DE102007008506A1

DE102007008506A1 - Verfahren zum Schutz eines elektronischen Sensorelements und elektronisches Sensorelement

Info

Publication number: DE102007008506A1
Application number: DE200710008506
Authority: DE
Inventors: Björn Dr. Biehler; Gerhard Brandl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: DE102007008506B4; WO2008101786A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines elektronischen Sensorelements, wobei das Sensorelement mindestens ein Anschlusselement zum Anschließen an ein weiteres Bauelement aufweist. Die Aufgabe, in einfacher und preisgünstiger Weise ein elektronisches Sensorelement bereitzustellen, das einen zuverlässigen und für die vorgesehenen Betriebsbedingungen ausreichenden Schutz aufweist, wobei die Antwortzeit des Sensorelements durch den Schutz möglichst wenig beeinträchtigt sein soll, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass auf zumindest einen Teil der Oberfläche des elektronischen Sensorelements mittels Gasphasenabscheidung eine Schutzschicht aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektronisches Sensorelement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines elektronischen Sensorelements, wobei das Sensorelement mindestens ein Anschlusselement zum Anschließen an ein weiteres Bauelement aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektronisches Sensorelement, wobei das Sensorelement mindestens ein Anschlusselement zum Anschließen an ein weiteres Bauteil aufweist.
Elektronische Sensorelemente, beispielsweise widerstandsbasierte Temperatursensoren, wie Thermistoren, werden oftmals in aggressiver, insbesondere korrosiver Umgebung eingesetzt. Bei solchen korrosiven Umgebungen kann es sich beispielsweise um Abgase oder korrosive Flüssigkeiten wie Wasser, handeln. Anwendungsbereiche sind beispielsweise der Kraftfahrzeugbereich. Insbesondere können solche Sensoren beispielsweise im Motorraum von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Es besteht das Problem, dass es zu einer Korrosion der elektrischen Kontakte, also insbesondere der Anschlusselemente der Sensorelemente sowie von Kontaktstellen zwischen den Anschlusselementen und weiteren Bauelementen kommt. Beim Einsatz in Flüssigkeiten kann diese Korrosion aufgrund elektrolytischer Vorgänge entstehen. Darüber hinaus sind solche Sensorelemente, insbesondere der eigentliche Sensor, auch erheblichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt.
Zur Lösung dieses Problems ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Temperatursensoren durch eine vollständige Kapselung in eine Kunststoff- oder Metallhülse vor korrosiven Stoffen und gegen mechanische Beschädigung zu schützen. Derartige Lösungen werden beispielsweise von den Firmen Bosch, Siemens oder Epcos (Modellbezeichnung: K276 bzw. M2020) angeboten. Alternativ ist es bekannt, Anschlussdrähte eines Sensorele ments mit PTFE, Polyamid, Polyimid oder einem anderen Polymer zu schützen. Dieser Schutz kann durch direktes Aufbringen auf den Draht (Tauchen oder Sintern) oder durch Aufstecken von Schläuchen gewährleistet werden. Der eigentliche Sensor wird bei dieser Lösung mit einer Epoxydschicht gegen mechanische Einflüsse geschützt (beispielsweise Epcos-Modelle S861, S863).
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Sensorelement durch eine Einglasung vor mechanischen Beanspruchungen zu schützen. Die Anschlussdrähte selbst werden durch eine Schicht aus PTFE, Polyamid, Polyimid oder einem Polymer geschützt. Dabei kann der Übergang von der Glaspille zu dem geschützten Anschlussdraht durch eine Keramik- oder Kunststoffscheibe mit Durchführungen für die Anschlüsse zusätzlich geschützt werden. Die dabei auftretenden Spalte werden mit einem Silikon, fluoriertem Silikongel, fluoriertem Polyester oder einem anderen Füllstoff abgedichtet (beispielsweise Shibaura PSB-S1 oder NSIII). Gemäß einer weiteren bekannten Lösung werden fertige Sensorelemente mit einem Lack, Harz oder Polymer ein- oder mehrfach in einem Tauchverfahren überzogen ( DE 197 21 101 B4 und Epcos-Modell G561).
