DE102011077686A1

DE102011077686A1 - Druckmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102011077686A1
Application number: DE102011077686A
Authority: DE
Inventors: Aline Welter; Christoph Gmelin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-20
Also published as: WO2012171693A1

Abstract

Es wird eine Druckmessvorrichtung (110) vorgeschlagen, umfassend ein Gehäuse (114) mit einem Gehäusebasisteil (116). Das Gehäusebasisteil (116) weist mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt (120) zur elektrischen Kontaktierung der Druckmessvorrichtung (110) auf. Die Druckmessvorrichtung umfasst weiterhin mindestens ein auf mindestens einem Schaltungsträger (136) angeordnetes Drucksensorelement (138). Der Schaltungsträger (136) trägt weiterhin mindestens ein elektronisches Bauelement (140). Der Schaltungsträger (136) ist durch mindestens eine stoffschlüssige Verbindung mit den Gehäusebasisteil (116) verbunden. Die Druckmessvorrichtung (110) weist mindestens einen Elektronikraum (156) und mindestens einen ersten Druckraum (154) in dem Gehäuse (114) auf. Der erste Druckraum (154) ist von außen mit einem ersten Druck beaufschlagbar. Das elektronische Bauelement (140) ist in dem Elektronikraum (156) aufgenommen. Der erste Druckraum (154) und der Elektronikraum (156) sind jeweils durch das Gehäusebasisteil (116) und den Schaltungsträger (136) begrenzt und durch mindestens ein Dichtelement (128) des Gehäusebasisteils (116) gegeneinander abgedichtet.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Druckmessvorrichtungen zur Erfassung eines oder mehrerer Drücke in Gasen und/oder in Flüssigkeiten bekannt. Dabei können ein oder mehrere Absolutdrücke und/oder ein oder mehrere Differenzdrücke erfasst werden. Beispiele derartiger Drucksensoren, welche insbesondere unter Verwendung mikromechanischer Drucksensorelemente ausgebildet sein können, sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, Vieweg + Teubner Verlag, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, 1. Aufl., 2010, Seiten 134–136 beschrieben. Beispielsweise können dabei mikromechanische Sensorelemente verwendet werden, welche auf einem Trägerelement angeordnet sind, insbesondere einem keramischen Trägerelement, und welche durch einen Gelrahmen und ein Schutzgel abgedichtet sind.
Weitere Beispiele von Druckmessvorrichtungen sind in DE 197 31 420 A1 bzw. EP 0 927 337 B1 sowie in EP 1 521 952 B1 dargestellt. Insbesondere wird in EP 1 521 952 B1 ein Niederdrucksensor in Form eines Differenzdrucksensors beschrieben, der beispielsweise für Dieselpartikelfilter eingesetzt werden kann. Bei derartigen Differenzdrucksensoren, welche mittlerweile kommerziell erhältlich sind, sitzt üblicherweise ein Sensorchip, umfassend eine Schaltung und ein Sensorelement, die auf einem Chip monolithisch integriert sind, im Inneren mit einem Schutzgel gefüllten Rähmchen auf einem keramischen Sensorträger auf, so dass ein Schaltungsträger in Form eines Keramikhybrids entsteht. Auf diesem Schaltungsträger können sich zusätzlich Kondensatoren befinden, beispielsweise zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen. Es wird ein Gehäuse verwendet, mit einem Deckel, der ein Dichtschwert zur Abschottung eines Elektronikraums und eines Druckraums aufweist. In dem Elektronikraum sind beispielsweise Bondverbindungen, integrierte Schaltkreise oder diskrete Bauelemente angeordnet.
Bekannte Druckmessvorrichtungen, wie beispielsweise gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik, bei welchen ein Deckel mit einem Dichtschwert Druckraum und Elektronikraum trennt, setzen üblicherweise vergleichsweise komplexe Herstellungsverfahren voraus. So sind üblicherweise zwei oder mehr Klebe- und Aushärteprozesse vorhanden. Beispielsweise verlangen übliche Verfahren, dass zunächst ein Kleber für eine Klebung eines Sensormoduls dispensiert wird, dann das Sensormodul gesetzt wird und der Kleber ausgehärtet wird. Dieses Aushärten ist in vielen Fällen wichtig, damit sich das Sensormodul beim anschließenden Bonden nicht bewegt. Anschließend erfolgt üblicherweise das Bonden, bei welchem das Sensormodul mit einem elektrischen Kontakt der Druckmessvorrichtung verbunden wird. Anschließend erfolgt ein Auftrag eines Klebers für eine Verklebung des Deckels und des Dichtschwerts, sowie eine Vergelung der Bonddrähte. Schließlich wird die Deckel- und Schwertklebung ausgehärtet.
Wünschenswert wäre daher eine Druckmessvorrichtung, welche die aufwendigen Aufbaukonzepte, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, zumindest weitgehend vermeidet und welche dennoch eine hohe Medienresistenz aufweist. Weiterhin wäre ein kostengünstiges, großtechnisch realisierbares Aufbaukonzept wünschenswert, welches auch für Sensormodule auf Hybridbasis einsetzbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Es wird dementsprechend eine Druckmessvorrichtung vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Druckmessvorrichtungen zumindest weitgehend vermeidet. Unter eine Druckmessvorrichtung ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um einen oder mehrere Drücke eines oder mehrerer fluider Medien zu erfassen. Der mindestens eine Druck kann dabei beispielsweise als Absolutdruck erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch mindestens ein Differenzdruck, beispielsweise zwischen einem externen Druck und einem Referenzdruck und/oder zwischen zwei oder mehreren externen Drücken erfasst werden.
