 11 des Sockels 1 eingeschoben, wobei sich der Sensorchip 2 bevorzugt, wie in Figur 1B gezeigt ist, im eingeschobenen Zustand vollständig in der Öffnung 11 befindet. Der Sockel 1 weist ein Sockelelement 10 auf, das mit oder aus einem Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid, ist. Alternativ zu den beschriebenen Keramikmaterialien kann das Sockelelement 10 insbesondere bei geringeren Einsatztemperaturen von 300°C oder weniger auch ein Kunststoffmaterial aufweisen oder daraus sein.
Das Sockelelement 10 weist die Öffnung 11 zum Einschub des Sensorchips 2 auf. Der Sensorchip 2 weist senkrecht zur
Einschubrichtung 9 einen Sensorchipquerschnitt auf, während die Öffnung 11 im Sockel 1, in die der Sensorchip 2
eingeschoben wird, senkrecht zur Einschubrichtung einen
Öffnungsquerschnitt aufweist. Wie in Figur IC erkennbar ist, sind der Sensorchipquerschnitt und der Öffnungsquerschnitt besonders bevorzugt geometrisch ähnlich und weisen somit eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche geometrische Form auf, wobei der Öffnungsquerschnitt etwas größer als der
Sensorchipquerschnitt sein kann, um ein Einschieben des
Sensorchips 2 in den Sockel 1 zu ermöglichen.
Weiterhin weist der Sockel 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Federkontakt 12 auf, der im eingeschobenen Zustand des Sensorchips 2 elektrisch leitend mit einem der elektrischen Anschlüssen 22 des Sensorchips 2 verbunden ist. Der Feder kontakt 12 dient zum einen der elektrischen Kontaktierung des entsprechenden elektrischen Anschlusses 22. Zum anderen steht der Federkontakt 12 mit dem elektrischen Anschluss 22
mechanisch in Kontakt und bewirkt eine Klemmkraft zu Halterung des Sensorchips 2 im Sockel 1. Der Federkontakt 12 wird durch ein in geeigneter Weise gebogenes drahtförmiges Metallteil gebildet und weist innerhalb des Sockelelements 10 einen Federbereich 110 sowie außerhalb des Sockelelements 10 einen Anschlussbereich 111 auf, über den ein externer
elektrischer Anschluss möglich ist. Weiterhin weist der
Sockel 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel im Sockelelement 10 ein weiteres Kontaktelement 15 zur Kontaktierung des anderen elektrischen Anschlusses 22 des Sensorchips 2 auf, das durch einen metallischen Kontaktstift gebildet ist. Insbesondere kann das weitere Kontaktelement 15 wie der Federkontakt 12 ausgebildet sein, jedoch ohne federnde Eigenschaften. Das weitere Kontaktelement 15 weist ebenfalls einen
Anschlussbereich 111 außerhalb des Sockelelements 10 auf.
Der Sensorchip 2 wird so in den Sockel 1 eingeschoben, dass, wie in den Figuren 1B und IC erkennbar ist, einer der
Anschlüsse 22 durch den Federkontakt 12 und der andere der Anschlüsse 22 durch das weitere Kontaktelement 15 kontaktiert wird, so dass über die Anschlussbereiche 111 letztendlich das Sensormaterial 21 elektrisch kontaktiert werden kann. Wie in Figur 1B erkennbar ist, ist der Federkontakt 12 so ausge bildet und im Sockelelement 10 angeordnet, dass nur der federnde Bereich 110 den Sensorchip 2, also insbesondere einen elektrischen Anschluss 22 des Sensorchips 2, berührt.
Solange der Sensorchip 2 nicht in den Sockel 1 eingeschoben ist, kann der Federkontakt 12 mit dem federnden Bereich 110 in die Öffnung 11 hineinragen. Beim Einschieben des
Sensorchips 2 in den Sockel 1 wird der federnde Bereich 110 vom Sensorchip 2 verdrängt und dadurch verformt und ist bestrebt, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren, wodurch die den Sensorchip 2 haltende Klemmkraft auf den Sensorchip 2 ausgeübt werden kann. Durch den Federkontakt 12 wird der Sensorchip 2 insbesondere gegen die dem Federkontakt 12 gegenüber liegende Seite der Öffnung 11 und das weitere Kontaktelement 15 gedrückt und durch diese Klemmkraft in der Öffnung 11 und damit im Sockel 1 dauerhaft gehalten. Die Ausübung der Klemmkraft wird durch das Einschieben des
Sensorchips 2 in den Sockel 1 bewirkt, so dass außer dem Einschieben des Sensorchips 2 in den Sockel 1 keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind, um die Klemmkraft auf den
Sensorchip 2 auszuüben. Insbesondere wird der Sensorchip 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel ausschließlich durch die
Klemmkraft dauerhaft im Sockel 1 gehalten.