Sämtlichen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist der Nachteil gemein, dass die Antwortzeit des Sensorelements durch die Schutzummantelung erheblich verschlechtert wird. Dies ist insbesondere bei widerstandsbasierten Temperatursensoren problematisch. Außerdem müssen die beim Anschließen des Anschlusselements des Sensorelements an das weitere Bauelement entstehenden Kontaktstellen bei den bekannten Verfahren in einem separaten Arbeitsschritt mit einem Schutz versehen werden, d. h. noch einmal vergossen, verklebt oder anderweitig geschützt werden. Die bekannten Lösungen sind daher aufwändig und teuer.
Im Übrigen hat sich in der Praxis herausgestellt, dass viele der bekannten Schutzmaterialien die im Betrieb auftretenden, rauen Einsatzbedingungen, beispielsweise Abgastemperaturen oder chemische Angriffe, nicht über einen ausreichend langen Zeitraum ohne Beschädigung überstehen. Es hat sich außerdem gezeigt, dass insbesondere in Tauchverfahren aufgebrachte Schutzüberzüge oft eine erhebliche Unregelmäßigkeit aufweisen. Gerade schlecht zugängliche Bereiche der zu schützenden Oberfläche werden dabei oftmals nur unzureichend bedeckt, so dass der Überzug seine Schutzaufgabe nicht zuverlässig erfüllen kann.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in einfacher und preisgünstiger Weise ein elektronisches Sensorelement bereitzustellen, das einen zuverlässigen und für die vorgesehenen Betriebsbedingungen ausreichenden Schutz aufweist, wobei die Antwortzeit des Sensorelements durch den Schutz möglichst wenig beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und ein elektronisches Sensorelement gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren hervor.
In Bezug auf das eingangs genannte Verfahren löst die Erfindung dieses Problem, indem auf zumindest einen Teil der Oberfläche des elektronischen Sensorelements mittels Gasphasenabscheidung eine Schutzschicht aufgebracht wird. In Bezug auf das eingangs genannte elektronische Sensorelement wird das Problem dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der Oberfläche des elektronischen Sensorelements eine mittels Gasphasenabscheidung aufgebrachte Schutzschicht aufweist.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht bildet zum einen eine Barriere gegen eindringende aggressive oder korrosive Stoffe. Zum anderen ist sie elektrisch isolierend. Sie kann außerdem chemisch inert und temperaturstabil ausgestaltet sein. Hinzukommt, dass sie einen wirksamen Schutz gegen mechanische Beschädigungen gewährleistet. Erfindungsgemäß werden insbesondere die bezüglich Korrosion oder anderer Beschädigungen kritischen Oberflächenbereiche mit der Schutzschicht bedampft. Somit können als Ausgangsprodukt ungeschützte und somit preiswerte Sensorelemente verwendet werden.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Antwortzeit der aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente durch die Dicke der auf das Sensorelement aufgebrachten Schutzüberzüge, bzw. Schutzeinkapselungen verschlechtert wird. Insbesondere bei temperaturabhängigen Widerstandssensoren führt die beträchtliche Wärmekapazität der Schutzschicht zu einer Beeinträchtigung der Sensorleistung. Mittels der erfindungsgemäßen Gasphasenabscheidung ist es möglich, erheblich dünnere Schutzüberzüge aufzubringen als mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Der erfindungsgemäße Überzug besitzt aufgrund seiner geringen Dicke eine geringe Wärmekapazität und beeinträchtigt daher die Antwortzeit von beispielsweise Temperatursensoren nur wenig. Dabei liegt der Erfindung die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass derartige dünne Schutzschichten ausreichend sind, um das elektronische Sensorelement zuverlässig gegen mechanische Beschädigungen und Korrosion zu schützen.
Mittels der Gasphasenabscheidung, die üblicherweise in einem Vakuumprozess erfolgt, ist es möglich, in präziser Weise genau die Schichtdicke einzustellen, die einerseits einen zuverlässigen Schutz gewährleistet, und andererseits die Ansprechzeit des Sensors möglichst wenig beeinträchtigt. Dabei wird eine im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Schutzüberzügen erheblich homogenere Schicht auf das Sensorelement aufgebracht. Auch schlecht zugängliche Bereiche des Elements, wie beispielsweise feine Spalte und Risse etc. werden zuverlässig, gleichmäßig und lochfrei mit der Schutzschicht bedeckt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass verschiedene kritische Bereiche der Oberfläche des elektronischen Sensorelements, für die ein Schutz erforderlich ist, in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht versehen werden können. So ist es beispielsweise möglich, das gesamte Sensorelement zusammen mit seinem mindestens einen Anschlusselement in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht zu versehen. Weiterhin ist es möglich, in demselben Arbeitsschritt die Schutzschicht auch auf eine beim Anschließen des Sensorelements an das weitere Bauelement gebildete Kontaktstelle aufzubringen. Das Sensorelement kann auf diese Weise einfacher und preisgünstiger bereitgestellt werden.
