DE19928917A1

DE19928917A1 - Drucksensorvorrichtung

Info

Publication number: DE19928917A1
Application number: DE19928917A
Authority: DE
Inventors: Kurt Weiblen; Tore Toennesen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2000-12-28
Also published as: JP2001033338A; US6354153B1

Abstract

Bei einer Drucksensorvorrichtung mit einem Baugruppenträger und mit einem auf dem Baugruppenträger angeordneten, bis auf eine Öffnung geschlossenen Sensorgehäuse mit einem innerhalb des Sensorgehäuses angeordneten und mit dem Baugruppenträger elektrisch verbundenen Druckaufnehmer und mit einem Druckanschluß, umfassend einen Anschlußstutzen und einen Druckkanal mit einem Eingang und einem Ausgang, wird vorgeschlagen, den Druckanschluß als ein unabhängig von dem Sensorgehäuse hergestelltes und an dem Baugruppenträger festlegbares Formteil auszubilden, wobei ein an dem Formteil ausgebildeter Ausgang des Druckkanals mit einer Öffnung des Sensorgehäuses zumindest mittelbar verbunden ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Drucksensorvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 43 34 123 A1 bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen wird ein Sensorgehäuse mit einem darin enthaltenen Halbleiter-Druck aufnehmer, zum Beispiel einem Siliciumchip, als SMD-Bauteil (Surface Mounting Device) auf eine Leiterplatte aufgebracht. Das Sensorgehäuse weist ein Bodenteil und ein Deckelteil auf, wobei dem Bodenteil des Sensorgehäuses ein Druckanschluß an geformt ist, welcher einen Anschlußstutzen zum Anschluß eines Druckschlauchs sowie einen darin angeordneten Druckkanal auf weist, durch welchen der Halbleiter-Druckaufnehmer mit einem Druck beaufschlagbar ist. Da bei den bekannten Drucksensor vorrichtungen der Druckanschluß ein Teil des Sensorgehäuses ist, wird bei der Bestückung des Sensorgehäuses auf dem Bau gruppenträger das Sensorgehäuse immer zusammen mit dem Druck anschluß aufgebracht. Bei der Bestückung von weiteren SMD- Bauteilen ist der von dem Baugruppenträger abstehende An schlußstutzen des Druckanschlusses oft hinderlich. Weiterhin ist nachteilig, daß nach der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlüssen des Sensorgehäuses und der Leiterplatte keine optische Lötstellenkontrolle durchge führt werden kann, da die entsprechenden Instrumente wegen des Druckanschlusses nicht nahe genug an die Lötstellen her angeführt werden können.

Kundenwünsche erfordern, daß der Anschlußstutzen des Druck sensors entweder an der Oberseite des Baugruppenträgers oder an der Unterseite absteht. Auch an Form und Ausbildung des Anschlußstutzens werden unterschiedliche Anforderungen ge stellt. Da bei den bekannten Vorrichtungen der Druckanschluß ein Teil des Sensorgehäuses ist, müssen für die unterschied lichen Anwendungen verschiedenartige Komplettsysteme mit Ge häuse, Druckanschluß, Halbleiter-Druckaufnehmer und allen sonstigen Komponenten bereitgehalten werden.

