Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein insbesondere flexibles Sensorbauteil mit einer (flexiblen) Foliensensoreinheit, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorbauteils sowie eine (flexible) Foliensensoreinheit, insbesondere für ein solches Sensorbauteil.

Flexible Foliensensoren mit einem jeweils an einem flexiblen Folienstück angeordneten Messfühler (im Folgenden Foliensensoreinheiten genannt), sind im Stand der Technik bekannt. Sie verfügen jeweils über ein flexibles Folienstück, an dem ein oder mehrere Messfühler angeordnet sind, sowie über mindestens eine (elektrische) Kontaktierungsleiterbahn, die an dem jeweiligen Messfühler endet.

Der jeweilige Messfühler, beispielsweise ein Temperaturmessfühler, wird im Rahmen der Herstellung solcher Foliensensoren aus geeigneten Materialien - nachfolgend Messfühlermaterialien - häufig unter Anwendung von Wärme mittels additiver Verfahren, insbesondere mittels geeigneter Druckverfahren, auf das Folienstück aufgebracht, insbesondere als Tinte oder Paste oder dergleichen. Nachteilig dabei ist unter anderem, dass die ggf. erforderliche Anwendung von Wärme in dem Herstellungsprozess die Art der verwendbaren Folienmaterialien einschränken kann, da diese entsprechend temperaturbeständig sein müssen. Dies ist ungünstig, da verschiedene Anwendungen den Einsatz bestimmter, gerade nicht temperaturbeständiger Folienmaterialien erfordern. In ähnlicher Weise kann die Auswahl verwendbarer Folienmaterialien im Einzelfall dadurch beschränkt sein, dass viele Messfühlermaterialien nicht auf jedem bzw. auf dem anwendungsspezifisch jeweils gewünschten Folienmaterial ausreichend haften, dass bestimmte Folienmaterialien nicht ausreichend beständig sind gegen UV-Licht, IR-Strahlung etc. oder nicht ausreichend beständig sind gegen Lösemittel, die in dem Messfühlermaterial enthalten sein können.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Sensorbauteil, das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorbauteils sowie die eingangs genannte (flexible) Foliensensoreinheit weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sensorbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie eine (flexible) Foliensensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 26.

Entsprechend besteht ein erfindungsgemäßes (Hybrid-)Sensorbauteil im Wesentlichen aus zwei Kernbauteilen. Zum einen aus einem Foliensensor bzw. einer Foliensensoreinheit - mit einem flexiblen Folienstück, vorzugsweise aus Kunststoff, einem daran angeordneten Messfühler sowie zumindest einer Kontaktierungsleiterbahn, die zu dem Messfühler führt bzw. an die der Messfühler angeschlossen ist - und zum anderen aus einem zusätzlichen, insbesondere flexiblen Leiterbahnträger, ebenfalls mit mindestens einer Leiterbahn, an dem die Foliensensoreinheit insbesondere lösbar befestigt ist, vorzugsweise stoffschlüssig, etwa mittels eines Haftvermittlers, beispielsweise eines Klebstoffs bzw. einer Klebeschicht, und mit dem die Foliensensoreinheit elektrisch leitend verbunden ist.

Ein Vorteil dieses Aufbaus aus zwei separaten Kernbauteilen kann - neben oder alternativ zu weiteren Vorteilen - sein, dass die Möglichkeit geschaffen wird, ein beispielsweise insgesamt flexibles Sensorbauteil hersteilen zu können, bei dem einerseits für das Material des Folienstücks der flexiblen Foliensensoreinheit ein für den Herstellungsprozess der Foliensensoreinheit geeignetes - beispielsweise ausreichend temperaturstabiles - Material, gewählt werden kann (das beispielsweise im Zuge der Herstellung der Foliensensoreinheit erforderliche, hohe Temperaturen verträgt), bei dem aber andererseits für den Leiterbahnträger ein rein anwendungsspezifisch vorteilhaftes Material gewählt werden kann, ohne dass dieses Material gleichzeitig für den Herstellungsprozess der Foliensensoreinheit geeignet sein müsste. Das Material für den Leiterbahnträger könnte demnach beispielsweise eine Leiterbahnfolie sein, die zwar hohe Temperaturen nicht verträgt, dies aber auch nicht muss, da die Befestigung der Foliensensoreinheit an dem Leiterbahnträger erst nach Herstellung der Foliensensoreinheit erfolgt bzw. erfolgen kann.

Nur beispielhaft für den Medizinbereich könnte auf diese Weise ein insgesamt flexibles Sensorbauteil zur Verfügung gestellt werden, bei dem die Foliensensoreinheit einen Temperaturmessfühler, etwa aus Platin aufweist, der bei höheren Temperaturen auf einem Folienstück aus einem temperaturbeständigen Kunststoff material angeordnet wird, das zwar flexibel, aber für eine komfortable flächige Anordnung an einem Menschen zu starr ist, bei dem aber der Leiterbahnträger dagegen eine Leiterbahnfolie ist aus einem zwar temperaturempfindlicheren, allerdings deutlich flexibleren Material, das aus diesem Grund optimal an einem menschlichen Körper angeordnet werden kann.