Das erfindungsgemäße Sensorelement kann beispielsweise in einem KFZ, insbesondere im Motorraum, eingesetzt werden. Bei dem mindestens einen Anschlusselement kann es sich beispielsweise um Anschlussdrähte zum Anschließen an das weitere Bauelement handeln. Es kann sich bei dem Sensorelement jedoch auch um ein so genanntes Surface Mounted Device (SMD) handeln, bei dem als Anschlusselement anstelle von Anschlussdrähten Anschlussflächen vorgesehen sind. Das weitere Bauelement kann beispielsweise ein sogenannter Leadframe sein, der zu einem Steckverbinder führen kann.
Das Sensorelement kann insbesondere eine als Sensor dienende Oberfläche besitzen. In diesem Fall nimmt der Sensor mit dieser Oberfläche die Energie oder Information auf, die er zu einem Sensorsignal umsetzt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Sensorelement einen Temperatursensor, vorzugsweise einen Thermistor, aufweisen. In diesem Fall ist die als Sensor dienende Oberfläche die die Umgebungstemperatur aufnehmende Oberfläche des Temperatursensors. Als besonders geeignet für den vorliegenden Anwendungszweck haben sich dabei solche Temperatursensoren erwiesen, die einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzen (NTC). Aufgrund ihrer geringen Dicke besitzt die erfindungsgemäße Schutzschicht eine ge ringe Wärmekapazität. Gerade bei Temperatursensoren wird daher die Antwortzeit des Sensors durch die Schutzschicht erfindungsgemäß erheblich weniger beeinträchtigt als beim Stand der Technik.
Um einen zuverlässigen Schutz gegen mechanische Beschädigungen zu gewährleisten, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eine als Sensor dienende Oberfläche des elektronischen Sensorelements mit der Schutzschicht versehen ist. Bei der als Sensor dienenden Oberfläche kann es sich beispielsweise bei einem Temperatursensor um den eigentlichen Temperaturfühler handeln.
Für einen zuverlässigen Schutz vor Korrosion ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schutzschicht zumindest auf das Anschlusselement aufgebracht wird. Das Anschlusselement weist in diesem Fall also die Schutzschicht auf, und ist somit gegen Korrosion geschützt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine Anschlusselement des elektronischen Sensorelements an das weitere Bauelement angeschlossen ist, wobei zwischen dem Anschlusselement des elektronischen Sensorelements und dem weiteren Bauelement mindestens eine Kontaktstelle gebildet ist. Der Kontakt kann im Bereich der Kontaktstelle beispielsweise mittels Schweißen, Löten, Verstemmen, Kleben usw. hergestellt werden. Das Anschließen des Anschlusselements an das weitere Bauelement erfolgt bei dieser Ausgestaltung insbesondere vor dem Aufbringen der Schutzschicht. Somit ist es möglich, auch schutzbedürftige Bereiche des weiteren Bauelements bzw. der Verbindung des weiteren Bauelements zu dem Sensorelement im Zuge der Gasphasenabscheidung in einem Arbeitsschritt mit einer Schutzschicht zu versehen. So kann die Schutzschicht insbesondere zumindest auf die Kontaktstelle aufgebracht werden. Zumindest die Kontaktstelle weist in diesem Fall also die Schutzschicht auf und ist somit ebenfalls sicher vor schädlichen Einflüssen, beispielsweise Korrosion, geschützt.