Die Druckmessvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäusebasisteil. Unter einem Gehäuse ist dabei ein Element zu verstehen, welches die Druckmessvorrichtung nach außen hin abschirmt und beispielsweise gegenüber mechanischen und/oder chemischen Einwirkungen schützt. Insbesondere kann das Gehäuse ein formstabiles Gehäuse sein, welches, zumindest unter Einwirkung seiner eigenen Gewichtskraft, seine Form nicht verändert. Das Gehäusebasisteil weist mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung der Druckmessvorrichtung auf, beispielsweise mindestens einen von außen zugänglichen Steckkontakt. Das Gehäusebasisteil und/oder das Gehäuse können beispielsweise ganz oder teilweise aus einem oder mehreren Kunststoffmaterialien hergestellt sein.
Die Druckmessvorrichtung weist weiterhin mindestens ein auf mindestens einem Schaltungsträger angeordnetes Drucksensorelement auf. Bei dem Drucksensorelement kann es sich beispielsweise um ein mikromechanisches Drucksensorelement handeln und/oder um mindestens ein Drucksensorelement, wie es beispielsweise in dem oben beschriebenen Stand der Technik ausgeführt ist. Insbesondere kann das Drucksensorelement mindestens einen Drucksensorchip umfassen. Der Drucksensorchip kann beispielsweise ganz oder teilweise aus einem Halbleitermaterial hergestellt sein. Das Drucksensorelement kann allgemein beispielsweise mindestens einen drucksensitiven und/oder dehnungssensitiven und/oder verformungssensitiven elektrischen Widerstand umfassen, dessen Widerstandswert erfasst werden kann.
Bei dem Schaltungsträger kann es sich insbesondere um einen plattenförmigen Schaltungsträger handeln, beispielsweise eine Leiterplatte. Der Schaltungsträger kann insbesondere, wie unten noch näher ausgeführt wird, ganz oder teilweise aus einem keramischen Material hergestellt sein. Auch andere Materialien sind jedoch grundsätzlich möglich.
Der Schaltungsträger trägt weiterhin mindestens ein elektronisches Bauelement. Insbesondere kann es sich hierbei um ein elektronisches Bauelement einer Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung der Druckmessvorrichtung handeln. Beispielsweise kann eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung vorgesehen sein, um mindestens ein elektrisches Signal und/oder mindestens eine Eigenschaft des Drucksensorelements zu erfassen. Beispielsweise kann das elektronische Bauelement ein oder mehrere passive elektronische Bauelemente umfassen, beispielsweise einen oder mehrere Kondensatoren. Alternativ oder zusätzlich kann das elektronische Bauelement jedoch auch ein oder mehrere elektronische Bauelemente umfassen. Insbesondere kann das elektronische Bauelement mindestens einen integrierten Schaltkreis, insbesondere einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (application-specific integrated circuit, ASIC), umfassen. Der Schaltungsträger ist durch mindestens eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Gehäusebasisteil verbunden, insbesondere über eine Verklebung.
Die Druckmessvorrichtung weist mindestens einen Elektronikraum und mindestens einen ersten Druckraum in dem Gehäuse auf. Unter einem Elektronikraum ist allgemein ein Raum zu verstehen, in welchem mindestens ein elektronisches Bauelement, beispielsweise das elektronische Bauelement, welches von dem Schaltungsträger getragen wird, angeordnet ist. Unter einem Druckraum ist allgemein ein mit einem definierten Druck beaufschlagbarer Raum in dem Gehäuse zu verstehen, vorzugsweise ein druckdicht abgeschlossener Raum, welcher beispielsweise von außen oder auch von innen mit einem Druck beaufschlagbar ist. Im Folgenden werden die Bezeichnungen „erster“ und „zweiter“ als reine Nomenklatur verwendet, ohne hierdurch eine Rangfolge vorzugeben. Weiterhin wird beispielsweise die Bezeichnung „erster“ Druckraum verwendet, ohne dass notwendigerweise ein zweiter Druckraum oder auch weitere Druckräume vorhanden sein müssen.
Der erste Druckraum ist von außen mit einem ersten Druck beaufschlagbar. Unter dem Ausdruck „von außen“ ist dabei allgemein eine Beaufschlagung aus mindestens einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Messraum zu verstehen, beispielsweise einem Messraum, welcher in einem Bauelement eine Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Die Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums von außen kann beispielsweise über mindestens einen ersten Druckstutzen erfolgen.
Das elektronische Bauelement ist in dem Elektronikraum aufgenommen. Der erste Druckraum und der Elektronikraum sind jeweils durch das Gehäusebasisteil und den Schaltungsträger begrenzt. Dies bedeutet, dass der Druckraum und der Elektronikraum jeweils durch mindestens eine von dem Gehäusebasisteil bereitgestellte erste Wandfläche und durch mindestens eine von dem Schaltungsträger bereitgestellte zweite Wandfläche begrenzt und vorzugsweise abgeschlossen werden. Vorzugsweise sind der Druckraum und der Elektronikraum jeweils nur durch das Gehäusebasisteil und den Schaltungsträger begrenzt, so dass ein Kontakt mit weiteren Elementen nicht besteht, ausgenommen gegebenenfalls eines zwischen dem Gehäusebasisteil und dem Schaltungsteil angeordneten Klebstoffs.