Vorteile der Erfindung

Durch die Drucksensorvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Druckanschluß als ein unabhängig von dem Sensorge häuse hergestelltes und an dem Baugruppenträger festlegbares Formteil ausgebildet, wobei ein an dem Formteil ausgebilde ter Ausgang des Druckkanals mit einer Öffnung des Sensorge häuses zumindest mittelbar verbunden ist. Durch diese Merk male wird vorteilhaft erreicht, daß das Sensorgehäuse unab hängig von dem Druckanschluß auf den Baugruppenträger aufge bracht werden kann. Vorteilhaft können so relativ einfach hergestellte Sensoren verwandt werden, deren sehr flaches Sensorgehäuse eine Trägerplatte und ein auf der Trägerplatte aufgebrachtes Deckelteil mit einer in dem Deckelteil ange ordneten Bohrung aufweist. Derartige Sensoren, die zur Ver wendung als Barometer angeboten werden, weisen keinen Druck anschluß auf und können von den Herstellen relativ preisgün stig bezogen werden. Nach dem automatischen Bestücken und Verlöten des Sensorgehäuses auf dem Baugruppenträger können die Lötstellen bequem überprüft werden und weitere SMD- Bauelemente und andere Komponenten auf den Baugruppenträger ungehindert bestückt werden. Nach Fertigstellung des Bau gruppenträgers wird der Druckanschluß an dem Baugruppenträ ger derart befestigt, daß der an dem Druckanschluß ausgebil deter Ausgang des Druckkanals mit der Öffnung des Sensorge häuses mittel- oder unmittelbar verbunden ist. Vorteilhaft wird eine Beschädigung des Druckanschlusses beim Auflöten von Bauelementen auf den Baugruppenträger vermieden. Durch die Festlegung des Druckanschlusses an dem Baugruppenträger wird darüber hinaus eine einfache und zugleich sehr zuver lässige Befestigung des Druckanschlusses erreicht, da dieser nicht allein am Sensorgehäuse befestigt ist. Durch diese Maßnahme wird auch vermieden, daß die Lötstellen des Sensors beim Aufstecken des Druckschlauches belastet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale erreicht.

So kann die Verbindung zwischen dem Druckkanal des Druckan schlusses und der Öffnung des Sensorgehäuses durch ein zwi schen dem Ausgang des Druckkanals und der Öffnung des Sen sorgehäuses angeordnetes Dichtungsteil in einfacher Weise abgedichtet werden. Der Druckanschluß kann hierfür eine den Ausgang des Druckkanals umgebende Versenkung aufweisen, in welche das Dichtungsteil eingelegt ist.

Vorteilhaft sind an dem Druckanschluß Befestigungsmittel zur Festlegung des Druckanschlusses an dem Baugruppenträger vorgesehen sind, die als Rastmittel ausgebildet sind. Beson ders vorteilhaft ist, wenn die Rastmittel in einer senkrecht zu der mit dem Sensorgehäuse versehenen Oberseite des Bau gruppenträgers verlaufenden Steckrichtung in Ausnehmungen des Baugruppenträgers einrastbar sind.

Ist die Öffnung des Sensorgehäuses an der von dem Baugrup penträger abgewandten Oberseite des Sensorgehäuses angeord net und der Ausgang des Druckkanals an einem dem Baugruppen träger zugewandten Abschnitt des Druckanschlusses ausgebil det, so kann beim Aufrasten des Druckanschlusses der Dich tungsring vorteilhaft zwischen Sensorgehäuse und Druckan schluß eingespannt werden. Hierzu weist der Druckanschluß wenigstens einen elastisch verformbaren Federarm auf, wel cher das Dichtungsteil gegen das Sensorgehäuse andrückt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, den An schlußstutzen des Druckanschlusses abgewinkelt zu gestalten und durch einen Durchbruch des Baugruppenträgers zu der von dem Sensorgehäuse abgewandten Unterseite des Baugruppenträ gers hindurchzuführen. Vorteilhaft ist hierfür keine Abände rung des Sensorgehäuses erforderlich.

Der Druckanschluß kann vorteilhaft aus Kunststoff gefertigt sein, beispielsweise als einfaches Spritzgußteil.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Druckanschlusses aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbei spiel der Erfindung und