Ein anderer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Trennung des Sensorbauteils in Foliensensoreinheit einerseits und Leiterbahnträger anderseits ist produktionstechnischer Natur, der im Ergebnis zu hohen Kostenvorteilen führt. Denn mit diesem erfindungsgemäßen Aufbau kann unter anderem ein vorzugsweise automatischer Bestückungsprozess etabliert werden, in dem mit hohen Durchsatzraten ein oder mehrere vorgefertigte Foliensensoreinheiten auf jeweils einen

Leiterbahnträger aufgebracht und dort befestigt werden können. Falls die Befestigung der Foliensensoreinheit an dem jeweiligen Leiterbahnträger sogar lösbar ausgebildet ist, könnte unter anderem vorteilhafterweise vorgesehen werden, die (in der Regel kostenintensiveren) Foliensensoreinheiten nach der Nutzungsdauer des Sensorbauteils von dem Leiterbahnträger abzulösen und entweder ggf. weiterzuverwenden oder separat Recyclingprozessen zuzuführen. Der jeweils bspw. unmittelbar an einem Körper angelegte (in der Regel kostengünstigere)

Leiterbahnträger könnte aus hygienischen Gründen entsorgt werden.

Bevorzugt kann (auch) der Leiterbahnträger als flexibles Folienstück ausgebildet sein mit einer oder mehreren Leiterbahnen (und ggf. weiteren elektronischen Bauteilen). Der Leiterbahnträger und somit im Ergebnis dann auch das Sensorbauteil kann theoretisch im Übrigen aber auch nicht-flexibel ausgebildet sein, bspw. als starrer PCB. Auch in diesem Fall ergeben sich erfindungsgemäß diverse Vorteile, insbesondere fertigungstechnischer Natur.

Der Leiterbahnträger kann dann ein oder mehrere Kontaktierungselemente aufweisen, über die das Sensorbauteil elektrisch von einem externen Gerät bzw. einer externen Einrichtung kontaktierbar ist bzw. mit einer solchen elektrisch verbindbar ist, beispielsweise von einer externen Messelektronik zum Betreiben des Sensorbauteils.

Denkbar ist allerdings theoretisch auch, dass eine solche Messelektronik oder allgemein ein oder mehrere weitere elektronische Bauteile oder Schaltungen an dem Leiterbahnträger angeordnet werden oder in die Foliensensoreinheit integriert werden.

Nicht zuletzt im Rahmen der oben erwähnten medizinischen, aber auch bei anderen Anwendungen kann es im Übrigen vorteilhaft sein, wenn der Leiterbahnträger - also unabhängig von der konkreten Anwendung - (deutlich) großformatiger ausgebildet ist als die an ihm befestigte Foliensensoreinheit.

In diesem Fall würde im Ergebnis in erster Linie der Leiterbahnträger die Gesamtflexibilität bzw. allgemein die "mechanischen" Eigenschaften des Sensorbauteils bestimmen.

Weiter könnte es so ermöglicht werden, einen Leiterbahnträger in einem Bestückungsprozess nicht nur mit einer, sondern gleich mit mehreren separaten Foliensensoreinheiten (Foliensensoren) zu bestücken.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Seite der Foliensensoreinheit (bzw. deren Fläche), mit der die Foliensensoreinheit an dem Leiterbahnträger befestigt ist oder wird, mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 100% kleiner ausgebildet ist als die entsprechende Seite des Leiterbahnträgers, an der diese Seite der Foliensensoreinheit befestigt ist oder wird.

Was die Kontaktierungsleiterbahn des Folienstücks und/oder die Leiterbahn des Leiterbahnträgers und/oder den Messfühler betrifft, so kann eines, mehrere oder jedes dieser Elemente, ggf. auch weitere Elemente, wie etwa ein oder mehrere Kontaktierungsflächen oder ein oder mehrere Verbindungsleitungen, gedruckt sein (mittels geeigneter, im Stand der Technik gut bekannter Drucktechniken) oder in sonstiger Weise additiv auf das Folienstück bzw. den Leiterbahnträger aufgebracht sein.

Was das vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Folienstück der Foliensensoreinheit und/oder des Leiterbahnträgers betrifft, so kann dieses ein- oder mehrlagig ausgebildet sein. Bevorzugt ist es insbesondere, für das flexible Folienstück (und/oder für bzw. als Leiterbahnträger) eine (ein- oder mehrlagige) flexible, elastische Folie einzusetzen. Die Folie, insbesondere die eine oder jede Lage desselben, weist bevorzugt ein Polymer auf.

Beispielsweise kann dieses ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus PET, PC, PE, PP, PEN, PEEK oder dergleichen oder eine Mischung oder Kombination aus mindestens zwei hiervon.

Vorzugsweise kann das Folienstück der Foliensensoreinheit und/oder des Leiterbahnträgers eine Dicke zwischen 1 pm und 3 mm aufweisen, besonders bevorzugt zwischen 2 pm und 2 mm.

Weiter bevorzugt können die Foliensensoreinheit und der Leiterbahnträger jeweils (mindestens) eine elektrisch leitende Kontaktierungsfläche aufweisen, wobei die beiden Kontaktierungsflächen elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei kann die Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit mit der Kontaktierungsleiterbahn der Foliensensoreinheit elektrisch leitend verbunden sein, insbesondere Teil derselben sein. Die Kontaktierungsfläche des Leiterbahnträgers wiederum kann mit der Leiterbahn des Leiterbahnträgers elektrisch verbunden sein, insbesondere Teil derselben sein.

