WO2009065795A2 - Drucksensor - Google Patents

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WO2009065795A2
WO2009065795A2 PCT/EP2008/065642 EP2008065642W WO2009065795A2 WO 2009065795 A2 WO2009065795 A2 WO 2009065795A2 EP 2008065642 W EP2008065642 W EP 2008065642W WO 2009065795 A2 WO2009065795 A2 WO 2009065795A2
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Dietmar Schultz
Ralf Schimmel
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Continental Automotive Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0061—Electrical connection means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes

Definitions

  • the invention relates to a pressure sensor, consisting of a pressure sensor cell, arranged on the pressure sensor cell contacts and electrical connection cables.
  • the invention is therefore based on the object to provide a pressure sensor which allows reliable signal transmission even under harsh operating conditions and corresponding to the measured values.
  • the pressure sensor should be simple in construction and inexpensive to manufacture and assemble.
  • the object is achieved in that the pressure sensor cell is arranged in a contact frame, that the contact frame has contacts, that the contacts of the contact frame are connected at one end to the terminal contacts of the pressure sensor cell and that the contacts at the other end for connection to the electrical Connecting lines are formed.
  • the possibility is opened to attach the pressure sensor cell separately to another component and thus optimally fit this component to the Adjustment conditions.
  • two different contacts can now be used, wherein each contact is optimally adapted to the respective conditions of use. The previous attachment and contact owed compromises are thus avoided.
  • This is made possible by the two connection points at each end of the contacts in the contact frame.
  • the pressure sensor cell can be contacted with the contact frame such that this contact is optimally aligned with the pressure sensor cell.
  • an optimized contact with the connection lines can be selected via the second end of the contacts in the contact frame.
  • the pressure sensor cell can be made simpler and cheaper because the mounting and mounting now takes place over the contact frame. In this respect, the additional costs for the further component have a less pronounced effect.
  • a particularly good connection which ensures reliable contact even under the most difficult operating conditions, such as vibrations, is achieved by connecting the first ends of the contacts of the contact frame to the connection contacts of the pressure sensor cell by means of bonded wires.
  • the contact points between the contact frame and the pressure sensor cell are provided with a protective layer.
  • the protective layer may be, for example, a lacquer.
  • a good contacting of the electrical connection lines, which may also be arranged in particular on a printed circuit board, with the contact frame is achieved in that the second ends of the contacts of the contact frame by means of soldering connections are connected to the electrical connection lines.
  • This embodiment has the advantage that the soldering as a standard contact due to low operating costs incurred in final assembly, since the complete assembly can also be prefabricated.
  • the contacting of the electrical connection lines can also be effected by press-fitting or by the pin-in-paste method. These contact formations are also characterized by their low cost.
  • the contacts are particularly easy to manufacture and handle, if they are designed as stamped grid.
  • a particularly good bonding during bonding is achieved according to a further embodiment in that the contacts are coated on the first end with aluminum, preferably roll-clad, or with gold, preferably applied by electroplating.
  • An improved positioning and mounting of the pressure sensor to other components, preferably a printed circuit board, is achieved in that the contact frame has positioning and mounting projections.
  • the contact frame has projections, which are designed for positioning and mounting the pressure sensor cell.
  • the receptacles are designed as latching hooks which interact with latching points on the holding component, preferably a printed circuit board. But it is also conceivable to form the receptacles as pins, which engage in holes in the circuit board, preferably by means of press fit.
  • the contact frame for receiving further components preferably a housing for the pressure sensor cell is formed.
  • the training may consist in that on the contact frame guides, latching hooks or locking points are arranged, which serve to fasten the other components.
  • FIG. 1 shows a pressure sensor according to the invention on a printed circuit board
  • FIG. 2 shows a contact frame in the view from below
  • Figure 3 the contact frame of Figure 2 with a pressure sensor cell
  • Figure 4 a pressure sensor with housing.
  • FIG. 1 shows a pressure sensor 1 which is arranged on a printed circuit board 2.
  • the pressure sensor 1 consists of a pressure sensor cell 3, which is pressed into a contact frame 4.
  • In the contact frame 4 four contacts 5 are arranged, which engage with their second end 6 in each case a bore 7 in the circuit board 2.
  • On the invisible back of the circuit board 2, the second ends 6 of the contacts 5 are soldered.
  • the holes 7 are part of the connecting lines. 8
  • the contact frame 4 shown in Figure 2 is made of plastic and has a ring 9 for receiving the pressure sensor cell.
  • On the ring 9 molded locking hooks 10 serve to fix the pressure sensor cell.
  • the contacts 5 are arranged, wherein three contacts 5 are shown in the installed position and a contact 5 in an exploded view.
  • the contacts 5 are injected into the ring 9.
  • the respective first ends 11 of the contacts 5 are within the ring 9.
