专利名称：具有用于接收测量装置的塑料部件的印刷电路板的制作方法
技术领域：
为了测定在内燃机的进气侧或增压侧中的空气流量，使用了流量计。因为在化学的过程中对于燃烧来说重要的是质量比，所以应测量吸入空气/增压空气的质量流量，为此也部分地应用体积测量或流速测量的方法。视马达功率而定，最大可测量的空气质量流在400至1000kg/h之间的范围内。
背景技术：
在汽车技术手册，第23次更新和扩展版，不伦瑞克，威斯巴登，Viehweg，1999年，ISBN 3-528-03876-4，第116和117页中公开了最小尺寸的、按照热力学原理工作的、微型机械的热膜式空气质量流量计。在该热膜式空气质量流量计中，作为薄的铂层的加热电阻和测量电阻喷镀、即蒸镀在一个作为载体的硅芯片上。为了与加热电阻的支架(Halterung)进行热脱联，该硅芯片在加热电阻的区域中类似于一个压力传感器膜片地安装在载体的一个微型机械地变薄的区域上。该加热电阻通过紧密相邻地被接收的加热温度传感器以及空气温度传感器调节到一个恒定的过热温度上。该空气温度传感器位于硅芯片的增厚的边缘区内。与其它的技术相反，在一个微型机械的热膜式空气质量流量计中，不是加热电流被用作输出信号，而是测量介质(Messmedium)——在空气质量测量的情况下该测量介质是空气——的由两个传感器确定的温度差作为输出信号。从空气流动方向上看，这些温度传感器其中之一设置在加热电阻前而另一个设置在该加热电阻后。与加热电流相反，该输出参数又符号正确地(Vorzeichenrichtig)给出流量，尽管同样也是以非线性的方式给出。
设计具有在脉动流动时流动方向的识别装置的、微型机械的热膜式空气质量流量计，用于在具有汽油喷射装置和柴油喷射装置的内燃机中的负载检测(Lasterfassung)。到进气系统中的安装通常在空气滤清器和节流装置之间作为插接式敏感元件(Steckfuehler)和测量壳体的预装配的部件实现。热膜式空气质量流量计涉及热式流量计。传感器元件与其温度敏感元件和加热区域安装在一个入流板中。通过一个在插入式敏感元件壳体上的测量通道，来自测量管的部分空气流被引导通过一个传感器元件。在测量通道的下游设置一个由塑料和优质钢制成的两件式的导流栅。通过校准热膜式空气质量流量计实现所有在管中流动的空气质量的配置。
结果表明了，迄今所使用的微型机械的热膜式空气质量流量计在机动车连续运转中不仅在使用在汽油机时而且在使用在柴油机时具有部分明显的特性曲线漂移。这由传感器芯片的欠流(Unterstroemung)引起。如果接缝由于入流板或安装板之间的制造公差而过大，则部分空气质量流的一部分沿着该板的背面流过。由于污染，接缝的缝隙宽度变化，以致于在污染时传感器芯片的特性曲线改变。
对于特性曲线漂移的另外一个原因在于入流板的腐蚀。在入流板上构成的腐蚀产物导致传感器芯片的入流的改变并且由此导致其特性曲线的漂移。
对于特性曲线漂移的另外一个原因在于传感器凝胶的流出。当前，入流板通常由一个被折叠(gefalzt)的金属板制成。传感器凝胶通过该折缝(fazspalt)从一个相邻的混合腔到达传感器芯片附近。对于混合腔可以理解为一个电路载体，所有电子元件安装在该电路载体上。该混合腔被用硅凝胶填充，以便使集成的电路和所属的粘合连接不受环境影响。该传感器凝胶被用作用于污物的增附剂。从该混合腔出来的传感器凝胶和在其上沉积的污物颗粒导致传感器的膜片中的温度平衡的改变并且由此导致传感器特性曲线的漂移。
发明内容
利用根据本发明所建议的解决方案可以避免传感器的欠流和传感器凝胶的泄漏，因为通过根据本发明所建议的传感器接收装置实现混合腔和一个旁通通道之间的密封粘接。通过使用现代的塑料，当前一般已有公差的一个缩小被达到。这又允许一个精确的安置，即传感器芯片更精确地放置在用于传感器元件的、已被施加的粘接剂中。由此又得到在批量生产中的次品的减小。此外，通过在制造传感器接收装置时使用塑料，一个有针对性的、空气动力学的构型可以更容易被转换。
与一个金属板或一个折叠的金属板相比较，塑料部件具有明显更小的温度上升。作用超过一段时间，金属板舌片的温度与金属板的温度相比较表明，金属板的温度比金属板舌片的温度略微高。由于该原因，在将传感器芯片直接安装在该塑料上时实现传感器芯片与遭受强烈的温度变化的入流板的热脱联。
