DE10054013B4

DE10054013B4 - Drucksensormodul

Info

Publication number: DE10054013B4
Application number: DE10054013A
Authority: DE
Inventors: Winfried Kuhnt; Martin Mast; Masoud Dr. Habibi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: WO2002037074A1; US6805010B2; DE10054013A1; US20030115967A1; AU2153802A; BR0107390A; CN1332190C; AU775608B2; JP2004513339A; EP1334342A1; RU2279650C2; CN1633587A; KR20020065617A; RU2002120909A

Abstract

Drucksensormodul zumindest bestehend aus einem Modulgehäuse (3) mit einem Stutzen (33), in dem eine Öffnung (11) für ein zu messendes Medium angeordnet ist, und einem Drucksensor, der in einem mit einer Sensorgehäuseöffnung versehenen und separat von dem Modulgehäuse (3) ausgebildeten Sensorgehäuse (8) angeordnet ist und durch ein in dem Sensorgehäuse auf den Drucksensor aufgebrachtes Deckmittel (12) geschützt ist, wobei das Sensorgehäuse (8) in einer Vertiefung (15) des Modulgehäuses (3) zumindest teilweise an dem Modulgehäuse (3) anliegt und in der Vertiefung durch eine Kunststoffumspritzung oder eine Vergussmasse (17) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Sensorgehäuseöffnung umgebender Teil des Sensorgehäuses (8) an dem Modulgehäuse anliegt, so dass die Sensorgehäuseöffnung die Öffnung (11) des Stutzens vollständig umschließt und dass die Kunststoffumspritzung oder Vergussmasse (17) das Sensorgehäuse (8) in der Vertiefung (15) bis auf den an dem Modulgehäuse anliegenden Teil des Sensorgehäuses und die Sensorgehäuseöffnung vollständig umschließt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Drucksensormodul nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist schon ein Drucksensormodul bekannt, ( DE 197 23 615 A1 ), bei dem zur Abdichtung und Halterung des Sensorgehäuses zusätzliche Dichtelemente und Umformvorgänge am Modulgehäuse erforderlich sind.

Aus der WO 98/00692 A1 ist eine Drucksensorvorrichtung bekannt, die einen Halbleiterchip mit einem Drucksensor aufweist. Die Anordnung ist für die Montage auf einer Leiterplatte vorgesehen. Die elektrischen Anschlüsse des Halbleiterchips sind nicht im Kunststoff des Gehäuses luftdicht eingespritzt. Bei Vorhandensein eines Unterdrucks im Bereich des Drucksensors gegenüber dem Außenbereich wird Luft entlang den Anschlüssen in das Gel gezogen und führt zu einer mechanischen Belastung der Bonddrähte bzw. Bondverbindungen.

Außerdem verfälscht die Trennmembran infolge ihrer nicht zu vernachlässigenden Steifigkeit die Druckkennlinie des Halbleiterchips. Bei höheren Anforderungen an die Messgenauigkeit ist daher eine Vergrößerung des Membrandurchmessers sowie eine Reduzierung der Membrandicke notwendig. Dieses beeinträchtigt die Miniaturisierung.

Aus den mstnews 2/99, Seiten 8 bis 9, ist ein Drucksensorchip bekannt, der als Einzelteil in ein Drucksensormodulgehäuse montiert und dort befestigt wird. Eine Kalibrierung des Drucksensors ist erst nach Montage des Drucksensorchips möglich, da die Montage des Drucksensorchips sowie eine Passivierung mit Hilfe eines Deckmittels eine Kalibrierungskurve beeinflusst. Zum Kalibrieren muß also das gesamte Modulgehäuse mit dem befestigten Drucksensor verschiedenen Temperaturen und Drücken ausgesetzt werden, um eine Kalibrierung vorzunehmen. Dies ist aufgrund der langen Wartezeit zum Erwärmen des großen Sensorgehäuses sowie aufgrund der geringen Packungsdichte beim Abgleich sehr aufwendig.

Außerdem wird beim bekannten Drucksensor der Ausschuß beim Kalibrieren erst nach der Montage des Sensorchips detektiert. In diesem Fall kann das teure Drucksensormodulgehäuse nicht mehr verwendet werden. Dies erhöht die Ausschußkosten.