  • the respective second ends 6 are outside the contact frame 4.
  • the contact frame 4 further has a pin 12 for correct mounting on the circuit board.
  • integrally formed latching hooks 13 serve the additional mechanical connection with the circuit board, as shown in Figure 4 below.
  • FIG. 3 shows the connection of the contact frame 4 with the pressure sensor cell 3 inserted in it.
  • the electrical connection of the pressure sensor cell 3 to the contact frame 4 takes place via a bond connection.
  • connection contacts 14 At the bottom of the pressure sensor cell 3 there are four connection contacts 14, to each of which a wire 15 is bonded. The respective other end of the wires 15 is bonded to the respective first end 11 of the contacts 5.
  • a coating applied to the contacts 5 and the terminal contacts 14 lacquer layer protects the bonds against environmental influences.
  • FIG. 4 shows the printed circuit board 2 with mounted pressure sensor 1 from below.
  • the pin 12 of the pressure sensor 1 is used for positional alignment.
  • the pressure sensor 1 is held mechanically by means of the two latching hooks 13, which latch in the printed circuit board 2.
  • a housing 16 is provided which rests the ring 9 enclosing on the upper side of the printed circuit board 2.
  • a seal 17 is arranged in the housing 16.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Drucksensor 1, bestehend aus einer Drucksensorzelle 3, an der Drucksensorzelle 3 angeordneten Kontakten 5 und elektrischen Anschlussleitungen 8. Die Drucksensorzelle 3 ist in einem Kontaktrahmen 4 angeordnet. Der Kontaktrahmen 4 besitzt Kontakte 5, wobei die Kontakte 5 des Kontaktrahmens 4 an einem ersten Ende 11 mit den Anschlusskontakten 14 der Drucksensorzelle 3 verbunden und die Kontakte 5 an ihrem zweiten Ende 6 zur Verbindung mit den elektrischen Anschlussleitungen 8 ausgebildet sind.

Description

Beschreibung
Drucksensor
Gegenstand der Erfindung ist ein Drucksensor, bestehend aus einer Drucksensorzelle, an der Drucksensorzelle angeordneten Kontakten und elektrischen Anschlussleitungen.
Derartige Drucksensoren sind seit langem bekannt und somit Stand der Technik. Die elektrischen Anschlussleitungen sind mit den Kontakten an der Drucksensorzelle mittels Löten verbunden. Infolge des Einsatzes solcher Drucksensoren unter rauen Betriebsbedingungen sind die Kontaktierungen, insbesondere durch starke Vibrationen, besonders gefährdet. Hierbei kann es zu Beschädigungen der Kontaktierung der elektrischen Anschlussleitungen an den Kontakten kommen, welche von verfälschten elektrischen Signalen bis hin zum Ausfall der Signalweiterleitung führen .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor zu schaffen, der auch unter rauen Betriebsbedingungen eine zuverlässige und den Messwerten entsprechende Signalweiterleitung ermöglicht. Der Drucksensor soll darüber hinaus einfach aufgebaut und kostengünstig in Herstellung und Monta- ge sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Drucksensorzelle in einem Kontaktrahmen angeordnet ist, dass der Kontaktrahmen Kontakte besitzt, dass die Kontakte des Kontaktrahmens an einem Ende mit den Anschlusskontakten der Drucksensorzelle verbunden sind und dass die Kontakte an ihrem anderen Ende zur Verbindung mit den elektrischen Anschlussleitungen ausgebildet sind.
Mit dem Vorsehen eines Kontaktrahmens wird die Möglichkeit eröffnet, die Drucksensorzelle separat an einem weiteren Bauteil zu befestigen und somit dieses Bauteil optimal an die Einsatzbedingungen anzupassen. Vor allem mit der Kontaktie- rung der Drucksensorzelle im Kontaktrahmen und der Kontaktie- rung der elektrischen Anschlussleitungen mit dem Kontaktrahmen können nunmehr zwei verschiedene Kontaktierungen einge- setzt werden, wobei jede Kontaktierung optimal an die jeweiligen Einsatzbedingungen angepasst ist. Der bisherigen Befestigung und Kontaktierung geschuldete Kompromisse werden somit vermieden. Ermöglicht wird das durch die beiden Verbindungsstellen an jeweils einem Ende der Kontakte im Kontaktrahmen. So kann über das erste Ende der Kontakte die Drucksensorzelle derart mit dem Kontaktrahmen kontaktiert werden, dass diese Kontaktierung optimal auf die Drucksensorzelle ausgerichtet ist. Dagegen kann über das zweite Ende der Kontakte im Kontaktrahmen eine an die Verbindung mit den Anschlussleitungen optimierte Kontaktierung gewählt werden. Darüber hinaus kann die Drucksensorzelle einfacher aufgebaut und kostengünstiger werden, da die Halterung und Befestigung nunmehr über den Kontaktrahmen erfolgt. Insofern wirken sich die zusätzlichen Kosten für das weitere Bauteil weniger stark aus.