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Baugruppenträger 1 dargestellt, beispiels weise eine Leiterplatte, eine keramische Mehrlagenschaltung ein Stanzgitter oder ein anderer geeigneter Baugruppenträger. Auf der Oberseite des Baugruppenträgers 1 ist ein Sensorge häuse 12,15 mit einem darin enthaltenen Druckaufnehmer 10 an geordnet. Das Sensorgehäuse umfaßt eine Bodenplatte 12, wel che in diesem Ausführungsbeispiel ein keramischer Träger ist, und einen kappenartigen Deckel 15. Der Deckel 15 und die Bo denplatte 12 bilden einen Hohlraum aus, in dem der Druckauf nehmer 10 angeordnet ist. Durch eine Öffnung 13 in der von dem Baugruppenträger 1 abgewandten Oberseite 18 des Deckels 15 kann ein Druck in den Innenraum geleitet werden. Der Druckaufnehmer 10 kann beispielsweise einen Siliciumchip 19 umfassen, der mit einer Vertiefung 17 versehen ist und auf einem Glassockel 14 so angeordnet ist, daß die Vertiefung 17 von dem Glassockel 14 hermetisch dicht abgedeckt wird. Ein Abschnitt des Siliciumchips 19 mit verminderter Materialstär ke oberhalb der Vertiefung 17 bildet eine verformbare Mem bran. Durch nicht dargestellte piezoresistive Elemente im Be reich der Membran sind mechanische Spannungen in der Membran nachweisbar und über auf dem Silicumchip 19 angeordnete elek tronische Schaltungsteile auswertbar. Bonddrähte verbinden den Siliciumchip 19 mit Durchkontaktierungen 16, die in der keramischen Bodenplatte 12 angeordnet sind. Auf der Untersei te der Bodenplatte 12 sind nicht dargestellte Anschlüsse aus gebildet, die mit den Durchkontaktierungen 16 elektrisch ver bunden sind. Die Anschlüsse auf der Unterseite der Bodenplat te 12 werden in SMD-Technik (Surface Mounted Device) mit Lei terbahnen auf der Oberseite des Baugruppenträgers 1 verlötet. Hierzu wird das Sensorgehäuse als SMD-Bauteil zusammen mit anderen Bauelementen auf den Baugruppenträger 1 aufgebracht und in einem Reflow-Prozeß mit dem Baugruppenträger verlötet. Aber auch andere Ausführungen sind denkbar, bei denen das Sensorgehäuse mit von der Unterseite abstehenden Anschluß beinchen auf den Baugruppenträger aufgelötet wird oder aber in Durchsteckmontage oder einer der anderen bekannten Monta gearten von elektrischen und elektronischen Bauelementen auf Baugruppenträger montiert wird.

Wie nun weiterhin in Fig. 1 zu erkennen ist, wird der Druck anschluß 2 durch ein separat von dem Sensorgehäuse 12,15 her gestelltes Formteil gebildet. Das Formteil 2 kann beispiels weise als Spritzgußteil aus Kunststoff hergestellt werden. Aber auch andere Ausführungen sind denkbar, bei denen das Formteil aus einem anderen Material, beispielsweise aus Me tall gefertigt wird. Der Druckanschluß 2 weist einen An schlußstutzen 21 auf, in dem ein Druckkanal 23 mit einem Ein gang 22 und einem Ausgang 24 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Druckkanal 23 im Querschnitt kreisförmig ausgebildet. Der Ausgang 24 ist von einer Vertiefung 26 umgeben, in die ein Dichtungsring 3 aus beispielsweise Gummi eingelegt ist. Zwei geschlitzte Rastzapfen 28 sind mit dem Anschlußstutzen 21 über elastisch biegsame Federarme 27 verbunden. Die Enden der Rastzapfen 28 sind mit Rasthaken 29 versehen. Die Rastzapfen 29 sind derart an dem Formteil 2 angeordnet, daß sie an der mit dem Ausgang 24 des Druckkanals 23 versehenen Unterseite des Formteils senkrecht abstehen. Bei der Montage werden die Rastzapfen 28 des Druckanschlusses 2 in Ausnehmun gen 40 des Baugruppenträgers 1 eingeführt, bis die Rasthaken 29 an der Unterseite des Baugruppenträgers hinter den Rändern der Ausnehmungen 40 rastend eingreifen. Der Abstand der Rast haken 29 von dem Dichtungsring 3 ist dabei etwas kleiner be messen als der Abstand der Unterseite des Baugruppenträgers 1 von der Oberseite 18 des Sensorgehäuses, so daß der Dich tungsring 3 durch die Spannkraft der elastisch biegsamen Fe derarme 27 gegen die Oberseite 18 des Sensorgehäuses im Be reich der Öffnung 13 angepreßt wird und so den Übergangsbe reich zwischen Druckkanal 23 und Sensorgehäuse 15 abdichtet.