Der Federkontakt 12 ist zumindest teilweise in einer in der Öffnung 11 ausgebildeten Nut 13 angeordnet, die in der
Öffnungsinnenwand ausgebildet ist. Die Nut 13 ist so
ausgeformt, dass der Federkontakt 12 bis auf einen Teil des federnden Bereichs 110 vollständig in dieser angeordnet ist. Weiterhin weist die Nut einen Hinterschnitt 14 auf, in den der Federkontakt 12 eingreift. Insbesondere kann wie gezeigt der federnde Bereich 110 des Federkontakts 12 in den
Hinterschnitt 14 eingreifen. Hierdurch kann der Federkontakt 12 im Sockelelement 10 zumindest entlang der Einschubrichtung 9 des Sensorchips 2 in die Öffnung 11 verankert sein. Durch die gezeigte spezielle Ausformung des Federkontakts 12 und der Nut 13 kann erreicht werden, dass sich beispielsweise bei der Montage des Sensorchips 2 im Sockel 1 der Federkontakt 12 im Sockelelement 10 verkantet, so dass ein Verschieben des Federkontakts 12 vermieden werden kann.
Die beschriebene Sensorvorrichtung 100 kann beispielsweise als Temperatursensor mit einem NTC-Sensormaterial 21 für Einsatztemperaturen bis zu 650°C verwendet werden. Die Ausführung der elektrischen Anbindung des Sensorchips 2 im Sockel 1 mit zumindest einem Federkontakt 12 stellt sicher, dass bei Berücksichtigung der Maßtoleranzen der Sensorchip 2 im Sockel 1 eingepresst und fixiert ist. Durch die exakte Positionierung des Sensorchips 2 in einem Gehäuse über den Sockel 2 ist ein äußerst reproduzierbares Ansprechverhalten erreichbar. Gleiches gilt für eine elektrische Isolation zwischen den elektrischen Anschlüssen des Sensors und einem Gehäuse, in dem die Sensorvorrichtung montiert wird.
In Verbindung mit den nachfolgenden Figuren sind weitere Ausführungsbeispiele für Sensorvorrichtungen 100 gezeigt, die Modifikationen und Weiterbildungen des in Verbindung mit den Figuren 1A bis IC erläuterten Ausführungsbeispiels bilden.
Die Beschreibung nachfolgender Ausführungsbeispiele bezieht sich daher im Wesentlichen auf die Änderungen im Vergleich zu jeweiligen vorherigen Ausführungsbeispielen. Der Übersicht lichkeit halber sind in den nachfolgenden Figuren nicht immer alle Merkmale mit Bezugszeichen versehen. Nicht erläuterte Merkmale können wie bei jeweiligen vorherigen
Ausführungsbeispielen ausgebildet sein.
In den Figuren 2A bis 2F ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Sensorvorrichtung 100 gezeigt. Die Figuren 2A und 2B zeigen Schnittdarstellungen entlang der in Figur 2C
angedeuteten Schnittebenen AA und BB, wobei in Figur 2C eine Ansicht der Unterseite der Sensorvorrichtung 100 gezeigt ist. In den Figuren 2D und 2E sind seitliche Außenansichten der Sensorvorrichtung 100 gezeigt, während in Figur 2F eine
Ansicht der Oberseite der Sensorvorrichtung 100 gezeigt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf alle Figuren 2A bis 2F. Im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist der Sockel 10 einen jeweiligen Federkontakt 12 zur Kontaktierung jedes elektrischen Anschlusses 22 des Sensorchips 2 auf.
Jeder Federkontakt 12 ist in einer entsprechenden Nut 13 im Sockelelement 10 angeordnet und durch einen Hinterschnitt 14 verankert. Die Federkontakte 12 können insbesondere wie der in Verbindung mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel
beschriebene Federkontakt 12 ausgebildet sein. Da die
elektrischen Anschlüsse 22 auf sich gegenüber liegenden
Seiten des Sensorchips 2 angeordnet sind, sind auch die
Federkontakte 12 sich gegenüber liegend angeordnet und können entlang entgegengesetzter Richtungen Kräfte auf den
Sensorchip 2 ausüben, wodurch im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel eine größere Klemmkraft erreicht werden kann. Wie in den Figuren 2A bis 2F weiterhin angedeutet ist, können die Anschlussbereiche 111 der Federkontakte 12 deutlich über das Sockelelement 10 hinaus verlängert sein.