Eine besonders gute Verbindung, die auch unter schwierigsten Einsatzbedingungen wie Vibrationen eine zuverlässige Kontaktierung gewährleistet, wird dadurch erreicht, dass die ersten Enden der Kontakte des Kontaktrahmens mit den Anschlusskon- takten der Drucksensorzelle mittels gebondeter Drähte verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kontaktstellen zwischen Kontaktrahmen und Drucksensorzelle mit einer Schutz- schicht versehen. Auf diese Weise ist die Kontaktierung gegen Umwelteinflüsse geschützt. Die Schutzschicht kann beispielsweise ein Lack sein.
Eine gute Kontaktierung der elektrischen Anschlussleitungen, die insbesondere auch auf einer Leiterplatte angeordnet sein können, mit dem Kontaktrahmen wird dadurch erreicht, dass die zweiten Enden der Kontakte des Kontaktrahmens mittels Lötver- bindungen mit den elektrischen Anschlussleitungen verbunden sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass mit dem Löten als eine Standardkontaktierung aufgrund geringer Betriebsmittelkosten in der Endmontage entstehen, da die komplette Bau- gruppe auch vorgefertigt werden kann.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen kann die Kontaktie- rung der elektrischen Anschlussleitungen auch durch Einpressen oder nach dem Pin-in-paste-Verfahren erfolgen. Diese Aus- bildungen der Kontaktierung sind zeichnen sich ebenfalls durch ihre geringen Kosten aus.
Die Kontakte lassen sich besonders einfach herstellen und handhaben, wenn sie als Stanzgitter ausgebildet sind.
Eine besonders gute Kontaktierung beim Bonden wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung dadurch erreicht, wenn die Kontakte an dem ersten Ende mit Aluminium, vorzugsweise walzplattiert, oder mit Gold, vorzugsweise galvanisch aufgebracht, beschichtet sind.
Eine schnelle und zuverlässige Kontaktierung mit den elektrischen Anschlussleitungen wird dadurch erreicht, wenn die Kontakte an dem zweiten Ende verzinnt sind.
Eine verbesserte Positionierung und Halterung des Drucksensors an anderen Bauteilen, vorzugsweise einer Leiterplatte, wird dadurch erreicht, dass der Kontaktrahmen Anformungen zur Positionierung und Halterung besitzt.
Für eine zuverlässigen Sitz der Drucksensorzelle und einen Schutz der Kontaktierung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Kontaktrahmen Anformungen besitzt, welche zur Positionierung und Halterung der Drucksensorzelle ausgebildet sind. In einer besonders einfachen Ausgestaltung sind die Aufnahmen als Rasthaken ausgebildet, die mit Raststellen am haltenden Bauteil, vorzugsweise einer Leiterplatte, zusammenwirken. Es ist aber auch denkbar, die Aufnahmen als Zapfen auszubilden, die in Bohrungen der Leiterplatte, vorzugsweise mittels Presspassung, eingreifen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Kontaktrahmen zur Aufnahme für weitere Bauteile, vorzugsweise ein Gehäuse für die Drucksensorzelle, ausgebildet. Die Ausbildung kann darin bestehen, dass am Kontaktrahmen Führungen, Rasthaken oder Raststellen angeordnet sind, die dem Befestigen der weiteren Bauteile dienen.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1: einen erfindungsgemäßen Drucksensor auf einer Leiterplatte,
Figur 2: einen Kontaktrahmen in der Ansicht von unten,
Figur 3: den Kontaktrahmen aus Figur 2 mit einer Drucksensorzelle und
Figur 4: einen Drucksensor mit Gehäuse.
Figur 1 zeigt einen Drucksensor 1, der auf einer Leiterplatte 2 angeordnet ist. Der Drucksensor 1 besteht aus einer Druck- sensorzelle 3, welche in einem Kontaktrahmen 4 eingepresst ist. Im Kontaktrahmen 4 sind vier Kontakte 5 angeordnet, die mit ihrem zweiten Ende 6 in jeweils eine Bohrung 7 in der Leiterplatte 2 eingreifen. Auf der nicht sichtbaren Rückseite der Leiterplatte 2 sind die zweiten Enden 6 der Kontakte 5 verlötet. Die Bohrungen 7 sind Teil der Anschlussleitungen 8. Der in Figur 2 dargestellte Kontaktrahmen 4 besteht aus Kunststoff und besitzt einen Ring 9 zur Aufnahme der Drucksensorzelle. Am Ring 9 angeformte Rasthaken 10 dienen der Fixierung der Drucksensorzelle. Im Bodenbereich des Kontaktrah- mens 4 sind die Kontakte 5 angeordnet, wobei drei Kontakte 5 in Einbaulage und ein Kontakt 5 in Explosionsdarstellung gezeigt sind. In der Einbaulage sind die Kontakte 5 in den Ring 9 eingespritzt. Die jeweils ersten Enden 11 der Kontakte 5 liegen innerhalb des Rings 9. die jeweils zweiten Enden 6 liegen außerhalb des Kontaktrahmens 4. Der Kontaktrahmen 4 besitzt weiter einen Zapfen 12 zur lagerichtigen Montage auf der Leiterplatte. Am Kontaktrahmen 4 angeformte Rasthaken 13 dienen der zusätzlichen mechanischen Verbindung mit der Leiterplatte, wie nachfolgend in Figur 4 dargestellt.
