WO2024056571A1 - Connection of a sensor assembly, arranged on a mounting plate, to a measurement object - Google Patents

Connection of a sensor assembly, arranged on a mounting plate, to a measurement object Download PDF

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WO2024056571A1
WO2024056571A1 PCT/EP2023/074837 EP2023074837W WO2024056571A1 WO 2024056571 A1 WO2024056571 A1 WO 2024056571A1 EP 2023074837 W EP2023074837 W EP 2023074837W WO 2024056571 A1 WO2024056571 A1 WO 2024056571A1
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measurement object
mounting plate
layer
connecting film
strain gauge
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PCT/EP2023/074837
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Philipp Lang
Erwin Biegger
Georg TENCKHOFF
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
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    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
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    • B23K2101/36—Electric or electronic devices

Definitions

  • the invention relates to a connection of a strain gauge to a measurement object. What is required in this context is in particular a method for attaching the strain gauge to the measurement object and an arrangement of the strain gauge on the measurement object.
  • Strain gauges are measuring devices for recording stretching and compressing deformations. They change their electrical resistance even with small deformations and are used as sensors to measure strain.
  • the measurement object can consist of different materials such as metal, silicon or an organic material.
  • the connecting layer must provide strong adhesion and be dimensionally stable to ensure good force and deformation transfer without (additional and unpredictable) damping or time delays. Sensor performance over life depends on the long-term stability of the interconnect layer, particularly temperature-humidity-chemical stability, to avoid signal drift, signal amplitude shrinkage and time delays.
  • Bonding is known for contacting the strain gauges on a larger measurement object.
  • the connecting layer is therefore an adhesive layer. This is relatively easy to achieve for industrial manufacturing, but usually requires a manual process that is time-consuming and not cost-effective. Adhesive connections are associated with different temperature gradients, moisture-chemical dependency and long-term aging. This can reduce the signal quality or even destroy the sensor. Other joining techniques are impractical due to process parameters involving high temperatures, mechanical pressures or high vacuum or inert gas. Other methods require strong electromagnetic fields. In this context, impractical means that it could destroy the strain gauge or the measurement object.
  • the object of the present invention is to propose a novel connection between a strain gauge and a measurement object, which takes into account the problems described above and makes strain gauges usable for automotive applications.
  • the problem is solved by the subject matter of independent patent claim 1.
  • Advantageous embodiments are the subject of the subclaims, the following description and the figures.
  • a method according to the invention for connecting a sensor arrangement arranged on a mounting plate to a measurement object comprises the following steps (100) Provide
  • a sensor arrangement comprising a strain gauge, which is at least set up to detect expanding and compressive deformations of a measurement object, as well as an electronic module connected thereto, the strain gauge and the electronic module each being glued to the mounting plate and encapsulated in a housing,
  • the present invention proposes a reactive foil soldering process in order to obtain a particularly intermetallic connection for strain gauges on a larger measurement object, also called a target.
  • the joining process is based on the use of a reactive multi-layer film as a local heat source.
  • the connecting film consists of a new class of nanotechnological material in which self-propagating exothermic reactions can be triggered at room temperature by an ignition process.
  • the heat generated by the reaction in the film melts, for example, solder layers or other reactive layers, so that the connections are completed in about one second at room temperature.
  • the heat induced during the reaction is very low due to the fast reaction speed (e.g. 10 m/s) and the small material thickness (e.g. ⁇ 100pm).
  • a method for connecting a sensor arrangement arranged on a mounting plate to a measurement object is provided.
  • a Measurement object provided.
  • a sensor arrangement comprising a strain gauge, which is at least set up to detect expanding and compressing deformations of a measurement object. It is also conceivable to record other measured variables with the strain gauge.
  • the sensor arrangement further includes an electronic module connected to the strain gauge.
  • the electronic module includes in particular preamplifier electronics, which is suitably connected to the strain gauge and an evaluation unit.
  • the strain gauge and the electronic module are each glued to the mounting plate and encapsulated in a common housing.
  • a connecting film is provided which contains metallic materials which react exothermically when activated.
  • the strain gauge and the electronic module are spatially surrounded by the mounting plate and the housing.
  • “Encapsulated” or “encapsulated” is to be understood as meaning that the strain gauge and the electronic module are essentially completely surrounded by, for example, a module housing, in particular in a sealing manner, for example against the ingress of air and/or moisture.
  • the strain gauge and the electronic module are completely and seamlessly encapsulated and in particular without contact elements - that is, free of contact elements. Only cabling can be led out of the housing for connection to the evaluation unit. In this sense, a completely surrounded state also exists when cabling is led out of the housing.
  • the strain gauge and the electronic module are preferably completely surrounded by a potting compound or an injection molding compound.
  • the casting compound forms the module housing or the housing of the sensor arrangement. This configuration prevents mechanical and/or unwanted electrical influences on the strain gauge and the electronic module, for example due to moisture or dirt.
  • the measurement object can in particular be significantly larger than the sensor arrangement.
  • the measurement object can be, for example, a target, in particular a Axis, a shaft for a motor, a transmission of a motor vehicle, a robot arm segment for a robot or a radiator.
  • the mounting plate on which the sensor arrangement is arranged that is to say on which the strain gauge and the electronic module are glued, enables simple and insensitive handling of the sensor arrangement.
  • the mounting plate can be part of the sensor arrangement.
  • the mounting plate, the strain gauge and the electronic module form a coherent component, namely the sensor arrangement.
  • the sensor arrangement can be stored, transported and processed separately and only be materially connected to the measurement object using the method according to the invention.
  • the mounting plate is then arranged between the measurement object and the strain gauge and the electronic module.
  • the mounting plate also enables a secure connection of the sensor arrangement to the measurement object, since unwanted damage to the strain gauge or the electronic module during activation of the connecting film, in particular during heating of the materials of the connecting film, can be ruled out.
  • the strain gauge and the electronic module are preferably completely surrounded by the mounting plate and a casting compound or an injection molding compound before method step (200).
  • the housing is formed and the sensor arrangement is protected from unwanted influences, in particular damage, even during subsequent handling.
  • the sensor arrangement can be produced under clean room conditions. This means that the strain gauge and the electronic module can be glued to the mounting plate and encapsulated in the housing without contaminants getting into the housing.
  • the strain gauge is in particular designed to measure a strain, a compression and/or a torque that is generated by the measurement object or originates from it or is transmitted with it.
  • the strain gauge preferably comprises a carrier layer facing the measurement object and a measuring grid.
  • the strain gauge, DMS for short is preferably a foil strain gauge, that is, the measuring grid made of resistance wire, preferably 3 to 5, is preferably up to 8 pm thick, is laminated onto a thin plastic carrier comprising a polymer and etched out and provided with electrical connections that enable an electronic connection to the electronic module.
  • the measuring grid can be covered by a cover layer which is connected, in particular glued, to the carrier layer and which mechanically protects the measuring grid.
  • the cover layer can also be omitted since the strain gauge is encapsulated in the housing. Several measuring grids can also be arranged on the carrier layer.
  • the carrier layer and/or the cover layer is advantageously designed in the form of a film.
  • the carrier layer is therefore preferably a carrier film and/or the cover layer is a cover film.
  • the carrier layer is preferably made of polyimide. If a cover layer is provided, this can also be made of polyimide.
  • NanoFoil® is a reactive multi-layer foil that is produced by vapor deposition of thousands of alternating nanoscale layers made of aluminum and nickel, for example.
  • Other binary layer systems are also conceivable, such as titanium and aluminum, zirconium and silicon or paladium and aluminum.
  • ternary systems for forming the multilayer film are also conceivable.
  • the formation of the connecting film in particular the selection of materials, is essentially dependent on the desired reaction when activating the connecting film, in particular the reaction temperature during activation.
  • the film When activated by a small pulse of local energy from electrical, optical or thermal sources, the film reacts exothermically to produce precise local heat up to temperatures of 1500°C in a fraction of a second.
  • the thickness of the connecting film can be adjusted according to the requirements. In particular, the thickness of the connecting film can be adjusted depending on the material of the measurement object and/or the mounting plate and/or the carrier layer of the strain gauge. The thinner the connecting film, the less energy is required to initiate or carry out activation of the connecting film. The total energy must be adjusted in such a way that there is a secure connection between the strain gauge and the measurement object.
  • the connecting film is placed between the mounting plate and the measurement object in a second process step (200).
  • the placement can be done in such a way that the connecting film lies in a sandwich configuration either directly on facing surfaces of the mounting plate and the measurement object.
  • the placement can be done such that the connecting foil is arranged in a sandwich configuration between two solder layers, with the solder layers being applied to opposite surfaces of the mounting plate and the measurement object.
  • the placement can be carried out such that the connection foil is arranged in a sandwich configuration between two solder layers, with the solder layers being applied to opposite surfaces of the connection foil.
  • These surfaces of the connecting film are in particular flat surfaces which, in the second method step (200), are arranged to accommodate the mounting plate or the measurement object between the mounting plate and the measurement object in order to be welded or soldered in the subsequent third method step (300).
  • the connecting film When activated, the connecting film forms a joining surface between the measurement object and the mounting plate. If this does not already occur on the joining section forming the joining surface, the connecting film can also have an activation section on which the metallic material of the connecting film is activated. Activating means can be arranged on the activation section in order to be able to activate the connecting film.
  • the joining section and, if applicable, the activation section are formed between the mounting plate and the measurement object.
  • the activated connecting film connects the measurement object to the mounting plate at least in the joining surface, preferably in the joining surface and, if necessary, in the activation section in a materially bonded manner. If an activation section is provided, it lies outside the joining surface between the mounting plate and the measurement object.
  • the activating means can have one or more wires, preferably two wires, one with a positive pole, i.e. a plus pole, and one with a negative pole, i.e. a negative pole, with a potential difference between the poles.
  • the wires can be designed and handled separately. Alternatively, the two wires can be combined at their ends to form a type of connector in order to maintain or not fall below a defined distance between the wires.
  • the activation means can also be or include a voltage source, in particular a battery, or a heat needle. Alternatively, the activation means can be designed to be connected to the voltage source to activate the connecting film.
  • the activation means and/or the voltage sources can be connected to the electronic module.
  • a third method step (300) the metallic materials of the connecting film are activated via the respective activation agent, so that the connecting film is heated in such a way that the mounting plate is cohesively connected to the measurement object.
  • Activation can be done, for example, by ignition. The process requires no special heat, no vacuum and no gas atmosphere.
  • the connecting film can be ignited, for example, with a commercially available 9V battery, the battery being at least indirectly connected to the connecting film via the respective activation means.
  • the material of the measurement object and/or the mounting plate can be melted or melted so that the mounting plate is welded directly to the measurement object.
  • the mounting plate can be indirectly soldered to the measurement object by melting solder layers on the measurement object and/or on the mounting plate and/or on the connecting foil.
  • the bonding process no high pressures and no high temperatures need to be exerted on the sensor arrangement and/or the mounting plate and/or the measurement object. High electromagnetic fields can also be avoided.
  • the continuous, metallic connecting layer or bonding surface between the mounting plate and the measurement object created by the protective film has, in particular, high dimensional stability as well as high thermal conductivity and electrical conductivity. Furthermore, the manufacturing process or the bonding process is simplified, which enables particularly cost-effective production.
  • the method according to the invention is characterized by lower temperatures and stresses during connection. These lower stresses induce less prestress in the strain gauge and mounting plate, increasing the performance and stability of the strain gauge.
  • the low temperatures and low pressure enable a wide use of materials such as polymers.
  • the bond between the mounting plate and the measurement object created by the method according to the invention does not age with time and temperatures. Steam, pressure or the like do not cause any change in the parameters of the connection.
  • the composite material is particularly resistant to moisture, chemicals, high/low temperatures and rapid temperature changes. The composite therefore does not change its parameters, in particular due to temperature, humidity, pressure or the like.
  • the composite material (particularly metal) further provides elastic deformation for repeatability.
  • the electrical connection between the activating agent and the connecting film can be carried out using the same device with which the mounting plate is placed on the measurement object and the pressure is exerted for a material connection.
  • the connecting film is processed by laser cutting in such a way that the connecting film takes on a shape and dimensions that cover an intended joining surface between the mounting plate and the measurement object.
  • the connecting film can thus be shaped particularly precisely and efficiently to the desired dimensions before the connecting film is placed between the two surfaces.