Weiterhin sind der erste Druckraum und der Elektronikraum durch mindestens ein Dichtelement des Gehäusebasisteils gegeneinander abgedichtet. Unter einer Abdichtung ist dabei allgemein eine technische Ausgestaltung zu verstehen, bei welcher zumindest weitgehend verhindert wird, dass auch über einen längeren Zeitraum, Medien wie beispielsweise Luft und/oder Abgase zwischen den gegeneinander abgedichteten Räumen ausgetauscht werden können und beispielsweise von dem ersten Druckraum in den Elektronikraum eindringen können.
Die Druckmessvorrichtung kann insbesondere mindestens einen zweiten Druckraum aufweisen, welcher vorzugsweise von dem ersten Druckraum und besonders bevorzugt auch von dem Elektronikraum getrennt ausgebildet ist und welcher vorzugsweise gegen den ersten Druckraum und besonders bevorzugt auch gegen den Elektronikraum abgedichtet ist. Das Drucksensorelement kann insbesondere eingerichtet sein, um einen Differenzdruck zwischen dem ersten Druckraum und dem zweiten Druckraum zu erfassen. Beispielsweise kann dementsprechend das Drucksensorelement in und/oder an mindestens einer Öffnung zwischen dem ersten Druckraum und dem zweiten Druckraum angeordnet sein.
Der zweite Druckraum kann von außen mit mindestens einem zweiten Druck beaufschlagbar sein. Beispielsweise kann der erste Druckraum mit einem ersten Druck aus einem ersten Messraum beaufschlagbar sein, und der zweite Druckraum kann mit einem zweiten Druck aus einem zweiten Messraum beaufschlagbar sein, wobei der erste Messraum und der zweite Messraum insbesondere getrennt ausgebildet sein können. Auch die Beaufschlagung des zweiten Druckraums mit dem zweiten Druck kann insbesondere über mindestens einen Druckstutzen erfolgen, welcher im Folgenden auch als zweiter Druckstutzen bezeichnet wird.
Das Gehäuse kann weiterhin mindestens ein Deckelteil aufweisen. Unter einem Deckelteil ist allgemein ein Element zu verstehen, welches von außen auf das Gehäuse aufgesetzt werden kann, um auf diese Weise ein Teil des Gehäuses zu werden. Das Deckelteil kann insbesondere mindestens einen Innenraum des Gehäuses ganz oder teilweise verschließen. Beispielsweise kann das Deckelteil auf das Gehäusebasisteil aufgesetzt werden.
Der zweite Druckraum kann insbesondere durch den Schaltungsträger und das Deckelteil begrenzt sein. Analog zur Begrenzung des ersten Druckraums und des Elektronikraums durch das Gehäusebasisteil und den Schaltungsträger bedeutet dies, dass der Schaltungsträger mindestens eine erste Wandfläche des zweiten Druckraums bereitstellt und das Deckelteil mindestens eine zweite Wandfläche des zweiten Druckraums. Besonders bevorzugt sind dies die einzigen Wandflächen, durch welche der zweite Druckraum begrenzt wird, so dass ein Medium in dem zweiten Druckraum vorzugsweise wiederum ausschließlich mit diesen Wandflächen in Kontakt kommt, sowie gegebenenfalls noch mindestens einem Klebstoff, welcher optional zwischen dem Deckelteil und dem Schaltungsträger vorhanden sein kann, in Kontakt kommt. Bevorzugt ist jedoch eine Verbindung zwischen dem Deckelteil und dem Schaltungsträger Klebstofffrei ausgestaltet.
Das Deckelteil kann insbesondere mit dem Gehäusebasisteil verbunden sein, vorzugsweise über mindestens eine stoffschlüssige Verbindung und besonders bevorzugt über mindestens eine Schweißverbindung. Beispielsweise kann das Deckelteil ebenfalls ganz oder teilweise aus mindestens einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, so kann die mindestens eine Schweißverbindung beispielsweise mindestens eine Kunststoff-Schweißverbindung umfassen. Besonders bevorzugt kann die Schweißverbindung allgemein mindestens eine Ultraschall-Schweißverbindung umfassen.
Das Deckelteil kann insbesondere über mindestens ein Halteelement das Trägerelement gegen das Gehäusebasisteil pressen. Zu diesem Zweck kann das Deckelteil beispielsweise mindestens ein Halteelement aufweisen, beispielsweise mindestens einen Niederhalter in Form mindestens eines Vorsprungs, welcher von dem Deckelteil vorsteht. Das Deckelteil kann insbesondere Klebstoff-frei auf das Trägerelement einwirken.
