DE102004027512A1

DE102004027512A1 - Spektroskopischer Gassensor, insbesondere zum Nachweis mindestens einer Gaskomponente in der Umluft, und Verfahren zur Herstellung eines derartigen spektroskopischen Gassensors

Info

Publication number: DE102004027512A1
Application number: DE102004027512A
Authority: DE
Inventors: Ronny Ludwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US7382459B2; FR2872286A1; US20050270536A1; FR2871234A1; FR2871234B1; FR2872286B1; GB2414791A; GB0502937D0; GB2414791B

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen spektroskopischen Gassensor, insbesondere zum Nachweis mindestens einer Gaskomponente in der Umluft, und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen spektroskopischen Gassensors, wobei der Gassensor aufweist: mindestens eine Strahlungserfassungseinrichtung (1) zum Detektieren eines für die mindestens eine Gaskomponente charakteristischen Strahlungsspektrums; ein Gehäuse (2) zur Aufnahme der mindestens einen Strahlungs-Erfassungseinrichtung (1) mit mindestens einem Gehäusewand-Endabschnitt (21) und mindestens ein optisches Bauteil (3; 4) mit mindestens einem Verbindungsabschnitt (30; 41), welcher mit dem mindestens einen Gehäusewand-Endabschnitt (21) durch einen Prozess des Heißverstemmens des mindestens einen Gehäusewand-Endabschnitts (21) verbindbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen spektroskopischen Gassensor, insbesondere zum Nachweis mindestens einer Gaskomponente in der Umluft, und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen spektroskopischen Gassensors.
Obwohl auf beliebige Gaskomponenten anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf den Kohlendioxidgehalt in der Umluft näher erläutert.
Die Notwendigkeit der Kohlendioxiddetektion ist in vielen Bereichen gegeben. So wird z.B. eine Raumluftüberwachung in Innenräumen zur Feststellung der Raumluftqualität bzw. zur Lüftungs- und Klimaanlagensteuerung, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich, vorgenommen. Ein Grenzwert für Kohlendioxid ist beispielsweise 1000 ppm. Darüber hinaus tritt Kohlendioxid gasförmig bei der Lebensmittellagerung und in Gewächshäusern auf, wo es der Luft zugesetzt wird und seine Konzentration überwacht werden muß.
Allgemein werden Sensoren für Kohlendioxid zum einen zur Steuerung der Konzentration in diesen Anwendungen eingesetzt und zum anderen werden auch Sensoren in persönlichen tragbaren Warngeräten erwünscht, wobei Personen mit den Warngeräten in den entsprechenden Anwendungsbereichen arbeiten. Weiterhin könnten solche Warngeräte in Bereichen eingesetzt werden, wo Menschen mit dem Gas CO₂ in höheren Konzentrationen, beispielsweise im Prozentbereich, in Berührung kommen. Hier sind beispielsweise Silos oder Weinkeller zu nennen, in denen Lebensgefahr besteht, falls keine Kohlendioxidüberwachung durchgeführt wird.

Bisher bekannte Kohlendioxidsensoren werden beispielsweise durch elektrochemische Zellen dargestellt. Hier ist die Reaktion von Nasicon (NaO₂) mit CO₂ zu nennen. Zum anderen existieren optische Systeme, die durch selektive Adsorption im nahen Infrarotbereich durch eine Bande im Kohlendioxidspektrum zur Detektion verwendet werden.

Derartige spektroskopische Gassensoren bestehen im allgemeinen aus einem Premold-Gehäuse, welches ein Chipgehäuse darstellt, das in einem sogenannten Moldverfahren durch Umspritzen eines speziell konstruierten Trägerstreifens aus Metall, einem sogenannten Leadframe, mit Kunststoff oder einem „Moulding-Compound" auf Epoxydharzbasis hergestellt wird. Die Premold-Gehäuse bzw. Leadframes gemäß dem Stand der Technik sind im allgemeinen derart ausgebildet, dass an mindestens zwei Seitenkanten oder an allen vier Seitenkanten des Gehäuses die für einen elektrischen Anschluß notwendigen Anschlüsse vorhanden sind. Somit muß das Premold-Gehäuse flach auf der Leiterplatte montiert werden, beispielsweise mittels einer Klebe- oder Lötverbindung. Nachdem je nach Anwendungsfall die eigentlichen Sensorchips in das Gehäuse montiert und in geeigneter Weise kontaktiert wurden, werden die Gehäuse üblicherweise mit einem Metalldeckel abgeschlossen, welcher Blendenöffnungen für einen Strahlungseingang und für eine Verhinderung von Streustrahlung aufweist. Der Metalldeckel wird im allgemeinen fest mit dem Gehäuserand des Gehäuses verbunden.