  • the laser cutting therefore takes place before the connecting film is placed between the mounting plate and the measurement object in step (200).
  • connection method according to the present invention is particularly suitable for sensor arrangements with strain gauges due to the elimination or reduction of compressive stresses.
  • the installation of the strain gauge on the measurement object can be simplified and accelerated and can be carried out with reproducible quality.
  • the assembly of the mounting plate with the sensor arrangement arranged thereon on the measurement object can be at least partially automated, preferably fully automated.
  • one or more solder layers are applied to the connecting foil and/or the mounting plate and/or the measurement object.
  • the mounting plate and/or the connecting foil has a metallized first solder layer, which is arranged in step (200) between the mounting plate and the connecting foil.
  • the first soldering layer is to be understood as the first coating of the mounting plate and/or the connecting film, which can be divided into several individual layers.
  • the connecting film and/or the measurement object preferably has a metallized second soldering layer, which is arranged in step (200) between the measurement object and the connection film.
  • the second soldering layer is to be understood as the second coating of the measurement object and/or the connecting film, which can also be divided into several individual layers.
  • the respective soldering layer is a metallized layer that enables an effective, cohesive connection between the strain gauge and the measurement object.
  • the respective soldering layer is applied in particular before the connecting film is placed between the mounting plate and the measurement object in the second method step (200).
  • the connecting foil By subsequently activating the connecting foil, sufficient heat is generated to melt the respective soldering layer and solder the mounting plate to the measurement object.
  • the first soldering layer is applied to the mounting plate and/or the connecting foil,
  • the second soldering layer is applied to the measurement object and/or the connecting foil
  • step (200) the connecting film with the solder layers is placed between the mounting plate and the measurement object in step (200), and
  • the metallic materials of the connecting foil are activated in step (300), so that the connecting foil is heated in such a way that the first soldering layer and the second soldering layer melt and the mounting plate is soldered to the measurement object through the melted first soldering layer and the melted second soldering layer, to create the cohesive connection.
  • the metallization of the measurement object, the mounting plate and/or the connecting foil i.e. the application of the solder layer to the measurement object, the mounting plate and/or the connecting foil, is important in order to enable the nanobond process.
  • an intermetallic, cohesive bond can be created between the mounting plate and the measurement object, which does not require high temperatures, pressures, electromagnetic fields, etc. for production.
  • the intermetallic connection enables a 1:1 signal transmission from the measurement object to the strain gauge.
  • the soldering layers can be applied as metallic starting layers (first and second soldering layers) particularly advantageously by plasma processes, sputtering processes or vapor deposition on the respective surface of the parts to be connected (mounting plate, measurement object, connecting foil).
  • Other options include two-shot injection molding, additive manufacturing, etc.
  • one of the solder layers, preferably both solder layers preferably comprises gold. Copper or palladium are also suitable materials for the respective soldering layer.
  • the material of the respective soldering layer is adapted to the dimensions and the material of the connecting foil, the mounting plate and/or the measurement object.
  • the respective solder layer comprises a nickel layer and a gold layer.
  • the respective coating is designed in multiple layers.
  • the layer structure can be designed in any way.
  • the gold layer faces the connecting foil.
  • the nickel layer faces the measurement object and/or the mounting plate and thus faces away from the connecting film.
  • a fixing pad can be placed on the layers with low pressure.
  • deformation of the soldering layers and the connecting foil during activation and connection in step (300) is preferably counteracted by means of a fixing pad, which at least indirectly exerts pressure on the sensor arrangement and/or the mounting plate and/or the measurement object.
  • the pressure is so low that it does not lead to any tensions within the mounting plate and/or the strain gauge and/or the measurement object, which could affect the strength of the connection between the mounting plate and the measurement object or the measurement accuracy.
  • “At least indirectly” in this context means that further, in particular plate-shaped components, such as a heat sink, can be arranged between the fixing pad and the mounting plate and/or the sensor arrangement and/or the measurement object.
  • the fixing pad can also be arranged directly on the mounting plate and/or the sensor arrangement and/or the measurement object.
  • an arrangement of a sensor arrangement arranged on a mounting plate on a measurement object wherein the sensor arrangement has been connected to the measurement object by a method according to the first aspect of the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of an arrangement according to the invention of a sensor arrangement arranged on a mounting plate on a measurement object according to a first embodiment, the mounting plate being attached to the measurement object by means of a connecting film - shown here in a very simplified manner,
  • FIG. 2 shows a detailed longitudinal sectional view of the arrangement according to the invention according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an exploded view of layers and tools for connecting the sensor arrangement to the measurement object using the connecting film and the arrangement resulting from the connection according to the second embodiment
  • FIGS. 1 to 3 shows a sequence of a method according to the invention for connecting the sensor arrangement to the measurement object according to FIGS. 1 to 3, and
  • FIG. 5 shows a greatly enlarged cross-sectional view of the connecting film for the arrangement according to FIGS. 1 to 4.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of an arrangement of a sensor arrangement 5 arranged on a mounting plate 17 on a measurement object 2.
  • the sensor arrangement 5 comprises a strain gauge 1 and an electronic module 19 electrically connected thereto, both the strain gauge 1 and the electronic module 19 is glued to the mounting plate 17 and is encapsulated in a common housing 18 made of potting material. A housing 18 accommodating the strain gauge 1 and the electronic module 19 is therefore formed by the encapsulation.
  • the mounting plate 17 is connected to the measurement object 2 by means of a connecting film 10 using a method according to the invention described below according to FIG. 5.
  • the strain gauge 1 is shown in more detail in FIG. 2 and comprises a carrier layer 1a facing the mounting plate 17 and a meandering measuring grid 1b arranged thereon.
  • FIG. 1 b is connected to the electronics module 19 designed as a preamplifier module via a first cabling 20, which is also encapsulated in the housing 18.
  • a second wiring 21 is led out of the housing 18 and connects the electronic module 19 to an evaluation unit - not shown here - and/or a voltage source, such as the battery 15 shown in FIG. 3.
  • a voltage source such as the battery 15 shown in FIG. 3.
  • the mounting plate 17 has a metallized first solder layer 13 facing the connecting foil 10 on a mounting plate surface 4 and the measurement object 2 has a metallized second soldering layer 14 facing the connecting foil 10 on a measurement object surface 6.
  • One or both of the solder layers 13, 14 can also be applied to the connecting film 10.
  • the measurement object 2 is significantly larger than the sensor arrangement 5.
  • the measurement object 2 can, for example, be a shaft of a motor, an axle or a transmission for a motor vehicle.
  • the strain gauge 1 is set up to record expansions and compressions on the measurement object 2. The resistance of the strain gauge 1 changes with a force applied to the measurement object 2. It converts mechanical quantities such as force, pressure, tension, weight, and the like into a measurable change in electrical resistance.
  • the strain gauge 1 is therefore at least set up to record stretching and compressing deformations, preferably other measured variables, of the measurement object 2.
  • a firm, here a material connection of the mounting plate 17 with the measurement object 2 is realized.
  • This connection transmits forces of the measured variable as well as disturbances caused by thermal expansion.
  • the type of connection places demands on the surface quality of the measurement object 2 and the mounting plate 17.
  • Two force arrows F shown on the far right in FIG. 1 illustrate an exchange of forces through deformation, which represents the actual measurement variable.
  • To the left of it is a bidirectional force arrow F, which illustrates an exchange of forces through stresses and through different thermal expansion, which represents a disturbance variable.
  • the measurement object 2 can, as mentioned above, have a metallized surface or be made of a metallic material.
  • the measurement object 2 the sensor arrangement 5, comprising the strain gauge 1 and the electronic module 19, the mounting plate 17 and the connecting film 10 are provided.
  • the connecting foil 10 is a so-called NanoFoil®, i.e. a reactive multilayer foil that is produced by vapor deposition of thousands of alternating nanoscale layers of aluminum 11 and nickel 12.
  • NanoFoil® i.e. a reactive multilayer foil that is produced by vapor deposition of thousands of alternating nanoscale layers of aluminum 11 and nickel 12.
  • FIG. 5 A greatly enlarged cross-sectional view of the connecting foil 10 with the aluminum 11 and nickel layers 12 is shown in FIG. 5.
  • the bonding film 10 reacts exothermically to produce precise local heat up to temperatures of 1500 ° C in a fraction of a second.
  • a second method step 200 the connecting film 10 is placed between the mounting plate 17 and the measurement object 2, as shown by FIGS. 1 to 3.
  • the connecting foil 10 touches the first soldering layer 13 on the mounting plate 17 on one side and the second soldering layer 14 on the measurement object 2 on the other side.
  • the aluminum layers 11 and the nickel layers 12 of the connecting foil 10 are arranged next to each other alternately, as shown by Fig. 5.
  • Both solder layers 13, 14 include nickel.
  • both layers 13, 14 also have a gold layer on, wherein the gold layer is arranged facing the connecting foil 10.
  • the respective soldering layer 13, 14 can further comprise copper, silver, silicon nitride SisN4, silicon dioxide SiC>2, titanium tungsten TiW, palladium or the like.
  • the strain gauge 1 and the electronic module 19 have been completely surrounded by the mounting plate 17 and a casting compound or an injection molding compound before method step 200.
  • the connecting film 10 is processed by laser cutting in such a way that the connecting film 10 takes on a shape and dimensions that form an intended joining surface 7 between the mounting plate 17 and the measurement object 2.
  • a battery 15 is provided as an activation means 16, which is electrically connected to the connecting film 10.
  • a third method step 300 the aluminum layers 11 and the nickel layers 12 of the connecting foil 10 according to FIG. 5 are activated by means of the battery 15 shown by way of example in FIG. 3.
  • a DC voltage source can be used to activate the connecting film 10.
  • the aluminum layers 11 and nickel layers 12 of the connecting foil 10 then react strongly exothermically, so that the connecting foil 10 heats up in such a way that the first soldering layer 13 and the second soldering layer 14 melt and the mounting plate 17 is soldered to the measurement object 2 by the melted soldering layers 13, 14 .
  • the mounting plate surface 4 and/or the measurement object surface 6 can have such a surface structure that molten material of the aluminum layers 11 and/or the nickel layers 12 penetrate into spaces in the measurement object surface 6 and/or the mounting plate surface 4 and after solidification can cause a positive connection between the mounting plate 17 and the measurement object 2.
  • the detectable measurement variable can be determined by special structures force shunt of the measurement object 2 can be increased.
  • the measurement object 2 can, for example, form depressions, ribs, beads or the like that increase or reduce forces in certain spatial directions.
  • FIG. 3 shows in the left part a state in which no connection has yet been created between the measurement object 2 and the mounting plate 17.
  • the right part of Fig. 3 shows the state after the cohesive connection has been formed between the measurement object 2 and the sensor arrangement 5 arranged on the mounting plate 17, i.e. after the mounting plate 17 has been soldered to the measurement object 2 by the melted soldering layers 13, 14.
  • the connecting film 10 is cut by laser cutting in such a way that it has an activation section 8, which in the exemplary embodiment shown is not covered by the sensor arrangement 5 and is therefore freely accessible for applying the activation means 16.
  • the activation section 8 therefore protrudes, as can be clearly seen in the left part of FIG. 3, from the stack formed by the mounting plate 17, the measurement object 2 and the two soldering layers 13, 14 when all layers are adjacent to one another.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments disclosed here. These are merely exemplary configurations, although other variants are also possible.
  • the second soldering layer 14 on the measurement object 2 can be dispensed with if the measurement object 2 consists of a solderable material or has an already metallized surface.

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for connecting a sensor assembly (5), arranged on a mounting plate (17), to a measurement object (2), the method comprising the following steps: (100) providing - a measurement object (2), - a sensor assembly (5), comprising a strain gauge (1), which is designed at least to sense stretching and compressing deformations of a measurement object (2), and also an electronics module (19) connected thereto, wherein the strain gauge (1) and the electronics module (19) are each adhesively bonded on the mounting plate (17) and encapsulated in a housing (18), - a connecting foil (10), which contains metallic materials (11, 12) that react exothermically when activated, (200) placing the connecting foil (10) between the mounting plate (17) and the measurement object (2), and (300) activating the metallic materials (11, 12) of the connecting foil (10) such that the connecting foil (10) heats up in such a way that a material-bonding connection is produced between the mounting plate (17) and the measurement object (2). The invention also relates to an arrangement of a sensor assembly (5) on a measurement object (2), wherein the sensor assembly (5) has been connected to the measurement object (2) by the method according to the invention.