Aus der DE 197 314 20 A1 ist ein Drucksensormodul bekannt, bei dem der Drucksensor durch einen Deckel druckdicht abgeschlossen ist. Diese Art der Montage ebenso wie die Verwendung eines Keramiksubstrats ist aufwendig. Ausserdem muss der Rahmen, der das Gel umfasst, extra auf dem Keramiksubstrat befestigt werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Drucksensormodul mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise ein Drucksensor in einem Modulgehäuse montiert ist und ein Drucksensormodul hergestellt werden kann.

Um den Drucksensor in seinem Sensorgehäuse auf vorteilhafte Weise vor äußeren Umgebungseinflüssen zu schützen und druckdicht abzukapseln, wird das Sensorgehäuse durch eine Kunststoffumspritzung oder eine Vergußmasse umschlossen. Durch die Kunststoffumspritzung oder die Vergußmasse wird ferner ein gasdichter Durchgang der Anschlusselemente erreicht.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Drucksensormoduls möglich.

Vorteilhafterweise besteht ein Sensorgehäuse aus Kunststoff, weil dies leicht herzustellen ist.

Auf vorteilhafte Weise sind elektrische Anschlusselemente von dem Sensorgehäuse zumindest teilweise umschlossen, wodurch sie gehalten werden und ein Durchgang der Anschlusselemente durch das Sensorgehäuse erreicht wird.

Es ist vorteilhaft, wenn der Drucksensor Elemente zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit aufweist.

Kondensatoren, als Elemente zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit, werden auf vorteilhafte Weise durch Leitkleber, Löten oder Schweißen auf den elektrischen Anschlüssen elektrisch und mechanisch verbunden.

Als Deckmittel für den Drucksensorchip wird vorteilhafter Weise ein medienresistentes Gel wie z.B. Fluor-Silikon-Gel verwendet, so dass andere Schutzmassnahmen nicht notwendig sind.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drucksensormoduls,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drucksensormoduls, und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drucksensormoduls.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensormoduls 1.
Das Drucksensormodul 1 besteht unter anderem aus einem Modulgehäuse 3, in dem ein Drucksensor 6, bspw. in Form eines Sensorchips, in einem Sensorgehäuse 8 angeordnet ist. Dabei steht der Drucksensor 6 in Kontakt mit einem zu messenden Medium 10, das bspw. über einen Stutzen 33 zum Drucksensor 6 gelangt. Das Sensorgehäuse 8 hat bspw. eine U-Form, wobei die Öffnung der U-Form in Verbindung mit dem zu messenden Medium 10 steht und eine Öffnung 11 des Stutzens 33 vollständig umschliesst.
Der Drucksensor 6 ist in seinem Sensorgehäuse 8 durch ein Deckmittel, beispielsweise ein Gel, abgedeckt und so geschützt.
Das Sensorgehäuse 8 ist beispielsweise in einer Vertiefung 15 des Modulgehäuses 3 angeordnet und bspw. durch eine Gußmasse 17 vollständig umschlossen. Die Gußmasse 17 dichtet das Sensorgehäuse 8 und das Modulgehäuse 3 so ab, daß ein zu messendes Medium 10 nicht in die Vertiefung 15 gelangt. Ausserdem kann die auszuhärtende Gussmasse 17 das Sensorgehäuse 8 in der Vertiefung 15 halten und dichtet auch die durch das Sensorgehäuse 8 verlaufenden elektrischen Anschlüsse 21 ab.
Auf einen Deckel, der die Vertiefung 15 luftdicht abkapselt und vor äußeren Einflüssen schützt, kann hier verzichtet werden.
Der Drucksensor 6 ist mit Bonddrähten 19 mit den elektrischen Anschlußelementen 21 verbunden, die die Verbindung zu äußeren elektrischen Steckerelementen 25 herstellen. Die Steckerelemente 25 dienen zur Verbindung an eine elektronische Steuerung. Die Verbindungsstelle 23 der Steckerelemente 25 mit den Anschlusselementen 21, hergestellt durch Schweissen oder Löten, liegt ebenfalls in der Vertiefung 15 in der Vergussmasse 17.
Das Drucksensormodul 1 weist in der Vertiefung 15 beispielsweise weiterhin zumindest ein Element 27 zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit, beispielsweise in Form von Kondensatoren, auf. Die Kondensatoren 27 sind beispielsweise mittels Leitkleber, Löten oder Schweissen auf den elektrischen Anschlußelementen 21 oder Steckerelementen 25 elektrisch und mechanisch befestigt. Die Kondensatoren 27 sind bspw. direkt auf der Verbindungsstelle 23 angeordnet.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensormoduls 1.
Das Modulgehäuse 3 weist in diesem Fall neben der Vertiefung 15 eine Mulde 35 auf, durch die die Steckerelemente 25 oder die elektrischen Anschlußelemente 21 verlaufen. Die Kondensatoren 27 sind in der Mulde 35 auf den Steckerelementen 25 elektrisch verbunden und durch eine Gußmasse 17 umschlossen und geschützt. Die Verbindungsstelle 23 kann ebenfalls in der Mulde 35 angeordnet sein.
Da die Kondensatoren 27 räumlich gesehen im Vergleich zu 1 weiter von der geschweissten Verbindungsstelle 23 der Steckerelemente 25 und Anschlusselemente 21 entfernt sind, können sie auch durch Löten oder Kleben mit den elektrischen Anschlusselementen 21 oder den Steckerelementen 25 elektrisch verbunden werden.
Das Modulgehäuse 3 weist bspw. weiterhin den Stutzen 33 mit einem Dichtring 29 auf, so daß der Stutzen 33 in ein weiteres Bauteil eingeführt werden kann, das das zu messende Medium 10 enthält. Dabei ist der Stutzen 33 gegenüber dem Bauteil durch den Dichtring 29 abgedichtet, so daß das zu messende Medium 10 in dem Bauteil nur in Verbindung mit dem Drucksensor 6 kommt und dem Bauteil an der Montagestelle des Stutzens 33 nicht entweichen kann.
Das Drucksensormodul 1 kann weiterhin einen Temperatursensor 40, beispielsweise ein NTC-Widerstand, aufweisen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Drucksensormoduls 1 ausgehend von 2. Die geschweisste Verbindungsstelle 23 liegt in der Mulde 35, so dass die Elemente 27 möglichst nah am Drucksensor 6, also in der Vertiefung 15 angeordnet sind.