Wie in Fig. 2 dargestellt, stützt sich der Druckanschluß 2 zusätzlich mit zwei seitliche Anschläge 30 an der Oberseite des Baugruppenträgers 1 ab. Die Anschläge 30 geben dem Druck anschluß zusätzlichen Halt auf dem Baugruppenträger und be grenzen die Eindringtiefe der Rastzapfen beim Aufstecken des Druckanschlusses. Insgesamt wird so eine besonders stabile Festlegung des Druckanschlusses an dem Baugruppenträger 1 er reicht.

Die Öffnung 13, die Vertiefung 26, der Dichtungsring 3 und der Druckkanal 23 sind in Fig. 1 koaxial zueinander angeord net. Es ist aber auch möglich an Stelle des Dichtungsrings 3 einen Adapter als Verbindungsmittel zwischen Druckanschluß 2 und Sensorgehäuse 15 vorzusehen. Die Öffnung 13 muß in diesem Fall nicht mit dem Druckkanal 23 fluchten. Auch ist es mög lich, an Stelle des elastischen Dichtungsrings 3 einen Dicht bereich an dem Abschnitt 25 des Formteils auszubilden, bei spielsweise in Form einer umlaufenden elastisch verformbaren Rippe. Auch andere Maßnahmen zur Abdichtung des Übergangs vom Ausgang 24 in die Öffnung 13 sind möglich.

In Fig. 3 und Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der Druckanschluß etwa anders ausgeführt ist. Im Unterschied zu Fig. 1 verläuft bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 der Druckkanal 23 ausgehend von der Ausgangsöffnung 24 in einem oberen Abschnitt 31 des Druckanschlusses zunächst parallel zum Baugruppenträger 1 und anschließend in dem Anschlußstutzen 21 senkrecht nach unten. Der Anschlußstutzen 21 ist dabei durch einen Durchbruch 41 des Baugruppenträgers 1 hindurchgeführt, so daß der Eingang 22 des Druckkanals 23 von der Unterseite des Baugruppenträ gers I aus zugänglich ist. An Stelle des Dichtungsringes in Fig. 1 ist in Fig. 3 ein zylindersymmetrischer Dichtkörper 3 aus elastischem Material in eine Versenkung 26 an der dem Baugruppenträger 1 zugewandten Seite 25 des Druckanschlusses eingesetzt. Der Dichtkörper 3 weist einen zentralen Durchlaß 37 auf steht mit einem trichterförmigen Abschnitt von dem Druckanschluß 2 ab. Beim Einklipsen der drei Rastzapfen 28 in die Ausnehmungen 40 des Baugruppenträgers 1 drückt sich der trichterförmige Abschnitt des Dichtkörpers 3 flanschartig an die Oberseite 18 des Sensorgehäuses 15 an, so daß der Über gangsbereich zwischen dem Ausgang 24 des Druckkanals 23 und der Öffnung 13 abgedichtet wird. Bei der Herstellung des in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Druckanschlusses 2 als Spritzguß teil muß wegen des parallel zum Baugruppenträger 1 verlaufen den Abschnitts des Druckkanals 23 ein seitlicher Schieber im Spritzgußwerkzeug verwandt werden. Die nach Entfernung des Schieber verbleibende Öffnung 32 in dem Druckkanal 23 zwi schen dem Abschnitt 31 und dem Anschlußstutzen 21 kann an schließend durch einen Klebstoff, einen Kugelverschluß 33 oder durch Verstemmen oder in anderer Weise verschlossen wer den.

Mit der oben beschriebenen Drucksensorvorrichtung ist ein sehr flacher und stabiler Aufbau mit preiswerten Mitteln er reichbar. Bei der Festlegung eines Druckschlauches an dem An schlußstutzen 21 wird durch die stabile Verbindung zwischen dem Druckanschluß 2 und dem Baugruppenträger 1 eine Belastung der Lötstellen zwischen den Anschlüssen des Sensorgehäuses 12,15 und den Kontaktflächen des Baugruppenträgers vermieden. Vorteilhaft kann bei der Herstellung der Drucksensorvorrich tung zunächst das Sensorgehäuse auf den Baugruppenträger auf gelötet werden und anschließend der Druckanschluß aufgesteckt werden. Der Druckanschluß kann daher auch preiswert aus einem Material gefertigt werden, welches gegen die hohen Temperatu ren beim Löten nicht beständig ist.