Description

ZF Friedrichshafen AG Friedrichshafen ZF Friedrichshafen AG Friedrichshafen
Verbindung eines auf einer Montaqeplatte anqeordneten Sensoranordnunq mit einem Messobjekt Connection of a sensor arrangement arranged on a mounting plate with a measurement object
Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines Dehnungsmessstreifens mit einem Messobjekt. Beansprucht werden in diesem Zusammenhang insbesondere ein Verfahren zur Befestigung des Dehnungsmessstreifens an dem Messobjekt sowie eine Anordnung des Dehnungsmessstreifens an dem Messobjekt. The invention relates to a connection of a strain gauge to a measurement object. What is required in this context is in particular a method for attaching the strain gauge to the measurement object and an arrangement of the strain gauge on the measurement object.
Für verschiedene Anwendungsfälle ist es notwendig, einen Dehnungsmessstreifen an einem größeren mechanischen Bauteil, dem Messobjekt, zu befestigen. Dies ist wichtig für die Platzierung des Sensorsystems und für eine Verschaltung der physikalischen Signale, die gemessen werden sollen. Dehnungsmessstreifen sind Messeinrichtungen zur Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen. Sie ändern bereits bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand und werden als Sensoren zur Dehnungsmessung eingesetzt. For various applications it is necessary to attach a strain gauge to a larger mechanical component, the measurement object. This is important for the placement of the sensor system and for interconnecting the physical signals that are to be measured. Strain gauges are measuring devices for recording stretching and compressing deformations. They change their electrical resistance even with small deformations and are used as sensors to measure strain.
Sensoren zur Kraft- oder Verformungsmessung sind stark von der Verbindungs- bzw. Klebeschicht zwischen dem Dehnungsmessstreifen und dem Messobjekt abhängig. Das Messobjekt kann aus verschiedenen Materialien wie Metall, Silizium oder einem organischen Material bestehen. Die Verbindungsschicht muss eine starke Haftung bieten und formstabil sein, um eine gute Kraft- und Deformationsübertragung ohne eine (zusätzliche und unvorhersehbare) Dämpfung oder Zeitverzögerungen zu gewährleisten. Die Sensorleistung über die Lebensdauer hängt von der Langzeitstabilität der Verbindungsschicht ab, insbesondere von der Temperatur-ZFeuchtigkeits- ZChemikalienstabilität, um Signaldrift, Signalamplitudenschrumpfung und Zeitverzögerungen zu vermeiden. Sensors for force or deformation measurement are heavily dependent on the connection or adhesive layer between the strain gauge and the measurement object. The measurement object can consist of different materials such as metal, silicon or an organic material. The connecting layer must provide strong adhesion and be dimensionally stable to ensure good force and deformation transfer without (additional and unpredictable) damping or time delays. Sensor performance over life depends on the long-term stability of the interconnect layer, particularly temperature-humidity-chemical stability, to avoid signal drift, signal amplitude shrinkage and time delays.
Für die Kontaktierung der Dehnungsmessstreifen auf einem größeren Messobjekt ist Kleben bekannt. Die Verbindungsschicht ist also eine Klebeschicht. Dies ist für die industrielle Fertigung relativ einfach zu realisieren, erfordert aber meist einen manuellen Prozess, der zeitaufwendig und nicht kosteneffizient ist. Klebeverbindungen sind mit unterschiedlichen Temperaturgradienten, Feuchtigkeits-ZChemikalienabhän- gigkeit und Langzeitalterung verbunden. Dies kann die Signalqualität verringern oder den Sensor sogar zerstören. Andere Verbindungstechniken sind aufgrund der Prozessparameter mit hohen Temperaturen, mechanischen Drücken oder hohem Vakuum bzw. Schutzgas unpraktisch. Andere Methoden benötigen starke elektromagnetische Felder. Unpraktisch heißt in diesem Zusammenhang, es könnte den Dehnungsmessstreifen oder das Messobjekt zerstören. Bonding is known for contacting the strain gauges on a larger measurement object. The connecting layer is therefore an adhesive layer. This is relatively easy to achieve for industrial manufacturing, but usually requires a manual process that is time-consuming and not cost-effective. Adhesive connections are associated with different temperature gradients, moisture-chemical dependency and long-term aging. This can reduce the signal quality or even destroy the sensor. Other joining techniques are impractical due to process parameters involving high temperatures, mechanical pressures or high vacuum or inert gas. Other methods require strong electromagnetic fields. In this context, impractical means that it could destroy the strain gauge or the measurement object.
Aus der DE 10 2013 002 144 A1 geht ein Fügeverfahren für thermisch empfindliche Strukturen hervor, wobei zwei Bauteile unter Nutzung eines als reaktive Nanofolie ausgestalteten Fügehilfsmittels funktionell in Wirkverbindung gebracht werden, indem die Nanofolie zunächst zwischen zugeordnete Flächenabschnitte der miteinander zu fügenden Bauteile eingebracht wird und hier nachfolgend eine zumindest abschnittsweise Ausbildung einer Verbindungsstruktur bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Aktivierung der Nanofolie zunächst ein Aufschmelzen einer weitgehend festen Lot-Verbindungsschicht auf beiden einander zugeordneten Flächenabschnitten der miteinander zu fügenden Bauteile erfolgt und dass nachfolgend das jeweils lokal auf einen Flächenabschnitt begrenzte Schmelzgut mit dem ebenfalls lokal begrenzten Schmelzgut des gegenüberliegenden Flächenabschnittes und den Resten der Reaktanten des nanoreaktiven Foliensystems derart vermischt wird, dass nach Abkühlung und Verfestigung des gesamten Schmelzgutes eine funktionale Hartlotverbindung ausgestaltet wird, wobei die für das Aufschmelzen notwendige thermische Belastung lediglich innerhalb der Konturabschnitte der zu fügenden Kontakte ausschließlich auf Lotverbindungsschichten des Lotschichtsystems eingebracht wird. From DE 10 2013 002 144 A1 there is a joining method for thermally sensitive structures, whereby two components are brought into functional connection using a joining aid designed as a reactive nanofilm by first introducing the nanofoil between assigned surface sections of the components to be joined together and here subsequently causes at least a sectional formation of a connection structure, characterized in that by activating the nanofilm, a largely solid solder connection layer is first melted on both mutually assigned surface sections of the components to be joined together and that the melting material is then locally limited to a surface section the also locally limited melting material of the opposite surface section and the remains of the reactants of the nanoreactive film system are mixed in such a way that after cooling and solidification of the entire melting material, a functional brazed connection is formed, with the thermal load necessary for melting only within the contour sections of the contacts to be joined is applied exclusively to solder connection layers of the solder layer system.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neuartige Verbindung zwischen einem Dehnungsmessstreifen und einem Messobjekt vorzuschlagen, welche den vorstehend beschriebenen Problemen Rechnung trägt sowie Dehnungsmessstreifen für Automobilanwendungen einsetzbar macht. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren. The object of the present invention is to propose a novel connection between a strain gauge and a measurement object, which takes into account the problems described above and makes strain gauges usable for automotive applications. The problem is solved by the subject matter of independent patent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims, the following description and the figures.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verbindung einer auf einer Montageplatte angeordneten Sensoranordnung mit einem Messobjekt umfasst die Schritte (100) Bereitstellen A method according to the invention for connecting a sensor arrangement arranged on a mounting plate to a measurement object comprises the following steps (100) Provide
- eines Messobjekts, - a measurement object,
- einer Sensoranordnung, umfassend einen Dehnungsmessstreifen, der zumindest dazu eingerichtet ist, dehnende und stauchende Verformungen eines Messobjekts zu erfassen, sowie ein damit verbundenes Elektronikmodul, wobei der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul jeweils auf der Montageplatte angeklebt sowie in einem Gehäuse eingekapselt sind, - a sensor arrangement, comprising a strain gauge, which is at least set up to detect expanding and compressive deformations of a measurement object, as well as an electronic module connected thereto, the strain gauge and the electronic module each being glued to the mounting plate and encapsulated in a housing,
- einer Verbindungsfolie, die metallische Materialien enthält, die bei ihrer Aktivierung exotherm reagieren, - a connecting film that contains metallic materials that react exothermically when activated,
(200) Platzieren der Verbindungsfolie zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt, und (200) Placing the connecting film between the mounting plate and the measurement object, and
(300) Aktivieren der metallischen Materialien der Verbindungsfolie, sodass sich die Verbindungsfolie derart erhitzt, dass zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. (300) Activating the metallic materials of the connecting film so that the connecting film heats up in such a way that a cohesive connection is created between the mounting plate and the measurement object.
Die vorliegende Erfindung schlägt einen reaktiven Folienlötprozess vor, um eine insbesondere intermetallische Verbindung für Dehnungsmessstreifen auf einem größeren Messobjekt, auch Target genannt, zu erhalten. Der Fügeprozess basiert auf der Verwendung einer reaktiven Multischichtfolie als lokale Wärmequelle. Die Verbindungsfolie besteht aus einer neuen Klasse von nanotechnologischem Material, in dem sich selbst ausbreitende exotherme Reaktionen bei Raumtemperatur durch einen Zündprozess auslösen lassen. Durch das Einbringen einer solchen Folie zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt schmilzt die durch die Reaktion in der Folie erzeugte Wärme beispielsweise Lötschichten oder andere reaktive Schichten auf, sodass die Verbindungen bei Raumtemperatur in etwa einer Sekunde abgeschlossen sind. Die induzierte Wärme während der Reaktion ist aufgrund der schnellen Reaktionsgeschwindigkeit (beispielsweise 10 m/s) und der geringen Materialdicke (beispielsweise <100pm) sehr gering. The present invention proposes a reactive foil soldering process in order to obtain a particularly intermetallic connection for strain gauges on a larger measurement object, also called a target. The joining process is based on the use of a reactive multi-layer film as a local heat source. The connecting film consists of a new class of nanotechnological material in which self-propagating exothermic reactions can be triggered at room temperature by an ignition process. By introducing such a film between the mounting plate and the measurement object, the heat generated by the reaction in the film melts, for example, solder layers or other reactive layers, so that the connections are completed in about one second at room temperature. The heat induced during the reaction is very low due to the fast reaction speed (e.g. 10 m/s) and the small material thickness (e.g. <100pm).
In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Verbindung einer auf einer Montageplatte angeordneten Sensoranordnung mit einem Messobjekt bereitgestellt. In einem ersten Schritt (100) des Verfahrens wird ein Messobjekt bereitgestellt. Weiterhin wird eine Sensoranordnung bereitgestellt, umfassend einen Dehnungsmessstreifen, der zumindest dazu eingerichtet ist, dehnende und stauchende Verformungen eines Messobjekts zu erfassen. Die Erfassung weiterer Messgrößen mit dem Dehnungsmessstreifen ist ebenfalls denkbar. Die Sensoranordnung umfasst ferner ein mit dem Dehnungsmessstreifen verbundenes Elektronikmodul. Das Elektronikmodul umfasst insbesondere eine Vorverstärkerelektronik, das mit dem Dehnungsmessstreifen sowie einer Auswerteeinheit in geeigneter Weise verbunden ist. Der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul sind jeweils auf der Montageplatte angeklebt und in einem gemeinsamen Gehäuse eingekapselt. Ferner wird eine Verbindungsfolie bereitgestellt, die metallische Materialien enthält, die bei ihrer Aktivierung exotherm reagieren. In this sense, according to a first aspect of the invention, a method for connecting a sensor arrangement arranged on a mounting plate to a measurement object is provided. In a first step (100) of the method, a Measurement object provided. Furthermore, a sensor arrangement is provided, comprising a strain gauge, which is at least set up to detect expanding and compressing deformations of a measurement object. It is also conceivable to record other measured variables with the strain gauge. The sensor arrangement further includes an electronic module connected to the strain gauge. The electronic module includes in particular preamplifier electronics, which is suitably connected to the strain gauge and an evaluation unit. The strain gauge and the electronic module are each glued to the mounting plate and encapsulated in a common housing. Furthermore, a connecting film is provided which contains metallic materials which react exothermically when activated.