In den Figuren 3A und 3B sind zwei Ausführungsbeispiele für Sensorvorrichtungen 100 gezeigt, die im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen jeweils einen Sockel 1 mit einem Tiefenanschlag 18 aufweisen. Hierzu ist die Öffnung 11 im Sockelelement 10 vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die maximale Einschubtiefe des Sensorchips 2 von der Oberseite her in die Öffnung 11 begrenzt ist und dass bei einem vollständigen Einschub des Sensorchips 2 in den Sockel 1 bis zum Tiefenanschlag 18 eine allseitig mechanisch feste Position sichergestellt ist. Wie in Figur 3A angedeutet ist, kann der Tiefenanschlag 18 durch eine Veränderung des
Öffnungsquerschnitts der Öffnung 11, beispielsweise in Form einer stufenförmigen Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts oder in Form einer zapfenförmigen Ausbuchtung in der
Öffnungsinnenwand, im Bereich der Unterseite des Sockelelements 10 gebildet sein. Alternativ hierzu kann die Öffnung 11 beispielsweise als Sackloch ausgebildet sein, wie in Figur 3B angedeutet ist, das bis zur gewünschten Einschub tiefe des Sensors 2 von der Oberseite des Sockelelements 10 in das Sockelelement 10 her hineinreicht, so dass der
Tiefenanschlag 18 durch den Boden der Öffnung 11 gebildet wird .
In den Figuren 4A bis 4F ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Sensorvorrichtung 100 gezeigt, wobei die jeweils gezeigten Ansichten denen der Figuren 2A bis 2F entsprechen. Im Vergleich zu den beiden vorherigen Ausführungsbeispielen weist der Sockel 1 in diesem Ausführungsbeispiel einen
Tiefenanschlag 18 auf der Oberseite des Sockelelements 10 in Form einer geschlossenen Sockelelementoberseite auf. Das bedeutet insbesondere auch, dass die Einschubrichtung zum Einschieben des Sensorchips 2 in den Sockel 1 in diesem
Ausführungsbeispiel entgegen der in Figur 1A gezeigten
Einschubrichtung von der Unterseite des Sockels 1 her
erfolgt. Ein solcher einseitig geöffneter und zur Oberseite hin geschlossener Sockel 1 kann beispielsweise eine Trennung und einen Schutz des Sensorchips 2 zur oberseitigen Umgebung hin ermöglichen.
In Figur 5 ist eine Sensorvorrichtung 100 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel in einer der Figur IC
entsprechenden Ansicht gezeigt. Im Vergleich zu den
vorherigen Ausführungsbeispielen weist der Sensorchip 2 der Sensorvorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel ein
Sensormaterial 21 auf, das die elektrischen Anschlüsse 22 auf einer gleichen Seite aufweist. Beispielsweise kann es sich bei dem gezeigten Sensorchip 2 um ein Platin-Element mit auf einer Fläche des Sensormaterials 21 befindlichen, als Elektroden ausgebildeten elektrischen Anschlüssen 22 handeln. Dementsprechend weist der Sockel auf einer selben Seite der Öffnung 11 angeordnete Federkontakte 12 auf, die in jeweils einer Nut 13 angeordnet sind und die jeweils einen der
Anschlüsse 22 in der vorab beschriebenen Weise kontaktieren. Die Federkontakte 12 üben somit entlang einer gleichen
Richtung Kräfte auf den Sensorchip 2 aus. Durch diese
Klemmkraft wird der Sensorchip 2 zwischen den Federkontakten 12 und der den Federkontakten 12 gegenüber liegenden Seite der Öffnung 11 gehalten.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Sensorvorrichtung 100 gezeigt, die zusätzlich ein
Verbindungsmaterial 3 in der Öffnung 11 aufweist. Das
Verbindungsmaterial 3 ist zwischen zumindest einem
elektrischen Anschluss 22 des Sensorchips 2 und zumindest einem Federkontakt 12, durch den dieser Anschluss kontaktiert wird, angeordnet. Wie in Figur 6 gezeigt ist, kann ein solches Verbindungsmaterial 3 zwischen jedem Federkontakt 12 und dem jeweils kontaktierten Anschluss 22 angeordnet sein.