传感器芯片的接收装置与金属板基体板或印刷电路板分隔开。
一方面，塑料部件、即用于接收传感器芯片的塑料舌片可单独地压力注射成型并且接着与该印刷电路板一起被夹紧、被粘接、被焊接或者以其它的方式被接合。
另一方面，该印刷电路板可以用一个金属板直接在一个工序中制造(散热工艺)。该SBU散热印刷电路板可以被作为厚膜替代物使用。根据散热工艺制造的印刷电路板、即SBU印刷电路板(序列式建构)是多层构造的印刷电路板。它可以作为具有陶瓷基底的电路载体使用。SBU散热印刷电路板可以作为具有微通孔(Microvias)和化学电镀的铜层的、双侧结构化的印刷电路板构成。这样的SBU散热印刷电路板稍后与用于传感器的、由塑料制成的接收装置一起被夹紧、被粘接、被焊接或以其它途径接合。最后提到的替换方案通过有利的制造成本突出，因为该印刷电路板结构直接与一个用于热输出的金属体相关联地被制造。因此可以取消一个单独的金属板件。与一个单独压力注射成型的、作为用于传感器芯片的接收装置的塑料舌片相关，这是一个低成本的建造方案，该印刷电路板与金属的基底一起被制造、被构造和接着被装备电子元件。该优点通过大基底的相互切下来产生。另外一个质量提升可以由此实现，即在热膜流量计上的用于传感器的接收片被由塑料压力注射成型的芯片卡替代。使用塑料作为用于制造传感器支架的原材料相对于由金属板冲制的传感器空穴相比提供了很多优点，因为塑料可以更容易地构造并且因此可以实现细丝的形状。通过一个可能的公差缩小可以实现将传感器芯片更精确地接收在传感器空穴中。
下面借助附图更详细地说明本发明。
附图表示图1以很大地放大的视图的热膜式空气质量流量计，图2根据本发明的热膜式空气质量流量计的塑料舌片的俯视图，图3根据图2中的III-III剖切一个热膜式空气质量流量计的一个剖面图，图4塑料片的入流边缘的细节，在该塑料片上接收一个传感器芯片，
图5具有成角度的插接件的传感器接收装置壳体、一个具有压力注射成型的塑料片的印刷电路板、一个混合腔盖以及一个传感器接收装置盖，图5.1具有一个放入到塑料舌片中的传感器芯片的印刷电路板的放大的视图，图5.2再次以放大的比例示出具有集成的传感器芯片的塑料片的视图，图6一个印刷电路板以及装备在其上的电子元件，及图7热膜式空气质量空气流量计的整体视图。
具体实施例方式
从以很大的放大比例表示的图1中可得到一个用于接收传感器芯片的塑料舌片。在一个电子模块2的侧面上压力注射成型一个塑料载体舌片3。该塑料载体舌片包括一个具有一个平的底面的凹部4，在该凹部中可以放入一个传感器芯片6。根据图1中的视图的塑料载体舌片3伸入到一个图1中未示出的旁通通道中，后者由一种流动的介质流过。该流动的介质不仅在面8上而且在背面7上扫过该塑料载体舌片3，该传感器芯片6被接收在面8上。塑料载体舌片3内的凹部4被构造为空穴9并且在所有侧上包围该传感器芯片6。在该塑料载体舌片3上，构造一个入流边缘5，它根据图1中的视图可以被构造为倒圆。可放入构造为空穴9的凹部4中的传感器芯片6优选被以一个高度构造，该高度与开设在该塑料载体舌片3中的凹部4的深度相应，这样，流动介质的经过塑料载体舌片3的入流边缘5的流体就平缓地经过塑料载体舌片3的正面8，而不会在流体中引起涡流。
从根据图2的视图可以得到在图1中以剖视图示出的塑料载体舌片的一个俯视图。该塑料载体舌片3被借助一些紧固销钉这样地固定在一个构造为电子模块2的装置壳体中，使得该塑料载体舌片3伸入到一个旁通通道10中(如在图2中示意性地示出的)。在入流方向11上经过该旁通通道10的流体流过该塑料载体舌片3的以空气动力学的轮廓13构造的入流边缘5。该传感器芯片6例如通过一个粘接装置固定在塑料载体舌片3的设计成空穴9的凹部4中。为了更好地接收印刷电路板，可以在构造为电子模块2的装置壳体中设置一个开口，在该开口中注入粘接剂，以便将印刷电路板固定地安装在电子模块2上。
图3示出根据图2中的剖割线III-III的塑料载体舌片的视图。
根据图3中的视图的塑料载体舌片3部分剖割地表示。在塑料载体舌片3的构造为空穴9的凹部4中放入该传感器芯片6。