Durch die Kapselung werden der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul von der Montageplatte und dem Gehäuse räumlich umgeben. Unter „gekapselt“ oder „eingekapselt“ ist zu verstehen, dass der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul im Wesentlichen vollständig von beispielsweise einem Modulgehäuse umgeben sind, insbesondere abdichtend z.B. gegenüber dem Eintritt von Luft und/oder Feuchtigkeit umgeben ist. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform sind der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul vollständig und nahtlos sowie insbesondere kontaktelementlos - also frei von Kontaktelementen - gekapselt. Lediglich eine Verkabelung kann aus dem Gehäuse zum Anschluss an die Auswerteeinheit herausgeführt sein. In diesem Sinn liegt ein vollständig umgebener Zustand auch dann vor, wenn aus dem Gehäuse eine Verkabelung herausgeführt ist. Beispielsweise sind der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul von einer Vergussmasse oder einer Spritzgussmasse vorzugsweise vollständig umgeben. In diesem Fall bildet die Vergussmasse das Modulgehäuse bzw. das Gehäuse der Sensoranordnung. Durch diese Ausgestaltung ist eine mechanische und/oder eine ungewollte elektrische Beeinflussung des Dehnungsmessstreifens und des Elektronikmoduls, beispielsweise durch Feuchtigkeit oder Schmutz, verhindert. Through the encapsulation, the strain gauge and the electronic module are spatially surrounded by the mounting plate and the housing. “Encapsulated” or “encapsulated” is to be understood as meaning that the strain gauge and the electronic module are essentially completely surrounded by, for example, a module housing, in particular in a sealing manner, for example against the ingress of air and/or moisture. In a preferred embodiment, the strain gauge and the electronic module are completely and seamlessly encapsulated and in particular without contact elements - that is, free of contact elements. Only cabling can be led out of the housing for connection to the evaluation unit. In this sense, a completely surrounded state also exists when cabling is led out of the housing. For example, the strain gauge and the electronic module are preferably completely surrounded by a potting compound or an injection molding compound. In this case, the casting compound forms the module housing or the housing of the sensor arrangement. This configuration prevents mechanical and/or unwanted electrical influences on the strain gauge and the electronic module, for example due to moisture or dirt.
Das Messobjekt kann insbesondere deutlich größer sein als die Sensoranordnung.The measurement object can in particular be significantly larger than the sensor arrangement.
Bei dem Messobjekt kann es sich beispielsweise um ein Target, insbesondere eine Achse, eine Welle für einen Motor, ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, ein Roboterarmsegment für einen Roboter oder ein Kühler, handeln. Die Montageplatte, auf der die Sensoranordnung angeordnet sind, das heißt auf dem der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul aufgeklebt sind, ermöglicht eine einfache und unempfindliche Handhabung der Sensoranordnung. Die Montageplatte kann Teil der Sensoranordnung sein. In diesem Fall bilden die Montageplatte, der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul ein zusammenhängendes Bauteil, nämlich die Sensoranordnung. Die Sensoranordnung kann separat gelagert, transportiert und verarbeitet werden und erst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren stoffschlüssig mit dem Messobjekt verbunden werden. Die Montageplatte ist sodann zwischen dem Messobjekt sowie dem Dehnungsmessstreifen und dem Elektronikmodul angeordnet. Die Montageplatte ermöglicht zudem eine sichere Verbindung der Sensoranordnung mit dem Messobjekt, da eine ungewollte Beschädigung des Dehnungsmessstreifens oder des Elektronikmoduls während der Aktivierung der Verbindungsfolie, insbesondere während des Erhitzens der Materialien der Verbindungsfolie, ausgeschlossen werden kann. The measurement object can be, for example, a target, in particular a Axis, a shaft for a motor, a transmission of a motor vehicle, a robot arm segment for a robot or a radiator. The mounting plate on which the sensor arrangement is arranged, that is to say on which the strain gauge and the electronic module are glued, enables simple and insensitive handling of the sensor arrangement. The mounting plate can be part of the sensor arrangement. In this case, the mounting plate, the strain gauge and the electronic module form a coherent component, namely the sensor arrangement. The sensor arrangement can be stored, transported and processed separately and only be materially connected to the measurement object using the method according to the invention. The mounting plate is then arranged between the measurement object and the strain gauge and the electronic module. The mounting plate also enables a secure connection of the sensor arrangement to the measurement object, since unwanted damage to the strain gauge or the electronic module during activation of the connecting film, in particular during heating of the materials of the connecting film, can be ruled out.
In diesem Sinn werden der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul bevorzugt vor dem Verfahrensschritt (200) von der Montageplatte sowie einer Vergussmasse oder einer Spritzgussmasse vollständig umgeben. Dadurch wird das Gehäuse ausgebildet und die Sensoranordnung ist auch durch spätere Handhabung vor ungewollter Beeinflussung, insbesondere Beschädigung, geschützt. Zudem ist dies vorteilhaft, da die Sensoranordnung unter Reinraumbedingungen herstellbar ist. So können der Dehnungsmessstreifen und das Elektronikmodul auf der Montageplatte aufgeklebt und im Gehäuse eingekapselt werden, ohne dass Verunreinigungen in das Gehäuse gelangen können- In this sense, the strain gauge and the electronic module are preferably completely surrounded by the mounting plate and a casting compound or an injection molding compound before method step (200). In this way, the housing is formed and the sensor arrangement is protected from unwanted influences, in particular damage, even during subsequent handling. This is also advantageous because the sensor arrangement can be produced under clean room conditions. This means that the strain gauge and the electronic module can be glued to the mounting plate and encapsulated in the housing without contaminants getting into the housing.
Der Dehnungsmessstreifen ist insbesondere dazu eingerichtet, eine Dehnung, eine Stauchung und/oder ein Drehmoment zu messen, die bzw. das von dem Messobjekt erzeugt wird bzw. davon ausgeht bzw. damit übertragen wird. Der Dehnungsmessstreifen umfasst vorzugsweise eine dem Messobjekt zugewandte Trägerschicht sowie ein Messgitter. Der Dehnungsmessstreifen, kurz DMS, ist vorzugsweise ein Fo- lien-DMS, das heißt, das Messgitter aus Widerstandsdraht, der vorzugsweise 3 bis 5, vorzugsweise bis 8 pm dick ist, wird auf einen dünnen, ein Polymer umfassenden Kunststoffträger kaschiert und ausgeätzt sowie mit elektrischen Anschlüssen versehen, die eine elektronische Verbindung mit dem Elektronikmodul ermöglichen. Zusätzlich kann das Messgitter durch eine Abdeckschicht bedeckt sein, die mit der Trägerschicht verbunden, insbesondere verklebt ist, und die das Messgitter mechanisch schützt. Auch die Abdeckschicht kann auch verzichtet werden, da der Dehnungsmessstreifen im Gehäuse eingekapselt wird. Es können auch mehrere Messgitter auf der Trägerschicht angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die Trägerschicht und/oder die Abdeckschicht in Form einer Folie ausgebildet. Mithin ist die Trägerschicht bevorzugt eine Trägerfolie und/oder die Abdeckschicht eine Abdeckfolie. Die Trägerschicht ist bevorzugt aus Polyimid ausgebildet. Sofern eine Abdeckschicht vorgesehen ist, kann auch dieses aus Polyimid ausgebildet sein. The strain gauge is in particular designed to measure a strain, a compression and/or a torque that is generated by the measurement object or originates from it or is transmitted with it. The strain gauge preferably comprises a carrier layer facing the measurement object and a measuring grid. The strain gauge, DMS for short, is preferably a foil strain gauge, that is, the measuring grid made of resistance wire, preferably 3 to 5, is preferably up to 8 pm thick, is laminated onto a thin plastic carrier comprising a polymer and etched out and provided with electrical connections that enable an electronic connection to the electronic module. In addition, the measuring grid can be covered by a cover layer which is connected, in particular glued, to the carrier layer and which mechanically protects the measuring grid. The cover layer can also be omitted since the strain gauge is encapsulated in the housing. Several measuring grids can also be arranged on the carrier layer. The carrier layer and/or the cover layer is advantageously designed in the form of a film. The carrier layer is therefore preferably a carrier film and/or the cover layer is a cover film. The carrier layer is preferably made of polyimide. If a cover layer is provided, this can also be made of polyimide.
Als Verbindungsfolie kann beispielsweise eine sogenannte NanoFoil® der Indium Corporation zum Einsatz kommen. Die NanoFoil® ist eine reaktive Multischichtfolie, die durch Aufdampfen von Tausenden von abwechselnden nanoskaligen Schichten beispielsweise aus Aluminium und Nickel hergestellt wird. Denkbar sind auch andere binäre Schichtsysteme, wie Titan und Aluminium, Zirkonium und Silizium oder Pala- dium und Aluminium. Darüber hinaus sind auch ternäre Systeme zur Ausbildung der Multischichtfolie denkbar. Die Ausbildung der Verbindungsfolie, insbesondere die Auswahl der Materialien, ist im Wesentlichen abhängig von der gewünschten Reaktion beim Aktivieren der Verbindungsfolie, insbesondere der Reaktionstemperatur während der Aktivierung. Wenn die Folie durch einen kleinen Impuls lokaler Energie aus elektrischen, optischen oder thermischen Quellen aktiviert wird, reagiert sie exotherm, um in Bruchteilen einer Sekunde präzise lokale Hitze bis zu Temperaturen von 1500 °C zu erzeugen. Die Dicke der Verbindungsfolie kann an die Anforderungen angepasst werden. Insbesondere kann die Dicke der Verbindungsfolie in Abhängigkeit des Materials des Messobjekts und/oder der Montageplatte und/oder der Trägerschicht des Dehnungsmessstreifens angepasst werden. Je dünner die Verbindungsfolie, desto weniger Energie ist erforderlich, um das Aktivieren der Verbindungsfolie einzuleiten bzw. auszuführen. Die Gesamtenergie ist derart einzustellen, dass eine sichere Verbindung zwischen dem Dehnungsmessstreifen und dem Messobjekt erfolgt. Die Verbindungsfolie wird in einem zweiten Verfahrensschritt (200) zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt platziert. Das Platzieren kann derart erfolgen, dass die Verbindungsfolie in einer Sandwich-Konfiguration entweder direkt an einander zugewandten Oberflächen der Montageplatte und des Messobjekts anliegt. Alternativ kann das Platzieren derart erfolgen, dass die Verbindungsfolie in einer Sandwich-Konfiguration zwischen zwei Lötschichten angeordnet ist, wobei die Lötschichten auf gegenüberliegenden Oberflächen der Montageplatte und des Messobjekts aufgetragen sind. Ferner alternativ kann das Platzieren derart erfolgen, dass die Verbindungsfolie in einer Sandwich-Konfiguration zwischen zwei Lötschichten angeordnet ist, wobei die Lötschichten auf entgegengesetzten Oberflächen der Verbindungsfolie aufgetragen sind. Diese Oberflächen der Verbindungsfolie sind insbesondere ebene Oberflächen, die im zweiten Verfahrensschritt (200) die Montageplatte bzw. das Messobjekt aufnehmend zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt angeordnet werden, um im nachfolgenden dritten Verfahrensschritt (300) verschweißt oder verlötet zu werden. For example, a so-called NanoFoil® from Indium Corporation can be used as the connecting film. The NanoFoil® is a reactive multi-layer foil that is produced by vapor deposition of thousands of alternating nanoscale layers made of aluminum and nickel, for example. Other binary layer systems are also conceivable, such as titanium and aluminum, zirconium and silicon or paladium and aluminum. In addition, ternary systems for forming the multilayer film are also conceivable. The formation of the connecting film, in particular the selection of materials, is essentially dependent on the desired reaction when activating the connecting film, in particular the reaction temperature during activation. When activated by a small pulse of local energy from electrical, optical or thermal sources, the film reacts exothermically to produce precise local heat up to temperatures of 1500°C in a fraction of a second. The thickness of the connecting film can be adjusted according to the requirements. In particular, the thickness of the connecting film can be adjusted depending on the material of the measurement object and/or the mounting plate and/or the carrier layer of the strain gauge. The thinner the connecting film, the less energy is required to initiate or carry out activation of the connecting film. The total energy must be adjusted in such a way that there is a secure connection between the strain gauge and the measurement object. The connecting film is placed between the mounting plate and the measurement object in a second process step (200). The placement can be done in such a way that the connecting film lies in a sandwich configuration either directly on facing surfaces of the mounting plate and the measurement object. Alternatively, the placement can be done such that the connecting foil is arranged in a sandwich configuration between two solder layers, with the solder layers being applied to opposite surfaces of the mounting plate and the measurement object. Furthermore, alternatively, the placement can be carried out such that the connection foil is arranged in a sandwich configuration between two solder layers, with the solder layers being applied to opposite surfaces of the connection foil. These surfaces of the connecting film are in particular flat surfaces which, in the second method step (200), are arranged to accommodate the mounting plate or the measurement object between the mounting plate and the measurement object in order to be welded or soldered in the subsequent third method step (300).
