DE102023110113A1

DE102023110113A1 - Sensor arrangement and method for producing a plurality of sensor arrangements

Info

Publication number: DE102023110113A1
Application number: DE102023110113.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Wohlgemuth; Stefan Kuschel; Thomas Stendel; Benjamin Bohl; Sven Röhrbein
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2024-10-24
Also published as: WO2024217823A1; JP2026512085A; EP4698874A1; CN120936855A

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Sensoranordnung, aufweisend eine Kernkomponente (100), die ein Drucksensorelement (104), einen Schaltungsträger (102) und ein Abstützelement (103) aufweist, und ein oberes Gehäuseelement (200), das die Kernkomponente (100) umschließt, wobei das obere Gehäuseelement (200) an einer Oberseite des Abstützelements (103) anliegt, wobei der Schaltungsträger (102) einen mittleren Bereich (113) und einen Randbereich (114), der den mittleren Bereich (113) umschließt, aufweist, wobei das Abstützelement (103) im mittleren Bereich (113) des Schaltungsträgers (102) und auf einer Oberseite des Schaltungsträgers (102) angeordnet ist. Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Sensoranordnungen.The present application relates to a sensor arrangement comprising a core component (100) which has a pressure sensor element (104), a circuit carrier (102) and a support element (103), and an upper housing element (200) which encloses the core component (100), wherein the upper housing element (200) rests on an upper side of the support element (103), wherein the circuit carrier (102) has a central region (113) and an edge region (114) which encloses the central region (113), wherein the support element (103) is arranged in the central region (113) of the circuit carrier (102) and on an upper side of the circuit carrier (102). A further aspect relates to a method for producing a plurality of sensor arrangements.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, die ein Drucksensorelement aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl der Sensoranordnungen.The present invention relates to a sensor arrangement having a pressure sensor element and to a method for producing a plurality of the sensor arrangements.

Viele Anwendungen in den Bereichen Industrie- und Automobiltechnik, beispielsweise Wärmekraftmaschinen, Filter, Kühlkreisläufe und Klimaanlagen, erfordern eine simultane ortsbezogene messtechnische Erfassung von Druck und Temperatur eines Fluids. Die dazu verwendeten Sensoranordnungen können hohen Druckbelastungen, beispielsweise bis zu 100 Bar, sowie hohen Temperaturen, von beispielsweise bis zu 180° C, sowie sehr niedrigen Temperaturen, von bis zu -40° C, ausgesetzt sein.Many applications in the fields of industrial and automotive technology, for example heat engines, filters, cooling circuits and air conditioning systems, require simultaneous, location-based measurement of the pressure and temperature of a fluid. The sensor arrangements used for this purpose can be exposed to high pressure loads, for example up to 100 bar, as well as high temperatures, for example up to 180° C, as well as very low temperatures, down to -40° C.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine vorteilhafte Sensoranordnung anzugeben.The object of the present invention is to provide an advantageous sensor arrangement.

Die Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Sensoranordnung.The object is achieved by a sensor arrangement according to claim 1. The dependent claims relate to preferred embodiments of the sensor arrangement.

Es wird eine Sensoranordnung vorgeschlagen, die eine Kernkomponente und ein oberes Gehäuseelement aufweist. Die Kernkomponente weist ein Drucksensorelement, einen Schaltungsträger und ein Abstützelement auf. Das obere Gehäuseelement umschließt die Kernkomponente. Das obere Gehäuseelement liegt an einer Oberseite des Abstützelementes an. Der Schaltungsträger weist einen mittleren Bereich und einen Randbereich auf, der den mittleren Bereich umschließt. Das Abstützelement ist im mittleren Bereich des Schaltungsträgers angeordnet. Das Abstützelement ist auf einer Oberseite des Schaltungsträgers angeordnet.A sensor arrangement is proposed which has a core component and an upper housing element. The core component has a pressure sensor element, a circuit carrier and a support element. The upper housing element encloses the core component. The upper housing element rests on an upper side of the support element. The circuit carrier has a central region and an edge region which encloses the central region. The support element is arranged in the central region of the circuit carrier. The support element is arranged on an upper side of the circuit carrier.

Der Randbereich des Schaltungsträgers kann frei von dem Abstützelement sein. Das Abstützelement kann insbesondere eine Anschlagsfläche aufweisen, die an einer Anschlagsfläche des oberen Gehäuseelementes anliegt. Über die Anschlagsfläche des Abstützelements wird eine auf die Kernkomponente ausgeübte Kraft auf das obere Gehäuseelement übertragen.The edge region of the circuit carrier can be free of the support element. The support element can in particular have a stop surface that rests against a stop surface of the upper housing element. A force exerted on the core component is transmitted to the upper housing element via the stop surface of the support element.

Ein äußerer Umfang des Abstützelements kann entlang einer Grenze zwischen dem Randbereich und dem mittleren Bereich des Schaltungsträgers verlaufen.An outer circumference of the support element can run along a boundary between the edge region and the central region of the circuit carrier.

Durch die Anordnung des Abstützelements in dem mittleren Bereich des Schaltungsträgers kann eine Kraftübertragung von der Kernkomponente zu dem oberen Gehäuseelement derart gestaltet sein, dass die Biegemomente, die die Kernkomponente erfährt, minimiert werden. Dazu kann die Kraft über einen mittig auf dem Schaltungsträger angeordneten mittleren Bereich übertragen werden, der ausreichend groß ausgestaltet ist, um eine kalottenförmige Verformung des Schaltungsträgers zu verhindern.By arranging the support element in the middle area of the circuit carrier, a force transmission from the core component to the upper housing element can be designed in such a way that the bending moments experienced by the core component are minimized. For this purpose, the force can be transmitted via a middle area arranged centrally on the circuit carrier, which is designed to be sufficiently large to prevent a dome-shaped deformation of the circuit carrier.

Die in der Kernkomponente auftretenden Biegebelastungen können auf diese Weise minimiert werden. Eine Reduzierung der Biegebelastungen kann eine verbesserte Miniaturisierung der Sensoranordnung sowie eine erhöhte Messgenauigkeit ermöglichen. Es können eine kompakte Bauweise der Sensoranordnung und ein geringer Materialeinsatz ermöglicht werden.The bending stresses occurring in the core component can be minimized in this way. A reduction in the bending stresses can enable improved miniaturization of the sensor arrangement and increased measurement accuracy. A compact design of the sensor arrangement and a lower use of materials can be made possible.

Das obere Gehäuseelement kann Teil eines Gehäuses der Sensoranordnung sein. Insbesondere können das obere Gehäuseelement und ein unteres Gehäuseelement, mit welchem das obere Gehäuseelement verbindbar ist, das Gehäuse der Sensoranordnung bilden. Über das untere Gehäuseelement kann dabei ein Fluid, dessen Druck von dem Drucksensorelement gemessen wird, zu dem Drucksensorelement geleitet werden.The upper housing element can be part of a housing of the sensor arrangement. In particular, the upper housing element and a lower housing element, to which the upper housing element can be connected, can form the housing of the sensor arrangement. A fluid, the pressure of which is measured by the pressure sensor element, can be guided to the pressure sensor element via the lower housing element.