Gemäß der Erfindung kann eine beliebige Kombination verschiedener Bereiche des Sensorelements in einem Arbeitsschritt mit einer Schutzschicht versehen werden. Diese Bereiche können je nach im Betrieb zu erwartender Belastung ausgewählt werden. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist somit erheblich einfacher, schneller und preisgünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
So kann die Schutzschicht beispielsweise in einem Arbeitsschritt auf die als Sensor dienende Oberfläche des Sensorelements und das mindestens eine Anschlusselement aufgebracht werden. Es ist auch möglich, die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt auf die als Sensor dienende Oberfläche des Sensorelements und die mindestens eine Kontaktstelle aufzubringen. Ebenfalls kann die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt auf das mindestens eine Anschlusselement und die mindestens eine Kontaktstelle aufgebracht werden. Weiterhin kann die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt auf die als Sensor dienende Oberfläche des Sensorelements, das mindestens eine Anschlusselement und die mindestens eine Kontaktstelle aufgebracht werden.
Schließlich ist es möglich, die Schutzschicht in einem Arbeitsschritt auf die gesamte Oberfläche des Sensorelements aufzubringen. Insbesondere kann die gesamte Oberfläche des Sensorelements die Schutzschicht aufweisen. Der Begriff gesamte Oberfläche ist dabei so zu verstehen, dass dies insbesondere die mindestens eine Kontaktstelle oder auch schutzbedürftige Bereiche des angeschlossenen weiteren Bauelements mit einschließen kann.
Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, verschiedene Bereiche des Sensorelements einschließlich der Kontaktstelle oder des weiteren Bauelements in mehreren Arbeitsschritten mit der Schutzschicht zu versehen.
Solche Bereiche des Sensorelements, die nicht mit der Schutzschicht versehen werden, können auf konventionellem Wege geschützt werden, im Falle von nicht mit der Schutzschicht versehenen Anschlusselementen beispielsweise durch ein nachträgliches Vergießen der Anschlusselemente oder Ähnlichem.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das elektronische Sensorelement zumindest teilweise mit einem Gehäuse versehen ist. Gemäß dieser Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Versehen mit dem Gehäuse vor dem Aufbringen der Schutzschicht. Ein solches Gehäuse stellt die mechanische Stabilität des Sensorelements vor dem Bedampfen mit der Schutzschicht sicher. Das Gehäuse kann beispielsweise in Form eines Sockels ausgestaltet sein, auf dem das Sensorelement ruht. Es kann anschließend zusammen mit dem Sensorelement ebenfalls in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht bedampft werden.
Als besonders praxisgemäße Vorgehensweise hat sich dabei das Einspritzen des Sensorelements in ein Gehäuse aus Kunststoff herausgestellt. Bei dem Kunststoff kann es sich insbesondere um einen Thermoplast, wie beispielsweise PBT, handeln. Mittels eines solchen Spritzgießverfahrens lässt sich in besonders einfacher und präziser Weise ein derartiges Gehäuse realisieren. Alternativ ist es auch möglich, das Sensorelement vor dem Aufdampfen der Schutzschicht beispielsweise mittels eines Klebemittels mechanisch zu fixieren. Ebenso ist es denkbar, ein Sensorelement zu verwenden, das von seinem Anschlusselement, beispielsweise seinen Anschlussdrähten, selbst gehalten wird und somit keine zusätzliche mechanische Stabilisierung benötigt.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Sensorelement sowohl vor als auch nach einem möglicherweise erfolgenden Anschließen an das weitere Bauelement mit dem Gehäuse versehen werden kann.
Um ein Anschließen des Sensorelements an das weitere Bauelement nach dem Einbinden in ein Gehäuse zu vereinfachen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass zumindest der zum Anschließen an das weitere Bauelement vorgesehene Teil des Anschlusselements frei vom Gehäuse ist bzw. bleibt. Um die Funktion des Sensorelements durch das Gehäuse nicht zu beeinträchtigen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass zumindest eine als Sensor dienende Oberfläche des elektronischen Sensorelements zumindest teilweise frei vom Gehäuse ist bzw. bleibt. Frei vom Gehäuse bedeutet dabei jeweils, dass diese Bereiche nach dem Bereitstellen des Gehäuses weiterhin frei zugänglich sind.
Sofern ein Gehäuse vorgesehen wird, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass Haarrisse, die beim Bilden des Gehäuses, beispielsweise durch Umspritzen des Sensorelements, auftreten können, durch das anschließende Bedampfen mit der Schutzschicht zuverlässig abgedichtet werden.