Die Verbindungsfolie bildet im aktivierten Zustand eine Fügefläche zwischen dem Messobjekt und der Montageplatte. Die Verbindungsfolie kann, wenn dies nicht bereits am die Fügefläche bildenden Fügeabschnitt erfolgt, ferner einen Aktivierungsabschnitt aufweisen, an dem die Aktivierung des metallischen Materials der Verbindungsfolie erfolgt. Am Aktivierungsabschnitt können Aktivierungsmittel angeordnet sein, um die Verbindungsfolie aktivieren zu können. Der Fügeabschnitt und ggfs. der Aktivierungsabschnitt sind zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt ausgebildet. Die aktivierte Verbindungsfolie verbindet das Messobjekt mit der Montageplatte zumindest in der Fügefläche, vorzugsweise in der Fügefläche sowie ggfs. im Aktivierungsabschnitt stoffschlüssig. Sofern ein Aktivierungsabschnitt vorgesehen ist, liegt dieser damit außerhalb der Fügefläche zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt. When activated, the connecting film forms a joining surface between the measurement object and the mounting plate. If this does not already occur on the joining section forming the joining surface, the connecting film can also have an activation section on which the metallic material of the connecting film is activated. Activating means can be arranged on the activation section in order to be able to activate the connecting film. The joining section and, if applicable, the activation section are formed between the mounting plate and the measurement object. The activated connecting film connects the measurement object to the mounting plate at least in the joining surface, preferably in the joining surface and, if necessary, in the activation section in a materially bonded manner. If an activation section is provided, it lies outside the joining surface between the mounting plate and the measurement object.
Mit der Verbindungsfolie, insbesondere mit dem Aktivierungsabschnitt, sofern ein solcher vorgesehen ist, ist wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Aktivierungsmittel elektrisch verbunden. Das Aktivierungsmittel kann einen oder mehrere Drähte aufweisen, vorzugsweise zwei Drähte, einer mit positivem Pol, also einem Pluspol, und einer mit negativem Pol, also einem Minuspol, wobei zwischen den Polen eine Po- tentialdifferenz vorliegt. Die Drähte können separat ausgebildet sein und hantiert werden. Alternativ können die beiden Drähte an ihren Enden zu einer Art Stecker zusammengefasst sein, um einen definierten Abstand der Drähte beizubehalten bzw. nicht zu unterschreiten. Das Aktivierungsmittel kann ferner eine Spannungsquelle, insbesondere eine Batterie, oder eine Wärmenadel sein oder umfassen. Alternativ kann das Aktivierungsmittel dazu ausgebildet sein, zur Aktivierung der Verbindungsfolie mit der Spannungsquelle verbunden zu werden. Das Aktivierungsmittel und/oder die Spannungsquellen kann bzw. können mit dem Elektronikmodul verbunden sein. With the connecting film, in particular with the activation section, if one is provided, there is at least one, preferably several, activation means electrically connected. The activating means can have one or more wires, preferably two wires, one with a positive pole, i.e. a plus pole, and one with a negative pole, i.e. a negative pole, with a potential difference between the poles. The wires can be designed and handled separately. Alternatively, the two wires can be combined at their ends to form a type of connector in order to maintain or not fall below a defined distance between the wires. The activation means can also be or include a voltage source, in particular a battery, or a heat needle. Alternatively, the activation means can be designed to be connected to the voltage source to activate the connecting film. The activation means and/or the voltage sources can be connected to the electronic module.
In einem dritten Verfahrensschritt (300) erfolgt ein Aktivieren der metallischen Materialien der Verbindungsfolie über das jeweilige Aktivierungsmittel, sodass sich die Verbindungsfolie derart erhitzt, dass die Montageplatte mit dem Messobjekt stoffschlüssig verbunden wird. Zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt liegt nach dem Aktivieren der Verbindungsfolie eine stoffschlüssige Verbindung vor. Das Aktivieren kann beispielsweise durch eine Zündung erfolgen. Das Verfahren benötigt keine besondere Hitze, kein Vakuum und keine Gasatmosphäre. Die Zündung der Verbindungsfolie kann beispielsweise mit einer handelsüblichen 9V-Batterie erfolgen, wobei die Batterie über das jeweilige Aktivierungsmittel zumindest mittelbar mit der Verbindungsfolie verbunden ist. In dem Verfahrensschritt (300) kann das Material des Messobjekts und/oder der Montageplatte aufgeschmolzen oder angeschmolzen werden, sodass die Montageplatte direkt mit dem Messobjekt verschweißt wird. Alternativ kann die Montageplatte durch Aufschmelzen von Lötschichten am Messobjekt und/oder an der Montageplatte und/oder an der Verbindungsfolie indirekt mit dem Messobjekt verlötet werden. In a third method step (300), the metallic materials of the connecting film are activated via the respective activation agent, so that the connecting film is heated in such a way that the mounting plate is cohesively connected to the measurement object. After activating the connecting film, there is a cohesive connection between the mounting plate and the measurement object. Activation can be done, for example, by ignition. The process requires no special heat, no vacuum and no gas atmosphere. The connecting film can be ignited, for example, with a commercially available 9V battery, the battery being at least indirectly connected to the connecting film via the respective activation means. In method step (300), the material of the measurement object and/or the mounting plate can be melted or melted so that the mounting plate is welded directly to the measurement object. Alternatively, the mounting plate can be indirectly soldered to the measurement object by melting solder layers on the measurement object and/or on the mounting plate and/or on the connecting foil.
Während des Bonding-Verfahrens müssen keine hohen Drücke und keine hohen Temperaturen auf die Sensoranordnung und/oder die Montageplatte und/oder das Messobjekt ausgeübt werden. Auch auf hohe elektromagnetische Felder kann verzichtet werden. Die durch das Aktivieren der metallischen Materialien der Verbin- dungsfolie entstehende durchgängige, metallische Verbindungsschicht oder Bondfläche zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt weist aufgrund der verbesserten Kontaktierung insbesondere eine hohe Formstabilität sowie eine hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit auf. Weiterhin vereinfacht sich der Herstellungsprozess bzw. der Bondprozess, was eine besonders kostengünstige Produktion ermöglicht. During the bonding process, no high pressures and no high temperatures need to be exerted on the sensor arrangement and/or the mounting plate and/or the measurement object. High electromagnetic fields can also be avoided. By activating the metallic materials of the connection Due to the improved contacting, the continuous, metallic connecting layer or bonding surface between the mounting plate and the measurement object created by the protective film has, in particular, high dimensional stability as well as high thermal conductivity and electrical conductivity. Furthermore, the manufacturing process or the bonding process is simplified, which enables particularly cost-effective production.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch geringere Temperaturen und Spannungen während des Verbindens aus. Diese geringeren Spannungen induzieren weniger Vorspannungen im Dehnungsmessstreifen und der Montageplatte und erhöhen die Leistung und die Stabilität des Dehnungsmessstreifens. Darüber hinaus ermöglichen die niedrigen Temperaturen und der niedrige Druck einen breiten Einsatz von Materialien, wie beispielsweise Polymere. Der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Verbund zwischen Montageplatte und Messobjekt altert nicht mit der Zeit und Temperaturen. Dampf, Druck oder ähnliches bewirken keine Veränderung von Parametern der Verbindung. Das Verbundmaterial (Metall) ist insbesondere beständig gegen Feuchtigkeit, Chemikalien, hohe/niedrige Temperaturen und schnelle Temperaturwechsel. Der Verbund verändert deshalb seine Parameter nicht, insbesondere durch Temperatur, Feuchtigkeit, Druck oder Ähnliches. Das Verbundmaterial (insbesondere Metall) bietet weiterhin eine elastische Verformung für Wiederholbarkeit. The method according to the invention is characterized by lower temperatures and stresses during connection. These lower stresses induce less prestress in the strain gauge and mounting plate, increasing the performance and stability of the strain gauge. In addition, the low temperatures and low pressure enable a wide use of materials such as polymers. The bond between the mounting plate and the measurement object created by the method according to the invention does not age with time and temperatures. Steam, pressure or the like do not cause any change in the parameters of the connection. The composite material (metal) is particularly resistant to moisture, chemicals, high/low temperatures and rapid temperature changes. The composite therefore does not change its parameters, in particular due to temperature, humidity, pressure or the like. The composite material (particularly metal) further provides elastic deformation for repeatability.
Vorteilhafterweise kann die elektrische Verbindung zwischen dem Aktivierungsmittel und der Verbindungsfolie mit der gleichen Vorrichtung erfolgen, mit der die Montageplatte auf dem Messobjekt platziert und der Druck zur stoffschlüssigen Verbindung ausgeübt wird. Advantageously, the electrical connection between the activating agent and the connecting film can be carried out using the same device with which the mounting plate is placed on the measurement object and the pressure is exerted for a material connection.
Die Verbindungsfolie wird durch Laserschneiden derart bearbeitet, dass die Verbindungsfolie eine Form und Maße annimmt, die eine vorgesehene Fügefläche zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt abdeckt. Die Verbindungsfolie kann damit besonders genau und effizient in den gewünschten Abmessungen geformt werden, bevor die Verbindungsfolie zwischen den beiden Oberflächen platziert wird. Mithin erfolgt das Laserschneiden bevor die Verbindungsfolie in dem Schritt (200) zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt platziert wird. The connecting film is processed by laser cutting in such a way that the connecting film takes on a shape and dimensions that cover an intended joining surface between the mounting plate and the measurement object. The connecting film can thus be shaped particularly precisely and efficiently to the desired dimensions before the connecting film is placed between the two surfaces. The laser cutting therefore takes place before the connecting film is placed between the mounting plate and the measurement object in step (200).
Das Verbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich aufgrund der Eliminierung oder Reduzierung von Druckspannungen besonders für Sensoranordnungen mit Dehnungsmessstreifen. Die Montage des DMS an das Messobjekt kann dadurch vereinfacht und beschleunigt werden sowie mit reproduzierbarer Qualität erfolgen. Insbesondere kann die Montage der Montageplatte mit der daran angeordneten Sensoranordnung am Messobjekt zumindest teilautomatisiert, vorzugsweise vollautomatisiert werden. The connection method according to the present invention is particularly suitable for sensor arrangements with strain gauges due to the elimination or reduction of compressive stresses. The installation of the strain gauge on the measurement object can be simplified and accelerated and can be carried out with reproducible quality. In particular, the assembly of the mounting plate with the sensor arrangement arranged thereon on the measurement object can be at least partially automated, preferably fully automated.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine oder mehrere Lötschichten auf der Verbindungsfolie und/oder der Montageplatte und/oder dem Messobjekt aufgetragen. Vorzugsweise weist die Montageplatte und/oder die Verbindungsfolie eine metallisierte erste Lötschicht auf, die im Schritt (200) zwischen der Montageplatte und der Verbindungsfolie angeordnet ist. Die erste Lötschicht ist als erste Beschichtung der Montageplatte und/oder der Verbindungsfolie zu verstehen, die in mehrere Einzelschichten unterteilt sein kann. According to a preferred embodiment, one or more solder layers are applied to the connecting foil and/or the mounting plate and/or the measurement object. Preferably, the mounting plate and/or the connecting foil has a metallized first solder layer, which is arranged in step (200) between the mounting plate and the connecting foil. The first soldering layer is to be understood as the first coating of the mounting plate and/or the connecting film, which can be divided into several individual layers.