Jeder Abstand des Abstützelementes von einem Randpunkt des Schaltungsträgers kann mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10% oder mindestens 20%, einer Länge einer Geraden betragen, die den Randpunkt mit einem gegenüberliegenden Randpunkt des Schaltungsträgers verbindet und durch den Mittelpunkt des Schaltungsträgers verläuft. Durch diese Anordnung des Abstützelements in dem mittleren Bereich des Schaltungsträgers kann sichergestellt werden, dass die von dem Fluid auf die Kernkomponente ausgeübte Kraft von Bereichen der Kernkomponente übertragen werden, die ausreichend weit von den Rändern der Kernkomponente entfernt sind. So kann vermieden werden, dass durch auf die Ränder ausgeübte Kräfte es zu Biegemomenten in der Platte oder in dem Schaltungsträger kommt.Each distance of the support element from an edge point of the circuit carrier can be at least 5%, preferably at least 10% or at least 20%, of a length of a straight line that connects the edge point with an opposite edge point of the circuit carrier and runs through the center of the circuit carrier. This arrangement of the support element in the middle region of the circuit carrier can ensure that the force exerted by the fluid on the core component is transmitted from regions of the core component that are sufficiently far away from the edges of the core component. This can prevent forces exerted on the edges from causing bending moments in the plate or in the circuit carrier.

Ein äußerer Umfang des Abstützelements kann entlang einer Grenze zwischen dem mittleren Bereich und dem Randbereich des Schaltungsträgers verlaufen. Der mittlere Bereich kann zumindest 10 % der Fläche des Schaltungsträgers einnehmen, vorzugsweise nimmt der mittlere Bereich zumindest 25 % der Fläche des Schaltungsträgers ein. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Abstützelement hinreichend groß ist, um eine Kraft flächig und nicht nahezu punktförmig auf das obere Gehäuseelement zu übertragen. Auf diese Weise können Kraftspitzen vermieden werden, die zu Messungenauigkeiten führen könnten und die die Lebensdauer des Bauteils verkürzen können.An outer circumference of the support element can run along a boundary between the central region and the edge region of the circuit carrier. The central region can take up at least 10% of the area of the circuit carrier, preferably the central region takes up at least 25% of the area of the circuit carrier. In this way, it can be ensured that the support element is sufficiently large to transfer a force to the upper housing element over a large area and not almost in a point-like manner. In this way, force peaks can be avoided that could lead to measurement inaccuracies and that could shorten the service life of the component.

Der mittlere Bereich kann nicht mehr als 80 % der Fläche des Schaltungsträgers einnehmen, vorzugsweise nimmt der mittlere Bereich weniger als 60 % der Fläche des Schaltungsträgers ein. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Krafteinwirkungen ausreichend weit vom Rand des Schaltungsträgers entfernt erfolgt, so dass es nicht zu einem Verbiegen des Schaltungsträgers kommt.The middle area cannot occupy more than 80% of the area of the circuit carrier, Preferably, the central region takes up less than 60% of the surface area of the circuit carrier. This ensures that the forces are applied sufficiently far away from the edge of the circuit carrier so that the circuit carrier is not bent.

Das Abstützelement kann einen Rahmen aufweisen, der einen inneren Bereich, in dem das Drucksensorelement angeordnet ist, umschließt. Da das Abstützelement auf der Oberseite des Schaltungsträgers angeordnet ist, wird eine Kraft auf das obere Gehäuseelement weder von dem Schaltungsträger selbst noch von dem Drucksensorelement übertragen. Vielmehr wird hierzu das Abstützelement genutzt. Das Abstützelement hat eine rein mechanische Funktion, so dass die Elemente mit einer messtechnischen Funktion, Schaltungsträger und Drucksensorelement, vor Kraftspitzen geschützt sind.The support element can have a frame that encloses an inner area in which the pressure sensor element is arranged. Since the support element is arranged on the top of the circuit carrier, a force is not transmitted to the upper housing element from the circuit carrier itself or from the pressure sensor element. Instead, the support element is used for this purpose. The support element has a purely mechanical function, so that the elements with a measurement function, circuit carrier and pressure sensor element, are protected from force peaks.

Die Ausgestaltung als Rahmen stellt sicher, dass eine Kraft nicht punktförmig sondern flächig auf das obere Gehäuseelement übertragen wird, so dass es nicht zu punktförmigen Verformungen der Kernkomponente kommt.The frame design ensures that a force is not transferred to the upper housing element in a point-like manner but over a surface, so that point-like deformations of the core component do not occur.

Das Abstützelement kann einen Quersteg aufweisen, der durch einen inneren Bereich verläuft. Alternativ oder ergänzend kann das Abstützelement zumindest eine in den inneren Bereich ragende Nase aufweisen. Die Anschlagsfläche des Abstützelements kann von den Oberseiten des Rahmens, des Querstegs und der zumindest einen Nase gebildet werden. Der Quersteg und die zumindest eine Nase tragen somit auch zur Kraftübertragung auf das obere Gehäuseelement bei und verteilen zusätzlich die Kraft über eine größere Fläche und vermeiden so das Entstehen von mechanischen Spannungsspitzen sowie die Überlastung der genutzten Werkstoffe.The support element can have a crossbar that runs through an inner area. Alternatively or additionally, the support element can have at least one nose that protrudes into the inner area. The stop surface of the support element can be formed by the upper sides of the frame, the crossbar and the at least one nose. The crossbar and the at least one nose therefore also contribute to the transmission of force to the upper housing element and also distribute the force over a larger area, thus preventing the occurrence of mechanical stress peaks and overloading of the materials used.

Die Sensoranordnung kann ein unteres Gehäuseelement aufweisen, dass einen Medienanschlusskanal ausbildet, der dazu ausgestaltet ist, ein Fluid einer Unterseite der Kernkomponente zuzuführen. Insbesondere kann die Sensoranordnung dazu ausgestaltet sein, dass das Fluid zu dem Drucksensorelement geleitet wird, so dass das Drucksensorelement den Druck des Fluids bestimmen kann.The sensor arrangement can have a lower housing element that forms a media connection channel that is designed to supply a fluid to a bottom side of the core component. In particular, the sensor arrangement can be designed to direct the fluid to the pressure sensor element so that the pressure sensor element can determine the pressure of the fluid.

Eine axiale Richtung kann als Richtung entlang des Medienanschlusskanals zur Kernkomponente hin definiert sein. Das untere Gehäuseelement kann sich in der axialen Richtung über die Kernkomponente hinaus erstrecken. Das untere Gehäuseelement kann eine Bördelung aufweisen, die ein in axialer Richtung unteres Ende des oberen Gehäuseelements umschließt. Dabei können das untere und das obere Gehäuseelement derart ausgestaltet sein, dass eine Kraft, die von der Kernkomponente auf die Anschlagsfläche des oberen Gehäuseelements übertragen wird, von dem oberen Gehäuseelement an die Bördelung des unteren Gehäuseelements abgegeben wird. Auf diese Weise kann die Kraft von der Kernkomponente weggeleitet werden und Biegemomente in der Kernkomponente können vermieden werden. Die Kernkomponente kann dazu ausgestaltet sein, eine Kraft über das Abstützelemente auf das obere Gehäuseelement zu übertragen, wobei das obere Gehäuseelement dazu ausgestaltet ist, die von der Kernkomponente aufgenommene Kraft auf die Bördelung der Medienzuführung abzuleiten. Dazu ist das obere Gehäuseelement hinreichend steif ausgestaltet.An axial direction can be defined as a direction along the media connection channel towards the core component. The lower housing element can extend beyond the core component in the axial direction. The lower housing element can have a flange that encloses a lower end of the upper housing element in the axial direction. The lower and upper housing elements can be designed such that a force that is transmitted from the core component to the stop surface of the upper housing element is transferred from the upper housing element to the flange of the lower housing element. In this way, the force can be diverted away from the core component and bending moments in the core component can be avoided. The core component can be designed to transmit a force to the upper housing element via the support element, wherein the upper housing element is designed to divert the force absorbed by the core component to the flange of the media supply. For this purpose, the upper housing element is designed to be sufficiently rigid.