Die beiden Kontaktierungsflächen können sich (unmittelbar) gegenüberliegen, wobei zwischen den beiden Kontaktierungsflächen eine elektrisch leitende Verbindungsschicht angeordnet ist, insbesondere eine als Klebeschicht ausgebildete Haftvermittlerschicht, die die beiden Kontaktierungsflächen vorzugsweise lösbar stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verbindet und/oder wobei die beiden Kontaktierungsflächen unter unmittelbarer Anlage aneinander elektrisch leitend und insbesondere vorzugsweise lösbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Der Messfühler und/oder die Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit des Sensorbauteils kann/können an einer (großflächigen) ersten Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit angeordnet sein, die einer insbesondere der Umgebung des Sensorbauteils zugewandten, insbesondere an diese angrenzenden (großflächigen) zweiten Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit gegenüberliegt, und die einer (großflächigen) ersten Seite des Leiterbahnträgers zugewandt ist, wobei die erste Seite des Leiterbahnträgers an die Foliensensoreinheit angrenzt und mit der Foliensensoreinheit insbesondere lösbar stoffschlüssig verbunden ist. Insbesondere mittels einer als bevorzugt lösbare Klebeschicht ausgebildeten Haftvermittlerschicht.

Dabei kann im Übrigen an der ersten Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit auch die Kontaktierungsleiterbahn der Foliensensoreinheit ganz oder teilweise angeordnet sein.

Alternativ zu der obigen Anordnung der ersten Seite des Folienstücks relativ zu dem Leiterbahnträger kann auch vorgesehen sein, dass der Messfühler und/oder die Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit an einer (großflächigen) ersten Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit angeordnet ist/sind, die aber der Umgebung zugewandt ist, insbesondere an diese angrenzt, und die einer zweiten (großflächigen) Seite des Folienstücks gegenüberliegt, die wiederum einer (großflächigen) ersten Seite des Leiterbahnträgers zugewandt ist, mit der die Foliensensoreinheit insbesondere lösbar stoffschlüssig verbunden ist (wiederum insbesondere mittels einer als bevorzugt lösbare Klebeschicht ausgebildeten Haftvermittlerschicht).

Was die Befestigung der Foliensensoreinheit an dem Leiterbahnträger betrifft, so kann, wie vorstehend bereits angedeutet, zwischen der Foliensensoreinheit und der ersten Seite des Leiterbahnträgers vorzugsweise eine insbesondere elektrisch leitfähige, bevorzugt lösbare, insbesondere als Klebstoffschicht ausgebildete Haftvermittlerschicht angeordnet sein, über die die Foliensensoreinheit und der Leiterbahnträger stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Dabei kann die Haftvermittlerschicht den Messfühler und/oder die Kontaktierungsfläche und/oder die Kontaktierungsleiterbahn und/oder eine bzw. die der ersten Seite des Leiterbahnträgers zugewandte (großflächige) Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit jeweils ganz oder teilweise überdecken, insbesondere jeweils unter Anlage an den- oder dieselbe(n).

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung können die Kontaktierungsflächen der Foliensensoreinheit und des Leiterbahnträgers über eine elektrische Verbindungsleitung elektrisch leitend miteinander verbunden sein, die ausgehend von der an der ersten Seite des Folienstücks angeordneten Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit, insbesondere entlang eines Kantenbereichs des Folienstücks, bis zu der Kontaktierungsfläche des Leiterbahnträgers geführt ist.

Weiter kann die elektrische Verbindungsleitung mit einer oder beiden Kontaktierungsflächen entweder jeweils unter Anlage an diese elektrisch leitend und insbesondere stoffschlüssig verbunden sein oder jeweils über eine elektrisch leitende Klebeverbindung.

Die erste Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit kann weiter ganz oder teilweise von einer elektrisch isolierenden Isolierschicht überdeckt sein, insbesondere als/aus elektrisch isolierender Folie oder als aufgedruckte Isolierschicht. Dies insbesondere unter vollständiger oder teilweiser Überdeckung des an der ersten Seite des Folienstücks angeordneten Messfühlers und/oder der an der ersten Seite angeordneten Kontaktierungsfläche und/oder der an der ersten Seite angeordneten Kontaktierungsleiterbahn.

Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Isolierschicht den Messfühler nicht oder nicht vollständig überdeckt, sodass der Messfühler unmittelbaren Kontakt mit der Umgebung aufweist. Insbesondere, indem die Isolierschicht im Bereich des Messfühlers zu diesem Zweck eine Öffnung oder Aussparung aufweist.