在塑料载体舌片3的构造为空穴9的凹部中，放入该传感器芯片6。在该传感器芯片6的侧面构造一些粘接吊耳15，它们配合在塑料载体舌片3的与它们对应的凹部中。在该塑料载体舌片3中的构造为空穴9的凹部4的底面上施加一个粘接剂层，以便使该传感器芯片6与该塑料载体舌片3相连接。在该电子模块2(金属板件)上构造一些侧面接片2.1。
气体状介质的流过图3中未示出的旁通通道的流体沿着入流方向11流过塑料载体舌片3的入流边缘。图3中用一个圆标识的部分又以放大的比例表示在根据图4的视图中。从根据图4的视图中得知，该入流边缘5被以一个空气动力学的轮廓13构造。该入流边缘5可以被倒圆地构造，具有截锥状或近似椭圆的轮廓。在入流方向11上看，一个空穴状的凹部4构造在该塑料载体舌片3中。在该构造成空穴状的凹部4中被置入一个粘接层14，借助后者，图4中未示出的传感器芯片被放入该空穴9中。粘接层14的厚度这样地定尺寸，使得粘接在该空穴9中的传感器芯片6不突出超过塑料载体舌片3的底边，即气体状介质的流体可以几乎无涡流地经过塑料载体舌片3。
图5示出热膜式空气质量流量计的组成部分，包括一个插接件壳体、一个电子模块、一个混合腔和一个空穴盖。
在一个优选由塑料压力注射成型部件制成的壳体22上构造一个在根据图6的视图中成角度地设置的插接件23。为了锁止在一个通流管上，该插接件壳体22具有一个阶台地构造的面。在该插接件壳体22中构造一个支承面24，在该支承面中可以放入该电子模块2。此外，在插接件壳体22中构造旁通通道10，后者通过一个壁与一个混合腔20分隔。在一个构成该混合腔20边界的壁中，设置一个穿孔27，它被塑料载体舌片3贯穿。在安装混合腔/旁通通道盖21时，该穿孔27被一个构造在该盖上的舌片21.1封闭。该舌片21.1可以在其向着塑料载体舌片3的侧上被设置有粘接剂，以致于在该旁通通道10和插接件壳体22的混合腔20之间实现密封粘接。
在插接件壳体22中构造一个支承面24，该电子模块2被放到该支承面上。该电子模块2的侧面接片2.1靠置在支承面24的壁上。在插接件壳体22的包围该电子模块2的一个壁中设置一个穿孔27。该塑料载体舌片延伸穿过该穿孔27，在该塑料载体舌片中放入传感器芯片6。该流动的介质在控制方向11上流过旁通通道10，以致于该流动的介质不仅扫过塑料载体舌片3的正面8而且扫过其背面9。
在插接件壳体22上包括一个可选择地成角度构造的插接件接头23，在该插接件壳体的支承面24上放入电子模块2。该插接件接头23通过未详细示出的触头与该电子模块2形成连接。
从根据图5.1的视图中进一步得到该电子模块。
在电子模块2的向着该旁通通道10的侧上构造该塑料载体舌片3，在后者中放入传感器芯片6。传感器芯片6相对于塑料载体舌片3以一个定向角度设置，该定向角度相应于该角度——旁通通道10以该角度在插接件壳体22中延伸。该传感器芯片6这样地放入该塑料载体舌片3中，使得该传感器芯片与旁通通道10中的入流方向11垂直地设置。
在该电子模块2的底板上，在与该塑料载体舌片3对置的端部上具有一些触头垫(Kontaktpad)，插接件23的这些触头连接在这些触头垫上。为了完整性起见应该提及，带有集成的电子模块2的、安装了混合腔/旁通通道盖21和安装了空穴盖26的一个完成安装的插接件壳体22在安装箭头30的方向上可以被组合在一个通流管31中。该通流管31由图7得到。
图5.2以放大的视图示出插接件壳体中的穿孔部位和伸入到旁通通道中的塑料载体舌片。
该电子模块2的侧面接片2.1靠置在插接件壳体22的一些壁上，这些壁包围用于该电子模块2的支承面24。可直接压力注射成型在电子模块2的底板上的塑料舌片3或作为单独的部件可固定在该底板上的塑料舌片3伸入到插接件壳体的旁通通道10中。该旁通通道10通过一个构造在插接件壳体22中的壁与混合腔20隔离。
传感器芯片6以一个角度定向在塑料载体舌片3的正面8上，该角度通过参考标号28标识并且相应于这样一个角度——旁通通道10以所述这样一个角度在插接件壳体22中倾斜地延伸。该传感器芯片6借助一些粘接吊耳15固定在该塑料载体舌片3中。插接件壳体22中的穿孔27被这样地定尺寸，使得该塑料载体舌片3用其宽度完全地填充该穿孔。流入到该旁通通道10中的、气体状的介质流过该塑料载体舌片3的入流边缘5，后者以一个空气动力学的轮廓13构造。
从图6可以得到一个印刷电路板，它固定在该电子模块的底面上。