Das obere Gehäuseelement kann unmittelbar an der Bördelung anliegen. Die Bördelung kann mit einem Verguss abgedichtet sein.The upper housing element can be in direct contact with the flange. The flange can be sealed with a potting compound.

Das Drucksensorelement kann ein piezoresistives Silizium MEMS Element sein. Piezoresistive Silizium MEMS Elemente zeichnen sich im Vergleich zu anderen Drucksensorelementen, beispielsweise im Vergleich zu keramischen Drucksensorelementen durch eine kleinere Bauform und einen günstigeren Preis aus. Durch die Verwendung des piezoresistiven MEMS Siliziumelements kann eine Wirkfläche, auf der das Fluid auf das Drucksensorelement wirkt, sehr klein ausgestaltet sein und die auf die Kernkomponente wirkenden Kräfte können so gering gehalten werden. Dieses kann zusätzlich dazu beitragen, den erforderlichen Bauraum und das Gewicht der Sensoranordnung zu verringern.The pressure sensor element can be a piezoresistive silicon MEMS element. Piezoresistive silicon MEMS elements are characterized by a smaller design and a lower price compared to other pressure sensor elements, for example compared to ceramic pressure sensor elements. By using the piezoresistive MEMS silicon element, an effective area on which the fluid acts on the pressure sensor element can be designed to be very small and the forces acting on the core component can thus be kept low. This can also help to reduce the required installation space and the weight of the sensor arrangement.

Das piezoresistive Silizium MEMS Element kann in einem Druckbereich zwischen 50 mbar bis 50 bar sensitiv sein. Das piezoresistive Silizium MEMS Element kann ein Ausgangssignal von bis zu 120 mV liefern. Im Vergleich zu kapazitiven Drucksensoren kann durch das piezoresistive Silizium MEMS Element somit ein größerer Messbereich abgedeckt werden und zudem ein stärkeres Ausgangssignal erzeugt werden, das unempfindlicher gegen Störeinflüsse ist.The piezoresistive silicon MEMS element can be sensitive in a pressure range between 50 mbar and 50 bar. The piezoresistive silicon MEMS element can deliver an output signal of up to 120 mV. Compared to capacitive pressure sensors, the piezoresistive silicon MEMS element can therefore cover a larger measuring range and also generate a stronger output signal that is less sensitive to interference.

Das piezoresistive Silizium MEMS Element kann sowohl zur Absolut- als auch zur Relativdruckmessung verwendet werden. Es kann bei Temperaturen in einem Bereich zwischen -40° C und +180° C eingesetzt werden.The piezoresistive silicon MEMS element can be used for both absolute and relative pressure measurement. It can be used at temperatures in a range between -40° C and +180° C.

Die Sensoranordnung kann ferner ein Temperatursensorelement aufweisen. Bei dem Temperatursensorelement kann es sich um einen NTC-Thermistor handeln. Das Temperatursensorelement kann an dem Schaltungsträger der Kernkomponente befestigt sein.The sensor arrangement can further comprise a temperature sensor element. The temperature sensor element can be an NTC thermistor. The temperature sensor element can be attached to the circuit carrier of the core component.

Die Kernkomponente kann eine Platte aufweisen, die auf der Unterseite des Schaltungsträgers angeordnet ist, wobei das Drucksensorelement auf einer Oberseite der Platte befestigt ist und die Platte einen Kanal aufweist, wobei das Drucksensorelement an einem Ende des Kanals angeordnet ist. Über den Kanal kann ein Fluid durch die Platte hindurch zu dem Drucksensorelement geführt werden. Die Platte kann einen von dem unteren Gehäuseelement gebildeten Medienanschlusskanal gegen den Schaltungsträger abdichten. Die Platte kann ein medienresistentes Material, beispielsweise Stahl, Keramik, Glas oder einen Kunststoff aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen.The core component can have a plate that is arranged on the underside of the circuit carrier, the pressure sensor element being attached to an upper side of the plate and the plate having a channel, the pressure sensor element being arranged at one end of the channel. A fluid can be guided through the plate to the pressure sensor element via the channel. The plate can seal a media connection channel formed by the lower housing element against the circuit carrier. The plate can have a media-resistant material, for example steel, ceramic, glass or a plastic, or can consist of one of these materials.

Das Temperatursensorelement kann zwei Anschlussdrähte aufweisen, die durch je eine Durchführung in der Platte hindurch verlaufen, wobei die Durchführungen in der Platte durch ein Vergussmaterial abgedichtet sind. Das obere Gehäuseelement kann zumindest ein Kontaktelement aufweisen, das elektrisch mit dem Schaltungsträger verbunden ist.The temperature sensor element can have two connecting wires, each of which runs through a feedthrough in the plate, the feedthroughs in the plate being sealed by a potting material. The upper housing element can have at least one contact element that is electrically connected to the circuit carrier.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl der oben beschriebenen Sensoranordnungen, wobei die Kernkomponenten im Nutzenverband gefertigt und kalibriert werden.A further aspect relates to a method for producing a plurality of the sensor arrangements described above, wherein the core components are manufactured and calibrated in a panel assembly.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.

1 zeigt eine Sensoranordnung zur Messung eines Drucks und einer Temperatur in einer Explosionsdarstellung.
2 zeigt eine Oberseite einer Kernkomponente.
3 zeigt eine Unterseite der Kernkomponente.
4 zeigt einen Schaltungsträger.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines oberen Gehäuseelements.
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines unteren Gehäuseelements.
7 zeigt einen Kraftfluss in der Sensoranordnung.

In the following, preferred embodiments of the invention are described with reference to the accompanying figures.

1 shows a sensor arrangement for measuring pressure and temperature in an exploded view.
2 shows a top view of a core component.
3 shows a bottom side of the core component.
4 shows a circuit carrier.
5 shows a cross-sectional view of an upper housing element.
6 shows a cross-sectional view of a lower housing element.
7 shows a force flow in the sensor arrangement.

1 zeigt eine Sensoranordnung zur Messung eines Drucks und einer Temperatur in einer Explosionsdarstellung. 1 shows a sensor arrangement for measuring pressure and temperature in an exploded view.

Die Sensoranordnung weist eine Kernkomponente 100, ein oberes Gehäuseelement 200 und ein unteres Gehäuseelement 300 auf.The sensor assembly includes a core component 100, an upper housing element 200 and a lower housing element 300.

Die Kernkomponente 100 weist ein Drucksensorelement 104, das dazu ausgestaltet ist, einen Absolut- oder einen Relativdruck eines Fluids, d.h. einer Flüssigkeit oder eines Gases, zu ermitteln. Das Drucksensorelement 104 ist dazu ausgestaltet, einen auf ihn ausgeübten Druck in ein elektrisches Signal umzuwandeln, aus dem die Höhe des Drucks ermittelt werden kann. Eine Medienbeaufschlagung erfolgt auf einer einem Medienanschlusskanal zugewandte Rückseite des Drucksensorelementes 104. Das Drucksensorelement 104 kann eine Biegeplatte aufweisen, deren Fläche und Dicke im Hinblick auf einen gewünschten Messbereich gewählt wird. Bei dem Drucksensorelement 104 handelt es sich um ein piezoresistives Silizium MEMS Element.The core component 100 has a pressure sensor element 104 that is designed to determine an absolute or relative pressure of a fluid, i.e. a liquid or a gas. The pressure sensor element 104 is designed to convert a pressure exerted on it into an electrical signal from which the level of pressure can be determined. Media is applied to a rear side of the pressure sensor element 104 facing a media connection channel. The pressure sensor element 104 can have a bending plate, the area and thickness of which are selected with regard to a desired measuring range. The pressure sensor element 104 is a piezoresistive silicon MEMS element.