Damit die Schutzschicht ihre Aufgaben, insbesondere das Bilden einer Barriere gegen eindringende aggressive oder korrosive Stoffe, die elektrische Isolation und den Schutz vor mechanischen Beschädigungen, zuverlässig erfüllen kann, ist die Auswahl des für die Schutzschicht verwendeten Materials von entscheidender Bedeutung. Als vorteilhaft hat sich diesbezüglich erwiesen, die Schutzschicht aus einem Polymer zu bilden. Polymere lassen sich problemlos mittels Gasphasenabscheidung auf die Oberfläche des Sensorelements aufbringen und erfüllen dabei zuverlässig die ihnen zugedachten Schutzaufgaben.
Besonders geeignet sind dabei Polymere, die aus der Gruppe der Parylene ausgewählt sind. Insbesondere kann es sich dabei um ein Poly(para-xylol) mit oder ohne verschiedene Substi tuenten wie zum Beispiel Cl, 2 Cl oder als Verbindungsglied CF₂ handeln.
Um die Antwortzeit des Sensorelements möglichst wenig zu beeinträchtigen und gleichzeitig einen zuverlässigen Schutz zu erreichen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Schutzschicht mit einer Dicke von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 50 μm, aufgebracht wird. Die Schutzschicht auf dem Sensorelement weist in diesem Fall also eine Dicke von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 50 μm, auf und verschlechtert aufgrund ihrer geringen Wärmekapazität insbesondere bei Temperatursensoren das Ansprechverhalten deutlich weniger als beim Stand der Technik. Gleichzeitig werden alle mit der Schutzschicht versehenen Bereiche zuverlässig geschützt.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass schon eine Dicke der Schutzschicht zwischen 0,6 und 12 μm einen ausreichenden Schutz gewährleistet. Bei einer mittels Gasphasenabscheidung möglichen, derart geringen Dicke wird die Antwortzeit des Sensorelements durch die Schutzschicht nur minimal beeinträchtigt.
Um den Schutz des elektronischen Sensorelements weiter zu verbessern, kann das Sensorelement zumindest teilweise zusätzlich mit einer Lackschicht versehen werden. Diese Lackschicht kann vor und/oder nach dem Abscheiden der Schutzschicht auf das Sensorelement aufgebracht werden. Entsprechend kann die Lackschicht unterhalb und/oder oberhalb der aus der Gasphase abgeschiedenen Schutzschicht vorgesehen sein.
Gemäß der Erfindung kann in einfacher Weise eine homogene, dünne, lochfreie, temperaturstabile, elektrisch isolierende und chemisch inerte Schutzschicht auf alle kritischen Teile des elektronischen Sensorelements abgeschieden werden. Während die Schicht einen optimalen Schutz des Sensorelements vor schädlichen Einflüssen gewährleistet, wird die Antwortzeit des Sensorelements minimal beeinträchtigt. Indem verschiedene Bereiche des Sensorelements in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht versehen werden können, kann das erfindungsgemäße Sensorelement preisgünstiger, schneller und einfacher bereitgestellt werden.
Nachfolgend werden anhand einer Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen schematisch
1: ein elektronisches Sensorelement in einer Schnittansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2: ein elektronisches Sensorelement in einer Schnittansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das in 1 dargestellte elektronische Sensorelement 1 ist zur Temperaturmessung im Motorraum eines KFZ vorgesehen. Das Sensorelement 1 weist einen ellipsoid geformten Temperatursensor 2 auf, dessen Oberfläche als die Umgebungstemperatur aufnehmender Sensor dient. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC). Das Sensorelement 1 weist weiterhin zwei Anschlusselemente 3, im vorliegenden Beispiel zwei von dem Temperatursensor 2 ausgehende Anschlussdrähte 3, auf. Die Anschlussdrähte 3 dienen zum Anschließen des Temperatursensors 2 an ein weiteres Bauteil 4, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein zu einer Steckverbindung führender, teilweise dargestellter Leadframe 4.