设置有一些电子元件29以及印制导线的印刷电路板12可以粘接或者以其它的方式例如通过销连接被固定在电子模块2的底板上。印刷电路板12与电子模块2的底板的销连接可以通过一些可锁止的销钉实现，借助这些销钉，该印刷电路板12例如在它们的角部(Eckpunkten)处与构造为金属U型材的电子模块2的底板相连。
在图6中示出的用作传感器芯片6的接收装置的塑料载体舌片3要么可以单独地压力注射成型要么接着与该印刷电路板12一起被夹紧、被粘接或被焊接。
可替换的，存在这样的可能性，即该印刷电路板12用一个金属板直接在一个工序中制造(散热工艺Heat-sink-technologie(SBU))。根据SBU散热方法制造的印刷电路板12包括一个具有微通孔和化学地电镀的铜层的双侧结构化的SBU散热印刷电路板。该散热印刷电路板稍后与用于接收传感器芯片6的塑料载体舌片3一起被夹紧、被粘接或根据其它接合方法材料配合(stoffschluessig)地连接。以散热工艺构造的印刷电路板12一方面比使用混合的方式成本大大地低，因为该印刷电路板结构与一种散热的金属相关联地被制造。与一个用于接收传感器芯片6的、单独压力注射成型的塑料载体舌片3相关联地，这是一个成本有利的电子建构方案。该金属板首先被冲压；接着这些部件被层叠到一个压力平衡载体(Druckkompensationstraeger)16上并且相互压紧。该印刷电路板12可以借助标准工序被结构化。接着，该塑料载体舌片3被直接安装在该印刷电路板12上。
可替换地，可能的是直接与用作空穴9的接收部4一起制造该塑料载体舌3。使用塑料作为用于制造塑料载体舌片的原材料相对于由金属板压印的传感器空穴提供很多优点。一方面，塑料可以更容易地成型并且因此加工成细丝的形状。由此制造公差的可能的缩小能够实现将传感器芯片更精确地安装到塑料载体舌片3的用作空穴9的凹部4中。
通过塑料的任意的成型可能性，可实现在塑料载体舌片的进口边5的结构方面的空气动力学的要求，该要求由于结构和制造技术的原因迄今不能被考虑。将来可以取消迄今仍所使用的底板，它以一个附加的、昂贵的电镀方法来制造并且通过施加作为腐蚀防护的NiNiP层被使用。该传感器芯片6可以垂直于入流方向11转动，以致于可以取消旁通通道10的下部区域中的第二十字粘接(Schwertklebung)。在塑料注塑后，完成的部件可以被直接包装在运输膜中；可以取消作为散装货物的处理和因此随之而来的损坏以及塑料载体舌片的对特征曲线起作用的弯曲。
一个平的塑料支承部分、即用作空穴9的凹部4的底部被用作传感器芯片6的支承面。设置在传感器芯片6侧面上的粘接吊耳15能够完全密封地粘接在旁通通道10和该电子腔之间的区域。在舌片21.1的下部面和在其中放入传感器芯片6的、塑料载体舌片的上部面之间，施加一个粘接层，以致于旁通通道10和混合腔20相互密封。
通过根据本发明所建议的将传感器芯片6接收在塑料载体舌片3的用作空穴9的凹部4内引起，没有凝胶到达该传感器芯片6并且由此可以改善在使用寿命上的功能偏差。此外，通过一个流入侧的密封装置(直接影响膜片下侧或边界层的抽吸效应)避免传感器芯片6的欠流，由此明显地减小了特性曲线漂移。没有由流动的介质欠流的传感器芯片6相对它在凹部4内的位置不敏感，该凹部用作空穴9并且在使用寿命期间显示一个更小的漂移。以空气动力学上有利的轮廓13构造的进口边5可以根据使用要求被改变并且有针对地在空气动力学上适配。
从图7中进一步得到一个热膜式空气质量流量计，它在安装的方向30上集成在一个通流管31中。为此，该插接件壳体22借助插接件23被完全地推入到通流管31中。插入式部件、如整流流动介质的整流器32以及一个大约在中心设置的转向栅格33处于在该通流管31中。
参考标号表1热膜式空气质量流量计 24支承面2电子模块 25十字粘接2.1侧面接片26空穴盖3塑料载体舌片 27穿孔4凹部 28安装角度5入流边缘 29电子元件6传感器芯片30装配方向7下部面31通流管8上部面32整流器9空穴 33转向栅格10旁通通道11入流方向12印刷电路板13空气动力学轮廓14粘接层15粘接吊耳16压力平衡载体17第一填充厚度18第二填充厚度19传感器接收装置20混合腔21混合腔盖22壳体23插接件
权利要求