In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Kernkomponente 100 zusätzlich ein Temperatursensorelement 105 auf, das dazu ausgestaltet ist, eine Temperatur des Fluids zu ermitteln. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Kernkomponente kein Temperatursensorelement 105 auf. Ferner weist die Kernkomponente einen Schaltungsträger 102 auf, über den die Sensorelemente 104, 105 kontaktiert sind.In the embodiments shown in the figures, the core component 100 additionally has a temperature sensor element 105, which is designed to determine a temperature of the fluid. In an alternative embodiment, the core component does not have a temperature sensor element 105. Furthermore, the core component has a circuit carrier 102, via which the sensor elements 104, 105 are contacted.

Das Temperatursensorelement 105 ist dazu ausgestaltet, ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Größe von der Temperatur des Fluids abhängt. Bei dem Temperatursensorelement 105 kann es sich um einen NTC-Thermistor handeln. Das Temperatursensorelement 105 kann in das Messmedium hineinragen, um dessen Temperatur mit möglichst geringer Verfälschung zu erfassen und eine möglichst kurze Ansprechzeit zu gewährleisten.The temperature sensor element 105 is designed to generate an electrical signal whose size depends on the temperature of the fluid. The temperature sensor element 105 can be an NTC thermistor. The temperature sensor element 105 can extend into the measuring medium in order to detect its temperature with as little distortion as possible and to ensure the shortest possible response time.

Das untere Gehäuseelement 300 bildet einen Medienanschlusskanal, über den das Fluid, dessen Druck und dessen Temperatur gemessen werden sollen, den Sensorelementen 104, 105 der Kernkomponente 100 zugeführt werden kann.The lower housing element 300 forms a media connection channel via which the fluid whose pressure and temperature are to be measured can be supplied to the sensor elements 104, 105 of the core component 100.

Das obere Gehäuseelement 200 ist mit dem unteren Gehäuseelement 300 verbunden und umschließt die Kernkomponente 100 und schützt diese auf diese Weise vor Umwelteinflüssen, wobei eine Unterseite der Kernkomponente von dem oberen Gehäuseelement 200 nicht bedeckt wird. Die Sensoranordnung ist derart ausgestaltet, dass von dem Fluid auf die Kernkomponente 100 ausgeübte Kräfte über das obere Gehäuseelement 200 auf das untere Gehäuseelement 300 übertragen werden können.The upper housing element 200 is connected to the lower housing element 300 and encloses the core component 100 and in this way protects it from environmental influences, wherein an underside of the core component is not covered by the upper housing element 200. The sensor arrangement is designed such that forces exerted by the fluid on the core component 100 can be transmitted via the upper housing element 200 to the lower housing element 300.

Eine axiale Richtung A ist definiert als eine Richtung, die entlang des Medienanschlusskanals verläuft und von einer Unterseite 110 der Kernkomponente 100 zu einer Oberseite 111 der Kernkomponente 100 weist. Als „in axialer Richtung A unten“ werden im Folgenden Elemente bezeichnet, die entgegengesetzt zu der Richtung weisen, aus der das Fluid der Kernkomponente 100 zugeführt wird. Als „in axialer Richtung A oben“ werden im Folgenden Elemente bezeichnet, die in die Richtung weisen, in der das Fluid zu der Kernkomponente 100 geführt wird.An axial direction A is defined as a direction that runs along the media connection channel and points from a bottom 110 of the core component 100 to a top 111 of the core component 100. In the following, elements that point in the opposite direction to the direction from which the fluid is supplied to the core component 100 are referred to as “bottom in the axial direction A”. In the following, “in the axial direction A above” refers to elements that point in the direction in which the fluid is guided to the core component 100.

Im Folgenden wird die Kernkomponente 100 beschrieben. 2 zeigt eine Oberseite 111 der Kernkomponente 100. 3 zeigt eine Unterseite 110 der Kernkomponente 100. 4 zeigt den Schaltungsträger 102 der Kernkomponente 100.The core component 100 is described below. 2 shows a top side 111 of the core component 100. 3 shows a bottom side 110 of the core component 100. 4 shows the circuit carrier 102 of the core component 100.

Die Kernkomponente 100 weist das Drucksensorelement 104, das Temperatursensorelement 105, den Schaltungsträger 102, ein Abstützelement 103 und eine Platte 101 auf.The core component 100 includes the pressure sensor element 104, the temperature sensor element 105, the circuit carrier 102, a support element 103 and a plate 101.

Eine Oberseite 102a des Schaltungsträgers 102 weist von dem Medienanschlusskanal des unteren Gehäuseelements 300 weg. Eine Unterseite 102b des Schaltungsträgers 102 weist zu dem Medienanschlusskanal des unteren Gehäuseelements 300 hin. A top side 102a of the circuit carrier 102 faces away from the media connection channel of the lower housing element 300. A bottom side 102b of the circuit carrier 102 faces toward the media connection channel of the lower housing element 300.

Auf der Oberseite 102a des Schaltungsträgers 102 sind das Abstützelement 103 und zumindest ein elektronisches Bauteil 106 angeordnet. Der Schaltungsträger 102 weist eine Freistellung 107 auf, in der das Drucksensorelement 104 angeordnet ist. Bei der Freistellung 107 handelt es sich um eine Öffnung, die sich in axialer Richtung A durch den Schaltungsträger erstreckt und die groß genug ist, um das Drucksensorelement 104 aufzunehmen. Das Drucksensorelement 104 ist über Bonddrähte mit dem Schaltungsträger 102 verbunden. Die Bonddrähte überspannen dabei die Freistellung 107.The support element 103 and at least one electronic component 106 are arranged on the top side 102a of the circuit carrier 102. The circuit carrier 102 has a clearance 107 in which the pressure sensor element 104 is arranged. The clearance 107 is an opening that extends in the axial direction A through the circuit carrier and is large enough to accommodate the pressure sensor element 104. The pressure sensor element 104 is connected to the circuit carrier 102 via bonding wires. The bonding wires span the clearance 107.

Das Abstützelement 103 weist einen Rahmen 103a auf, das das Drucksensorelement 104 und die Freistellung 107 des Schaltungsträgers 102 umschließt. Das Abstützelement 103 weist ferner einen Quersteg 103b auf, der einen von dem Rahmen 103a umschlossenen inneren Bereich in zwei Kammern unterteilt. Das Abstützelement 103 weist zwei in den inneren Bereich hineinragende Nasen 103c auf.The support element 103 has a frame 103a which encloses the pressure sensor element 104 and the clearance 107 of the circuit carrier 102. The support element 103 also has a crosspiece 103b which divides an inner region enclosed by the frame 103a into two chambers. The support element 103 has two lugs 103c which protrude into the inner region.

In einer ersten der beiden Kammern, die von dem Rahmen 103a und dem Quersteg 103b gebildet werden, ist das Drucksensorelement 104 angeordnet. Die Kammer, in der das Drucksensorelement 104 angeordnet ist, kann mit einer Passivierung gefüllt sein, die das Drucksensorelement 104 bedecken kann.The pressure sensor element 104 is arranged in a first of the two chambers formed by the frame 103a and the crosspiece 103b. The chamber in which the pressure sensor element 104 is arranged can be filled with a passivation that can cover the pressure sensor element 104.

