| WO/2007/040355 | METHOD AND APPARATUS FOR SIGNAL PROCESSING AND ENCODING AND DECODING METHOD, AND APPARATUS THEREFOR |
| JP2005221260 | PRESSURE SENSOR |
| JP2002168718 | PRESSURE SENSOR |
LUDWIG, Ronny (Kastanienweg 38, Reutlingen, 72770, DE)
ADAM, Boris (Holderweg 6, Gaeufelden, 71126, DE)
LUDWIG, Ronny (Kastanienweg 38, Reutlingen, 72770, DE)
Ansprüche
1. Drucksensor für eine Seitenaufprallsensierung mit: einem Schutzmaterial (100) das wenigstens einen integrierten Schaltkreis (101) umgibt - wenigstens einem Drucksensorelement (104), das jeweils in wenigstens einer Kavität des Schutzmaterials (100) angeordnet ist, wobei eine Oberfläche des Schutzmaterials (100) derart ausgebildet ist, dass ein Druckeinlasskanal durch ein Zusammenwirken der Oberfläche mit wenigstens einem Gehäuseteil (105) entsteht, wobei der Druckeinlasskanal (102) einen seitlichen versetzten Zugang (103) aufweist, das wenigstens einen indirekten Zugang zum Drucksensorelement (104) ermöglicht.
2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Schutzmaterial 100 ein Deckel als dem Gehäuseteil mit wenigstens einer ersten öffnung vorgesehen ist, wobei der Deckel mit dem Schutzmaterial (100) ein erstes Gehäuse des Drucksensors bildet.
3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor mit dem Schutzmaterial (100) in einem zweiten, umgebenden Gehäuse (105) angeordnet ist.
4. Drucksensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (105) eine zweite öffnung (103) aufweist.
5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Gehäuse über eine erste Dichtung zwischen der ersten und zweiten öffnung verbunden sind.
6. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmaterial (100) des Drucksensors und das zweite Gehäuse (105) über eine zweite Dichtung (106) verbunden sind.
7. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmaterial (100) gespritzt ist.
8. Verfahren zur Ausbildung einer Oberfläche eines Schutzmaterials (100) für einen
Drucksensor mit folgenden Verfahrensschritten:
Ausbildung einer Kavität zur Aufnahme eines Drucksensorelements Gestaltung der Oberfläche derart, dass ein Druckeinlasskanal durch ein Zusammenwirken mit wenigstens einem Gehäuseteil entsteht, wobei der
Druckeinlasskanal einen zeitlichen Zugang zum Drucksensorelement ermöglicht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche und die Kavität während eines Moldprozesses gemeinsam ausgebildet werden. |
Beschreibung
Titel
Drucksensor für eine Seitenaufprallsensierung und Verfahren zur Ausbildung einer Oberfläche eines Schutzmaterials für einen Drucksensor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor für eine Seitenaufprallsensierung bzw. ein Verfahren zur Ausbildung einer Oberfläche eines Schutzmaterials für einen Drucksensor nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Aus DE 199 23 985 Al ist bereits ein Drucksensor zur Seitenaufprallsensierung bekannt, bei dem ein Kanal ein direktes Aufströmen der Luft auf ein Sensorelement ermöglicht. Das Sensorelement kann dabei durch eine Membran geschützt werden. Der Kanal wird mit Hilfe von mehreren Gehäuseteilen realisiert.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Drucksensor für eine Seitenaufprallsensierung bzw. das Verfahren zur Ausbildung einer Oberfläche eines Schutzmaterials für einen Drucksensor mit den
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Gesamtgestaltung des Drucksensors durch die Ausbildung der Oberfläche des Schutzmaterials derart, dass durch das Zusammenwirken mit einem Gehäuseteil bereits ein Einlasskanal, der einen seitlichen, versetzten Zugang zum Drucksensorelement ermöglicht, erreicht wird, vereinfacht wird. Damit wird auch das Sensorgehäuse stark vereinfacht und ist entsprechend kostengünstiger.
Auch das Herstellungsverfahren ist entsprechend einfach zu gestalten, da ein Werkzeug zur Schaffung der entsprechenden Oberfläche einmal hergestellt wird und dann immer wieder verwendet werden kann.