Was die elektrische Verbindungsleitung betrifft, so kann diese an der Isolierschicht anliegen und mit dieser insbesondere stoffschlüssig verbunden sein. Die elektrische Verbindungsleitung kann beispielsweise auf die Isolierschicht aufgedruckt sein, insbesondere wenn die Isolierschicht als Folie ausgebildet ist. Was die zwischen der Foliensensoreinheit und der dieser zugewandten ersten Seite des Leiterbahnträgers angeordnete Haftvermittlerschicht betrifft, so kann diese - je nachdem, welche Seite der ersten Seite des Leiterbahnträgers zugewandt ist, vgl. die oben beschriebenen Alternativen, entsprechend vorzugsweise an der ersten oder der zweiten Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit (haftend bzw. stoffschlüssig verbunden) anliegen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur insbesondere automatisierten Herstellung eines Sensorbauteils bzw. zur insbesondere automatisierten Bestückung eines Leiterbahnträgers mit einer Foliensensoreinheit unter Bildung eines solchen Sensorbauteils ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: a) Zuführen der Foliensensoreinheiten zu einer Bestückungsstation, insbesondere mit einem Förderer, b) Zuführen der Leiterbahnträger zu der Bestückungsstation, insbesondere mit einem Förderer, c) Anordnen und Befestigen von jeweils mindestens einer Foliensensoreinheit an einem Leiterbahnträger in der Bestückungsstation unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Foliensensoreinheit und dem Leiterbahnträger, insbesondere unter Verwendung von einem oder mehreren, insbesondere motorisch angetriebenen Organen zum Halten und/oder Bewegen der Foliensensoreinheit und/oder zum Halten und/oder Bewegen des Leiterbahnträgers.

Die Bestückungsstation wird erfindungsgemäß abstrakt als Bereich verstanden, beispielsweise (aber nicht zwingend) einer Vorrichtung oder Maschine, in dem das vorgenannte Anordnen und Befestigen der (insbesondere vorgefertigten) Foliensensoreinheiten an den Leiterbahnträgern (jeweils ein Leiterbahnträger wird mit ein oder mehreren Foliensensoreinheiten bestückt) erfolgt.

Dabei kann entsprechend der oben genannten ersten Alternative der Anordnung der Foliensensoreinheit an dem Leiterbahnträger vorgesehen sein, dass die Foliensensoreinheit in der Bestückungsstation, insbesondere mittels ein oder mehrerer der vorgenannten Organe, derart an dem Leiterbahnträger angeordnet und befestigt wird, dass die oben genannte erste Seite des Folienstücks der Foliensensoreinheit danach der (großflächigen) ersten Seite des Leiterbahnträgers zugewandt ist. Insbesondere derart, dass die Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit der Kontaktierungsfläche des Leiterbahnträgers gegenüberliegt.

Entsprechend der oben genannten zweiten Anordnungsalternative kann die Foliensensoreinheit in der Bestückungsstation (alternativ) derart an dem Leiterbahnträger angeordnet und befestigt werden, dass die der ersten Seite gegenüberliegende zweite (großflächige) Seite des Folienstücks der (großflächigen) ersten Seite des Leiterbahnträgers zugewandt ist.

Zur Befestigung der Foliensensoreinheit an dem Leiterbahnträger vor der Anordnung der Foliensensoreinheit an dem Leiterbahnträger kann eine (großflächige) Seite der Foliensensoreinheit, insbesondere die erste oder die zweite Seite des Folienstücks, vollflächig oder in ein oder mehreren Bereichen, mit einer insbesondere leitfähigen, vorzugsweise lösbaren Haftvermittlerschicht, insbesondere einer bevorzugt lösbaren Klebeschicht, versehen sein oder werden, die nachfolgend im an dem Leiterbahnträger befestigten Zustand der Foliensensoreinheit - unter Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung - zwischen der Foliensensoreinheit und dem Leiterbahnträger angeordnet ist. Das Aufbringen der Haftvermittlerschicht kann vorzugsweise im vorgenannten Bestückungs- bzw. Herstellprozess erfolgen, insbesondere in der Bestückungsstation oder im Prozess stromauf derselben.

Weiter kann in ähnlicher Weise vorgesehen sein, dass bevor die Foliensensoreinheit so an dem Leiterbahnträger angeordnet wird, dass sich die beiden Kontaktierungsflächen zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen ihnen gegenüberliegen, zur stoffschlüssigen und elektrisch leitenden Verbindung der beiden Kontaktierungsflächen auf die Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit und/oder auf die Kontaktierungsfläche des Leiterbahnträgers eine erste, elektrisch leitfähige, vorzugsweise lösbare Haftvermittlerschicht aufgebracht ist oder wird, insbesondere eine bevorzugt lösbare Klebeschicht.

Weiter kann auf ein oder mehrere, außerhalb der Kontaktierungsflächen angeordnete Bereiche der (großflächigen) Seite der Foliensensoreinheit, insbesondere auf den Messfühler und/oder die Kontaktierungsleiterbahn, eine zweite, nicht elektrisch leitende, bevorzugt lösbare Haftvermittlerschicht aufgebracht sein oder werden, insbesondere eine bevorzugt lösbare Klebeschicht. Auf die erste Seite des Folienstücks kann weiter die Isolierschicht aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht sein oder werden, insbesondere aufgedruckt oder als elektrisch isolierende Folie, die die erste Seite des Folienstücks ganz oder teilweise überdeckt, insbesondere unter vollständiger oder teilweiser Überdeckung des an dem Folienstück angeordneten Messfühlers und/oder der an dem Folienstück angeordneten Kontaktierungsfläche und/oder der an dem Folienstück angeordneten Kontaktierungsleiterbahn. Auf die erste Seite des Folienstücks kann weiter die insbesondere als elektrisch isolierende Folie ausgebildete Isolierschicht unter stoffschlüssiger und elektrischer Verbindung einer bzw. der an dieser angeordneten, vorzugsweise mit ihr stoffschlüssig verbundenen, elektrischen Verbindungsleitung mit der Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit aufgebracht sein oder werden.