Das elektronische Sensorelement 1 ist teilweise in ein Gehäuse 5 aus einem Thermoplast, im vorliegenden Beispiel PBT, eingespritzt. Das Gehäuse 5 ist als ein das Sensorelement 1 haltender Sockel ausgebildet und dient zur mechanischen Stabilisierung des Sensorelements 1 vor dem Bedampfen mit einer Schutzschicht. Dabei sind die als Sensor dienende Oberfläche des Temperatursensors 2 sowie der zum Anschließen an den Leadframe 4 vorgesehene Teil der Anschlussdrähte 3 zumindest teilweise frei vom Gehäuse 5. Auch ein direkt an den Temperatursensor 2 anschließender Bereich der Anschlussdrähte 3 ist nicht von dem Gehäuse 5 bedeckt.
Der Temperatursensor 2 ist mit seinen Anschlussdrähten 3 mit dem Leadframe 4 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung wird durch Kontaktstellen 6 vermittelt. Im vorliegenden Beispiel ist der Kontakt zwischen den Anschlussdrähten 3 und dem Leadframe 4 mittels einer Verschweißung an den Kontaktstellen 6 hergestellt. Selbstverständlich sind andere Verfahren zur Kontaktierung möglich.
Zur zusätzlichen Stabilisierung des Temperatursensors 2 ist eine mechanische Stütze 7 vorgesehen, die ebenfalls aus einem Thermoplast, beispielsweise PBT, in einem Spritzgießverfahren bereitgestellt wurde.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine mittels Gasphasenabscheidung aufgebrachte Schutzschicht 8 auf der Oberfläche des vom Gehäuse frei verbliebenen Bereichs des Temperatursensors 2, des außerhalb des Gehäuses 5 verlaufenden Bereichs der Anschlussdrähte 3, des Leadframes 4, des Gehäuses 5, der Kontaktstellen 6 sowie der mechanischen Stütze 7 vorgesehen. Bei der Schutzschicht 8 handelt es sich in dem dargestellten Beispiel um ein aus der Gruppe der Parylene ausgewähltes Polymer. Die Schutzschicht 8 besitzt in dem dargestellten Beispiel eine Dicke zwischen 0,6 und 12 μm.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des in 1 dargestellten Sensorelements 1 erläutert.
Zunächst wird ein ungeschützter Temperatursensor 2 zusammen mit seinen Anschlussdrähten 3 in das sockelförmige Gehäuse 5 und die mechanische Stütze 7 eingespritzt. Dabei bleibt die Oberfläche des eigentlichen Temperaturfühlers 2 sowie der zum Anschließen an den Leadframe 4 vorgesehene Teil der Anschlussdrähte 3 im Wesentlichen frei vom Gehäuse. Anschließend wird mittels einer Schweißverbindung der Leadframe 4 an den Kontaktstellen 6 mit den Anschlussdrähten 3 des Temperatursensors 2 verbunden. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird das gesamte Bauteil in einem Vakuumprozess mit einem aus der Gasphase abgeschiedenen Polymer überzogen und so die Schutzschicht 8 gebildet.
2 zeigt ein elektronisches Sensorelement 1a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ebenfalls zur Temperaturmessung im Motorraum eines KFZ vorgesehen ist. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen dabei gleiche Gegenstände.
Das elektronische Sensorelement 1a weist einen im Wesentlichen quaderförmigen Temperatursensor 2a auf, dessen Oberfläche als die Umgebungstemperatur aufnehmender Sensor dient. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC). Anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Temperatursensor 2a gemäß 2 ein sogenannter Surface Mounted Device (SMD). Entsprechend weist der in 2 dargestellte Temperatursensor 2a anstelle von Anschlussdrähten zwei an der Unterseite des Temperatursensors 2a vorgesehene Anschlussflächen 3a als Anschlusselemente 3a zum Anschließen an ein weiteres Bauelement 4, vorliegend einen Leadframe 4, auf.
Das Sensorelement 1a ist wiederum in ein Thermoplastgehäuse 5 eingespritzt, das in Form eines Sockels ausgebildet ist. Das Gehäuse 5 dient zur mechanischen Stabilisierung des Temperatursensors 2a. Der eigentliche Temperaturfühler 2a ist dabei zumindest teilweise frei von dem Gehäuse 5. Auch die zum An schließen an den Leadframe 4 vorgesehenen Bereiche der Anschlussflächen 3a bleiben frei vom Gehäuse 5. An den Anschlussflächen 3a des Temperatursensors 2a ist der Leadframe 4 an Kontaktstellen 6 mit dem Temperatursensor 2a elektrisch verbunden, beispielsweise verschweißt.
