专利名称：传感器模块和用于制造传感器模块的方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器模块和一种用于制造传感器模块的方法。
背景技术：
这样的传感器模块是普遍公知的。例如，在文献DE 102005038443A1中公开了一 种具有基底和壳体的传感器装置，其中，壳体在第一基底区域中基本上完全包围该基底，而 壳体设置成在第二基底区域中至少部分地借助孔打开，并且第二基底区域设置成在该孔的 区域中从壳体中突出。通过使第二基底区域从壳体中突出，防止了对应力敏感的传感器元 件的特征曲线由于壳体和基底的不同热膨胀而受到影响，因为传感器元件的有效传感器区 域设置在第二基底区域中，由此设置在壳体外部并且进一步与壳体热解耦。此外，由尚未公 布的专利申请DE 202008011943. 1公开了 一种传感器装置，其中，传感器元件设置在载体 上并且传感器元件的一个区域嵌入到模制壳体中，载体在模制壳体通孔的边缘区域中嵌入 到模制壳体中，并且，传感器装置的一个敏感区也设置在该通孔的区域内，因而同样设置在 模制壳体的外部。因此，一方面允许该敏感区与模制壳体热解耦，另一方面实现壳体上侧和 壳体下侧之间的空间分离，使得传感器装置构成测量介质的阻碍并且由此用于安装到空间 区域之间的密封连接中，例如安装在汽车外壳体的内部空间中。壳体和基底之间的不同热 膨胀尤其通过将塑料制成的模制壳体用作壳体和将金属引线框用作基底而引起，由此实现 这种传感器模块的相对成本有利的制造。根据现有技术的热解耦的缺点是由于第二基底 区域突出并且由于模制壳体中的通孔，传感器元件的敏感区总是完全暴露，因而不受保护 地受到可能的环境影响，例如污染、机械损害或电磁干扰辐射。
发明内容
根据本发明提出了一种传感器模块，其具有传感器元件、壳体和基底，其中，传感 器元件设置在基底上，并且，壳体至少部分地包围传感器元件，其中，该传感器模块还具有 用于补偿壳体的热变形的补偿元件，该壳体基本上设置在基底和补偿元件之间。
与现有技术相比，根据本发明的传感器模块和根据本发明的用于制造传感器模块 的方法具有如下优点借助补偿元件以相对容易的且实现成本低的方式有效地防止传感器 模块的热变形，该补偿元件同时保护壳体和/或传感器元件免受不期望的外部环境影响。 因此，根据本发明的传感器模块是非常坚固的并且相对于污染、机械损害和/或电磁干扰 辐射是不敏感的。这通过以下方式实现壳体设置在补偿元件和基底之间。因此，壳体和/ 或传感器元件在背离基底的第一侧面上受到补偿元件的保护或者至少部分地被覆盖。补偿 元件优选包括金属，从而传感器元件在第一侧面上的电磁屏蔽通过补偿元件实现。该补偿 元件特别优选构造成基本扁平的和/或板状的，并且尤其特别优选地构造成基本平行于基 底的主延伸平面取向。此外，基底和壳体之间的热机械应力通过补偿元件这样地补偿，使得 防止壳体从基底的主延伸平面(即垂直于主延伸平面)翘曲出来。传感器模块由于补偿板 而对称化，使得例如在壳体材料的固化过程中或者在温度波动时作用在壳体上的热机械应
3力同样关于主延伸平面对称，因而防止从主延伸平面中翘曲出来。壳体优选包括模制壳体， 其中，补偿元件优选刚好补偿在模塑料固化过称中在基底和壳体之间产生的热机械应力， 从而补偿壳体并且防止壳体翘曲。 本发明的有利设计方案和扩展方案从下面的参照附图的说明中得出。 根据一种优选的扩展方案，设置有补偿元件，该补偿元件构造用于在壳体上产生
与温度相关的补偿力。这优选这样地实现补偿元件的热膨胀系数与壳体的热膨胀系数不
同。因此特别有利的是，与现有技术相比实现了有效的且与温度相关的应力补偿，由此能够
实现精度更高的微机械式结构元件。同时，由于翘曲的减少，传感器模块的处理工艺例如电
接通或者精确锯切被显著地简化。因此，与现有技术相比，该传感器模块的平面度能在明显