Das Anordnen und Befestigen der Foliensensoreinheit an dem Leiterbahnträger kann dabei im Übrigen unter stoffschlüssiger und elektrischer Verbindung der elektrischen Verbindungsleitung mit der Kontaktierungsfläche des Leiterbahnträgers erfolgen. Zur elektrischen Verbindung der elektrischen Verbindungsleitung mit der Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit und/oder mit der Kontaktierungsfläche des Leiterbahnträgers kann auf die elektrische Verbindungsleitung (mindestens bereichsweise) und/oder auf die Kontaktierungsfläche der Foliensensoreinheit und/oder des Leiterbahnträgers jeweils eine bzw. die elektrisch leitende, vorzugsweise lösbare Haftvermittlerschicht aufbracht werden, insbesondere eine bzw. die elektrisch leitende, vorzugsweise lösbare Klebeschicht.

Es versteht sich, das das vorgenannte Aufbringen einer, mehrerer oder sämtlicher der vorgenannten Schichten, theoretisch auch der elektrischen Verbindungsleitung, dabei im vorgenannten Bestückungs- bzw. Herstellprozess erfolgen kann, insbesondere in der Bestückungsstation oder im Prozess stromauf derselben.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Foliensensoreinheit, die zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils verwendet werden kann,

Fig. 2a)-c) verschiedene Phasen eines Verfahrens zur Herstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils, in denen die Foliensensoreinheit aus Fig. 1 an einem Leiterbahnträger befestigt wird, ebenfalls in Seitenansicht,

Fig. 3 ein gemäß den Fig. 2a)-2c) hergestelltes Sensorbauteil, dessen

Foliensensoreinheit im Rahmen eines Recyclingvorgangs von dem Leiterbahnträger gelöst wird, ebenfalls in Seitenansicht, Fig. 4a)-4c) verschiedene Phasen eines Verfahrens zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Foliensensoreinheit, ebenfalls in Seitenansicht,

Fig. 5 die Foliensensoreinheit gemäß Fig. 4c) in vergrößerter Darstellung, ebenfalls in Seitenansicht,

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Foliensensoreinheit, ebenfalls in Seitenansicht.

In Fig. 1 ist eine Foliensensoreinheit bzw. ein Foliensensor 10 gezeigt, wie sie als Bestandteil eines beispielsweise in der Fig. 2a) und 2c) gezeigten Sensorbauteils 11 verwendet werden kann.

Die Foliensensoreinheit 10 ist flexibel aufgebaut. Sie verfügt über ein flexibles (vorliegend ebenes bzw. planares) Folienstück 12 aus Kunststoff, auf das ein Messfühler 13 zur Messung eines physikalischen und/oder chemischen und/oder biologischen Parameters aufgebracht ist, nämlich auf eine erste (großflächige) Seite 14 des Folienstücks 12. Bei dem Messfühler 13 kann es sich beispielsweise um einen Temperaturmessfühler bzw. ein temperatursensitives Thermoelement handeln, mit dem die Temperatur eines Messobjekts gemessen werden kann, oder einen ph- Messfühler oder einen ionenselektiven Messfühler.

Das Folienstück 12 kann dabei aus ein- oder mehrlagiger Folie bestehen mit beispielsweise einer Dicke zwischen 2 pm und 2 mm, wobei die Folie beispielsweise Polyethylen oder ein anderes geeignetes Polymer aufweisen kann oder daraus bestehen kann.

Im vorliegenden Fall ist der Messfühler 13 als Messfühlerleiterbahn ausgebildet, die beispielsweise mittels eines additiven Bedruckungsverfahrens auf das Folienstück 12 aufgedruckt sein kann. Der Messfühler 13 kann entsprechend aus einem Material bestehen, das einen großen Temperaturkoeffizienten aufweist und eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, wie etwa Platin oder Nickel. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf derartige Temperaturmessfühler begrenzt ist, vgl. oben. Vielmehr können auch diverse andere Arten von Messfühler verwendet werden. Beispielsweise Elektroden für Leitfähigkeitsmessungen etc.

Auf der ersten Seite 14 des Folienstücks 12 sind des Weiteren elektrisch leitende Kontaktierungseiterbahnen 15 aufgebracht, an die der Messfühler 13 angeschlossen ist bzw. mit denen dieser elektrisch leitend verbunden ist.

Auch die Kontaktierungsleiterbahnen 15 können, wie auch andere Elemente der Foliensensoreinheit 10, aufgedruckt sein und aus elektrisch leitfähigem (druckfähigem) Material bestehen, wie etwa druckfähiger Tinte oder Paste, beispielsweise aus oder auf Basis von Silber, Kupfer, Kohlenstoff, kohlenstoffbasiertem Material oder leitfähigem Polymer.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen, vorliegend flexiblen Sensorbauteils 11 wird die Foliensensoreinheit 10 an einem separaten Leiterbahnträger 16 angeordnet, und an diesem befestigt, vergleiche Fig. 2a)-2c) bzw. es wird der Leiterbahnträger 16 mit der Foliensensoreinheit 10 bestückt. Und zwar in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart, dass die erste Seite 14 des Folienstücks 12 einer (großflächigen) ersten Seite 17 des Leiterbahnträgers 16 zugewandt ist.