Das Abstützelement 103 steht in axialer Richtung von dem Schaltungsträger 102 nach oben weg und bildet eine Anschlagsfläche, an der das obere Gehäuseelement 200 anliegt und über die Kräfte auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen werden. Eine Oberseite des Rahmens 103a, eine Oberseite des Querstegs 103b und Oberseiten der in den inneren Bereich ragenden Nasen 103c liegen dabei an dem oberen Gehäuseelement 200 an.The support element 103 projects upwards in the axial direction from the circuit carrier 102 and forms a stop surface against which the upper housing element 200 rests and via which forces are transmitted to the upper housing element 200. An upper side of the frame 103a, an upper side of the crosspiece 103b and upper sides of the lugs 103c projecting into the inner region rest against the upper housing element 200.

In einer zweiten der beiden Kammern, die von dem Rahmen 103a und dem Quersteg 103b gebildet werden sind, sind elektrische Kontakte 108 des Temperatursensorelementes 105 angeordnet.In a second of the two chambers formed by the frame 103a and the crosspiece 103b, electrical contacts 108 of the temperature sensor element 105 are arranged.

Die auf dem Schaltungsträger 102 angeordneten elektronischen Bauteile 106 bilden eine Ansteuer- und Auswerteelektronik, die mit dem Drucksensorelement 104 und dem Temperatursensorelement 105 verschaltet ist. Der Schaltungsträger 102 weist ein Leiterplattenmaterial auf, beispielsweise FR4.The electronic components 106 arranged on the circuit carrier 102 form a control and evaluation electronics that is connected to the pressure sensor element 104 and the temperature sensor element 105. The circuit carrier 102 has a circuit board material, for example FR4.

Auf der Unterseite 102b des Schaltungsträgers 102 ist die Platte 101 angeordnet, die ein medienbeständiges Material aufweist, beispielsweise Keramik, Stahl, Glas oder einen Kunststoff. Die Platte 101 ist derart angeordnet, dass sie den von dem unteren Gehäuseelement 300 gebildeten Medienanschlusskanal gegen den Schaltungsträger 102 abdichtet. Die Platte 101 weist einen Kanal 109 auf, durch den ein Fluid aus dem Medienanschlusskanal zu dem Drucksensorelement 104 gelangen kann. Auf einer von dem Medienanschlusskanal abgewandten Seite des Kanals 109 ist das Drucksensorelement 104 angeordnet.The plate 101, which comprises a media-resistant material, for example ceramic, steel, glass or a plastic, is arranged on the underside 102b of the circuit carrier 102. The plate 101 is arranged in such a way that it seals the media connection channel formed by the lower housing element 300 against the circuit carrier 102. The plate 101 has a channel 109 through which a fluid can reach the pressure sensor element 104 from the media connection channel. The pressure sensor element 104 is arranged on a side of the channel 109 facing away from the media connection channel.

Die Platte 101 weist Durchführungen 112 für Anschlussdrähte des Temperatursensorelementes 105 auf. Sind die Anschlussdrähte in den Durchführungen 112 angeordnet, werden die Durchführungen 112 durch ein Vergussmaterial verschlossen und auf diese Weise abgedichtet. Auf der Unterseite 102b des Schaltungsträgers 102 können weitere elektronische Bauteile 106 angeordnet sein, die Bestandteile der Ansteuer- und Auswerteelektronik sind.The plate 101 has feedthroughs 112 for connecting wires of the temperature sensor element 105. If the connecting wires are arranged in the feedthroughs 112, the feedthroughs 112 are closed by a potting material and sealed in this way. Additional electronic components 106, which are components of the control and evaluation electronics, can be arranged on the underside 102b of the circuit carrier 102.

Der Schaltungsträger 102 ermöglicht eine mechanische und elektrische Anbindung der elektronischen Bauteile 106 und der Sensorelemente 104, 105. Ferner ist der Schaltungsträger 102 mit in dem oberen Gehäuseelement 200 angeordneten Kontaktelementen 202 elektrisch und mechanisch verbunden.The circuit carrier 102 enables a mechanical and electrical connection of the electronic components 106 and the sensor elements 104, 105. Furthermore, the circuit carrier 102 is electrically and mechanically connected to contact elements 202 arranged in the upper housing element 200.

Das Abstützelement 103 und die Platte 101 können mit dem Schaltungsträger 102 jeweils über einen Klebstoff verbunden sein.The support element 103 and the plate 101 can each be connected to the circuit carrier 102 via an adhesive.

4 zeigt den Schaltungsträger 102, wobei ein mittlerer Bereich 113 und ein Randbereich 114 gekennzeichnet sind. Das Abstützelement 103 ist ausschließlich in dem mittleren Bereich 113 angeordnet. Es ist nicht im Randbereich 114 angeordnet. Der Randbereich 114 umschließt den mittleren Bereich 113. 4 shows the circuit carrier 102, wherein a central region 113 and an edge region 114 are marked. The support element 103 is arranged exclusively in the central region 113. It is not arranged in the edge region 114. The edge region 114 encloses the central region 113.

Der mittlere Bereich 113 umfasst den geometrischen Mittelpunkt des Schaltungsträgers. Der mittlere Bereich 113 umfasst zumindest 10 % der Fläche des Schaltungsträgers 102, vorzugsweise zumindest 25 % der Fläche des Schaltungsträgers 102. Eine äußere Kontur des mittleren Bereichs 113 wird durch den von dem Abstützelement 103 gebildeten Rahmen 103a festgelegt, wobei der äußere Rand des Rahmens 103a eine Grenze zwischen dem mittleren Bereich 113 und dem Randbereich 114 bildet.The middle region 113 comprises the geometric center of the circuit carrier. The middle region 113 comprises at least 10% of the area of the circuit carrier 102, preferably at least 25% of the area of the circuit carrier 102. An outer contour of the middle region 113 is defined by the frame 103a formed by the support element 103, wherein the outer edge of the frame 103a forms a boundary between the middle region 113 and the edge region 114.

Jeder Abstand AA des Abstützelements 103 von einem Randpunkt P1 des Schaltungsträgers 102 beträgt mindestens 5%, vorzugsweise 10% oder 20%, einer Länge L einer Geraden beträgt, die den Randpunkt P1 mit einem gegenüberliegende Randpunkt P2 des Schaltungsträgers 102 verbindet und durch einen Mittelpunkt MP des Schaltungsträgers 102 verläuft. Die Länge der Geraden gibt einen Durchmesser des Schaltungsträgers 102 an. Die beschriebene Anordnung ermöglicht es, dass das Abstützelement 103 mittig auf dem Schaltungsträger 102 angeordnet ist und von den Rändern des Schaltungsträgers 102 einen hinreichend großen Abstand aufweist.Each distance AA of the support element 103 from an edge point P1 of the circuit carrier 102 is at least 5%, preferably 10% or 20%, of a length L of a straight line that connects the edge point P1 with an opposite edge point P2 of the circuit carrier 102 and runs through a center point MP of the circuit carrier 102. The length of the straight line indicates a diameter of the circuit carrier 102. The described arrangement enables the support element 103 to be arranged centrally on the circuit carrier 102 and to have a sufficiently large distance from the edges of the circuit carrier 102.