Insbesondere ermöglicht der seitliche Zugang, dass der direkte Einfluss von korrosiven Medien, wie Feuchtigkeit und auch der direkte Einfluss von mechanischen Einflüssen, minimiert oder gar ausgeschlossen wird.
Der Druckeinlasskanal kann so gestaltet werden, dass Kondenswasser leicht nach außen abfließen kann. Dies kann durch Schrägen, Rundungen und Verjüngung usw. erreicht werden.
Insbesondere wird der Gehäusedeckel vereinfacht, da dieser lediglich eine öffnung aufweisen muss.
Eine mechanische Beschädigung des Drucksensorelements im montierten Zustand wird durch die Gestaltung des Druckeinlasskanals sicher verhindert. Der erfindungsgemäße Drucksensor ermöglicht, dass die Zugangsöffnung auch im Boden des umgebenden
Gesamtgehäuses dargestellt werden kann, da es die Montage des Drucksensors im Fahrzeug vereinfacht.
Insgesamt ist die Oberfläche des Schutzmaterials, beispielsweise Epoxid, frei gestaltbar und die erfindungsgemäße Ausbildung kann im sowieso vorgesehenen Fertigungsschritt erfolgen.
Das Schutzmaterial kann ein Harz wie Epoxid oder ein Kunststoff sein. Der integrierte Schaltkreis, der vorliegend als ASIC ausgebildet ist, sorgt für eine Signalaufbereitung des Drucksignals und die übertragung zu einem Steuergerät.
Das Drucksensorelement, von dem auch mehrere, wie auch mehrere integrierte Schaltkreise vorgesehen sein können, ist üblicherweise mikromechanisch ausgebildet, wobei eine Druckänderung sich beispielsweise in einer Widerstandsänderung einer Wheatstoneschen Messbrücke ausdrückt, die als Spannungsänderung nach dem
Verstärken digitalisiert wird. Das Drucksensorelement ist dabei in einer sogenannten Kavität, d. h. einer öffnung beziehungsweise Vertiefung im Schutzmaterial nachträglich angeordnet. Der Druckeinlasskanal wird letztlich aus dem Zusammenwirken mit einem Standardgehäuseteil, wie einem Deckel oder einem Gesamtgehäuse gebildet. Dabei weist die Oberfläche des Schutzmaterials dennoch eine deutliche Struktur, insbesondere eine
Vertiefung auf, die zum Drucksensorelement führt. Dieser erfindungsgemäße Kanal kann dabei sich zum Drucksensorelement erweitern.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Drucksensors zur Seitenaufprallsensierung bzw. des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verfahrens zur Ausbildung einer Oberfläche eines Schutzmaterials für einen Drucksensor möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass bei dem Schutzmaterial ein Deckel als dem Gehäuseteil vorgesehen ist, der eine erste öffnung aufweist, so dass dieser Deckel mit dem Schutzmaterial ein erstes Gehäuse des Drucksensors bildet. Dabei ist dann der Deckel vorzugsweise mit dem Schutzmaterial verbunden, so dass der Deckel direkt oben auf dem Schutzmaterial befestigt ist und die Abdeckung für den Druckeinlasskanal liefert. Vorzugsweise liefert dabei eine Vertiefung im Schutzmaterial den eigentlichen
Druckeinlasskanal.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass das Schutzmaterial mit der Kavität und dem integrierten Schaltkreis in einem zweiten Gehäuse angeordnet ist, dass das Schutzmaterial umgibt. Dieses zweite Gehäuse weist eine zweite öffnung auf, um mit der
Oberfläche des Schutzmaterials einen Druckeinlasskanal zu bilden. Sind beide Gehäuse vorhanden, dann sind das erste und zweite Gehäuse über eine erste Dichtung zwischen der ersten und zweiten öffnung verbunden. Ist nur das zweite Gehäuse vorhanden, dann ist das Schutzmaterial mit einer entsprechenden Dichtung mit diesem zweiten Gehäuse verbunden.