Das Verbindungsmaterial 3 kann eine Stoffschlüssige
Verbindung zwischen einem Federkontakt 12 und einem
elektrischen Anschluss 22 hersteilen. Hierzu kann das
Verbindungsmaterial 3 beispielsweise ein Lot, ein
Sintermaterial oder einen elektrisch leitenden Klebstoff aufweisen oder daraus sein. Das Verbindungsmaterial 3 kann vor dem Einschieben des Sensorchips 2 in den Sockel 1 auf dem oder den Federkontakten 12 und/oder auf dem oder den
entsprechenden elektrischen Anschlüssen 22 aufgebracht werden, beispielsweise in Form einer Sinter- oder Löt-Paste oder in Form eines noch nicht ausgehärteten elektrisch leitenden Klebstoffs. Ein Lot kann auch als sogenannte Lot- Preform während des Einschiebens des Sensorchips 2 in die Öffnung 11 mit eingebracht werden. Durch eine Temperatur behandlung nach dem Einschieben des Sensorchips 2 kann das Verbindungsmaterial 3 entsprechend ausgehärtet beziehungs weise aufgeschmolzen und wieder verfestigt werden.
Beispielsweise kann im Falle der Verwendung einer sinterbaren Paste auf Ag-Basis und einem mit Silber beschichteten
Federkontakt und/oder einem mit Silber beschichteten
elektrischen Anschluss eine Ag-Sinterverbindung durch eine Temperaturbehandlung bei etwa 250 °C herstellbar sein. Durch das Verbindungsmaterial 3 kann zusätzlich zur Klemmkraft eine stoffschlüssige Haltekraft bewirkt werden.
In den Figuren 7A bis 7F ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Sensorvorrichtung 100 gezeigt, wobei die jeweils gezeigten Ansichten denen der Figuren 2A bis 2F beziehungs weise 4A bis 4F entsprechen. Im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen , bei denen die Anschlussbereiche 111 in Form von geraden Kontaktpins aus dem Sockelelement 10 herausragen, können die Anschlussbereiche 111 anders
ausgeformt sein. Wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, können die Anschlussbereiche 111 beispielsweise abgewinkelt und abgeflacht ausgebildet sein, so dass die Sensorvor richtung 100 als SMT-Bauelement ausgebildet sein kann und beispielsweise direkt auf einem Träger wie etwa einer
Leiterplatte durch Löten oder Ag-Sintern montiert werden kann .
In Figur 8 ist ein Ausschnitt eines Schnitts durch eine
Sensorvorrichtung 100 gemäß einem weiteren Ausführungs beispiel gezeigt. Die gezeigte Schnittebene steht dabei senkrecht auf der Einschubrichtung des Sensorchips 2 in den Sockel. Der Sockel und der Sensorchip 2 weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ein Verdrehsicherungselement 19, 29 auf, mit dem sichergestellt werden kann, dass eine
Verdrehung des Sensorchips 2 bei der Verarbeitung, beim
Einschieben des Sensorchips 2 in den Sockel oder in einer Applikation vermieden werden kann. Die Verdrehsicherungs elemente 19, 20 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als sich entlang der Einschubrichtung erstreckende Erhebung in der Innenwand der Öffnung 11 des Sockelelements 10 und als dazu korrespondierende, im Sensorchip 2 verlaufende Kerbung ausgebildet. Eine entsprechend umgekehrte Ausbildung ist ebenfalls möglich. Weiterhin kann der Sockel an einer
Außenseite des Sockelelements alternativ oder zusätzlich auch ein entsprechendes Verdrehsicherungselement aufweisen (nicht gezeigt) , durch das ein Verdrehen bei einem Einbau der
Sensorvorrichtung 100 in ein Gehäuse oder System vermieden werden kann.
In Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Sockel 1 mit der vorab beschriebenen Klemmkontaktierung als Teil eines schematisch angedeuteten Gehäuses 99 ausgeformt ist. Der Sensorchip 2 ist durch die gestrichelten Linien angedeutet. Hierbei kann die Sensorvorrichtung 100 Teil eines Systems mit einem Gehäuse sein, das einen Teil aufweist, der den Sockel 1 bildet. Dabei kann das Gehäuse 99 ein
Keramikmaterial oder einen Kunststoff aufweisen oder auch komplett aus Keramik oder Kunststoff bestehen und einen
Bereich aufweisen, der den beschriebenen Steckkontakt für den Sensorchip 2 beinhaltet.