Das Deckelteil und das Gehäusebasisteil können insbesondere mindestens einen Innenraum des Gehäuses gegenüber einem Außenraum abschießen. Der erste Druckraum, der zweite Druckraum und der Elektronikraum können insbesondere durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und dem Gehäusebasisteil gegeneinander abgedichtet sein. Der Schaltungsträger kann insbesondere zwischen dem ersten Druckraum und dem zweiten Druckraum mindestens eine Differenzdruckbohrung aufweisen, beispielsweise eine runde und/oder polygonale Bohrung, welche sich vorzugsweise senkrecht durch den Schaltungsträger hindurch erstreckt. Das Drucksensorelement kann die Differenzdruckbohrung insbesondere zumindest teilweise abdichten. So kann beispielsweise das Drucksensorelement in dem ersten Druckraum auf dem Schaltungsträger aufsitzen und dabei die Differenzdruckbohrung überdecken.
Der Schaltungsträger kann insbesondere zumindest teilweise aus einem keramischen Material hergestellt sein. So kann der Schaltungsträger insbesondere mindestens eine keramische Leiterplatte umfassen. Allgemein kann der Schaltungsträger mindestens eine Leiterplatte umfassen, welche beispielsweise eine oder mehrere Leiterbahnen und/oder eine oder mehrere Durchkontaktierungen und/oder eine oder mehrere Kontaktstellen, beispielsweise Kontaktpads, umfassen kann.
Auf dem Schaltungsträger kann beispielsweise mindestens ein elektrischer Kontakt angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um mindestens ein Kontaktpad auf mindestens einer Oberfläche handeln. Dieser mindestens eine elektrische Kontakt kann insbesondere mindestens ein in dem Elektronikraum angeordneter elektrischer Kontakt sein oder einen auf diese Weise angeordneten elektrischen Kontakt umfassen. Der elektrische Kontakt kann insbesondere direkt oder über mindestens ein elektrisches Zwischenelement gegen mindestens einen elektrischen Gegenkontakt des Gehäusebasisteils gepresst werden, wobei der elektrische Gegenkontakt mit dem elektrischen Anschlusskontakt verbunden ist und wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt des Schaltungsträgers und dem elektrischen Anschlusskontakt hergestellt ist. Auf diese Weise kann durch eine entsprechende Pressung und/oder durch einen Kraftschluss und/oder einen Formschluss die elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt und dem elektrischen Anschlusskontakt hergestellt sein. Diese elektrische Verbindung kann vorzugsweise Lot-frei und/oder frei von stoffschlüssigen Verbindungen hergestellt sein, beispielsweise durch eine reine mechanische Verbindung. Der elektrische Kontakt des Schaltungsträgers kann beispielsweise über mindestens ein elektrisches Zwischenelement in Form mindestens eines Federkontaktelements gegen den elektrischen Gegenkontakt des Gehäusebasisteils gepresst werden, insbesondere über mindestens eine S-Feder. Das Zwischenelement kann auch ganz oder teilweise Bestandteil des Schaltungsträgers sein und/oder mit dem Schaltungsträger verbunden sein, beispielsweise indem die mindestens eine S-Feder oder eine andere Art von Zwischenelement an dem mindestens einen elektrischen Kontakt angebunden ist, beispielsweise stoffschlüssig. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Zwischenelement jedoch auch ganz oder teilweise mit dem elektrischen Gegenkontakt verbunden sein, so dass dieses beispielsweise beim Zusammenpressen des Schaltungsträgers und des Gehäusebasisteils mit dem elektrischen Kontakt des Schaltungsträgers in Berührung kommt.
Wiederum alternativ oder zusätzlich kann ein elektrischer Kontakt jedoch auch durch mindestens eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt sein oder hergestellt werden. So kann der elektrische Kontakt beispielsweise über mindestens eine elektrisch leitfähige stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise mindestens einen Leitkleber, mit mindestens einem elektrischen Gegenkontakt des Gehäusebasisteils verbunden sein, wobei beispielsweise gleichzeitig eine mechanische und eine elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt sein kann. Wiederum kann der elektrische Gegenkontakt mit dem elektrischen Anschlusskontakt verbunden sein, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt des Schaltungsträgers und dem elektrischen Anschlusskontakt hergestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine elektrische Kontakt auch beispielsweise direkt mittels mindestens einer elektrisch leitenden stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise mindestens eines Leitklebers, mit dem elektrischen Anschlusskontakt verbunden sein.
Allgemein kann die Druckmessvorrichtung derart ausgestaltet sein, dass der Schaltungsträger über mindestens ein weiteres Gehäuseteil des Gehäuses, welches vorzugsweise getrennt von dem Gehäusebasisteil ausgebildet ist, mit einem Druck beaufschlagt wird. Wie oben ausgeführt, kann dies insbesondere ein Deckelteil sein, vorzugsweise das Deckelteil, durch welches auch der optionale zweite Druckraum gebildet wird. Diese Druckbeaufschlagung kann allgemein derart erfolgen, dass die Pressung des elektrischen Kontakts auf den elektrischen Gegenkontakt bewirkt oder zumindest verstärkt wird.
Das Gehäuse kann, wie oben ausgeführt, insbesondere zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
Das elektronische Bauelement kann, wie oben ebenfalls ausgeführt, insbesondere einen integrierten Schaltkreis umfassen, insbesondere mindestens einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC).