Eine auf die Kernkomponente 100 durch das Fluid ausgeübte Kraft wird über das Abstützelement 103 auf das obere Gehäuseelement 200 weitergeleitet. Durch die Anordnung des Abstützelements 103 im mittleren Bereich 113 des Schaltungsträgers 102 wird sichergestellt, dass die Biegemomente, die von der Kraft auf die Kernkomponente 100 ausgeübt werden, minimiert werden. Die Kraft wird durch das Abstützelement 103 über den mittleren Bereich 113, und somit auch über den Mittelpunkt der Kernkomponente 100, auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen. Da der mittlere Bereich 113 zur Kraftübertragung genutzt wird, kann ein Verbiegen der Kernkomponente 100 vermieden werden, zu dem es kommen könnte, wenn die Kraft über den Randbereich 114 übertragen würde.A force exerted on the core component 100 by the fluid is transmitted to the upper housing element 200 via the support element 103. The arrangement of the support element 103 in the central region 113 of the circuit carrier 102 ensures that the bending moments exerted by the force on the core component 100 are minimized. The force is transmitted by the support element 103 via the central region 113, and thus also via the center of the core component 100, to the upper housing element 200. Since the central region 113 is used to transmit the force, bending of the core component 100 can be avoided, which could occur if the force were transmitted via the edge region 114.

Da der mittlere Bereich 113 zumindest 10 %, vorzugsweise 25 %, der Fläche des Schaltungsträgers 102 umfasst und durch den Rahmen 103a festgelegt wird, wird sichergestellt, dass die Kraft über eine ausreichend große Fläche, und nicht etwa annähernd punktförmig, übertragen wird, so dass das Auftreten einer einzelnen Kraftspitze in der Kernkomponente 100 vermieden wird, die sonst zu Messungenauigkeiten und/oder zu einer verringerten Langzeitstabilität führen könnte.Since the central region 113 comprises at least 10%, preferably 25%, of the area of the circuit carrier 102 and is defined by the frame 103a, it is ensured that the force is transmitted over a sufficiently large area and not approximately point-like, so that the occurrence of a single force peak in the core component 100 is avoided, which could otherwise lead to measurement inaccuracies and/or reduced long-term stability.

Im Folgenden wird das obere Gehäuseelement 200 beschrieben. 5 zeigt eine Querschnittsansicht des oberen Gehäuseelements 200.The upper housing element 200 is described below. 5 shows a cross-sectional view of the upper housing element 200.

Das obere Gehäuseelement 200 weist ein Kunststoffelement 201 und Kontaktelemente 202 auf. Das Kunststoffelement 201 erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung A. In seinem unteren Bereich weist das Kunststoffelement 201 einen Kragen 203 auf, das heißt einen Bereich, der gegenüber den anderen Bereichen des oberen Gehäuseelementes 200 einen größeren Querschnitt aufweist.The upper housing element 200 has a plastic element 201 and contact elements 202. The plastic element 201 extends essentially in the axial direction A. In its lower region, the plastic element 201 has a collar 203, that is, a region that has a larger cross-section than the other regions of the upper housing element 200.

Der Kragen 203 des oberen Gehäuseelementes 200 weist eine Steifigkeit auf, die ausreicht, um eine Kraft in axialer Richtung A auf eine an dem Kragen 203 in axialer Richtung anliegende Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 umzuleiten.The collar 203 of the upper housing element 200 has a rigidity sufficient to redirect a force in the axial direction A to a flange 301 of the lower housing element 300 which rests against the collar 203 in the axial direction.

Der Kragen 203 ist dazu ausgestaltet, die Kernkomponente 100 zu umschließen und in axialer Richtung A nach unten über die Kernkomponente 100 hinauszuragen. Im Inneren des Kragens 203 ist eine Anschlagsfläche 204 ausgebildet, an der das Abstützelement 104 der Kernkomponente 100 anliegt. Über die Anschlagsfläche 204 werden Kräfte von dem Abstützelement 104 auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen. Das obere Gehäuseelement 200 ist dazu ausgestaltet, diese Kräfte auf die Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 abzuleiten.The collar 203 is designed to enclose the core component 100 and to protrude downwards beyond the core component 100 in the axial direction A. A stop surface 204 is formed inside the collar 203, against which the support element 104 of the core component 100 rests. Forces are transmitted from the support element 104 to the upper housing element 200 via the stop surface 204. The upper housing element 200 is designed to divert these forces to the flange 301 of the lower housing element 300.

Ferner weist das obere Gehäuseelement die Kontaktelemente 202 auf, die elektrisch mit dem Schaltungsträger 102 verbunden sind. Die Kontaktelemente 202 ermöglichen eine elektrische Kontaktierung des Schaltungsträgers 102 mit einer externen Elektronik. Die Kontaktelemente 202 sind als metallische, federnde Kontaktstifte ausgeführt. Sie sind dazu ausgestaltet, in Kontaktanschlüsse des Schaltungsträgers 102 eingesteckt zu werden und auf diese Weise die Kernkomponente 100 bei der Montage zu positionieren.Furthermore, the upper housing element has the contact elements 202, which are electrically connected to the circuit carrier 102. The contact elements 202 enable electrical contact between the circuit carrier 102 and external electronics. The contact elements 202 are designed as metallic, spring-loaded contact pins. They are designed to be plugged into contact connections of the circuit carrier 102 and in this way to position the core component 100 during assembly.

Jeder der Kontaktelemente 202 weist zwei Biegungen auf, wobei die Kontaktelemente 202 in einem in axialer Richtung A oberen Bereich des oberen Gehäuseelementes 200 parallel zueinander in einem geringen Abstand verlaufen und in dem Kragen 203 des oberen Gehäuseelementes 200 weiter voneinander entfernt angeordnet sind. Durch die beiden Biegungen sind die Kontaktelemente 202 gefedert. Das Kunststoffteil 201 weist Führungselemente auf, die den Verlauf der Kontaktelemente 202 festlegen und die eine Freistellung aufweisen, so dass auf diese Weise ein Federn der Kontaktelemente 202 ermöglicht wird. Dadurch können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.Each of the contact elements 202 has two bends, whereby the contact elements 202 run parallel to one another at a small distance in an upper region of the upper housing element 200 in the axial direction A and are arranged further apart from one another in the collar 203 of the upper housing element 200. The contact elements 202 are spring-loaded by the two bends. The plastic part 201 has guide elements which determine the course of the contact elements 202 and which have a clearance so that the contact elements 202 can spring in this way. This makes it possible to compensate for manufacturing tolerances.

An einer Außenfläche 205 des Kragens 203, die an der Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 anliegt, wird ferner ein Verguss 206 aufgebracht, über den das obere Gehäuseelement 200 und das untere Gehäuseelement 300 miteinander verbunden und abgedichtet werden. Durch den Verguss 206 wird das Innere des oberen Gehäuseelementes 200 und des unteren Gehäuseelements 300 gegen Umwelteinflüsse abgedichtet. Außerdem sorgt der Verguss 206 für eine mechanische Stabilisierung der Verbindung der Gehäuseelemente 200, 300. Der Verguss 206 kann eine Dichtmasse aufweisen, die Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten des oberen und des unteren Gehäuseelementes 200, 300 ausgleicht. Auf diese Weise kann das Entstehen von mechanischen Spannungen reduziert oder vermieden werden, so dass eine langzeitstabile Abdichtung der Verbindung der Bördelung mit dem Kragen gewährleistet ist.On an outer surface 205 of the collar 203, which rests on the flange 301 of the lower housing element 300, a casting 206 is also applied, via which the upper housing element 200 and the lower housing element 300 are connected to one another and sealed. The interior of the upper housing element 200 and the lower housing element 300 is sealed against environmental influences by the casting 206. In addition, the casting 206 ensures mechanical stabilization of the connection of the housing elements 200, 300. The casting 206 can have a sealing compound that compensates for differences in the expansion coefficients of the upper and lower housing elements 200, 300. In this way, the occurrence of mechanical stresses can be reduced or avoided, so that a long-term stable seal of the connection of the flange to the collar is ensured.

