Beschreibung

Titel

Sensorvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Sensorvorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2005 040 781 Al eine Sensorvorrichtung mit einem Gehäuse, einem Sensorelement, einem Auswerteelement und einem Trägerelement bekannt, wobei das Sensorelement und das Trägerelement an dem Gehäuse und das Auswerteelement an dem Trägerelement angebracht sind. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass das Auswerteelement mit dem Sensorelement über Bonddrähte elektrisch verbunden ist, wobei zur Herstellung der Bonddraht- Verbindung ein zusätzlicher Herstellungsschritt benötigt wird und wobei Bonddrahtverbindungen vergleichsweise empfindlich gegenüber mechanischen Erschütterungen und Temperaturschwankungen sind. Andererseits ist eine elastische Schutzhülle zum Schutz des Auswerteelements und/oder des Sensorelements vor mechanischen Erschütterungen des Gehäuses nicht vorgesehen.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäß Sensorvorrichtung und das erfindungsgemäß Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Auswerteelement durch das Schutzmedium vor mechanischen Einflüssen, wie Stößen oder Erschütterungen, deutlich besser geschützt ist und gleichzeitig eine vergleichsweise robuste elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement in einfacherer und bauraumkompakterer Weise über das Trägerelement hergestellt wird, so dass zusätzliche Herstellungsschritte zur Her- Stellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement einsparbar sind. Ferner wird durch das Schutzmedium gleichzeitig eine Pas- sivierung des Auswerteelements realisiert, so dass ein weiterer Herstellungsschritt zur Her-

Stellung einer Passivierung einsparbar ist und das Auswerteelement vor Korrosion geschützt wird. Weiterhin ermöglicht die Anordnung des Schutzmediums zwischen dem Auswerteelement und dem Außengehäuse vorzugsweise die Verwendung eines Moldgehäuses als Außengehäuse, da das Auswerteelement allein durch das Schutzmedium vor Korrosion und vor mechanischen Erschütterungen geschützt wird. Besonders bevorzugt ist das Auswerteelement, das Trägerelement und/oder das Sensorelement zumindest teilweise oder vollständig von dem Schutzmedium eingehüllt, wobei ganz besonders bevorzugt durch die variable Formgebung des Schutzmediums ein Außengehäuse mit einer beliebigen Gehäuseform oder einer beliebigen Gehäusestruktur, insbesondere auch ein vergleichsweise kostengünstiges Standardgehäuse, verwendbar ist. Alternativ ist eine besonders kostengünstige Herstellung der Sensorvorrichtung dadurch möglich, dass das Schutzmedium zur Herstellung des Außengehäuses direkt umspritzt mit dem zweiten Material des Außengehäuses wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schutzmedium ein elastisches und/oder ein kompressibles erstes Material umfasst, wobei vorzugsweise das Außengehäuse ein zweites Material umfasst, welches weniger elastisch ist als das erste Material ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft wird der Schutz des Auswerteelements vor mechanischen Stößen und Erschütterungen durch ein elastisches und/oder kompressibles erstes Material deutlich erhöht, wobei das Auswerteelement durch das weniger elastische zweite Material des Außengehäuses vor irreversiblen und direkten äußeren Kraftwirkungen geschützt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung ein Innengehäuse aus einem dritten Material aufweist, welches das Auswerteelement und/oder das Trägerelement zumindest teilweise umschließt, wobei vorzugsweise das dritte Material weniger elastisch als das erste Material ausgebildet ist. Durch das Innengehäuse wird besonders vorteilhaft der Schutz des Auswerteelements vor Korrosion oder mechanischen Einflüssen in erheblicher Weise erhöht. Insbesondere wirkt eine Spannkraft des kom- pressiblen ersten Materials im Falle der Verformung des ersten Materials in Folge von mechanischen Einflüssen, wie Stößen oder Erschütterungen, nicht unmittelbar auf das Sensorelement, sondern vorzugsweise auf das Innengehäuse. Das Auswerteelement wird somit besonders bevorzugt wenigstens in einer Richtung von drei Materialschichten geschützt, wobei die elastische Materialschicht aus dem ersten Material zwischen zwei Materialschichten aus den weniger elastischen zweiten und dritten Materialien angeordnet ist. Der erzielba-