Vorzugsweise wird das Schutzmaterial gespritzt oder mittels eines Tranfer-Molding- Verfahrens verarbeitet. Es umgibt beispielsweise in einem Moldprozess den wenigstens einen integrierten Schaltkreis komplett, während für das Drucksensorelement eine Kavität durch ein Werkzeug ausgebildet wird, welches auch gleichzeitig die Oberfläche des
Schutzmaterials derart gestaltet, dass der Druckeinlasskanal für einen zeitlichen Zugang zum Drucksensorelement geschaffen wird. Das somit dargestellte Gehäuse stellt also eine Kombination aus einem Premoldgehäuse und einem Moldgehäuse dar, wobei die Anordnung für diesen Anwendungsfall vorteilhafterweise seitlich aneinander dargestellt
- A -
ist. Die Kavität im Premoldgehäuseteil ermöglicht den nachträglichen Einbau des Sensorelements.
Die Oberfläche dieses Gehäuses wird während des Moldprozesses durch die Formgebung des Werkzeuges ausgebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Blockschaltbild des Drucksensors mit verbundenen Komponenten,
Figur 2 eine erste Aufsicht auf eine erste Variante des erfindungsgemäßen Drucksensors, jedoch ohne Sensorelement,
Figur 3 eine Seiteneinsicht der ersten Variante, jedoch ohne Sensorelement und ASIC, Figur 4 eine Schnittdarstellung der ersten Variante, mit Sensorelement und ASIC,
Figur 5 eine weitere Aufsicht auf die erste Variante mit Deckel,
Figur 6 ein Zusammenspiel des ersten und zweiten Gehäuses der erfindungsgemäßen
Variante,
Figur 7 eine Aufsicht auf eine zweite Variante, jedoch ohne Sensorelement, Figur 8 eine Seiteneinnsicht einer zweiten Variante, jedoch ohne Sensorelement und
ASIC,
Figur 9 eine Schnittdarstellung der zweiten Variante mit Sensorelement und ASIC und Figur 10 die zweite Variante im Einbau mit einem umgebenden Gehäuse und Figur 11 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild das Zusammenwirken des erfindungsgemäßen Drucksensors mit weiteren Komponenten eines Personenschutzsystems in einem Fahrzeug. Der Drucksensor PPS weist das Drucksensorelement DSE und einen integrierten Schaltkreis ASIC auf. Es kann eine Mehrzahl von Drucksensorelementen und/oder eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen vorhanden sein. Das
Drucksensorelement, das wie oben dargestellt mikromechanisch hergestellt ist, misst Luftdruckschwankungen, da solche Luftdruckschwankungen in einem Seitenteil eines Fahrzeugs zur Seitenaufprallsensierung ausgenutzt werden können. Dabei kann auch ein Anteil eines adiabatischen Luftdruckanstiegs bei eine Komprimierung des Volumens in dem Seitenteil festgestellt werden. Der integrierte Schaltkreis sorgt für eine Aufarbeitung
des Drucksensorsignals, d. h. eine Verstärkung, Digitalisierung und Versendung über eine Leitung zu einem Steuergerät SG, das ein oder mehrere Personenschutzmittel PS ansteuert.
Bei einem Seitenaufprall werden Seitenaufprallschutzmittel angesteuert wie ein
Seitenairbag oder andere dem Fachmann bekannte Schutzmittel bei einem Seitenaufprall. Die Drucksensordaten werden über eine Schnittstelle IF, die vorliegend hardwaremäßig ausgebildet ist, im Steuergerät SG empfangen. Es ist möglich, dass diese Daten direkt vom MikroController empfangen werden. Der MikroController μC ist das zentrale Element des Steuergeräts SG. Der Mikrocontroller μC führt einen Auslösealgorithmus auf die gemessenen Drucksensordaten aus. Anstatt eines MikroControllers können auch andere Prozessortypen, ASICs oder diskrete Bausteine als Auswerteschaltung verwendet werden. In Abhängigkeit von der Auswertung der Drucksensorsignale überträgt der Mikrocontroller μC ein Auslösesignal zu einer Ansteuerschaltung FLIC. Diese Ansteuerschaltung sorgt in Abhängigkeit vom Auslösesignal für eine Aktivierung der
Personenschutzmittel PS. Dafür weist die Ansteuerschaltung FLIC entsprechende Auswertebausteine aus, um den Softwarebefehl des Mikrocontrollers μC auswerten zu können. Parallele Auswertungen, insbesondere eine Plausibilisierung, sind der Einfachheit halber hier weggelassen worden wie auch andere für den Betrieb des Steuergeräts SG notwendige Komponenten, die jedoch nicht zum Verständnis der
Erfindung beitragen.