1.用于检测内燃机的进气侧或增压空气侧中的空气流量的热膜式空气质量流量计，它具有一个接收一个传感器芯片(6)的承载件(3)，后者配置在一个通道(10)中，该通道至少由流动介质的一个部分质量流流过，其中，该传感器芯片(6)伸入到由流动介质的该部分质量流流过的该通道(10)中，其特征在于，该承载件(3)或者构造为单独地可固定在一个电子模块(2)上的部件或者构造为一个压力注射成型在电子模块(2)上的单元，该传感器芯片(6)相对入流方向(11)在下游位于入流边缘(5)后面地集成在该承载件中。
2.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量计，其特征在于，该传感器芯片(6)被接收在一个在所有侧上构成其边界的、用作空穴(9)的凹部(4)中，该凹部在承载件(3)的一个被环流的侧上。
3.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量计，其特征在于，该传感器芯片(6)的上部面与支承体(3)的一个面(7，8)一起构成一个平坦地延伸的面。
4.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量计，其特征在于，在混合腔(20)和旁通通道(10)之间构造一个密封粘接。
5.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量计，其特征在于，在承载件(3)中的用作空穴(9)的凹部(4)的底部是平的。
6.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量计，其特征在于，该电子模块(2)放置在插接件壳体(22)的一个支承面(24)上，该插接件壳体具有一个向着旁通通道(10)的穿孔(27)。
7.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量计，其特征在于，在构造为U形轮廓的电子模块(2)中销连接或粘接地接收一个印刷电路板(12)。
8.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量计，其特征在于，在凹部(4)内的传感器芯片(6)通过一些锁止突出部(Rastvorspruenge)(15)来固定。
9.用于制造具有一个用于检测在通道(11)中的流动介质的流量的传感器芯片(6)的印刷电路板(12)的方法，具有以下方法步骤a)冲压一个用作电子模块(2)的金属板件(2)，b)在印刷电路板(12)上产生印制导线，c)将接收传感器(6)的塑料载体舌片安装在印刷电路板(12)上以及d)使承载件(3)装备传感器芯片(6)并且使印刷电路板(12)装备电子元件(29)。
10.用于制造具有一个用于检测在通道(11)中的流动介质的流量的传感器芯片(6)的印刷电路板(12)的方法，具有以下方法步骤a)以散热工艺用一个集成的金属板型材构造一个印刷电路板(12)，b)该印刷电路板(12)被层叠在压力平衡载体(16)上并且与它一起压紧，c)接收传感器(6)的承载件(3)与印刷电路板一起被夹紧，被粘接或被焊接以及d)印刷电路板(12)被装备电子元件(29)并且安装后的承载件(3)被装备传感器芯片(6)。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测内燃机的进气侧或增压空气侧中的空气流量的热膜式空气质量流量计，它具有一个接收一个传感器芯片(6)的承载件(3)，后者配置在一个通道(10)中，该通道至少由流动介质的一个部分质量流流过，其中，该传感器芯片(6)伸入到由流动介质的部分质量流流过的通道(10)中。该承载件(3)或者构造为单独地可固定在一个电子模块(2)上的部件或者构造为一个压力注射成型在电子模块(2)上的单元，该传感器芯片(6)相对入流方向(11)在下游位于入流边缘(5)后面地集成在该承载件中。
文档编号G01F1/684GK1860349SQ200480028269
公开日2006年11月8日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月29日
发明者曼弗雷德·施特罗尔曼, 赖纳·沙尔德 申请人:罗伯特·博世有限公司