Claims

Drucksensormodul zumindest bestehend aus einem Modulgehäuse (3) mit einem Stutzen (33), in dem eine Öffnung (11) für ein zu messendes Medium angeordnet ist, und einem Drucksensor, der in einem mit einer Sensorgehäuseöffnung versehenen und separat von dem Modulgehäuse (3) ausgebildeten Sensorgehäuse (8) angeordnet ist und durch ein in dem Sensorgehäuse auf den Drucksensor aufgebrachtes Deckmittel (12) geschützt ist, wobei das Sensorgehäuse (8) in einer Vertiefung (15) des Modulgehäuses (3) zumindest teilweise an dem Modulgehäuse (3) anliegt und in der Vertiefung durch eine Kunststoffumspritzung oder eine Vergussmasse (17) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Sensorgehäuseöffnung umgebender Teil des Sensorgehäuses (8) an dem Modulgehäuse anliegt, so dass die Sensorgehäuseöffnung die Öffnung (11) des Stutzens vollständig umschließt und dass die Kunststoffumspritzung oder Vergussmasse (17) das Sensorgehäuse (8) in der Vertiefung (15) bis auf den an dem Modulgehäuse anliegenden Teil des Sensorgehäuses und die Sensorgehäuseöffnung vollständig umschließt.
Drucksensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlusselemente (21) für den Drucksensor (6) durch das Sensorgehäuse (8) teilweise umschlossen sind.
Drucksensormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlusselemente (21) mit äußeren elektrischen Steckerelementen (25) elektrisch verbunden sind.
Drucksensormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (8) aus Kunststoff ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckmittel (12) ein Gel ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksensormodul (1) zumindest ein Element (27) zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit hat.
Drucksensormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (27) durch die Kunststoffumspritzung oder Vergussmasse geschützt ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (27) zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit ein Kondensator ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (27) zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit durch Leitkleber, Löten oder Schweißen auf den elektrischen Leitungen (21, 25) elektrisch und mechanisch verbunden ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Element (27) zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit in einer Mulde (35), die separat von der Vertiefung (15) ausgebildet ist, angeordnet ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (27) in der Vertiefung (15) angeordnet ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksensormodul (1) einen Temperatursensor (40) aufweist.