Erfindungsgemäß wird der Druckeinlasskanal für das Drucksensorelement DSE durch die Gestaltung der Oberfläche des Schutzmaterials im Zusammenwirken mit einem weiteren Gehäuseteil wie einem Deckel oder einem das Schutzmaterial umgebenden Gehäuse erreicht. Damit liegt eine besondere einfache Realisierung eines solchen Druckeinlasskanales vor.
Figur 2 zeigt eine erste Variante in einer Draufsicht. Ein Leadframe 20, der z. B. als Trägerstreifen übersetzt werden kann, ist bereits bezüglich eines integrierten
Schaltkreises ummoldet, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt eine Kavität 21 vorgesehen ist, in die das Drucksensorelement in einem weiteren Verfahrensschritt montiert wird. Während des Moldens wird diese Kavität 21 und auch ein Druckeinlasskanal 22 hergestellt, so dass eine Vertiefung des Schutzmaterials, hier eines Epoxids das eingespritzt wurde, im Vergleich zur Oberfläche des Schutzmaterials 23
entstanden ist. Insbesondere erweitert sich der Durchmesser dieses Druckeinlasskanales 22 zur Kavität 21, um das Drucksensorelement über die gesamte Breite voll zu beströmen. Das gegenüberliegende Ende dieses Druckeinlasskanals 22 ist halbkreisförmig ausgebildet, um einer Druckeinlassöffhung in einem Gehäuse zu entsprechen. Die oben und unten auf der linken Seite angeordneten jeweils drei Beinchen sind dem in Fig.2 nicht dargestellten Drucksensorelement in der Kavität 21 zugeordnet, während die abgesetzt oben und unten jeweils vorliegenden sechs Beinchen dem integrierten Schaltkreis zugeordnet sind.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht beziehungsweise Seitendurchsicht dieser ersten Variante.
Dabei ist verdeckt und daher gestrichelt dargestellt der Leadframe 30 des Drucksensorelements dargestellt. Ebenso ist der voll ummoldete Leadframe 33 des integrierten Schaltkreises dargestellt. Der Druckeinlasskanal 32 führt zu einer öffnung 31 über dem Drucksensorelement.
Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten Variante. Ein ASIC 43 ist vorliegend voll ummoldet, hier mit einem Epoxid. Es ist jedoch möglich, auch Kunststoffe wie PEEK oder LCP zu verwenden. In der Kavität ist ein mikromechanisches Durcksensorelement 41, vorzugsweise mit Klebstoff befestigt. Oberhalb der Kavität und der Vertiefung 22 befindet sich ein mit dem Gehäuse befestigter Gehäusedeckel 45, welcher zusammen mit dem Gehäuse den Druckeinlasskanal 32 darstellt. Dieser Gehäusedeckel 45 weist eine öffnung 44 auf, durch die der Luftdruck in den Druckeinlasskanal eindringen kann, um seitlich das Sensorelement 41 zu beströmen. Das Drucksensorelement 41 ist mit einem Passivierungsmaterial 42 umgeben, welches über der druckempfindlichen Sensormembran eine dünne Schicht ausbildet. Ebenso sind Bonddrähte 40 zu sehen, die den Sensor 41 mit den in der Kavität vorhandenen Leads und somit mit der Außenwelt verbinden.
Figur 5 zeigt die erste Variante mit Gehäusedeckel in der Draufsicht. Zu sehen ist wieder der Leadframe 52 und ein Gehäusedeckel 51 (=45) mit einer Zugangsöffhung 50 (=44).
Deutlich ist die einfache Konstruktion dieser ersten Variante, wobei lediglich ein Standarddeckel verwendet werden kann als Gehäuseteil. Die Herstellung des Druckeinlasskanals wird gleichzeitig mit der Herstellung der Kavität für das Drucksensorelement vorgenommen.