Bevorzugt weist die Verbindungsfolie und/oder das Messobjekt ein metallisierte zweite Lötschicht auf, die im Schritt (200) zwischen dem Messobjekt und der Verbindungsfolie angeordnet ist. Die zweite Lötschicht ist als zweite Beschichtung des Messobjekts und/oder der Verbindungsfolie zu verstehen, die ebenfalls in mehrere Einzelschichten unterteilt sein kann. Die jeweilige Lötschicht ist eine metallisierte Schicht, die eine wirksame stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Dehnungsmessstreifen und dem Messobjekt ermöglicht. The connecting film and/or the measurement object preferably has a metallized second soldering layer, which is arranged in step (200) between the measurement object and the connection film. The second soldering layer is to be understood as the second coating of the measurement object and/or the connecting film, which can also be divided into several individual layers. The respective soldering layer is a metallized layer that enables an effective, cohesive connection between the strain gauge and the measurement object.
Die jeweilige Lötschicht wird insbesondere aufgetragen, bevor die Verbindungsfolie in dem zweiten Verfahrensschritt (200) zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt platziert wird. Durch anschließendes Aktivieren der Verbindungsfolie entsteht ausreichend Wärme, um die jeweilige Lötschicht aufzuschmelzen und die Montageplatte mit dem Messobjekt zu verlöten. In diesem Sinne ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass - die erste Lötschicht auf der Montageplatte und/oder der Verbindungsfolie aufgetragen wird, The respective soldering layer is applied in particular before the connecting film is placed between the mounting plate and the measurement object in the second method step (200). By subsequently activating the connecting foil, sufficient heat is generated to melt the respective soldering layer and solder the mounting plate to the measurement object. In this sense, according to one embodiment it is provided that - the first soldering layer is applied to the mounting plate and/or the connecting foil,
- die zweite Lötschicht auf dem Messobjekt und/oder der Verbindungsfolie aufgetragen wird, - the second soldering layer is applied to the measurement object and/or the connecting foil,
- die Verbindungsfolie mit den Lötschichten in dem Schritt (200) zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt platziert wird, und - the connecting film with the solder layers is placed between the mounting plate and the measurement object in step (200), and
- die metallischen Materialien der Verbindungsfolie in dem Schritt (300) aktiviert werden, sodass sich die Verbindungsfolie derart erhitzt, dass die erste Lötschicht und die zweite Lötschicht schmelzen und die Montageplatte durch die aufgeschmolzene erste Lötschicht und die aufgeschmolzene zweite Lötschicht mit dem Messobjekt verlötet wird, um die stoffschlüssige Verbindung zu erzeugen. Die Metallisierung des Messobjekts, der Montageplatte und/oder der Verbindungsfolie, also das Aufbringen der Lötschicht auf das Messobjekt, die Montageplatte und/oder die Verbindungsfolie ist wichtig, um den Nanobond-Prozess zu ermöglichen. - the metallic materials of the connecting foil are activated in step (300), so that the connecting foil is heated in such a way that the first soldering layer and the second soldering layer melt and the mounting plate is soldered to the measurement object through the melted first soldering layer and the melted second soldering layer, to create the cohesive connection. The metallization of the measurement object, the mounting plate and/or the connecting foil, i.e. the application of the solder layer to the measurement object, the mounting plate and/or the connecting foil, is important in order to enable the nanobond process.
Mittels der Verbindungsfolie und der Lötschichten kann zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt eine intermetallische, stoffschlüssige Bindung geschaffen werden, die keine hohen Temperaturen, Drücke, elektromagnetische Felder, etc. zur Herstellung benötigt. Durch die intermetallische Verbindung wird eine 1 :1 -Signalübertragung vom Messobjekt zum Dehnungsmessstreifen ermöglicht. Using the connecting foil and the solder layers, an intermetallic, cohesive bond can be created between the mounting plate and the measurement object, which does not require high temperatures, pressures, electromagnetic fields, etc. for production. The intermetallic connection enables a 1:1 signal transmission from the measurement object to the strain gauge.
Die Lötschichten können als metallische Startschichten (erste und zweite Lötschicht) besonders vorteilhaft durch Plasmaverfahren, Sputterverfahren oder Aufdampfen auf der jeweiligen Oberfläche der zu verbindenden Teile (Montageplatte, Messobjekt, Verbindungsfolie) aufgebracht werden. Weitere Möglichkeiten sind durch Zwei- Schuss-Spritzgießen, additive Fertigung usw. gegeben. Wenigstens eine der Lötschichten, vorzugsweise beide Lötschichten, umfassen bevorzugt Nickel. Ferner bevorzugt umfasst eine der Lötschichten, vorzugsweise beiden Lötschichten, Gold. Auch Kupfer oder Palladium eignen sich als Material für die jeweilige Lötschicht. Das Material der jeweiligen Lötschicht ist an die Abmessungen sowie den Werkstoff der Verbindungsfolie, der Montageplatte und/oder des Messobjekts angepasst. Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst die jeweilige Lötschicht eine Nickelschicht sowie eine Goldschicht. Mit anderen Worten ist die jeweilige Beschichtung mehrschichtig ausgebildet. Der Schichtaufbau kann beliebig ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die Goldschicht der Verbindungsfolie zugewandt. Bevorzugt ist Nickelschicht dem Messobjekt und/oder der Montageplatte zugewandt und somit der Verbindungsfolie abgewandt. The soldering layers can be applied as metallic starting layers (first and second soldering layers) particularly advantageously by plasma processes, sputtering processes or vapor deposition on the respective surface of the parts to be connected (mounting plate, measurement object, connecting foil). Other options include two-shot injection molding, additive manufacturing, etc. At least one of the solder layers, preferably both solder layers, preferably comprise nickel. Furthermore, one of the solder layers, preferably both solder layers, preferably comprises gold. Copper or palladium are also suitable materials for the respective soldering layer. The material of the respective soldering layer is adapted to the dimensions and the material of the connecting foil, the mounting plate and/or the measurement object. According to one embodiment, the respective solder layer comprises a nickel layer and a gold layer. In other words, the respective coating is designed in multiple layers. The layer structure can be designed in any way. Preferably, the gold layer faces the connecting foil. Preferably, the nickel layer faces the measurement object and/or the mounting plate and thus faces away from the connecting film.
Um eine unvorhersehbare Verformung des Verbundes zu verhindern, kann ein Fixierpad mit geringem Druck auf die Schichten gelegt werden. In diesem Sinne wird bevorzugt mittels eines Fixierpads, das zumindest mittelbar auf die Sensoranordnung und/oder die Montageplatte und/oder das Messobjekt einen Druck ausübt, einer Verformung der Lötschichten und der Verbindungsfolie während des Aktivierens und Verbindens in Schritt (300) entgegengewirkt. Der Druck ist dabei derart gering, dass er zu keinen Spannungen innerhalb der Montageplatte und/oder des Dehnungsmessstreifens und/oder des Messobjekts führt, welche die Festigkeit der Verbindung zwischen der Montageplatte und dem Messobjekt oder die Messgenauigkeit beinträchtigen könnten. To prevent unpredictable deformation of the composite, a fixing pad can be placed on the layers with low pressure. In this sense, deformation of the soldering layers and the connecting foil during activation and connection in step (300) is preferably counteracted by means of a fixing pad, which at least indirectly exerts pressure on the sensor arrangement and/or the mounting plate and/or the measurement object. The pressure is so low that it does not lead to any tensions within the mounting plate and/or the strain gauge and/or the measurement object, which could affect the strength of the connection between the mounting plate and the measurement object or the measurement accuracy.
„Zumindest mittelbar“ heißt in diesem Zusammenhang, dass zwischen dem Fixierpad und der Montageplatte und/oder der Sensoranordnung und/oder dem Messobjekt weitere, insbesondere plattenförmige Bauteile, wie beispielsweise eine Wärmesenke, angeordnet sein können. Das Fixierpad kann auch direkt auf der Montageplatte und/oder der Sensoranordnung und/oder dem Messobjekt angeordnet sein. “At least indirectly” in this context means that further, in particular plate-shaped components, such as a heat sink, can be arranged between the fixing pad and the mounting plate and/or the sensor arrangement and/or the measurement object. The fixing pad can also be arranged directly on the mounting plate and/or the sensor arrangement and/or the measurement object.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung einer auf einer Montageplatte angeordneten Sensoranordnung an einem Messobjekt bereitgestellt, wobei die Sensoranordnung durch ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit dem Messobjekt verbunden worden ist. According to a second aspect of the invention, an arrangement of a sensor arrangement arranged on a mounting plate on a measurement object is provided, wherein the sensor arrangement has been connected to the measurement object by a method according to the first aspect of the invention.
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten sinngemäß ebenfalls für die erfindungsgemäße Anordnung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. The above definitions and statements on technical effects, advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention also apply mutatis mutandis to the arrangement according to the invention according to the second aspect of the invention. It is understood that the above and below Features to be explained can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawings, with the same or similar elements being provided with the same reference numerals. This shows
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung einer auf einer Montageplatte angeordneten Sensoranordnung an einem Messobjekt gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei die Montageplatte mittels einer - hier stark vereinfacht dargestellten - Verbindungsfolie an dem Messobjekt befestigt ist, 1 shows a longitudinal sectional view of an arrangement according to the invention of a sensor arrangement arranged on a mounting plate on a measurement object according to a first embodiment, the mounting plate being attached to the measurement object by means of a connecting film - shown here in a very simplified manner,
Fig. 2 eine detaillierte Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 1 , 2 shows a detailed longitudinal sectional view of the arrangement according to the invention according to FIG. 1,
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung von Schichten und Werkzeugen zur Verbindung der Sensoranordnung mit dem Messobjekt mittels der Verbindungsfolie sowie die durch das Verbinden entstehende Anordnung nach der zweiten Ausführungsform, 3 shows an exploded view of layers and tools for connecting the sensor arrangement to the measurement object using the connecting film and the arrangement resulting from the connection according to the second embodiment,
Fig. 4 einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung der Sensoranordnung mit dem Messobjekt nach Fig. 1 bis Fig. 3, und 4 shows a sequence of a method according to the invention for connecting the sensor arrangement to the measurement object according to FIGS. 1 to 3, and
Fig. 5 eine stark vergrößerte Querschnittsansicht der Verbindungsfolie für die Anordnung nach Fig. 1 bis Fig. 4. 5 shows a greatly enlarged cross-sectional view of the connecting film for the arrangement according to FIGS. 1 to 4.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung einer auf einer Montageplatte 17 angeordneten Sensoranordnung 5 an einem Messobjekt 2. Die Sensoranordnung 5 umfasst einen Dehnungsmessstreifen 1 und ein damit elektrisch verbundenes Elektronikmodul 19, wobei sowohl der Dehnungsmessstreifen 1 als auch das Elektronikmodul 19 auf der Montageplatte 17 aufgeklebt sind und in einem gemeinsamen Gehäuse 18 aus Vergussmaterial eingekapselt sind. Mithin wird durch die Kapselung ein den Dehnungsmessstreifen 1 und das Elektronikmodul 19 aufnehmendes Gehäuse 18 ausgebildet. Die Montageplatte 17 wird durch ein nachfolgeng beschriebenes, erfindungsgemäßes Verfahren nach Fig. 5 mittels einer Verbindungsfolie 10 mit dem Messobjekt 2 verbunden. Der Dehnungsmessstreifen 1 ist in Fig. 2 näher dargestellt und umfasst eine der Montageplatte 17 zugewandte Trägerschicht 1 a sowie ein darauf angeordnetes, mäanderförmiges Messgitter 1 b. Das MessgitterFig. 1 shows a preferred embodiment of an arrangement of a sensor arrangement 5 arranged on a mounting plate 17 on a measurement object 2. The sensor arrangement 5 comprises a strain gauge 1 and an electronic module 19 electrically connected thereto, both the strain gauge 1 and the electronic module 19 is glued to the mounting plate 17 and is encapsulated in a common housing 18 made of potting material. A housing 18 accommodating the strain gauge 1 and the electronic module 19 is therefore formed by the encapsulation. The mounting plate 17 is connected to the measurement object 2 by means of a connecting film 10 using a method according to the invention described below according to FIG. 5. The strain gauge 1 is shown in more detail in FIG. 2 and comprises a carrier layer 1a facing the mounting plate 17 and a meandering measuring grid 1b arranged thereon. The measuring grid
1 b ist über eine ebenfalls im Gehäuse 18 gekapselte erste Verkabelung 20 mit dem als Vorverstärkermodul ausgebildeten Elektronikmodul 19 verbunden. Aus dem Gehäuse 18 ist eine zweite Verkabelung 21 herausgeführt, die das Elektronikmodul 19 mit einer - hier nicht gezeigten - Auswerteeinheit und/oder einer Spannungsquelle, wie beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte Batterie 15, verbindet. Wie ebenfalls in Fig. 1 b is connected to the electronics module 19 designed as a preamplifier module via a first cabling 20, which is also encapsulated in the housing 18. A second wiring 21 is led out of the housing 18 and connects the electronic module 19 to an evaluation unit - not shown here - and/or a voltage source, such as the battery 15 shown in FIG. 3. As also in Fig.