Der vom Gehäuse frei bleibende Teil der Oberfläche des Temperatursensors 2a, die freiliegenden Bereiche des Leadframes 4 sowie die Oberfläche des Gehäuses 5 sind mit einer aus der Gasphase abgeschiedenen Schutzschicht 8 aus einem Polymer überzogen. Das Polymer ist aus der Gruppe der Parylene ausgewählt und die Schutzschicht besitzt im dargestellten Beispiel eine Dicke von 0,6 bis 12 μm.
Zur Herstellung des in 2 dargestellten elektronischen Sensorelements 1a wird zunächst ein ungeschützter Temperatursensor 2a in das sockelförmige Gehäuse 5 aus einem Thermoplast, beispielsweise PBT, eingespritzt. Die Oberfläche des eigentlichen Temperaturfühlers 2a sowie der zum Anschließen an den Leadframe vorgesehene Teil der Anschlussflächen 3a bleibt dabei auch nach dem Spritzen des Gehäuses im Wesentlichen frei zugänglich. Anschließend wird der Leadframe 4 mit den Anschlussflächen 3a des Temperatursensors 2a an den Kontaktstellen 6 elektrisch leitend verbunden. Im dargestellten Beispiel wird die elektrisch leitende Verbindung mittels eines Schweißverfahrens realisiert. Anschließend wird das gesamte Bauteil in einem Vakuumprozess mit einem aus der Gasphase abgeschiedenen Polymer überzogen, wobei die Schutzschicht 8 gebildet wird.
Die in den 1 und 2 dargestellten Sensorelemente 1, 1a einschließlich ihrer Anschlussdrähte 3 bzw. Anschlussflächen 3a, der Kontaktstellen 6 und zumindest eines Teils des Leadframes 4 sind durch die homogene Schutzschicht 8 zuverlässig gegen schädliche äußere Einflüsse, insbesondere Korrosion und mechanische Beschädigung, geschützt. Der nicht direkt von der Schutzschicht 8 bedeckte Teil der Sensorelemente 1, 1a ist durch das ebenfalls mit der Schutzschicht 8 versehene Gehäuse 5 geschützt.
Indem mittels der Gasphasenabscheidung in präziser Weise eine möglichst dünne, jedoch für den Schutz des Bauteils ausreichende Dicke der Schutzschicht 8 eingestellt werden kann, ist ein optimaler Schutz des Sensorelements 1, 1a bei minimaler Beeinträchtigung der Ansprechzeit des Temperatursensors 2, 2a gewährleistet. Durch die Vakuum-Gasphasenabscheidung werden sämtliche Oberflächenbereiche des Sensorelements 1, 1a gleichmäßig und vollständig mit der Schutzschicht 8 bedeckt. Insbesondere werden beispielsweise beim Einspritzen in das Gehäuse 5 entstandene Haarrisse sicher abgedichtet.
Bei den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden der Temperatursensor 2, 2a, die Anschlussdrähte 3 bzw. Anschlussflächen 3a, das Gehäuse 5, sowie die freiliegenden Bereiche des Leadframes 4 in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht 8 versehen. Dies vereinfacht und beschleunigt die Bereitstellung des Sensorelements 1, 1a.
Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den in 1 und 2 dargestellten Gegenständen lediglich um Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es denkbar, anstelle des Gehäuses 5 eine Klebemittelfixierung oder aber überhaupt keine zusätzliche mechanische Fixierung vorzusehen. Weiterhin kann die Reihenfolge der zum Bereitstellen der Sensorelemente 1, 1a verwendeten Verfahrensschritte im Rahmen der Erfindung variiert werden. Dabei ist es nicht erforderlich, das gesamte Bauteil in einem Arbeitsschritt mit der Schutzschicht 8 zu versehen. Es ist beispielsweise auch denkbar, das Sensorelement 1, 1a erst nach dem Aufdampfen der Schutzschicht 8 mit dem weiteren Bauelement 4 zu verbinden. In diesem Fall können die Kontaktstellen 6 zwischen Sensorelement 1, 1a und weiterem Bauteil 4 nach dem Verbinden des Sensorelements 1, 1a mit dem weiteren Bauelement 4 in einem separaten Arbeitsschritt geschützt werden. Dies kann beispielsweise durch ein nachträgliches Vergießen der Kontaktstellen 6 geschehen.