Das elektronische Bauelement und das Drucksensorelement können insbesondere auf einer dem Gehäusebasisteil zuweisenden Seite des Schaltungsträgers angeordnet sein. Das Gehäusebasisteil kann beispielsweise eine erste Vertiefung und mindestens eine zweite Vertiefung aufweisen, wobei das Drucksensorelement in die erste Vertiefung hineinragt und wobei das elektronische Bauelement, beispielsweise der ASIC, in die zweite Vertiefung hineinragt. Die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung können insbesondere durch das Dichtelement voneinander getrennt sein. Insbesondere kann das Dichtelement mindestens ein in dem Gehäusebasisteil ausgebildetes Dichtschwert und/oder mindestens einen in dem Gehäusebasisteil ausgebildeten Dichtsteg aufweisen. So können beispielsweise die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung durch das Dichtschwert und/oder den Dichtsteg getrennt sein, wobei der Dichtsteg vorzugsweise gegen den Schaltungsträger gepresst wird und/oder mit dem Schaltungsträger durch eine Klebeverbindung verklebt ist, so dass beispielsweise ein optionaler Spalt zwischen dem Dichtsteg und dem Schaltungsträger durch die Klebeverbindung abgedichtet ist.
Das Drucksensorelement kann insbesondere zumindest teilweise durch mindestens ein Schutzgel abgedeckt sein. Das Schutzgel kann insbesondere lateral durch mindestens einen auf dem Schaltungsträger aufsitzenden Gelrahmen, beispielsweise einen Kunststoffrahmen, in seiner Ausbreitung begrenzt sein.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eine Druckmessvorrichtung gemäß einer oder mehreren der vorangehend oder nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, welche vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus weitere nicht genannte Verfahrensschritte umfassen. Weiterhin können auch einzelne oder mehrere der genannten Verfahrensschritte zeitlich überlappend und/oder gleichzeitig und/oder wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Bereitstellen des Gehäusebasisteils;
– Bereitstellen des Schaltungsträgers mit dem Drucksensorelement und dem elektronischen Bauelement;
– Auftragen eines Klebstoffs auf mindestens eines der Elemente der Gruppe bestehend aus dem Gehäusebasisteil und dem Schaltungsträger;
– Verkleben des Schaltungsträgers mit dem Gehäusebasisteil, wobei der erste Druckraum und der Elektronikraum gebildet werden und gegeneinander abgedichtet werden.

Das Verfahren kann insbesondere weiterhin mindestens einen Verfahrensschritt umfassen, wobei mindestens ein Deckelteil aufgebracht wird, wobei der optionale zweite Druckraum gebildet wird. Das Deckelteil kann insbesondere derart mit dem Gehäusebasisteil verbunden werden, dass dieses einen Druck auf den Schaltungsträger ausübt und diesen Schaltungsträger gegen das Gehäusebasisteil presst. Eine Verbindung zwischen dem Deckelteil und dem Schaltungsträger kann insbesondere Klebstoff-frei ausgeführt werden. Das Deckelteil kann insbesondere vor einem Aushärten oder zumindest vor einem vollständigen Aushärten des Klebstoffs aufgebracht werden, so dass beispielsweise der Schaltungsträger über den Klebstoff zunächst locker auf das Gehäusebasisteil aufgesetzt wird und anschließend in einem Zustand, in welchem der Klebstoff zumindest noch nicht vollständig ausgehärtet ist, durch das Deckelteil auf das Gehäusebasisteil aufgepresst wird. Anschließend kann ein Aushärten des Klebstoffs erfolgen.
Bei dem Aufbringen des Klebstoffs kann beispielsweise mindestens ein erster Kleberahmen zwischen dem Gehäusebasisteil und dem Schaltungsträger entstehen, welcher den ersten Druckraum abdichtet. Weiterhin kann mindestens ein zweiter Kleberahmen entstehen, welcher den Elektronikraum abdichtet. Allgemein kann die Druckmessvorrichtung also derart ausgestaltet sein, dass der erste Druckraum und/oder der Elektronikraum durch mindestens einen Kleberahmen zwischen dem Gehäusebasisteil und dem Schaltungsträger abgedichtet sind.
Das Deckelteil und das Gehäusebasisteil können insbesondere durch ein Schweißverfahren verbunden werden, insbesondere durch ein Kunststoffschweißverfahren und/oder durch ein Ultraschallschweißverfahren.
Die erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Insbesondere kann die Druckmessvorrichtung eingesetzt werden in einer Abgasaufbereitungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem Partikelfilter und besonders bevorzugt in einem Dieselpartikelfilter. Dementsprechend kann die Druckmessvorrichtung beispielsweise eingesetzt werden, um einen Betriebszustand einer Abgasaufbereitungsvorrichtung, beispielsweise einen Betriebszustand eines Dieselpartikelfilters, zu analysieren und/oder um eine Diagnose der Abgasaufbereitungsvorrichtung durchzuführen.