re Schutz vor mechanischen Stößen und Erschütterungen, sowie vor Korrosion ist somit im Vergleich zum Stand der Technik in erheblicher Weise gesteigert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schutzmedium eine erste Aussparung, das Außengehäuse eine zweite Aussparung und/oder das Innengehäuse eine dritte Aussparung aufweist, wobei die erste, die zweite und/oder die dritte Aussparung vorzugsweise über bzw. im Bereich eines drucksensitiven Bereichs des Sensorelements angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist somit zumindest ein Teilbereich des Sensorelements von außerhalb des Gehäuses erreichbar, wobei beispielsweise ein Außendruck auf den drucksensitiven Bereich des Sensorelements durch die erste, die zweite, und/oder die dritte Aussparung gelangt, wobei gleichzeitig das Auswerteelement, welches insbesondere zur Auswertung von elektrischen Signalen des Sensorelements vorgesehen ist, durch das Schutzmedium einen maximalen Schutz vor der Außenatmosphäre außerhalb des Außengehäuses und somit vor Korrosion aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Auswerteelement mit dem Sensorelement, insbesondere über dass Trägerelement, elektrisch leitfähig verbunden sind und/oder dass das Außengehäuse einen Kanal aufweist. Besonders vorteilhaft fungiert somit das Trägerelement sowohl zur mechanischen Fixierung des Auswerte- elements und des Sensorelements, als auch zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Auswerteelement und dem Sensorelement, wobei im Vergleich zum Stand der Technik erheblich weniger Bauraum benötigt wird und wobei das Trägerelement vorzugsweise eine Leiterplatte, wenigstens eine Leiterbahn und/oder eine Platine umfasst, welche starr und/oder flexibel ausgebildet sind. Eine derartige elektrisch leitfähige Verbin- düng ist wesentlich langlebiger und widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Erschütterungen, Temperaturschwankungen und/oder Korrosion als eine im Stand der Technik vorgeschlagene Bonddrahtverbindung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrich- tung wenigstens ein Kontaktelement, insbesondere einen Anschlusspin, aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktelement elektrisch leitfähig mit dem Trägerelement, dem Auswerteelement und/oder dem Sensorelement elektrisch leitfähig verbunden ist. Besonders vorteilhaft sind somit das Auswerteelement und/oder das Sensorelement von außen elektrisch kon- taktierbar, so dass beispielsweise ein Datentransfer mit dem Auswerteelement und/oder dem Sensorelement und/oder eine Energieversorgung des Auswerteelement und/oder des Sensorelements von außerhalb des Außengehäuses ermöglicht werden. Bevorzugt ist durch einen unmittelbaren elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Trägerelement und dem