1: Elektronisches Sensorelement
1a: Elektronisches Sensorelement
2: Temperatursensor
2a: Temperatursensor
3: Anschlusselement
3a: Anschlusselement
4: Weiteres Bauteil
5: Gehäuse
6: Kontaktstelle
7: Mechanische Stütze
8: Schutzschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19721101 B4 [0004]

Claims

Verfahren zum Schutz eines elektronischen Sensorelements (1, 1a), wobei das Sensorelement (1, 1a) mindestens ein Anschlusselement (3, 3a) zum Anschließen an ein weiteres Bauelement (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einen Teil der Oberfläche des elektronischen Sensorelements (1, 1a) mittels Gasphasenabscheidung eine Schutzschicht (8) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1, 1a) einen Temperatursensor (2, 2a), vorzugsweise einen Thermistor, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) zumindest auf eine als Sensor dienende Oberfläche des elektronischen Sensorelements (1, 1a) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) zumindest auf das Anschlusselement (3, 3a) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Schutzschicht (8) das mindestens eine Anschlusselement (3, 3a) des elektronischen Sensorelements (1, 1a) an das weitere Bauelement (4) angeschlossen wird, wobei zwischen dem Anschlusselement (3, 3a) des elektronischen Sensorelements (1, 1a) und dem weiteren Bauelement (4) mindestens eine Kontaktstelle (6) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) zumindest auf die Kontaktstelle (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) in einem Arbeitsschritt auf die gesamte Oberfläche des Sensorelements (1, 1a) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Sensorelement (1, 1a) vor dem Aufbringen der Schutzschicht (8) zumindest teilweise mit einem Gehäuse (5) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zum Anschließen an das weitere Bauelement (4) vorgesehene Teil des Anschlusselements (3, 3a) frei vom Gehäuse (5) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine als Sensor dienende Oberfläche des elektronischen Sensorelements (1, 1a) zumindest teilweise frei vom Gehäuse (5) bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) aus einem Polymer gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus der Gruppe der Parylene ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) mit einer Dicke von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 50 μm, aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) mit einer Dicke zwischen 0,6 und 12 μm aufgebracht wird.
Elektronisches Sensorelement, wobei das Sensorelement (1, 1a) mindestens ein Anschlusselement (3, 3a) zum Anschließen an ein weiteres Bauelement (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Oberfläche des elektronischen Sensorelements (1, 1a) eine mittels Gasphasenabscheidung aufgebrachte Schutzschicht (8) aufweist.
Elektronisches Sensorelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1, 1a) einen Temperatursensor (2, 2a), vorzugsweise einen Thermistor, aufweist.
Elektronisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine als Sensor dienende Oberfläche des elektronischen Sensorelements (1, 1a) die Schutzschicht (8) aufweist.
Elektronisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Anschlusselement (3, 3a) die Schutzschicht (8) aufweist.
Elektronisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Anschlusselement (3, 3a) des elektronischen Sensorelements (1, 1a) an das weitere Bauelement (4) angeschlossen ist, wobei zwischen dem Anschlusselement (3, 3a) des elektronischen Sensorelements (1, 1a) und dem weiteren Bauelement (4) mindestens eine Kontaktstelle (6) gebildet ist.
Elektronisches Sensorelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Kontaktstelle (6) die Schutzschicht (8) aufweist.
Elektronisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche des Sensorelements (1, 1a) die Schutzschicht (8) aufweist.
Elektronisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Sensorelement (1, 1a) zumindest teilweise mit einem Gehäuse (5) versehen ist.
Elektronisches Sensorelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zum Anschließen an das weitere Bauelement (4) vorgesehene Teil des Anschlusselements (3, 3a) frei vom Gehäuse (5) ist.
Elektronisches Sensorelement nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine als Sensor dienende Oberfläche des elektronischen Sensorelements (1, 1a) zumindest teilweise frei vom Gehäuse (5) ist.
Elektronisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) aus einem Polymer gebildet ist.
Elektronisches Sensorelement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus der Gruppe der Parylene ausgewählt ist.
Elektronisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) eine Dicke von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 50 μm, aufweist.
Elektronisches Sensorelement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) eine Dicke zwischen 0,6 und 12 μm aufweist.