更大的温度范围内实现。 根据一种另外的优选扩展方案，补偿元件的材料与基底的材料相同和/或补偿元 件的材料的热机械材料特性与基底的材料的热机械材料特性基本相同。因此，特别有利的 是，壳体和基底之间的热机械应力通过壳体和补偿元件之间的基本相似的热机械应力刚好 补偿，由此以相对简单的方式在整个温度范围中防止了壳体的翘曲。 根据本发明的一种另外的有利扩展方案，补偿元件具有第一热膨胀系数，该第一 热膨胀系数小于、等于或大于基底的第二热膨胀系数。因此特别优选的是，从基底出来的、 作用在壳体上的力通过补偿元件的补偿力部分地补偿、基本上正好补偿或者过补偿。过补 偿尤其在以下情况下具有优点在有其他的热机械应力作用在壳体上时，其中例如通过传 感器元件的固定元件、通过基底的固定元件和/或通过基底载体，因为在这种情况下其他 的热机械应力也被补偿元件所补偿。
根据一种另外的优选扩展方案，补偿元件具有各向异性的第一膨胀系数。因此特
别有利的是，基底的各向异性的膨胀或者说各向异性的热机械应力是可被补偿的。 根据一种另外的优选扩展方案，补偿元件的第一厚度小于、等于或大于基底的第
二厚度，从而能够以特别有利的方式实现对基底的热机械应力的部分补偿、基本上正好补
偿或过补偿。 根据一种另外的优选扩展方案，第一厚度和第二厚度的比基本上与补偿元件的第 一弹性模量和基底的第二弹性模量的比成反比，从而以特别有利的方式通过对补偿元件和 基底之间的厚度比进行相应选择来补偿基底的热机械膨胀和补偿元件的热机械膨胀之间 的由于不同的弹性模量所引起的差。 根据一种另外的优选扩展方案，补偿元件具有第一结构，该第一结构与基底的第 二结构基本上相同。基底的热机械膨胀性能通过基底上或基底中的结构来影响，其中，相对 耗费的结构导致相对复杂的膨胀特性。但是有利的是，以简单的方式实现对由结构化基底 引起的热机械膨胀的基本准确的应力补偿，即在补偿元件上或在补偿元件中复制与基底的 结构基本相同的结构。 根据一种另外的优选扩展方案，壳体具有孔，其中，传感器元件的压敏区设置在所 述孔的区域中，并且，补偿元件至少部分地覆盖该 L。因此，特别有利的是，通过补偿元件保 护了未受壳体保护的压敏区免受不期望的外部环境影响，例如污染、机械损害和/或电磁 干扰辐射。这在以下方式中是特别有利的压敏区尤其具有裸露的活动的结构和/或电极， 这些结构和/或电极对污染(短路危险和/或活动结构由于微粒而卡死的危险)、机械损害
4(活动结构断裂的危险)和/或电磁干扰辐射(电荷感应)比较敏感。 根据一种另外的优选扩展方案，补偿元件在孔的区域中具有通道。因此特别有利 的是，穿过该通道能够建立压敏区与测量介质(例如流体或者测量气体)之间的接触，由此 例如能够借助传感器元件获得测量介质的压力。在此，传感器模块被如此地构造，使得传感 器元件例如成为测量介质的阻碍并且由此可用于安装到空间区域之间的密封连接中、例如 安装在汽车外部壳体的内部空间中。特别优选的是，通道的平行于主延伸平面的横截面比 孔的平行于主延伸平面的平均横截面小并且优选小若干倍，从而即使存在通道，该补偿元 件也能为压敏区提供保护以免受不期望的外部环境影响，例如污染、机械损害和/或电磁 干扰辐射。 根据一种另外的优选扩展方案，基底包括引线框和/或基底设置在引线框上。特 别有利的是，由于引线框被用作基底，因而传感器模块的制造成本显著降低。基底优选地设 置在电路板上，其中，电路板优选用于机械地固定和用于电接通所述基底或传感器元件。任 选地，在本发明的意义上，基底包括电路板，从而通过补偿元件也能补偿电路板作用在壳体 上的热机械应力。可选地，基底同时还包括弓I线框和电路板，从而补偿元件同时对引线框作 用在壳体上的热机械应力以及电路板作用在壳体或基底上的热机械应力进行部分补偿、正 好补偿和/或过补偿。 本发明的一种另外的主题是一种用于制造传感器模块的方法，其中，在第一制造 步骤中将传感器元件布置在基底上，在第二制造步骤中用模塑料对传感器元件进行包覆注 塑以便形成壳体，并且在接下来的第三制造步骤中将补偿元件固定在壳体上。因此有利的 是，传感器模块相对成本有利地被制造，该传感器模块提供了对壳体翘曲的热机械应力补 偿并且保护壳体和/或传感器元件免受不期望的外部环境影响，例如污染、机械损害和/或 电磁干扰辐射。补偿元件与壳体优选材料锁合地相连接并且特别优选的是粘贴和/或层压 在壳体上。