Diese erste Seite 17 des Leiterbahnträgers 16 liegt einer zweiten Seite 18 des Leiterbahnträgers 16 gegenüber, die an die Umgebung des Sensorbauteils 11 angrenzt bzw. dieser zugewandt ist. Entsprechend sind auch der Messfühler 13 und die Kontaktierungsleiterbahnen 15 der ersten Seite 17 des Leiterbahnträgers 16 zugewandt.

Die der ersten Seite 14 des Folienstücks 12 gegenüberliegende zweite Seite 19 desselben bildet in diesem Fall eine der Außenseiten des Sensorbauteils 11.

Die Foliensensoreinheit 10 ist an dem Leiterbahnträger 16 derart angeordnet, dass im vorliegenden Fall durch Abschnitte der Kontaktierungsleiterbahnen 15 der Foliensensoreinheit 10 gebildete Kontaktierungsflächen 20 der Foliensensoreinheit 10 Kontaktierungsflächen 21 des Leiterbahnträgers 16 gegenüberliegen, die durch Abschnitte von an der ersten Seite 17 des Leiterbahnträgers 16 angeordneten Leiterbahnen 22 gebildet sind.

Jeweils eine Kontaktierungsfläche 20 der Foliensensoreinheit 10 ist im fertigen Sensorbauteil 11 elektrisch leitend mit der jeweils gegenüberliegenden Kontaktierungsfläche 21 des Leiterbahnträgers 16 elektrisch leitend verbunden.

Die Kontaktierungsflächen 20 und 21 sind zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Abschnitte der Leiterbahnen 16 bzw. 22 gebildet, dies muss aber nicht so sein. Es kann sich beispielsweise auch um separate Kontaktierungsflächen handeln, die jeweils an die Leiterbahnen 15 bzw. 22 (mittelbar) elektrisch angeschlossen sind.

Der Leiterbahnträger 16 ist vorliegend im Übrigen ebenfalls als flexibles Folienstück (Leiterbahnfolie) oder als flexibles PCB mit Leiterbahnen 22 ausgebildet. Es ist zwar bevorzugt, allerdings nicht für jede Anwendung zwingend, dass der Leiterbahnträger 16 flexibel ist. Er könnte beispielsweise auch als starre Leiterplatte (PCB) ausgebildet sein. Die Befestigung der Foliensensoreinheit 10 an dem Leiterbahnträger 16 erfolgt im vorliegenden Fall stoffschlüssig, nämlich mittels zwei unterschiedlichen, jeweils zwischen der Foliensensoreinheit 10 und dem Leiterbahnträger 16 angeordneten, jeweils an diesen anliegenden Haftvermittlerschichten 23a und 23b.

Die erste Haftvermittlerschicht 23a erstreckt sich insbesondere im Bereich des Messfühlers 13 und im Bereich von durch Abschnitte der Kontaktierungsleiterbahnen 15 gebildeten weiteren Kontaktierungsflächen 33, die den Messfühler 13 unter Anlage an diesen bereichsweise überdecken und über die die Kontaktierungsleiterbahnen 15 jeweils mit dem Messfühler 13 elektrisch leitend verbunden sind. Vorliegend ist die Haftvermittlerschicht eine doppelseitig klebende Schicht; beispielsweise ein doppelseitiger Klebefilm, flüssiger Klebstoff oder dergleichen.

Die zweite Haftvermittlerschicht 23b erstreckt sich zwischen den sich jeweils gegenüberliegenden Kontaktierungsflächen 20 und 21 der Foliensensoreinheit 10 bzw. des Leiterbahnträgers 16. Diese zweite Haftvermittlerschicht 23b ist elektrisch leitfähig ausgebildet, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktierungsflächen 20 bzw. 21 herzustellen. Auch hier kann ein entsprechender, allerdings elektrisch leitender, doppelseitiger Klebefilm, flüssiger Klebstoff oder dergleichen verwendet werden.

Bei dem Sensorbauteil 11 der Fig. 2b) und c) und der Fig. 3 befindet sich der (Haupt-)Detektionsbereich des Messfühlers 13 im Übrigen jenseits der zweiten Seite 19 des Folienstücks 12. Hierbei wird in Kauf genommen, dass beispielsweise zu detektierende Wärme erst das (allerdings dünne) Folienstück 12 durchdringen muss, bis sie auf den Messfühler 13 trifft. Vorteilhafterweise ist der Messfühler 13 allerdings in dieser Konstellation vor mechanischen Einflüssen etc. gut geschützt, da er auf der einen Seite nach außen von dem Folienstück 12 überdeckt ist, auf der anderen Seite von dem Leiterbahnträger 16.

Die stoffschlüssige Befestigung der Foliensensoreinheit 10 an dem Leiterbahnträger 16 ist im Übrigen vorzugsweise lösbar ausgebildet (auch dies muss naturgemäß nicht so sein). So können die Haftvermittlerschichten 23a, 23b etwa derart ausgebildet sein, dass die Foliensensoreinheit 10 nach Verwendung des Sensorbauteils 11 am Ende der Nutzungsdauer in einem Ablöseprozess, vgl. schematisch in Fig. 3, dort beispielhaft unter Zuhilfenahme eines Ablösekeils 24, wieder von dem Leiterbahnträger 16 abgelöst und beispielsweise einem Elektronik-Recyclingprozess zugeführt werden kann.