Die oben vorgeschlagene Druckmessvorrichtung und das oben vorgeschlagene Herstellungsverfahren weisen gegenüber bekannten Druckmessvorrichtungen und bekannten Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen auf. So lässt sich allgemein eine medienresistente Druckmessvorrichtung herstellen, welche sich beispielsweise als Dieselpartikelfilter-Drucksensor einsetzen lässt. Dabei lässt sich auch ein Grundkonzept mit einem Keramikhybrid, also einem zumindest teilweise keramischen Schaltungsträger, realisieren. Weiterhin lässt sich eine Medientrennung zwischen dem elektronischen Bauelement, insbesondere dem ASIC und dem Drucksensorelement realisieren. Die Druckmessvorrichtung lässt sich derart herstellen, dass weitgehend identische Prozesse zu bekannten Verfahren eingesetzt werden können. Dabei kann jedoch ein zweiter Klebe- und Härteschritt, welcher bei einer Deckelklebung bei herkömmlichen Druckmessvorrichtungen in der Regel erforderlich ist, entfallen und/oder durch die oben beschriebene optionale Schweißung ersetzt werden, beispielsweise die preiswerte Ultraschallschweißung. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die oben beschriebene Dichtigkeit und Abdichtung zwischen den Druckräumen und/oder zwischen den Druckräumen und dem Elektronikraum oder allgemein eine Abdichtung der Druckmessvorrichtung ohne zweite Klebung realisieren. Insbesondere trägt dies der Tatsache Rechnung, dass eine Ultraschallschweißung von Kunststoff auf Keramik in der Regel nicht möglich ist. Das Verfahren kann somit insbesondere derart durchgeführt werden, dass eine Deckelklebung entfallen kann, und dass eine Abdichtung des ersten Druckraums zu dem Elektronikraum durch die in der Regel ohnehin vorhandene Hybridklebung realisiert wird. Hierdurch lassen sich Fertigungsprozesse erheblich vereinfachen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Merkmale bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung; und
2 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
Ausführungsformen der Erfindung
In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung 110 dargestellt. Dabei zeigt 1 eine Schnittdarstellung durch die Druckmessvorrichtung 110, wohingegen 2 eine Explosionsdarstellung zeigt, anhand derer gleichzeitig ein mögliches Zusammenbaukonzept der Druckmessvorrichtung 110 erkennbar ist. Der Zusammenbau wird durch die in 2 eingezeichneten Pfeile 112 (Montage) symbolisiert. Beide Darstellungen werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
Die Druckmessvorrichtung 110 weist ein Gehäuse 114 auf. Das Gehäuse 114 wiederum ist mehrteilig ausgestaltet und umfasst ein Gehäusebasisteil 116 und ein Deckelteil 118. Gehäusebasisteil 116 und Deckelteil 118 können beispielsweise aus einem oder mehreren Kunststoffwerkstoffen hergestellt sein.
Das Gehäusebasisteil 116 kann, wie insbesondere aus 1 erkennbar ist, mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt 120 umfassen, welcher beispielsweise Bestandteil eines Steckers 122 der Druckmessvorrichtung 110 sein kann.
In dem Gebäusebasisteil 116 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Vertiefung 124 und eine zweite Vertiefung 126 ausgebildet, welche durch ein Dichtelement 128 in Form eines Dichtschwerts 130 voneinander getrennt sind. Das Dichtschwert 130 bildet gemeinsam mit einem Rand 132 des Gehäusebasisteils 116 eine vorzugsweise ebene Auflagefläche 134, auf der ein Schaltungsträger 136, vorzugsweise ein keramischer Schaltungsträger 136, aufliegt. Dieser keramische Schaltungsträger 136 wird im Folgenden auch als Hybrid bezeichnet.
Auf dem Schaltungsträger 136 sind auf einer dem Gehäusebasisteil 116 zuweisenden Seite mindestens ein Drucksensorelement 138 und mindestens ein elektronisches Bauelement 140, beispielsweise mindestens ein ASIC 142, angeordnet. Beispielsweise kann das Drucksensorelement 138 eine Differenzdruckbohrung 144 abdecken, welche sich durch den Schaltungsträger 136 hindurch erstreckt. Das Drucksensorelement 138 weist somit der ersten Vertiefung 124 zu. Das elektronische Bauelement 140, wobei auch mehrere elektronische Bauelemente 140 vorgesehen sein können, weist der zweiten Vertiefung 126 zu. Das Drucksensorelement 138 kann vorzugsweise auf einer der ersten Vertiefung 124 zuweisenden Seite durch ein Gel 146 abgedeckt sein, welches beispielsweise lateral durch mindestens ein Gelrähmchen 148, beispielsweise einen auf dem Schaltungsträger 136 aufsitzenden Kunststoffrahmen, an seiner Ausbreitung gehindert sein kann. Das elektronische Bauelement 140 kann, wie in 1 angedeutet, weiterhin durch eine Schutzabdeckung vollständig oder teilweise abgedeckt sein, beispielsweise durch einen Glob Top 150.
Der Schaltungsträger 136 ist derart auf das Gehäusebasisteil 116 aufgebracht, dass dieser auf der Auflagefläche 134 aufliegt. Zwischen der Auflagefläche 134 und dem Schaltungsträger ist ein Klebstoff 152 vorgesehen, welcher die erste Vertiefung 124 und die zweite Vertiefung 126 vollständig umrahmt und welcher in 2 gestrichelt dargestellt ist. Durch diesen Klebstoff 152, das Gehäusebasisteil 116 und den Schaltungsträger 136 werden ein erster Druckraum 154 und ein Elektronikraum 156 gebildet, welche gegeneinander abgedichtet sind. Der erste Druckraum 154 ist, wie in 2 erkennbar ist, durch einen ersten Druckstutzen 158 mit einem ersten Druck (in den Figuren mit P₁ bezeichnet) von außen beaufschlagbar.