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明书中详细阐述。 图1示出根据现有技术的传感器模块的示意性侧视图； 图2示出根据本发明的第一实施方式的传感器模块的示意性侧视图； 图3示出根据本发明的第二实施方式的传感器模块的示意性侧视图； 图4示出根据本发明的第三实施方式的传感器模块的示意性侧视图； 图5示出根据本发明的第四实施方式的传感器模块的示意性侧视图。
具体实施例方式
图中相同的元件总是配以相同的附图标记，因而通常也总是仅提及或提到一次。
图1示出根据现有技术的传感器模块1的示意性侧视图，其中，该传感器模块1包 括传感器元件2，2'、壳体3和基底4。传感器元件2，2'设置在基底4上并且包括具有压敏 区6的压力传感器。该壳体3在压敏区6的区域中具有孔7，从而测量介质8通过孔7到 达压敏区6。传感器元件2，2'在壳体3内部例如具有键合线2"形式的电接触件。基底4 尤其包括引线框，该引线框例如由钢板通过冲压制成。传感器元件2，2'优选被机械地固定在基底4上并且通过基底4的结构被电接通。基底4设置在电路板5上。壳体3包括塑料 壳体，该塑料壳体以模铸工艺制成，其中，在第一方法步骤中将传感器元件2， 2'固定在基底 4上，接下来在第二方法步骤中用模塑料对传感器元件2， 2'和/或基底4进行包覆注塑以 形成壳体3。由于模塑料在固化过程中的化学收縮以及由于模塑料和基底4之间的热膨胀 系数不同，因而在冷却过程中会产生力，该力会引起壳体3从基底4的主延伸平面100中拱 曲或者翘曲出来(即垂直于主延伸平面100)。尤其对于此类"无引线"的壳体而言，所述翘 曲由于结构上的不对称而变得相对强烈。通过将基底4粘贴或焊接在电路板5上会增加所 述翘曲进一步加强的危险，因为电路板5同样具有与壳体3的热膨胀系数不同的热膨胀系 数。不同膨胀系数的材料的组合会在传感器元件内诱发应力，使得传感器的特征曲线发生 变化。在图1中，壳体3、基底4和电路板5中的不同的热机械应力通过箭头30、40、40'和 50示意性地示出。 图2示出根据本发明的第一实施方式的传感器模块1的示意性侧视图，其中，该第 一实施方式基本上与在图1中所示的传感器模块相似，其中，该传感器模块1具有扁平的补 偿元件10，该补偿元件10基本上平行于主延伸平面100设置在壳体3的背离基底4的侧面 上，从而壳体3被设置在补偿元件10和基底4之间。该第一实施方式没有电路板5。补偿 元件10在孔7的区域中具有通道ll，其中，该通道11起到用于测量介质8的进气口 /出 气口的功能。在此，通道11的平行于主延伸平面100的横截面比孔7的平行于主延伸平面 100的平均横截面小若干倍。在第一方法步骤和第二方法步骤之后，在第三方法步骤中将 补偿元件10例如粘贴和/或层压在壳体上。通过将补偿元件10安置在壳体3上，一方面 部分地封闭压敏区6上方的孔7，同时提供对翘曲力的补偿。在此，补偿元件10优选地具 有第一热膨胀系数，该第一热膨胀系数与基底4或引线框的第二热膨胀系数基本上相等或 相似。因此，在温度变化时会产生与基底4的翘曲力反向的力。补偿元件10同时也用于保 护壳体和压敏区6免受不期望的外部环境影响(如污染、机械损害和/或电磁干扰辐射) 和用于应力补偿。补偿元件10特别优选地由与基底4材料相同的材料或者由具有与基底 4材料相似的热机械材料特性的材料制成。因此，反向力例如通过对补偿元件10的垂直于 主延伸平面100的材料厚度的选择来改变，其中，尤其特别优选的是，补偿元件10垂直于主 延伸平面100具有第一厚度12，该第一厚度12基本上等于基底4的垂直于主延伸平面100 的第二厚度13，因而来自基底4的力基本上通过补偿元件10的相等力补偿了。
图3示出根据本发明的第二实施方式的传感器模块1的示意性侧视图，其中，该第 二实施方式与图2中所示的第一实施方式相同，其中，基底4如图1中那样焊接和/或粘贴 在电路板5上，并且，第一厚度12也大于第二厚度13，从而补偿元件10的力对基底4的力 过补偿，由此附加地也补偿了电路板5的力。 图4示出根据本发明的第三实施方式的传感器模块1的示意性侧视图，其中，该第 三实施方式与图2中所示的第一实施方式基本上相同，其中，补偿元件10包括塑料板，其中 第一厚度12小于第二厚度13。在一种任选的实施方式中，第一厚度12相对于第二厚度13 的比与基底3和补偿元件10的相应弹性模量比成反比。 图5示出根据本发明的第四实施方式的传感器模块1的示意性侧视图，其中，该第 四实施方式与图2中所示的第一实施方式基本上相同，其中，传感器元件2，2'没有压敏区 6，壳体3没有孔7，而补偿元件10没有通道11。因此，补偿元件10用于应力补偿和用于保护壳体3免受污染和机械损害。替代地，补偿元件10包括金属材料并且同时用于屏蔽传感 器元件2，2'免受电磁干扰辐射。