Das aus der Foliensensoreinheit 10 und dem Leiterbahnträger 16 bestehende Sensorbauteil 11 ist für den Betrieb des Weiteren vorzugsweise mit einer separaten, nicht dargestellten Messelektronik zum Betreiben der Foliensensoreinheit 10 bzw. insbesondere des Messfühlers 13 elektrisch verbunden. Zu diesem Zweck können beispielsweise die Leiterbahnen 22 des Leiterbahnträgers 16 elektrisch mit entsprechenden Leitungsenden der Messelektronik verbunden werden, etwa mit diesen verlötet werden.

Theoretisch denkbar ist naturgemäß auch, die Messelektronik auf dem Leiterbahnträger 16 anzuordnen oder in die Foliensensoreinheit 10 zu integrieren bzw. an dem Folienstück 12 anzuordnen.

Vorteilhafterweise können, wie eingangs bereits erwähnt, die Foliensensoreinheiten 10 separat von dem Leiterbahnträger 16 (vor-)produziert werden. Dies hat, wie eingangs bereits dargestellt, anwendungsspezifische und/oder produktionsspezifische Vorteile.

Unter anderem eröffnet dies die Möglichkeit, für das flexible Folienstück 12 bei Bedarf ein erstes Kunststoff material auszuwählen, das beispielsweise für die Produktion bzw. Anordnung des Messfühlers 13 notwendigen, höheren Produktionstemperaturen standhält, allerdings aus diesem Grund gegebenenfalls etwas starrer bzw. etwas weniger flexibel ist. Dagegen muss das flexible Folienmaterial des separaten (insbesondere separat produzierten) Leiterbahnträgers 16 diese höheren Temperaturen nicht aushalten, sodass hierfür andere, auch deutlich flexiblere Materialien gewählt werden können.

Insbesondere wenn das Sensorbauteil 11 im medizinischen Bereich verwendet werden soll, ergeben sich so besondere Vorteile. Das Material des Leiterbahnträgers 16 kann derart flexibel gewählt werden, dass es optimal an einem menschlichen Körper angeordnet werden kann. Dabei ist es natürlich vorteilhaft, wenn der Leiterbahnträger 16 (deutlich) großformatiger ist als die an ihm befestigte Foliensensoreinheit.

Entsprechend ist die erste Seite 14 der Foliensensoreinheit 10 (bzw. deren Fläche), vorliegend mindestens 50% kleiner als die erste Seite 17 des Leiterbahnträgers 16.

Es versteht sich allerdings, dass die oben erwähnte Verwendung unterschiedlicher Materialien für das flexible Folienstück 12 einerseits und für den Leiterbahnträger 16 andererseits nicht zwingend erforderlich ist. Vielmehr könnten auch die gleichen Materialarten und/oder insbesondere auch die gleichen Materialdicken verwendet werden.

In den Fig. 4-5 ist eine alternative Foliensensoreinheit 25 gezeigt.

Im Gegensatz zu der Foliensensoreinheit 10 wird bei der Foliensensoreinheit 25 nicht die erste Seite 14 des Folienstücks 12, auf der der Messfühler 13 und die Kontaktierungsleiterbahnen 15 angeordnet sind, mit dem (nicht gezeigten Leiterbahnträger 16) verbunden bzw. mit der ersten Seite 17 des Leiterbahnträgers 16, sondern die zweite Seite 19 des Folienstücks 14, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine ebene Oberfläche ohne Leiterbahnen (oder andere Bauteile) aufweist.

Die erste Seite 14 des Folienstücks 12 dagegen zeigt dann nach außen bzw. zur Umgebung des Sensorbauteils 11.

Um dennoch eine Kontaktierung zwischen dem Leiterbahnträger 16 und der Foliensensoreinheit 25 zu ermöglichen, sind elektrische Verbindungsleitungen 26 vorgesehen, die die Kontaktierungsflächen 20 und 21 der Foliensensoreinheit 25 bzw. des Leiterbahnträgers 16 elektrisch leitend miteinander verbinden. Zu diesem Zweck sind die Verbindungsleitungen 26 jeweils an einer (Unter-)Seite einer vorliegend als Folie ausgebildeten, elektrisch isolierenden Isolierschicht 27 angeordnet bzw. mit dieser (stoffschlüssig) verbunden.

Die Isolierschicht 27 bildet im Übrigen vorliegend die Außenseite der Foliensensoreinheit 25. Sie überdeckt die gesamte erste Seite 14 des Folienstücks 12, also unter anderem auch den Messfühler 13, die Kontaktierungsflächen 20 als auch die

Kontaktierungsleiterbahnen 15.

Die Isolierschicht 27 bzw. die Folie ist derart positioniert, dass die

Verbindungsleitungen 26 jeweils in Bereichen von Kontaktierungsflächen 28 den Kontaktierungsflächen 20 der Foliensensoreinheit 25 gegenüberliegenden und mit diesen elektrisch verbunden sind. Im vorliegenden Fall über eine elektrisch leitfähige Haftvermittler- bzw. Adhäsionsschicht 29.

Die elektrischen Verbindungsleitungen 26 sind dabei ausgehend von der jeweiligen, an der ersten Seite 14 des Folienstücks 12 angeordneten Kontaktierungsfläche 20 der Foliensensoreinheit 25 entlang eines Kantenbereichs 30 des Folienstücks 12 bis zu der Kontaktierungsfläche 21 des Leiterbahnträgers 16 geführt.