Der Schaltungsträger 136 weist vorzugsweise mindestens ein in dem Elektronikraum 156 angeordneten elektrischen Kontakt 160 auf. Beispielsweise kann dieser elektrische Kontakt 160 mindestens ein Kontaktpad umfassen. Auf diesem elektrischen Kontakt 160 kann beispielsweise ein Zwischenelement 162 in Form eines Federelements angeordnet sein, beispielsweise in Form einer S-Feder. Wird der Schaltungsträger 136 gegen die Auflagefläche 134 gepresst, so wird das Zwischenelement 162 gegen einen elektrischen Gegenkontakt 164 innerhalb der zweiten Vertiefung 126 gepresst, welcher mit dem elektrischen Anschlusskontakt 120 elektrisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise entsteht eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt 160 und dem elektrischen Anschlusskontakt 120. Der elektrische Gegenkontakt 164 kann beispielsweise eine oder mehrere Kontaktflächen umfassen, wie insbesondere in 2 erkennbar ist.
Das Gehäuse 114 weist, wie oben erläutert, weiterhin das Deckelteil 118 auf. Dieses Deckelteil 118 umfasst einen Rand 166, vorzugsweise einen umlaufenden Rand 166, welcher auf einem Gehäuserand 168 des Gehäusebasisteils 116 aufliegt. Das Deckelteil 118 und das Gehäusebasisteil 116 können beispielsweise durch eine Schweißverbindung 170 miteinander verbunden sein, vorzugsweise eine Ultraschallschweißverbindung.
Weiterhin weist das Deckelteil 118 vorzugsweise mindestens ein Halteelement 172 auf, beispielsweise einen Niederhalter. Dieses Halteelement 172 kann beispielsweise über den Rand 166 vorstehen und kann auf eine dem Deckelteil 118 zuweisende Seite des Schaltungsträgers 136 drücken, um so den Schaltungsträger 136 gegen das Gehäusebasisteil 116 zu pressen. Das Halteelement 172, insbesondere der Niederhalter, können beispielsweise als umlaufender Rand und/oder als einer oder mehrere vorstehende längliche oder punktförmige Vorsprünge und/oder als Säulen ausgestaltet sein. Auch andere Ausgestaltungen des Halteelements 172 sind denkbar.
In dem Deckelteil 118 ist weiterhin vorzugsweise eine dritte Vertiefung 174 ausgebildet. Nach Aufsetzen des Deckelteils 118 auf das Gehäusebasisteil 116 bildet sich in dieser dritten Vertiefung 174 ein zweiter Druckraum 176, welcher durch den Schaltungsträger 136 und das Deckelteil 118 gebildet wird. Dieser optionale zweite Druckraum 176 ist, vorzugsweise über mindestens einen zweiten Druckstutzen 178, mit einem zweiten Druck beaufschlagbar, welcher in den Figuren auch mit P₂ bezeichnet ist. Mittels des Drucksensorelements 138 und über die Differenzdruckbohrung 144 kann ein Differenzdruck P₁ – P₂ oder P₂ – P₁ zwischen den Druckräumen 154 und 176 erfasst werden. Eine Druckverbindung zwischen dem zweiten Druckstutzen 178 und dem zweiten Druckraum 176 kann beispielsweise durch mindestens eine in 2 dargestellte Druckzuführung 180 folgen, welche beispielsweise in dem Gehäusebasisteil 116 ausgebildet sein kann. Diese kann beispielsweise auf einer von den Druckstutzen 158, 178 abgewandten Rückseite des Gehäusebasisteils 116 angeordnet sein.
Die in den 1 und 2 dargestellte Druckmessvorrichtung 110 kann beispielsweise mittels eines Aufbaukonzept realisiert werden, bei welchem zunächst ein Schaltungsträger 136, vorzugsweise ein bestückter Schaltungsträger, beispielsweise ein bestücktes Keramikhybrid, optional mit einem oder mehreren Kondensatoren und/oder einem oder mehreren Drucksensorelementen 138 im Gelrähmchen 148 und mit dem ASIC 142 unter dem Glob Top 150, mit der Vorderseite, also der bestückten Seite, nach unten in das Gehäusebasisteil 116 eingebaut wird. Die Kontaktierung kann über die ein oder mehreren Zwischenelemente 162 beispielsweise in Form elastischer S-Federn erfolgen. Derartige S-Federn sind grundsätzlich aus herkömmlichen Hochdrucksensorkonzepten bekannt. Die Abdichtung zwischen dem Elektronikraum 156 und dem ersten Druckraum 154 kann auf der Hybridvorderseite durch das, vorzugsweise in das Gehäuse 114 integrierte Dichtschwert 130 erfolgen. Der zweite Druck (hier mit P₂ bezeichnet) beaufschlagt vorzugsweise die gesamte Hybridrückseite und gelangt über die Differenzdruckbohrung 144 zum Drucksensorelement 138.
Beispielsweise können zur Herstellung der in den 1 und 2 dargestellten Druckmessvorrichtungen 110 folgende Fertigungsschritte verwendet werden, welche vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden:

– Auftragen des Klebstoffs 152 für die Hybrid- und Schwertklebung, beispielsweise mittels eines Dispenserverfahrens (siehe beispielsweise 2 und die schraffierte Fläche);
– Auflegen des Schaltungsträgers 136 auf die Auflagefläche 134 bzw. den Klebstoff 152, wobei das Auflegen vorzugsweise lose erfolgt;
– Aufsetzen des Deckelteils 118 und Verbinden des Deckelteils 118 mit dem Gehäusebasisteil 116, vorzugsweise durch ein Schweißverfahren und insbesondere durch Ultraschallschweißung;
– Aushärten des Klebstoffs 152.