6 zeigt eine Querschnittsansicht des unteren Gehäuseelements 300. 6 shows a cross-sectional view of the lower housing element 300.

Das untere Gehäuseelement 300 ist dazu ausgestaltet mit dem oberen Gehäuseelement 200 verbunden zu werden. Das untere Gehäuseelement 300 weist einen im Inneren liegenden ersten Dichtungsring 302 auf und kann ferner einen an der Außenseite des unteren Gehäuseelements liegenden zweiten Dichtungsring 303 aufweisen. Das untere Gehäuseelement kann ferner ein stutzenförmiges Schutzelement 304 aufweisen.The lower housing element 300 is designed to be connected to the upper housing element 200. The lower housing element 300 has a first sealing ring 302 located on the inside and can also have a second sealing ring 303 located on the outside of the lower housing element. The lower housing element can also have a nozzle-shaped protective element 304.

Das untere Gehäuseelement 300 weist einen oberen Bereich mit einem großen Querschnitt auf, der dazu ausgestaltet ist, die Kernkomponente 100 zu umschließen und den Kragen 203 des oberen Gehäuseelementes 200 ebenfalls zu umschließen. Der obere Bereich weist dabei an seinem oberen Ende die nach innen weisende Bördelung 301 auf. Diese liegt entweder unmittelbar oder über den Verguss 206 an der Außenfläche 205 des Kragens 203 des oberen Gehäuseelementes 200 an.The lower housing element 300 has an upper region with a large cross-section, which is designed to enclose the core component 100 and also to enclose the collar 203 of the upper housing element 200. The upper region has the inward-facing flange 301 at its upper end. This lies either directly or via the potting 206 on the outer surface 205 of the collar 203 of the upper housing element 200.

Der erste innenliegende Dichtungsring 302 dichtet den Medienanschlusskanal gegen die Platte 101 ab. Der innenliegende Dichtungsring 302 bildet mit dem unteren Gehäuseelement 300 und der Platte 101 eine axiale Dichtung aus.The first internal sealing ring 302 seals the media connection channel against the plate 101. The internal sealing ring 302 forms an axial seal with the lower housing element 300 and the plate 101.

Ein unterer Bereich des unteren Gehäuseelements 300 weist einen im Vergleich zum oberen Bereich kleineren Durchmesser auf. Der untere Bereich ist rohrförmig ausgestaltet und in seinem Inneren hohl. Das Innere des unteren Bereichs bildet den Medienanschlusskanal, über den ein Fluid zu der Kernkomponente 100 geleitet wird. Die Außenwand des unteren Bereichs kann als Gewinde ausgestaltet sein. An der Außenseite des unteren Gehäuseelements 300 kann in dem Übergang vom unteren Bereich zum oberen Bereich der zweite Dichtungsring 303 angeordnet sein. Dieser ist dazu ausgestaltet, beim Verbau der Sensoranordnung das untere Gehäuseelement 300 abzudichten. Alternative Ausgestaltungen des Dichtungsbereichs des unteren Gehäuseelements 300 sind möglich.A lower region of the lower housing element 300 has a smaller diameter than the upper region. The lower region is tubular and hollow in its interior. The interior of the lower region forms the media connection channel through which a fluid is guided to the core component 100. The outer wall of the lower region can be designed as a thread. The second sealing ring 303 can be arranged on the outside of the lower housing element 300 in the transition from the lower region to the upper region. This is designed to seal the lower housing element 300 when installing the sensor arrangement. Alternative designs of the sealing region of the lower housing element 300 are possible.

Das Schutzelement 304 kann so ausgestaltet sein, dass es das Temperatursensorelement 105 einschießt und auf diese Weise mechanisch schützt. Gleichzeitig muss es einen guten Zugang des Messmediums zum Temperatursensorelement 105 ermöglichen.The protective element 304 can be designed such that it encloses the temperature sensor element 105 and thus mechanically protects it. At the same time, it must allow good access of the measuring medium to the temperature sensor element 105.

Ferner kann das Schutzelement 304 das Temperatursensorelement 105 gegen das untere Gehäuseelement 300 elektrisch und thermisch isolieren und auf diese Weise die Messgenauigkeit erhöhen.Furthermore, the protective element 304 can electrically and thermally insulate the temperature sensor element 105 from the lower housing element 300 and thus increase the measurement accuracy.

Das Schutzelement 304 kann ein Kunststoffteil sein, wobei es mittels eines Formschlusses im unteren Gehäuseelement 300 fixiert sein kann. Da das Schutzelement 304 nicht an der Kernkomponente 100 befestigt ist, wird von dem Schutzelement 304 keine mechanische Belastung auf die Kernkomponente 100 ausgeübt. Ein beidseitiger Formschluss zwischen dem Schutzelement 304 und dem unteren Bereich des unteren Gehäuseelements 300 stellt sicher, dass das Schutzelement 304 im unteren Gehäuseelement 300 gehalten wird. Der Formschluss kann beispielsweise durch eine Umformung, beispielsweise Wärmeverstemmen, gebildet sein. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung kein Schutzelement 304 aufweisen.The protective element 304 can be a plastic part, and it can be fixed in the lower housing element 300 by means of a positive fit. Since the protective element 304 is not attached to the core component 100, no mechanical load is exerted by the protective element 304 on the core component 100. A positive fit on both sides between the protective element 304 and the lower region of the lower housing element 300 ensures that the protective element 304 is held in the lower housing element 300. The positive fit can be formed, for example, by a deformation, for example heat caulking. In an alternative embodiment, the sensor arrangement can have no protective element 304.

7 zeigt den Kraftfluss in der Sensoranordnung. Der Kraftfluss ist dabei durch Pfeile skizziert. Die Darstellung soll lediglich den prinzipiellen Kraftverlauf zeigen. Die Länge und die Dichte der Pfeile lassen keine Rückschlüsse auf die Höhe der jeweils wirkenden Kräfte zu. 7 shows the flow of force in the sensor arrangement. The flow of force is indicated by arrows. The illustration is intended to show only the basic force progression. The length and density of the arrows do not allow any conclusions to be drawn about the magnitude of the forces acting in each case.

In dem in unteren Gehäuseelement 300 gebildeten Medienanschlusskanal zeigen die Pfeile einen Druck p, der sowohl in radialer als auch in axialer Richtung wird. In der Kernkomponente 100 und im oberen Gehäuseelement 200 zeigen die Pfeile eine Kraft f.In the media connection channel formed in the lower housing element 300, the arrows show a pressure p which is applied in both the radial and axial directions. In the core component 100 and in the upper housing element 200, the arrows show a force f.