Figur 6 zeigt die erste Variante im Querschnitt und eine Anbindung über eine Dichtung an das zweite Gehäuse, die das Schutzmaterial mit dem ersten Gehäuse umgibt. Dieses zweite Gehäuse 61, beispielsweise aus Metall, weist einen Druckeinlass 67 auf, der über Dichtungen 60 zum Druckeinlasskanal 63 geführt wird. Der Gehäusedeckel 62 schützt diesen Kanal 63 und bildet ihn durch seine Anwesenheit. Der Gehäusedeckel 62 ist im
Schutzmaterial 65 fest angebunden. Der Druckeinlasskanal 63 ermöglicht ein seitliches Beströmen des Drucksensorelements 66. Im völlig ummoldeten Zustand ist ein integrierter Schaltkreis 64, der die Signalkonditionierung und übertragung des Drucksensorsignals übernimmt.
Figur 7 zeigt eine Aufsicht dieser einer zweiten Variante. Wiederum ist der Leadframe 72 zu sehen und eine Kavität 71, welche von einem Druckeinlasskanal 70 mit dem entsprechenden Luftdruck von außen beströmt wird. Wiederum erweitert sich dieser Druckeinlasskanal 70 um die volle Breite der Kavität 71 mit Luftdruck zu beströmen. Der Druckeinlasskanal 70 ist im Vergleich zur übrigen Höhe der Schutzschicht 73 vertieft.
Figur 8 zeigt eine Seitenansicht beziehungsweise Seiteneinsicht dieser zweiten Variante. Da verdeckt sind die Leadframes des Drucksensorelements 80 und des integrierten Schaltkreises 83 gestrichelt dargestellt. Im Schutzmaterial 82 ist der Druckeinlasskanal 81 ausgeformt. Deutlich zu sehen ist auch die Kavität 84, in die das nixht gezeichnete
Drucksensorelement 80 eingebaut ist.
Figur 9 zeigt in einer Schnittdarstellung diese zweite Variante. Das Drucksensorelement 93 ist in der Kavität eingebaut und wird über einen Druckeinlasskanal 90 seitlich mit dem Luftdruck von außen beströmt. Im Schutzmaterial 91 ist der integrierte Schaltkreis 92 angeordnet. Elektrische Verbindungen zum Drucksensorelement 93 sind der Einfachheit halber weggelassen worden, wie auch die elektrischen Verbindungen nach außen.
In Figur 10 ist die Verwendung der zweiten Variante in Verbindung mit einem Gehäuse dargestellt. Dabei ist das Schutzmaterial 100 mit dem völlig ummoldeten integrierten
Schaltkreis 101 versehen und weist eine Kavität auf, in die das Drucksensorelement 104 eingebaut ist. Ein Druckeinlasskanal 102 führt zu einem seitlichen Beströmen des Drucksensorelements 104. Dazu weist das Gehäuse 105, bei dem es sich um ein Gehäusedeckel oder Gehäuseboden handeln kann, eine öffnung 103 auf. Das Schutzmaterial 100 ist über Dichtungen 106, vorzugsweise einer umlaufenden Dichtung,
mit dem Gehäuse 105 derart verbunden, dass der Druck nur zum Sensorelement 105 gelangen kann.
Figur 11 zeigt in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung der Oberfläche des Schutzmaterials und das Verfahren zur weiteren Montage. In
Verfahrensschritt 130 erfolgt das Molden des integrierten Schaltkreises. Durch die Gestaltung des Moldwerkzeuges wird dabei die Kavität für das Drucksensorelement und die Oberflächenvertiefung für den Druckeinlasskanal erzeugt. Im nachfolgenden Verfahrensschritt 131 wird das Drucksensorelement in die Kavität eingebaut und im Verfahrensschritt 132 erfolgt der Einbau des so entstehenden Chipgehäuses in ein umgebendes Gehäuse, wobei ein Gehäuseteil dann dazu führt, dass der Druckeinlasskanal realisiert wird.
Next Patent: DEVICE AND METHOD FOR SWITCHING AN ELECTRICAL POWER CIRCUIT