权利要求
一种传感器模块(1)，具有传感器元件(2，2’)、壳体(3)和基底(4)，其中，传感器元件(2，2’)设置在基底(4)上，并且，壳体(3)至少部分地包围传感器元件(2，2’)，其特征在于，该传感器模块(1)还具有用于补偿壳体的热变形的补偿元件(10)，其中，该壳体(3)基本上设置在基底(4)和补偿元件(10)之间。
2. 根据权利要求1所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述补偿元件(10)构造成用于在壳体(3)上产生与温度相关的补偿力。
3. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述补偿元件(10)的材料与基底(4)的材料相同和/或所述补偿元件(10)的材料的热机械材料特性与基底(4)的材料的热机械材料特性基本上相同。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述补偿元件(10)具有第一热膨胀系数，该第一热膨胀系数小于、等于或大于基底(4)的第二热膨胀系数。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述补偿元件(10)具有各向异性的第一膨胀系数。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述补偿元件(10)的第一厚度(12)小于、等于或大于基底(4)的第二厚度(13)。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，第一厚度(12)与第二厚度(13)之比基本上和补偿元件(10)的第一弹性模量与基底(4)的第二弹性模量之比成反比。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述补偿元件(10)具有第一结构，该第一结构与基底(4)的第二结构基本上相同。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述壳体(3)具有孔(7)，其中，传感器元件(2，2')的压敏区(6)设置在该孔(7)的区域中，并且，补偿元件(10)至少部分地覆盖该孔(7)。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于所述补偿元件(10)在所述孔(7)的区域中具有通道(11)。
11. 根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(l)，其特征在于，所述基底(4)包括引线框和/或所述基底(4)设置在电路板(5)上。
12. —种用于制造根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(1)的方法，其特征在于，在第一制造步骤中将传感器元件(2， 2')设置在基底(4)上，在第二制造步骤中用模塑料对传感器元件(2，2')包覆注塑以便形成壳体(3)，在接下来的第三制造步骤中将补偿元件(10)固定在壳体(3)上。
全文摘要
本发明涉及传感器模块和用于制造传感器模块的方法，该传感器模块具有传感器元件、壳体和基底，其中，传感器元件设置在基底上，并且，传感器元件设置成至少部分地嵌入到壳体中，该传感器模块还具有用于补偿壳体的热变形的补偿元件，其中，该壳体基本上设置在基底和补偿元件之间。
文档编号G01L19/04GK101738288SQ200910212010
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者E·奥克斯, E·舍尔科斯, F·阿格 申请人:罗伯特·博世有限公司