Kontaktelement ein weiterer Kontaktierungsprozess bei der Herstellung der Sensorvorrichtung einsparbar. Das Außengehäuse umfasst besonders bevorzugt eine Steckerfassung für das Kontaktelement, so dass ein Stecker, insbesondere ein kostengünstiger Standardstecker, zur Kontaktierung des Auswerteelements und/oder des Sensorelements verwendbar und ganz besonders bevorzugt mit dem Außengehäuse verrastbar sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement ein mikromechanisches Bauelement, vorzugsweise einen Drucksensor, und/oder das Auswerteelement ein elektrisches, ein elektronisches und/oder ein weiteres mikroelektronisches Bauelement umfasst. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Auswerteelement ein mikroelektronisches Bauelement umfasst, welches zum Auslesen und/oder zum Ansteuern des Sensorelements vorgesehen ist, wobei das Sensorelement ganz besonders bevorzugt ein Drucksensor umfasst, welcher einen Außendruck durch die erste, die zweite und/oder die dritte Aussparung detektiert und ein Signal in Abhängigkeit des gemessenen Drucks erzeugt und an das Sensorelement und/oder an das Kontaktelement weitergibt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement zumindest teilweise von einem elastischen und/oder einem kompressiblen vierten Material umschlossen ist, wobei das vierte Material vorzugsweise elastischer als das zweite und/oder das dritte Material ausgebildet ist. Besonders bevorzugt werden somit Teile des Sensorelements und/oder elektrische Anschlüsse des Sensorelements durch das vierte Material umhüllt bzw. bedeckt, so dass ein Herstellungsschritt zur wenigstens teilweisen Passivierung des Sensorelements einsparbar ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Auswerteelement, das Sensorelement und/oder das Trägerelement mit dem Schutzmedium umhüllt wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Schutzmedium zumindest teilweise mit dem zweiten Material umhüllt wird. Besonders vorteilhaft wird somit eine Sensorvorrichtung mit den oben genannten Vorteilen in einer im Vergleich zum Stand der Technik deutlich einfacheren und erheblich kostengünstigeren Weise hergestellt. Vorzugsweise umfasst der erste und/oder der zweite Verfahrensschritt einen Standard- MoId- Prozess, welcher vergleichsweise gut beherrschbar und kostengünstig ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten Verfahrensschritt das Schutzmedium mit der ersten Aussparung und/oder mit dem Kanal und/oder im zweiten Verfahrensschritt das zweite Material mit der zweiten Aussparung versehen wird, so dass

besonders vorteilhaft bereits im Herstellungsprozess des Außengehäuses der Kanal, insbesondere zur Einleitung eines Druckes zum Sensorelements, ausgebildet wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem dritten Ver- fahrensschritt das Auswerteelement und/oder zumindest teilweise das Trägerelement mit dem dritten Material umhüllt wird und/oder dass in einem vierten Verfahrensschritt das Sensorelement zumindest teilweise mit dem vierten Material umhüllt wird, wobei der dritte Verfahrensschritt vorzugsweise zeitlich vor dem ersten und/oder vor dem zweiten Verfahrensschritt durchgeführt wird und/oder dass im zweiten Verfahrensschritt ein Schieber zur BiI- düng des Kanals umspritzt wird. Besonders vorteilhaft ermöglicht der vierte Verfahrensschritt die Verwendung eines Sensorelements ohne Passivierungsschicht, da Teile des Sensorelements oder elektrische Anschlüsse des Sensorelements durch das vierte Material vor Korrosion geschützt werden. Durch das Umspritzen des Schiebers im zweiten Verfahrensschritt wird besonders vorteilhaft direkt ein Kanal am Außengehäuse ausgebildet, so dass die Sen- sorvorrichtung bzw. das Sensorelement beispielsweise vor Strahlwasser oder Druck durch eingeschlossenes, gefrorenes Wasser im Bereich des drucksensitiven Bereichs des Sensorelements geschützt wird.

Ausführungsbeispiels der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfol- genden Beschreibung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen.

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer zwei- ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Figur 3 eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer dritten

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal erwähnt.

In Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer bei- spielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Sensorvorrichtung 1 ein Außengehäuse 2 und ein Trägerelement 3 aufweist, wobei auf dem Trägerelement 3 ein Sensorelement 4 und ein Auswerteelement 5 angeordnet sind und wobei ferner zwischen dem Auswerteelement 5 und dem Außengehäuse 2 ein Schutzmedium 6 zum Schutz des Auswerteelements 5 vor Korrosion und vor äußeren mechanischen Einflüs- sen, wie Stößen oder Erschütterungen, angeordnet ist. Das Schutzmedium 6 umfasst ein elastisches und kompressibles erstes Material 6', wobei das Außengehäuse 2 ein zweites Material 2' umfasst, welches weniger elastisch als das erste Material 6' ausgebildet ist. Ferner weist die Sensorvorrichtung 1 ein Innengehäuse 7 aus einem dritten Material T auf, welches das Auswerteelement 5 und das Trägerelement 3 zumindest teilweise umschließt und wobei das dritte Material T weniger elastisch als das erste Material 6' ausgebildet ist. Das Schutzmedium 6 weist eine erste Aussparung 8', das Außengehäuse 2 eine zweite Aussparung 8" und das Innengehäuse 7 eine dritte Aussparung 8'" aufweist, wobei die erste, die zweite und die dritte Aussparung 8', 8", 8'" jeweils über einem drucksensitiven Bereich 9 des Sensorelements 4 angeordnet sind, so dass das Sensorelement 4 bzw. zumindest ein TeN- bereich des Sensorelements 4 nach außen offen bzw. von außerhalb des Außengehäuses 2 erreichbar ist. Insbesondere umfasst das Sensorelement 4 einen Drucksensor, wobei durch die erste, zweite und dritte Aussparung 8', 8", 8'" ein zu messender Druck in den drucksensitiven Bereich des Sensorelements 4 gelangt. Das Auswerteelement 5 ist mit dem Sensorelement 4 über des Trägerelement 3 elektrisch leitfähig verbunden, wobei die Sensorvorrich- tung 1 ferner wenigstens ein Kontaktelement 10, insbesondere einen Anschlusspin, aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktelement 10 elektrisch leitfähig mit dem Trägerelement 3 verbunden ist. Das Auswerteelement 5 umfasst ein mikroelektronisches Bauelement zum Steuern und Auslesen des Sensorelements 4, wobei das Auswerteelement 5 über das Kontaktelement 10 von außen elektrisch kontaktierbar ist. Ferner ist das Sensorelement 4 zu- mindest teilweise von einem elastischem und kompressiblen vierten Material 11' umschlossen, wobei das vierte Material 11' elastischer als das zweite und das dritte Material 2', T ausgebildet ist und wobei das vierte Material 11' als Passivierungsschicht für einen Teilbereich des Sensorelements 1 fungiert.

In Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform der ersten Ausführungsform illustriert in Figur 1 identisch ist, wobei die Sensorvorrich-

tung 1 kein viertes Material 11' aufweist, welche das Sensorelement 4 umhüllt. Das Sensorelement 4 wird vielmehr teilweise von dem Schutzmedium 6 umhüllt, so dass das Schutzmedium 6 somit auch einen Korrosionsschutz für einen Teilbereich des Sensorelements 4 darstellt. Ferner bedeckt das Schutzmedium 6 auch die dritte Aussparung 6'", so dass das Aus- werteelement 5, das Trägerelement 3, sowie das Innengehäuse 7 vom Schutzmedium 6 im Wesentlichen vollständig umhüllt und somit vor mechanischen Einflüssen und Korrosion geschützt sind.

In Figur 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform identisch der zweiten Ausführungsform illustriert in Figur 2 ist, wobei die erste Aussparung 6' als Kanal 8 ausgebildet ist. Durch den Kanal 6 wird eine gekrümmte oder ein abgeknickte Druckeinlassöffnung zum drucksensitiven Bereich des Sensorelements 4 realisiert, so dass senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Sensorelements das Außengehäuse 2 trotz der ersten Aussparung 8' geschlossen ist. Somit wird eine Anordnung der Sensorvorrichtung ermöglicht, wobei eindringendes Strahlwasser oder Druck durch eingeschlossenes, gefrierendes Wasser verhindert wird. Besonders vorteilhaft wird ein derartiger Kanal 8 durch das Umspritzen beispielsweise eines in einem Gehäusewerkzeug enthaltenen Schiebers 31 im zweiten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Sensor- Vorrichtung hergestellt.