In Fig. 6 ist schließlich eine weitere alternative Foliensensoreinheit 31 gezeigt, die im Unterschied zur Foliensensoreinheit 25 zum einen nicht nur einen, sondern mehrere Messfühler 13 aufweist.

Zum anderen überdeckt die Isolierschicht 27 der Foliensensoreinheit 31 nicht die gesamte erste Seite 14 des Folienstücks 12. Vielmehr weist sie im Bereich der Messfühler 13 jeweils eine Öffnung bzw. Aussparung 32 auf, sodass die Messfühler 13 unmittelbar mit der Umgebung in Kontakt stehen.

Schließlich sind die Messfühler 13 in diesem Ausführungsbeispiel mehrlagig ausgebildet. Sie weisen eine untere Elektrode 13a auf sowie eine obere, darüber angebrachte Funktions- bzw. Sensitivitätsschicht 13b, wie etwa eine pH-sensitiven Schicht.

Die vorstehend beschriebenen Sensorbauteile 11 mit den Foliensensoreinheiten 10, 25 und 31 können im Rahmen eines Herstellungs- bzw. Bestückungsverfahrens, in dem die Leiterbahnträger 16 mit jeweils mindestens einer Foliensensoreinheit 10 bestückt wird, insbesondere automatisch hergestellt werden, indem a) die (insbesondere vorgefertigten) Foliensensoreinheiten 10, 25 oder 31 einer Bestückungsstation zugeführt werden, insbesondere mit einem Förderer, b) auch die (insbesondere vorgefertigten) Leiterbahnträger 16 der Bestückungsstation zugeführt werden, insbesondere mit einem Förderer, und c) in der Bestückungsstation jeweils eine Foliensensoreinheit 10, 25 oder 31 an einem Leiterbahnträger 16 angeordnet und befestigt wird unter Ausbildung der oben beschriebenen elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Foliensensoreinheit 10, 25 oder 31 und dem Leiterbahnträger 16. Und zwar insbesondere unter Verwendung von einem oder mehreren Organen zum Halten und/oder Bewegen der Foliensensoreinheit und/oder zum Halten und/oder Bewegen des Leiterbahnträgers.

Der Fachmann kennt entsprechende Organe, um das vorgenannte Anordnen und Befestigen durchzuführen (wie etwa motorisch angetriebene Arme, bspw. Roboterarme etc.).

Insofern weder die Foliensensoreinheiten 10, 25 oder 31 noch die Leiterbahnträger 16 bereits mit den notwendigen, oben beschriebenen Haftvermittlerschichten 23a, 23b und/oder 29 versehen sind, können diese Schichten entweder in der Bestückungsstation oder stromauf derselben aufgebracht werden. Die hierfür notwendigen Auftragsventile bzw. Auftragseinrichtungen sind im Stand der Technik gut bekannt.

Wenn die in den Fig. 1-3 gezeigte, die Foliensensoreinheit 10 aufweisende Sensorbauteilalternative 11 hergestellt werden soll, wird die Foliensensoreinheit 10 beispielsweise mit den Organen der Bestückungsstation derart gehandhabt, nämlich an dem Leiterbahnträger 16 angeordnet und dort befestigt, dass die erste Seite 14 des Folienstücks 12 der Foliensensoreinheit 10, 25 bzw. 31 danach der (großflächigen) ersten Seite 17 des Leiterbahnträgers 16 zugewandt ist. Dies entsprechend derart, dass die jeweilige Kontaktierungsfläche 20 der Foliensensoreinheit 10 der jeweiligen Kontaktierungsfläche 21 des Leiterbahnträgers 16 gegenüberliegt.

Wenn die die Foliensensoreinheit 25 bzw. 31 aufweisende Sensorbauteilteilalternative 11 hergestellt werden soll, wird die Foliensensoreinheit 25 bzw. 31 entsprechend mit den Organen der Bestückungsstation derart an dem Leiterbahnträger 16 angeordnet und befestigt, dass diese erste Seite 14 des Folienstücks 12 die Außenseite des Sensorbauteils 11 bildet und entsprechend die dieser ersten Seite 14 gegenüberliegende zweite (großflächige) Seite 19 des Folienstücks 14 der ersten Seite des Leiterbahnträgers 16 zugewandt ist.

Bezugszeichenliste

10 Foliensensoreinheit

11 Sensorbauteil

12 Folienstück

13 Messfühler

13a Elektrode

13b Funktionsschicht

14 erste Seite Folienstück

15 Kontaktierungsleiterbahn

16 Leiterbahnträger

17 erste Seite Leiterbahnträger

18 zweite Seite Leiterbahnträger

19 zweite Seite Folienstück

20 Kontaktierungsflächen Foliensensoreinheit

21 Kontaktierungsflächen Leiterbahnträger

22 Leiterbahnen Leiterbahnträger

23a Haftvermittlerschicht

23b Haftvermittlerschicht

24 Ablösekeil

25 Foliensensoreinheit

26 Verbindungsleitungen

27 Isolierschicht

28 Kontaktierungsflächen Verbindungsleitungen

29 Haftvermittlerschicht

30 Kantenbereich

31 Foliensensoreinheit

32 Öffnung

33 weitere Kontaktierungsfläche