2 zu sehen ist, weist die Montageplatte 17 an einer Montageplatten-Oberfläche 4 eine der Verbindungsfolie 10 zugewandte, metallisierte erste Lötschicht 13 auf und das Messobjekt 2 weist an einer Messobjekt-Oberfläche 6 eine der Verbindungsfolie 10 zugewandte, metallisierte zweite Lötschicht 14 auf. Eine oder beide der Lötschichten 13, 14 können auch an der Verbindungsfolie 10 aufgebracht sein. Das Messobjekt 2 ist vorliegend deutlich größer als die Sensoranordnung 5. Bei dem Messobjekt 2 kann es sich beispielsweise um eine Welle eines Motors, einer Achse oder eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug handeln. Der Dehnungsmessstreifen 1 ist dazu eingerichtet, Dehnungen und Stauchungen am Messobjekt 2 zu erfassen. Der Widerstand des Dehnungsmessstreifens 1 ändert sich mit einer am Messobjekt 2 angelegten Kraft. Er wandelt mechanische Größen wie Kraft, Druck, Zug, Gewicht, und dergleichen in eine messbare Änderung des elektrischen Widerstands um. Wenn eine externe Kraft auf das Messobjekt 2 einwirkt, bewirkt sie eine mechanische Spannung und Dehnung. Die mechanische Spannung ist der Widerstand, den das Objekt der Kraft entgegensetzt, und die Dehnung ist der Versatz und die Verformung, die aus der Kraft resultiert. Mithin ist der Dehnungsmessstreifen 1 zumindest dazu eingerichtet, dehnende und stauchende Verformungen, vorzugsweise weitere Messgrößen, des Messobjekts 2 zu erfassen. Mittels der Verbindungsfolie 10 wird eine feste, hier eine stoffschlüssige Verbindung der Montageplatte 17 mit dem Messobjekt 2 realisiert. Diese Verbindung überträgt Kräfte der Messgröße sowie auch Störgrößen durch thermische Ausdehnung. Die Art der Verbindung stellt dabei Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit von Messobjekt 2 und Montageplatte 17. Zwei rechts außen in Fig. 1 dargestellte Kraftpfeile F verdeutlichen einen Austausch von Kräften durch Verformung, was die eigentliche Messgröße darstellt. Links daneben ist ein bidirektionaler Kraftpfeil F dargestellt, welcher einen Austausch von Kräften durch Spannungen sowie durch unterschiedliche Wärmeausdehnung verdeutlicht, was eine Störgröße darstellt. Das Messobjekt 2 kann, wie oben erwähnt, eine metallisierte Oberfläche aufweisen oder aus einem metallischen Material ausgebildet sein. 2, the mounting plate 17 has a metallized first solder layer 13 facing the connecting foil 10 on a mounting plate surface 4 and the measurement object 2 has a metallized second soldering layer 14 facing the connecting foil 10 on a measurement object surface 6. One or both of the solder layers 13, 14 can also be applied to the connecting film 10. In the present case, the measurement object 2 is significantly larger than the sensor arrangement 5. The measurement object 2 can, for example, be a shaft of a motor, an axle or a transmission for a motor vehicle. The strain gauge 1 is set up to record expansions and compressions on the measurement object 2. The resistance of the strain gauge 1 changes with a force applied to the measurement object 2. It converts mechanical quantities such as force, pressure, tension, weight, and the like into a measurable change in electrical resistance. When an external force acts on the measurement object 2, it causes mechanical tension and stretching. Mechanical tension is the resistance that the object offers to the force, and strain is the displacement and deformation that results from the force. The strain gauge 1 is therefore at least set up to record stretching and compressing deformations, preferably other measured variables, of the measurement object 2. By means of the connecting film 10, a firm, here a material connection, of the mounting plate 17 with the measurement object 2 is realized. This connection transmits forces of the measured variable as well as disturbances caused by thermal expansion. The type of connection places demands on the surface quality of the measurement object 2 and the mounting plate 17. Two force arrows F shown on the far right in FIG. 1 illustrate an exchange of forces through deformation, which represents the actual measurement variable. To the left of it is a bidirectional force arrow F, which illustrates an exchange of forces through stresses and through different thermal expansion, which represents a disturbance variable. The measurement object 2 can, as mentioned above, have a metallized surface or be made of a metallic material.
In einem ersten Verfahrensschritt 100 werden das Messobjekt 2, die Sensoranordnung 5, umfassend den Dehnungsmessstreifen 1 und das Elektronikmodul 19, die Montageplatte 17 und die Verbindungsfolie 10 bereitgestellt. Die Verbindungsfolie 10 ist in allen Ausführungsbeispielen eine sogenannte NanoFoil®, also eine reaktive Multischichtfolie, die durch Aufdampfen von Tausenden von abwechselnden nanos- kaligen Schichten aus Aluminium 11 und Nickel 12 hergestellt wird. Eine stark vergrößerte Querschnittsansicht der Verbindungsfolie 10 mit den Aluminium- 11 und Nickelschichten 12 ist in Fig. 5 gezeigt. Wenn die Verbindungsfolie 10 durch einen kleinen Impuls lokaler Energie aus elektrischen, optischen oder thermischen Quellen aktiviert wird, reagiert sie exotherm, um in Bruchteilen einer Sekunde präzise lokale Hitze bis zu Temperaturen von 1500 °C zu erzeugen. In a first method step 100, the measurement object 2, the sensor arrangement 5, comprising the strain gauge 1 and the electronic module 19, the mounting plate 17 and the connecting film 10 are provided. In all exemplary embodiments, the connecting foil 10 is a so-called NanoFoil®, i.e. a reactive multilayer foil that is produced by vapor deposition of thousands of alternating nanoscale layers of aluminum 11 and nickel 12. A greatly enlarged cross-sectional view of the connecting foil 10 with the aluminum 11 and nickel layers 12 is shown in FIG. 5. When activated by a small pulse of local energy from electrical, optical or thermal sources, the bonding film 10 reacts exothermically to produce precise local heat up to temperatures of 1500 ° C in a fraction of a second.
In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird die Verbindungsfolie 10 zwischen der Montageplatte 17 und dem Messobjekt 2 platziert, wie dies durch Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigt ist. Dabei berührt die Verbindungsfolie 10 auf einer Seite die erste Lötschicht 13 an der Montageplatte 17 und auf der anderen Seite die zweite Lötschicht 14 am Messobjekt 2. Während des Verfahrensschritts 200 sind die Aluminiumschichten 11 und die Nickelschichten 12 der Verbindungsfolie 10 noch so abwechselnd nebeneinander angeordnet, wie dies durch Fig. 5 gezeigt ist. Beide Lötschichten 13, 14 umfassen Nickel. Vorliegend weisen beide Schichten 13, 14 zudem eine Goldschicht auf, wobei die Goldschicht der Verbindungsfolie 10 zugewandt angeordnet ist. Die jeweilige Lötschicht 13, 14 kann ferner Kupfer, Silber, Siliciumnitrid SisN4, Siliciumdioxid SiC>2, Titanwolfram TiW, Palladium oder dergleichen umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Dehnungsmessstreifen 1 und das Elektronikmodul 19 vor dem Verfahrensschritt 200 von der Montageplatte 17 sowie einer Vergussmasse oder einer Spritzgussmasse vollständig umgeben worden. In a second method step 200, the connecting film 10 is placed between the mounting plate 17 and the measurement object 2, as shown by FIGS. 1 to 3. The connecting foil 10 touches the first soldering layer 13 on the mounting plate 17 on one side and the second soldering layer 14 on the measurement object 2 on the other side. During method step 200, the aluminum layers 11 and the nickel layers 12 of the connecting foil 10 are arranged next to each other alternately, as shown by Fig. 5. Both solder layers 13, 14 include nickel. In the present case, both layers 13, 14 also have a gold layer on, wherein the gold layer is arranged facing the connecting foil 10. The respective soldering layer 13, 14 can further comprise copper, silver, silicon nitride SisN4, silicon dioxide SiC>2, titanium tungsten TiW, palladium or the like. In this exemplary embodiment, the strain gauge 1 and the electronic module 19 have been completely surrounded by the mounting plate 17 and a casting compound or an injection molding compound before method step 200.
Die Verbindungsfolie 10 ist durch Laserschneiden derart bearbeitet, dass die Verbindungsfolie 10 die eine Form und Maße annimmt, die eine vorgesehene Fügefläche 7 zwischen der Montageplatte 17 und dem Messobjekt 2 bildet. Eine Batterie 15 ist als Aktivierungsmittel 16 vorgesehen, das elektrisch mit der Verbindungsfolie 10 verbunden ist. The connecting film 10 is processed by laser cutting in such a way that the connecting film 10 takes on a shape and dimensions that form an intended joining surface 7 between the mounting plate 17 and the measurement object 2. A battery 15 is provided as an activation means 16, which is electrically connected to the connecting film 10.
In einem dritten Verfahrensschritt 300 werden die Aluminiumschichten 11 und die Nickelschichten 12 der Verbindungsfolie 10 nach Fig. 5 mittels der beispielhaft in Fig. 3 gezeigten Batterie 15 aktiviert. Anstelle der Batterie 15 kann eine Gleichspannungsquelle genutzt werden, um die Verbindungsfolie 10 zu aktivieren. Die Aluminiumschichten 11 und Nickelschichten 12 der Verbindungsfolie 10 reagieren daraufhin stark exotherm, sodass sich die Verbindungsfolie 10 derart erhitzt, dass die erste Lötschicht 13 und die zweite Lötschicht 14 schmelzen und die Montageplatte 17 durch die aufgeschmolzenen Lötschichten 13, 14 mit dem Messobjekt 2 verlötet wird. Dabei entsteht, wie rechts in Fig. 3 angedeutet, eine stabile Bond- bzw. Fügefläche 7 zwischen der Montageplatte 17 und dem Messobjekt 2. In a third method step 300, the aluminum layers 11 and the nickel layers 12 of the connecting foil 10 according to FIG. 5 are activated by means of the battery 15 shown by way of example in FIG. 3. Instead of the battery 15, a DC voltage source can be used to activate the connecting film 10. The aluminum layers 11 and nickel layers 12 of the connecting foil 10 then react strongly exothermically, so that the connecting foil 10 heats up in such a way that the first soldering layer 13 and the second soldering layer 14 melt and the mounting plate 17 is soldered to the measurement object 2 by the melted soldering layers 13, 14 . This creates, as indicated on the right in Fig. 3, a stable bonding or joining surface 7 between the mounting plate 17 and the measurement object 2.
Mithin wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Montageplatte 17 und dem Messobjekt 2 realisiert. Die Montageplatten-Oberfläche 4 und/oder Messobjekt-Oberfläche 6 kann eine derartige Oberflächenstruktur aufweisen, dass aufgeschmolzenes Material der Aluminiumschichten 11 und/oder der Nickelschichten 12 in Zwischenräume der Messobjekt-Oberfläche 6 und/oder der Montageplatten-Oberfläche 4 eindringen und nach der Erstarrung einen Formschluss zwischen der Montageplatte 17 und dem Messobjekt 2 bewirken kann. Die detektierbare Messgröße kann durch be- sondere Strukturen Kraftnebenschluss des Messobjekts 2 erhöht werden. Das Messobjekt 2 kann beispielsweise Vertiefungen, Rippen, Sicken oder ähnliches bilden, die Kräfte in bestimmten Raumrichtungen verstärken oder verringern. A cohesive connection between the mounting plate 17 and the measurement object 2 is therefore realized. The mounting plate surface 4 and/or the measurement object surface 6 can have such a surface structure that molten material of the aluminum layers 11 and/or the nickel layers 12 penetrate into spaces in the measurement object surface 6 and/or the mounting plate surface 4 and after solidification can cause a positive connection between the mounting plate 17 and the measurement object 2. The detectable measurement variable can be determined by special structures force shunt of the measurement object 2 can be increased. The measurement object 2 can, for example, form depressions, ribs, beads or the like that increase or reduce forces in certain spatial directions.