Figur 3 zeigt die Verbindung des Kontaktrahmens 4 mit der in ihn eingesetzten Drucksensorzelle 3. Die elektrische Verbindung der Drucksensorzelle 3 mit dem Kontaktrahmen 4 erfolgt über eine Bondverbindung. Am Boden der Drucksensorzelle 3 be- finden sich vier Anschlusskontakte 14, an denen jeweils ein Draht 15 aufgebondet ist. Das jeweils andere Ende der Drähte 15 ist an das jeweils erste Ende 11 der Kontakte 5 aufgebondet. Eine an den Kontakten 5 und den Anschlusskontakten 14 aufgebrachte Lackschicht schützt die Bondverbindungen vor Um- welteinflüssen.
Figur 4 zeigt die Leiterplatte 2 mit montiertem Drucksensor 1 von unten. Zur lagerichtigen Ausrichtung dient der Zapfen 12 des Drucksensors 1. Mechanisch gehalten wird der Drucksensor 1 mittels der beiden Rasthaken 13, die in der Leiterplatte 2 verrasten. Zum weiteren Schutz des Drucksensors 1 ist ein Gehäuse 16 vorgesehen, welches den Ring 9 umschließend auf der Oberseite der Leiterplatte 2 aufliegt. Zum weiteren Schutz der Drucksensorzelle 3 ist im Gehäuse 16 eine Dichtung 17 an- geordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Drucksensor, bestehend aus einer Drucksensorzelle, an der Drucksensorzelle angeordneten Kontakten und elekt- rischen Anschlussleitungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drucksensorzelle (3) in einem Kontaktrahmen (4) angeordnet ist, dass der Kontaktrahmen (4) Kontakte (5) besitzt, dass die Kontakte (5) des Kontaktrahmens (4) an einem ersten Ende (H) mit den Anschlusskontakten (14) der Drucksensorzelle (3) verbunden sind, und dass die Kontakte (5) an ihrem zweiten Ende (6) zur Verbindung mit den elektrischen Anschlussleitungen (8) ausgebildet sind.
2. Drucksensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die ersten Enden (11) der Kontakte (5) des Kontaktrahmens (4) mit den Anschlusskontakten (14) der Drucksensorzelle (3) mittels gebon- deter Drähte (15) verbunden sind.
3. Drucksensor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf den Kontaktstellen (14, 11) zwischen Drucksensorzelle (3) und Kontaktrahmen (4) eine Schutzschicht, insbesondere eine Feuchtig- keitsschutzschicht, angeordnet ist.
4. Drucksensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweiten Enden (6) der Kontakte (5) des Kontaktrahmens (4) mit den elektri- sehen Anschlussleitungen (8) mittels Lötverbindungen, Einpressen oder Pin-in-paste-Verfahren verbunden sind.
5. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kon- takte (5) als Stanzgitter ausgebildet sind.
6. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontakte (5) an dem ersten Ende (11) mit Aluminium, vorzugsweise walzplattiert, oder mit Gold, vorzugsweise galvanisch aufgebracht, beschichtet sind.
7. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontakte (5) an ihrem zweiten Ende (6) verzinnt sind.
8. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontaktrahmen (4) Anformungen (12, 13) besitzt, welche zur Positionierung und Halterung an anderen Bauteilen, vor- zugsweise einer Leiterplatte (2) , ausgebildet sind.
9. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontaktrahmen (4) Anformungen (10) besitzt, welche zur Po- sitionierung und Halterung der Drucksensorzelle (3) ausgebildet sind.
10. Drucksensor nach Anspruch 8 und 9, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aufnahmen (10, 13) als Rasthaken ausgebildet sind.
11. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass am Kontaktrahmen (4) Führungen, Rasthaken oder Raststellen zur Aufnahme weiterer Bauteile, vorzugsweise einem Gehäuse (16) für die Drucksensorzelle (3), angeordnet sind.
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