Bei dem vorletzten genannten Verfahrensschritt wird vorzugsweise der Hybrid über das mindestens eine Halteelement 172 in sein Kleberbett gedrückt und fixiert. Der elektrische Kontakt stellt sich vorzugsweise aufgrund der bevorzugten S-Federn automatisch ein, welche für die Herstellung des elektrischen Kontakts auf den elektrischen Gegenkontakt 164 gepresst werden.
Die Druckmessvorrichtung 110 gemäß dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel oder auch gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann allgemein insbesondere als Differenzdrucksensor für niedrige Drücke eingesetzt werden, beispielsweise für Drücke, insbesondere Differenzdrücke, unterhalb von 100 bar, vorzugsweise Drücke unterhalb von 10 bar, beispielsweise Differenzdrücke bis typischerweise 1 bar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19731420 A1 [0002]
EP 0927337 B1 [0002]
EP 1521952 B1 [0002, 0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, Vieweg + Teubner Verlag, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, 1. Aufl., 2010, Seiten 134–136 [0001]

Claims

Druckmessvorrichtung (110), umfassend ein Gehäuse (114) mit einem Gehäusebasisteil (116), wobei das Gehäusebasisteil (116) mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt (120) zur elektrischen Kontaktierung der Druckmessvorrichtung (110) aufweist, weiterhin umfassend mindestens ein auf mindestens einem Schaltungsträger (136) angeordnetes Drucksensorelement (138), wobei der Schaltungsträger (136) weiterhin mindestens ein elektronisches Bauelement (140) trägt, wobei der Schaltungsträger (136) durch mindestens eine stoffschlüssige Verbindung mit den Gehäusebasisteil (116) verbunden ist, wobei die Druckmessvorrichtung (110) mindestens einen Elektronikraum (156) und mindestens einen ersten Druckraum (154) in dem Gehäuse (114) aufweist, wobei der erste Druckraum (154) von außen mit einem ersten Druck beaufschlagbar ist und wobei das elektronische Bauelement (140) in dem Elektronikraum (156) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (154) und der Elektronikraum (156) jeweils durch das Gehäusebasisteil (116) und den Schaltungsträger (136) begrenzt sind und durch mindestens ein Dichtelement (128) des Gehäusebasisteils (116) gegeneinander abgedichtet sind.
Druckmessvorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Druckmessvorrichtung (110) mindestens einen zweiten Druckraum (176) aufweist, wobei das Drucksensorelement (138) eingerichtet ist, um einen Differenzdruck zwischen dem ersten Druckraum (154) und dem zweiten Druckraum (176) zu erfassen.
Druckmessvorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gehäuse (114) weiterhin mindestens ein Deckelteil (118) aufweist, wobei der zweite Druckraum (176) durch den Schaltungsträger (136) und das Deckelteil (118) begrenzt ist.
Druckmessvorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Deckelteil (118) mit dem Gehäusebasisteil (116) verbunden ist, wobei das Deckelteil (118) über mindestens ein Halteelement (172) den Schaltungsträger (136) gegen das Gehäusebasisteil (116) presst.
Druckmessvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Schaltungsträger (136) mindestens ein elektrischer Kontakt (160) angeordnet ist, wobei der elektrische Kontakt (160) direkt oder über mindestens ein elektrisches Zwischenelement (162) gegen mindestens einen elektrischen Gegenkontakt (164) des Gehäusebasisteils (116) gepresst wird, wobei der elektrische Gegenkontakt (164) mit dem elektrischen Anschlusskontakt (120) verbunden ist, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt des Schaltungsträgers (136) und dem elektrischen Anschlusskontakt (120) hergestellt ist.
Druckmessvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Bauelement (140) mindestens einen integrierten Schaltkreis, insbesondere mindestens einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (142), aufweist.
Druckmessvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Bauelement (140) und das Drucksensorelement (138) auf einer dem Gehäusebasisteil (116) zuweisenden Seite des Schaltungsträgers (136) angeordnet sind.
Druckmessvorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gehäusebasisteil (116) mindestens eine erste Vertiefung (124) und mindestens eine zweite Vertiefung (126) aufweist, wobei das Drucksensorelement (138) in die erste Vertiefung (124) hineinragt und wobei das elektronische Bauelement (140) in die zweite Vertiefung (126) hineinragt.
Druckmessvorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Vertiefung (124) und die zweite Vertiefung (126) durch das Dichtelement (128) voneinander getrennt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Druckmessvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen des Gehäusebasisteils (116), – Bereitstellen des Schaltungsträgers (136) mit dem Drucksensorelement (138) und dem elektronischen Bauelement (140), – Auftragen eines Klebstoffes (152) auf mindestens eines der Elemente der Gruppe bestehend aus den Gehäusebasisteil (116) und dem Schaltungsträger (136), – Verkleben des Schaltungsträgers (136) mit dem Gehäusebasisteil (116), wobei der erste Druckraum (154) und der Elektronikraum (156) gebildet werden und gegeneinander abgedichtet werden.