Claims

1. Drucksensorvorrichtung mit einem Baugruppenträger (1) und mit einem auf dem Baugruppenträger (1) angeordneten, bis auf eine Öffnung geschlossenen Sensorgehäuse (12, 15) mit einem innerhalb des Sensorgehäuses (12, 15) angeordneten und mit dem Baugruppenträger (1) elektrisch verbundenen Druckaufneh mer (10) und mit einem Druckanschluß (2), umfassend einen Anschlußstutzen (21) und einen Druckkanal (23) mit einem Eingang (22) und einem Ausgang (24), dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanschluß (2) als ein unabhängig von dem Sensor gehäuse (12, 15) hergestelltes und an dem Baugruppenträger (1) festlegbares Formteil (2) ausgebildet ist, wobei ein an dem Formteil ausgebildeter Ausgang (24) des Druckkanals (23) mit einer Öffnung (13) des Sensorgehäuses (12, 15) zumindest mittelbar verbunden ist.

2. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem Ausgang (24) des Druckkanals (23) und der Öffnung (13) des Sensorgehäuses (12, 15) ein den Übergangsbereich des Druckkanals (23) in das Sensorgehäuse nach außen abdichtendes Dichtungsteil (3) angeordnet ist.

3. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druckanschluß (2) eine den Ausgang (24) des Druckkanals (23) umgebende Versenkung (26) aufweist, in welche das Dichtungsteil (3) eingelegt ist.

4. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß an dem Druckanschluß (2) Befestigungsmittel (28) zur Festlegung des Druckanschlusses an dem Baugruppen träger (1) vorgesehen sind.

5. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Befestigungsmittel (28) als Rastmittel ausgebildet sind.

6. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rastmittel (28) in einer senkrecht zu der mit dem Sensorgehäuse (12, 15) versehenen Oberseite des Bau gruppenträgers (1) verlaufenden Steckrichtung in Ausnehmun gen (40) des Baugruppenträgers (1) einrastbar sind.

7. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Öffnung (13) des Sensorgehäuses an der von dem Baugruppenträger (1) abgewandten Oberseite (18) des Sen sorgehäuses (12, 15) angeordnet ist und daß der Ausgang (24) des Druckkanals (23) an einem dem Baugruppenträger (1) zuge wandten Abschnitt (25) des Druckanschlusses (2) ausgebildet ist.

8. Drucksenoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichet, daß das Dichtungsteil (3) bei an dem Baugruppenträger (1) festgelegtem Druckanschluß (2) zwi schen Sensorgehäuse (15) und Druckanschluß (2) eingespannt wird.

9. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druckanschluß (2) wenigstens einen ela stisch verformbaren Federarm (27) aufweist, welcher das Dichtungsteil (3) gegen das Sensorgehäuse (12, 15) andrückt.

10. Drucksensorvorrichtung nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (21) des Druckanschlusses (2) abgewinkelt ist und durch ei nen Durchbruch (41) des Baugruppenträgers (1) zu der von dem Sensorgehäuse (12, 15) abgewandten Unterseite des Baugruppen trägers (1) hindurchgeführt ist.

11. Drucksensorvorrichtung nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanschluß (2) aus Kunststoff gefertigt ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt das Sensorgehäuse (12, 15) mit darin enthaltenem Druckaufnehmer (10) auf den Baugruppenträger (1) aufgebracht wird und anschließend in einem zweiten Schritt der Druckan schluß (2) an dem Baugruppenträger derart befestigt wird, daß der an dem Druckanschluß (2) ausgebildeter Ausgang (24) des Druckkanals (23) mit einer Öffnung (13) des Sensorgehäu ses (12, 15) zumindest mittelbar verbunden ist.