Alternativ kann der Sockel 1 auch so geformt sein, dass er beispielsweise in eine Hülse des Gehäuses 99 eingeführt werden kann. Dabei kann die Hülse Kunststoff, Keramikmaterial und/oder Metall aufweisen oder daraus bestehen, während der Sockel 1 ein Sockelelement bevorzugt aus einem Keramik material aufweist. Hierdurch kann beispielsweise im Falle einer metallischen Hülse sichergestellt sein, dass während der Montage und des Einbringens einer isolierenden Füllung in das Gehäuse ein elektrischer Kontakt und somit ein
Kurzschluss vermieden werden kann. Die elektrische Isolierung kann insbesondere durch die Gestaltung des Sockels 1
sichergestellt werden. Bei einer Befüllung des Gehäuses 99 mit unterschiedlichen Füllstoffen, etwa für unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten zur Verbesserung des Ansprechverhaltens, kann der bevorzugt ein Keramikmaterial aufweisende Sockel als Trennung zwischen diesen Bereichen dienen und eine
Vermischung vermeiden. Zur Verbesserung des Ansprechver haltens des Sensorchips 2 kann der Sockel 1, insbesondere das Sockelelement, ein besonders schlecht wärmeleitfähiges
Material aufweisen.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind.
Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren
beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
1 Sockel
2 Sensorchip
3 Verbindungsmaterial
9 Einschubrichtung
10 Sockelelement
11 Öffnung
12 Federkontakt
13 Nut
14 Hinterschnitt
15 Kontaktelernent
18 Tiefenanschlag
19 Verdrehsicherungselement
21 Sensormaterial
22 elektrischer Anschluss 29 Verdrehsicherungselement 99 Gehäuse
100 Sensorvorrichtung
110 federnder Bereich
111 Anschlussbereich

Claims

Patentansprüche
1. Sensorvorrichtung (100), aufweisend
einen Sockel (1) und einen Sensorchip (2),
wobei der Sensorchip in eine Öffnung (11) des Sockels eingeschoben und in dieser zumindest durch eine
Klemmkraft gehalten ist,
wobei der Sensorchip ein Sensormaterial (21) und zumindest zwei elektrische Anschlüsse (22) aufweist, wobei der Sockel zumindest einen Federkontakt (12) aufweist, der im eingeschobenen Zustand des Sensorchips elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei
elektrischen Anschlüssen verbunden ist und zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt.
2. Sensorvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der zumindest eine Federkontakt einen federnden Bereich (110) aufweist und nur der federnde Bereich den
Sensorchip berührt.
3. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Federkontakt einen
Anschlussbereich (111) aufweist, der aus dem Sockel herausragt .
4. Sensorvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Anschlussbereich abgewinkelt und abgeflacht ist.
5. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Federkontakt zumindest
teilweise in einer in der Öffnung ausgebildeten Nut (13) angeordnet ist.
6. Sensorvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Nut einen Hinterschnitt (14) aufweist, in den der zumindest eine Federkontakt eingreift.
7. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sockel zumindest zwei Federkontakte aufweist, von denen jeder im eingeschobenen Zustand des
Sensorchips elektrisch leitend mit einem der zumindest zwei elektrischen Anschlüssen verbunden ist und
zumindest einen Teil der Klemmkraft bewirkt.
8. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest zwei Federkontakte entlang einer gleichen Richtung Kräfte auf den Sensorchip ausüben.
9. Sensorvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die zumindest zwei elektrischen Anschlüsse auf einer gleichen Seite des Sensorchips angeordnet sind.
10. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest zwei Federkontakte entlang
entgegengesetzter Richtungen Kräfte auf den Sensorchip ausüben .
11. Sensorvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die zumindest zwei elektrischen Anschlüsse auf sich gegenüberliegenden Seiten des Sensorchips angeordnet sind .
12. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensorchip senkrecht zu einer Einschub richtung einen Sensorchipquerschnitt aufweist, die Öffnung senkrecht zur Einschubrichtung einen Öffnungsquerschnitt aufweist und der Sensorchip
querschnitt und der Öffnungsquerschnitt geometrisch ähnlich sind.
13. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensorchip und die Öffnung verdrehsicher ausgebildet sind.
14. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Öffnung einen Tiefenanschlag (18) aufweist.
15. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensorchip als Sensormaterial ein Thermistor material aufweist.
16. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sockel ein Kunststoffmaterial oder ein
Keramikmaterial aufweist.
17. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sockel als Teil eines Gehäuses (99)
ausgeformt ist.
18. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zur zusätzlichen Fixierung des Sensorchips in der Öffnung zwischen einem elektrischen Anschluss und dem zumindest einen Federkontakt ein Verbindungsmaterial
(3) angeordnet ist.
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