Das durch den Medienanschluss geführte Fluid übt mit seinem Druck eine in axialer Richtung A nach oben gerichtete Kraft auf die Kernkomponente 100 aus. Diese Kraft wird zunächst auf die Platte 101 ausgeübt, die den Medienanschlusskanal abdichtet. Über die Platte 101 und den Schaltungsträger 102 wird die Kraft auf das Abstützelement 103 übertragen. Das Abstützelement 103 bildet eine Anschlagsfläche, die an der Anschlagsfläche 204 des oberen Gehäuseelementes 200 anliegt, sodass die Kraft von dem Abstützelement 103 auf das obere Gehäuseelement 200 übertragen wird. Das obere Gehäuseelement 200 ist nunmehr derart ausgestaltet, dass die Kraft auf die Bördelung 301 des unteren Gehäuseelements 300 überträgt, an die der Kragen 203 des oberen Gehäuseelements 200 in axialer Richtung anliegt.The fluid guided through the media connection exerts a force directed upwards in the axial direction A on the core component 100 with its pressure. This force is initially exerted on the plate 101, which seals the media connection channel. The force is transmitted to the support element 103 via the plate 101 and the circuit carrier 102. The support element 103 forms a stop surface that rests on the stop surface 204 of the upper housing element 200, so that the force is transmitted from the support element 103 to the upper housing element 200. The upper housing element 200 is now designed in such a way that the force is transmitted to the flange 301 of the lower housing element 300, to which the collar 203 of the upper housing element 200 in the axial direction.

Im Schaltungsträger 102 wirkt die Kraft in dem mittleren Bereich 113. Die Kraft wirkt nicht auf den Randbereich 114 des Schaltungsträgers 102. Da das Abstützelement 103 im mittleren Bereich 113 des Schaltungsträgers 102 angeordnet ist und an der Anschlagsfläche 204 des oberen Gehäuseelements 200 anliegt, nimmt das Abstützelement 103 die Kraft auf und leitet sie an das obere Gehäuseelement 200 weiter. Dadurch wird ein Verbiegen des Schaltungsträgers 102 verhindert. Auf Auflager im Randbereich 114 des Schaltungsträgers 102 kann verzichtet werden. Der Randbereich 114 des Schaltungsträgers 102 kann für die elektronischen Bauelemente genutzt werden.In the circuit carrier 102, the force acts in the middle area 113. The force does not act on the edge area 114 of the circuit carrier 102. Since the support element 103 is arranged in the middle area 113 of the circuit carrier 102 and rests against the stop surface 204 of the upper housing element 200, the support element 103 absorbs the force and passes it on to the upper housing element 200. This prevents the circuit carrier 102 from bending. Supports in the edge area 114 of the circuit carrier 102 can be dispensed with. The edge area 114 of the circuit carrier 102 can be used for the electronic components.

Die Kernkomponente wird im Nutzenverband hergestellt und kalibriert. Auf diese Weise kann das Herstellungsverfahren verbessert werden und insbesondere kostengünstiger werden.The core component is manufactured and calibrated in a panel assembly. In this way, the manufacturing process can be improved and, in particular, made more cost-effective.

Bezugszeichenreference sign

100100: Kernkomponentecore component
101101: Platteplate
102102: Schaltungsträgercircuit carrier
102a102a: Oberseite des Schaltungsträgerstop of the circuit carrier
102b102b: Unterseite des Schaltungsträgersunderside of the circuit carrier
103103: Abstützelementsupport element
103a103a: RahmenFrame
103b103b: Querstegcrossbar
103c103c: NaseNose
104104: Drucksensorelementpressure sensor element
105105: Temperatursensorelementtemperature sensor element
106106: Elektronisches BauteilElectronic component
107107: Freistellungexemption
108108: Elektrischer Kontakt des TemperatursensorelementsElectrical contact of the temperature sensor element
109109: Kanalchannel
110110: Unterseite der Kernkomponentebottom of the core component
111111: Oberseite der Kernkomponentetop of the core component
112112: Durchführungimplementation
113113: mittlerer Bereichmiddle range
114114: Randbereich edge area
200200: oberes Gehäuseelementupper housing element
201201: Kunststoffelementplastic element
202202: Kontaktelementcontact element
203203: Kragencollar
204204: Anschlagsflächestop surface
205205: Außenfläche des Kragensouter surface of the collar
206206: Verguss casting
300300: unteres Gehäuseelementlower housing element
301301: Bördelungflanging
302302: Dichtungsringsealing ring
303303: Dichtungsringsealing ring
304304: Schutzelement protective element
AA: axiale Richtungaxial direction
AAAA: Abstand Abstützelement zu RandpunktDistance support element to edge point
P1P1: Randpunktedge point
P2P2: Randpunktedge point
MPMP: Mittelpunktcenter
LL: Länge der Geraden von P1 zu P2Length of the line from P1 to P2

Claims

Sensor arrangement, comprising - a core component (100) which has a pressure sensor element (104), a circuit carrier (102) and a support element (103), and - an upper housing element (200) which encloses the core component (100), wherein the upper housing element (200) rests on an upper side of the support element (103), wherein the circuit carrier (102) has a central region (113) and an edge region (114) which encloses the central region (113), wherein the support element (103) is arranged in the central region (113) of the circuit carrier (102) and on an upper side of the circuit carrier (102).

Sensor arrangement according to claim 1 , wherein each distance (AA) of the support element (103) from an edge point (P1) of the circuit carrier (102) is at least 5%, preferably at least 10% or at least 20%, of a length (L) of a straight line which connects the edge point (P1) to an opposite edge point (P2) of the circuit carrier (102) and runs through a center point (MP) of the circuit carrier (102).

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein an outer circumference of the support element (103) runs along a boundary between the central region (113) and the edge region (114) of the circuit carrier (102), wherein the central region (113) takes up at least 10% of the area of the circuit carrier (102).

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein the support element (103) has a frame (103a) which encloses an inner region in which the pressure sensor element (104) is arranged.

Sensor arrangement according to claim 4 , wherein the support element (103) has a transverse web (103b) which runs through the inner region, and/or wherein the support element (103) has at least one nose (103c) projecting into the inner region.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement comprises a lower housing element (300) which forms a media connection channel which is designed to supply a fluid to a lower side (110) of the core component (100).

Sensor arrangement according to claim 6 , wherein an axial direction (A) along the media connection channel points to the core component (100), wherein the lower housing element (300) protrudes beyond the core component (100) in the axial direction (A), and wherein the lower housing element (300) has a flange (301) which encloses a lower end of the upper housing element (200) in the axial direction (A).

Sensor arrangement according to claim 7 , wherein the core component (100) is designed to transmit a force via the support element (103) to the upper housing element (200), and wherein the upper housing element (200) is designed to divert the force absorbed by the core component (100) to the flange (301) of the lower housing element (300).

Sensor arrangement according to one of the Claims 6 until 8 , wherein the upper housing element (200) has at its lower end in the axial direction (A) a collar (203) which rests on an inner side of the flange (301) of the lower housing element (300).

Sensor arrangement according to one of the Claims 6 until 9 , wherein the upper housing element (200) and the flange (301) are connected to one another and sealed to one another by a potting (206).

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein the pressure sensor element (104) is a piezoresistive silicon MEMS element.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement further comprises a temperature sensor element (105).

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein the core component (100) has a plate (101) which is arranged on the underside (102b) of the circuit carrier (102), wherein the pressure sensor element (104) is attached to an upper side of the plate (101), and wherein the plate (101) has a channel (109) and the pressure sensor element (104) is arranged at one end of the channel (109).

Sensor arrangement according to claim 13 , wherein the plate (101) comprises steel, ceramic, glass or plastic.

Sensor arrangement according to claim 12 and one of the Claims 13 or 14 , wherein the temperature sensor element (105) has two connecting wires, each of which runs through a feedthrough (112) in the plate (101), wherein the feedthroughs (112) in the plate (101) are sealed by a potting material.

Method for producing a plurality of sensor arrangements according to one of the preceding claims, wherein the core components (100) are manufactured and calibrated in a panel assembly.