In einer weiteren in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt. Fig. 3 zeigt im linken Teil einen Zustand, bei dem noch keine Verbindung zwischen dem Messobjekt 2 und der Montageplatte 17 erzeugt wurde. Der rechte Teil von Fig. 3 zeigt den Zustand nach Bildung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Messobjekt 2 und der auf der Montageplatte 17 angeordneten Sensoranordnung 5, also nachdem die Montageplatte 17 durch die aufgeschmolzenen Lötschichten 13, 14 mit dem Messobjekt 2 verlötet wurde. Die Verbindungsfolie 10 ist durch Laserschneiden derart zugeschnitten, dass sie einen Aktivierungsabschnitt 8 aufweist, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht von der Sensoranordnung 5 verdeckt ist und somit zum Anlegen des Aktivierungsmittels 16 frei zugänglich ist. Mithin ragt der Aktivierungsabschnitt 8, wie im linken Teil von Fig. 3 deutlich zu sehen ist, aus dem durch die Montageplatte 17, das Messobjekt 2 sowie die beiden Lötschichten 13, 14 gebildeten Stapel heraus, wenn alle Schichten aneinander liegen. In a further embodiment shown in FIG. 3, a development of the first embodiment according to FIGS. 1 and 2 is shown. 3 shows in the left part a state in which no connection has yet been created between the measurement object 2 and the mounting plate 17. The right part of Fig. 3 shows the state after the cohesive connection has been formed between the measurement object 2 and the sensor arrangement 5 arranged on the mounting plate 17, i.e. after the mounting plate 17 has been soldered to the measurement object 2 by the melted soldering layers 13, 14. The connecting film 10 is cut by laser cutting in such a way that it has an activation section 8, which in the exemplary embodiment shown is not covered by the sensor arrangement 5 and is therefore freely accessible for applying the activation means 16. The activation section 8 therefore protrudes, as can be clearly seen in the left part of FIG. 3, from the stack formed by the mounting plate 17, the measurement object 2 and the two soldering layers 13, 14 when all layers are adjacent to one another.
Ein Fixierpad 9, das eine nachgiebige Schicht 22 umfasst, übt einen Druck p auf den durch den Dehnungsmessstreifen 1 , das Messobjekt 2 sowie durch die beiden Lötschichten 13, 14 gebildeten Stapel aus. Dieser Druck ist sehr gering und wirkt senkrecht auf eine äußere Oberfläche der Sensoranordnung 5. Der Druck dient dazu, einer Verformung der Lötschichten 13, 14 und der Verbindungsfolie 10 während des Aktivierens und Verbindens in Schritt 300 entgegenzuwirken. A fixing pad 9, which includes a flexible layer 22, exerts a pressure p on the stack formed by the strain gauge 1, the measurement object 2 and by the two solder layers 13, 14. This pressure is very low and acts perpendicularly on an outer surface of the sensor arrangement 5. The pressure serves to counteract deformation of the soldering layers 13, 14 and the connecting film 10 during activation and connection in step 300.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die hier offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es handelt sich lediglich um beispielhafte Ausgestaltungen, wobei auch weitere Varianten möglich sind. Insbesondere kann auf die zweite Lötschicht 14 am Messobjekt 2 verzichtet werden, wenn das Messobjekt 2 aus einem lötbaren Material besteht oder eine bereits metallisierte Oberfläche aufweist. Bezugszeichen It should be expressly pointed out that the invention is not limited to the exemplary embodiments disclosed here. These are merely exemplary configurations, although other variants are also possible. In particular, the second soldering layer 14 on the measurement object 2 can be dispensed with if the measurement object 2 consists of a solderable material or has an already metallized surface. Reference symbols
F Kraft F force
P Druck P pressure
1 Dehnungsmessstreifen 1 strain gauge
1a Trägerschicht 1a carrier layer
1 b Messgitter 1 b measuring grid
2 Messobjekt 2 measurement object
4 Montageplatten-Oberfläche 4 mounting plate surface
5 Sensoranordnung 5 sensor arrangement
6 Messobjekt-Oberfläche 6 measurement object surface
7 Fügefläche 7 joining surface
8 Aktivierungsabschnitt 8 activation section
9 Fixierpad 9 fixing pad
10 Verbindungsfolie 10 connecting foil
11 Aluminiumschicht 11 aluminum layer
12 Nickelschicht 12 nickel layer
13 Erste Lötschicht 13 First layer of solder
14 Zweite Lötschicht 14 Second solder layer
15 Batterie 15 battery
16 Aktivierungsmittel 16 Activating Agents
17 Montageplatte 17 mounting plate
18 Gehäuse 18 housings
19 Elektronikmodul 19 electronic module
20 Erste Verkabelung 20 First wiring
21 Zweite Verkabelung 21 Second cabling
22 Nachgiebige Schicht 22 Compliant layer
100 Erster Verfahrensschritt 100 First procedural step
200 Zweiter Verfahrensschritt 200 Second procedural step
300 Dritter Verfahrensschritt 300 Third procedural step

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Verfahren zur Verbindung einer auf einer Montageplatte (17) angeordneten Sensoranordnung (5) mit einem Messobjekt (2), das Verfahren umfassend die Schritte (100) Bereitstellen 1 . Method for connecting a sensor arrangement (5) arranged on a mounting plate (17) to a measurement object (2), the method comprising the steps (100).
- eines Messobjekts (2), - a measurement object (2),
- einer Sensoranordnung (5), umfassend einen Dehnungsmessstreifen (1 ), der zumindest dazu eingerichtet ist, dehnende und stauchende Verformungen eines Messobjekts (2) zu erfassen, sowie ein damit verbundenes Elektronikmodul (19), wobei der Dehnungsmessstreifen (1 ) und das Elektronikmodul (19) jeweils auf der Montageplatte (17) angeklebt sowie in einem Gehäuse (18) eingekapselt sind, - a sensor arrangement (5), comprising a strain gauge (1), which is at least designed to detect expanding and compressive deformations of a measurement object (2), and an electronic module (19) connected thereto, the strain gauge (1) and the electronic module (19) are each glued to the mounting plate (17) and encapsulated in a housing (18),
- einer Verbindungsfolie (10), die metallische Materialien (11 , 12) enthält, die bei ihrer Aktivierung exotherm reagieren, - a connecting film (10) which contains metallic materials (11, 12) which react exothermically when activated,
(200) Platzieren der Verbindungsfolie (10) zwischen der Montageplatte (17) und dem Messobjekt (2), und (200) Placing the connecting film (10) between the mounting plate (17) and the measurement object (2), and
(300) Aktivieren der metallischen Materialien (11 , 12) der Verbindungsfolie (10), sodass sich die Verbindungsfolie (10) derart erhitzt, dass zwischen der Montageplatte (17) und dem Messobjekt (2) eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. (300) Activating the metallic materials (11, 12) of the connecting film (10) so that the connecting film (10) heats up in such a way that a cohesive connection is created between the mounting plate (17) and the measurement object (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Verbindungsfolie (10) durch Laserschneiden derart bearbeitet wird, dass die Verbindungsfolie (10) eine Form und Maße annimmt, die eine vorgesehene Fügefläche (7) zwischen der Montageplatte (17) und dem Messobjekt (2) abdeckt. 2. The method according to claim 1, wherein the connecting film (10) is processed by laser cutting in such a way that the connecting film (10) takes on a shape and dimensions that provide a proposed joining surface (7) between the mounting plate (17) and the measurement object (2). covers.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dehnungsmessstreifen (1 ) und das Elektronikmodul (19) vor dem Verfahrensschritt (200) von der Montageplatte (17) sowie einer Vergussmasse oder einer Spritzgussmasse vollständig umgeben werden. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the strain gauge (1) and the electronic module (19) are completely surrounded by the mounting plate (17) and a casting compound or an injection molding compound before the method step (200).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dehnungsmessstreifen (1 ) eine der Montageplatte (17) zugewandte Trägerschicht (1 a) sowie ein Messgitter (1 b) umfasst. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the strain gauge (1) comprises a carrier layer (1a) facing the mounting plate (17) and a measuring grid (1b).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Montageplatte (17) und/oder die Verbindungsfolie (10) eine metallisierte erste Lötschicht (13) aufweist, die im Schritt (200) zwischen der Montageplatte (17) und der Verbindungsfolie (10) angeordnet ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the mounting plate (17) and / or the connecting film (10) has a metallized first solder layer (13) which in step (200) between the mounting plate (17) and the connecting film (10) is arranged.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsfolie (10) und/oder das Messobjekt (2) ein metallisierte zweite Lötschicht (14) aufweist, die im Schritt (200) zwischen dem Messobjekt (2) und der Verbindungsfolie (10) angeordnet ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the connecting film (10) and/or the measurement object (2) has a metallized second soldering layer (14), which in step (200) is between the measurement object (2) and the connection film (10). is arranged.
7. Verfahren nach Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 6, wobei 7. The method according to claim 5 in conjunction with claim 6, wherein
- die erste Lötschicht (13) auf der Montageplatte (17) und/oder der Verbindungsfolie (10) aufgetragen wird, - the first soldering layer (13) is applied to the mounting plate (17) and/or the connecting film (10),
- die zweite Lötschicht (14) auf dem Messobjekt (2) und/oder der Verbindungsfolie (10) aufgetragen wird, - the second soldering layer (14) is applied to the measurement object (2) and/or the connecting film (10),
- die Verbindungsfolie (10) mit den Lötschichten (13, 14) in dem Schritt (200) zwischen der Montageplatte (17) und dem Messobjekt (2) platziert wird, und - the connecting film (10) with the soldering layers (13, 14) is placed in step (200) between the mounting plate (17) and the measurement object (2), and
- die metallischen Materialien (11 , 12) der Verbindungsfolie (10) in dem Schritt (300) aktiviert werden, sodass sich die Verbindungsfolie (10) derart erhitzt, dass die erste Lötschicht (13) und die zweite Lötschicht (14) schmelzen und die Montageplatte (17) durch die aufgeschmolzene erste Lötschicht (13) und die aufgeschmolzene zweite Lötschicht (14) mit dem Messobjekt (2) verlötet wird, um die stoffschlüssige Verbindung zu erzeugen. - the metallic materials (11, 12) of the connecting foil (10) are activated in step (300), so that the connecting foil (10) heats up in such a way that the first soldering layer (13) and the second soldering layer (14) melt and the Mounting plate (17) is soldered to the measurement object (2) through the melted first solder layer (13) and the melted second solder layer (14) in order to create the cohesive connection.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei mittels eines Fixierpads (9), das zumindest mittelbar auf die Sensoranordnung (20) und/oder auf das Messobjekt (2) einen Druck (p) ausübt, einer Verformung der Lötschichten (13, 14) und der Verbindungsfolie (10) während des Aktivierens und Verbindens in Schritt (300) entgegengewirkt wird. 8. The method according to claim 7, wherein by means of a fixing pad (9), which at least indirectly exerts a pressure (p) on the sensor arrangement (20) and / or on the measurement object (2), a deformation of the solder layers (13, 14) and the connecting film (10) is counteracted during activation and connection in step (300).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die jeweilige Lötschicht (13, 14) aus einem Nickel umfassenden Material ausgebildet ist. 9. The method according to any one of claims 5 to 8, wherein the respective soldering layer (13, 14) is formed from a material comprising nickel.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die jeweilige Lötschicht (13, 14) eine Nickelschicht sowie eine Goldschicht umfasst. 10. The method according to any one of claims 5 to 9, wherein the respective soldering layer (13, 14) comprises a nickel layer and a gold layer.
11 . Anordnung einer auf einer Montageplatte (17) angeordneten Sensoranordnung (5) an einem Messobjekt (2), wobei die Sensoranordnung (5) durch ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Messobjekt (2) verbunden worden ist. 11. Arrangement of a sensor arrangement (5) arranged on a mounting plate (17) on a measurement object (2), the sensor arrangement (5) being connected to the measurement object (2) by a method according to one of the preceding claims.
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