Speziell für optische Anwendungen in Premold-Gehäusen, d.h. für optische Chips in einem flach auf einer Leiterplatte montierten Premold-Gehäuse, bei welchem die optische Achse des Sensorsystems im beispielsweise 90°-Winkel zur Leiterplatte liegt, muß die optische Strahlung mittels eines zusätzlichen Reflektors über oder auf die Leiterplatte umgelenkt werden. Ein derartiger zusätzlicher Reflektor wird gemäß dem Stand der Technik mittels eines zusätzlichen Montageschritts auf der Leiterplatte und unter Umständen über das Premold-Gehäuse montiert.

An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass bei einer Montage des zusätzlichen Reflektors auf der Leiterplatte mittels eines Klebe- und/oder Lötprozesses eine Ausrichtung der Reflektionsflächen schwierig zu bewerkstelligen ist. Dabei treten häufig ungenaue Ablenkwinkel auf, so dass keine optimale Strahlungsdetektion des optischen Chips auf der Leiterplatte gewährleistet ist.

Ferner sind für die Montage des Metalldeckels und die Montage des zusätzlichen Reflektors aufeinander folgende und getrennte Verfahrensschritte notwendig, was zu einem aufwändigen Verfahrensablauf und zu einem kostenintensiven Verfahren führt.

Somit besteht allgemein die Aufgabe, einen spektroskopischen Gassensor zu schaffen, welcher auf einfachere und kostengünstigere Weise herstellbar ist und welcher eine bessere Integration optischer Bauteile in das Sensorgehäuse gewährleistet.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß vorrichtungsseitig durch den spektroskopischen Gassensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und verfahrensseitig durch das Verfahren zur Herstellung eines derartigen spektroskopischen Gassensors mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 14 gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass der spektroskopische Gassensor mindestens eine Strahlungserfassungseinrichtung zum Detektieren eines für die nachzuweisende Gaskomponente charakteristischen Strahlungsbandes; ein Gehäuse zur Aufnahme der mindestens einen Erfassungseinrichtung, welches mindestens einen Gehäusewand-Endabschnitt umfaßt; und mindestens ein optisches Bauteil aufweist, welches einen Verbindungsabschnitt besitzt, der mit dem mindestens einem Gehäusewand-Endabschnitt durch den Prozess des Heißverstemmens des mindestens einen Gehäusewand-Endabschnitts verbindbar ist.

Somit weist der erfindungsgemäße spektroskopische Gassensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und das Verfahren zur Herstellung eines derartigen spektroskopischen Gassensors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gegenüber den bekannten Ansätzen gemäß dem Stand der Technik die Vorteile auf, dass der spektroskopischer Gassensor auf einer zugeordneten Leiterplatte mit beispielsweise paralleler optischer Achse zur Leiterplatte ohne Verwendung zusätzlicher Reflektoren aufgebaut werden kann. Genauer gesagt erfüllt ein Bauteil sowohl die Funktion eines Reflektors als auch die Funktion eines montierten Deckels, wobei dieses multifunktionale Bauteil mittels eines gemeinsamen Verfahrensschrittes mit dem Gehäuse des Gassensors auf einfache und kostengünstige Weise montierbar ist. Im Vergleich zu einer Lötmontage auf der Leiterplatte können die optischen Komponenten an dem Premold-Gehäuse sehr genau bezüglich den optischen Chips im Gehäuse montiert und ausgerichtet werden. Somit ist eine optimale Umlenkung der einfallenden Strahlung gewährleistet.

Ferner kann die Abmessung eines direkt mit dem Gehäuse verbundenen Reflektors kleiner gegenüber der Abmessung eines Reflektors für eine Leiterplattenmontage ausgebildet werden. Dies schafft insgesamt eine sehr kleine Gesamtbaugröße des spektroskopischen Gassensorsystems. Ferner wird ein für den Kraftfahrzeugbereich taugliches Sensorgehäuse geschaffen, wobei zusätzlich eine Passivierung sämtlicher stressempfindlicher Flächen und Kontakte im Gehäuse möglich ist.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen spektroskopischen Gassensors und des im Anspruch 14 angegebenen Herstellungsverfahrens.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Gehäuse mittels eines Spritzgussverfahrens als Premold-Gehäuse ausgebildet. Somit ist ein Leadframe auf einfache Weise mit einem Gehäuse umspritzbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein optisches Bauteil als Reflektor zur Strahlungsumlenkung und/oder Strahlungsbündelung ausgebildet. Der Reflektor wird vorzugsweise aus einem beschichteten Kunststoff hergestellt und weist beispielsweise mindestens eine parabolisch, elliptisch oder andersartig geformte Reflektionsfläche auf. Durch eine geeignete Ausbildung der Reflektionsflächen der Reflektoren kann die Strahlung zusätzlich zur Umlenkung gebündelt und fokussiert werden.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein optisches Bauteil als optische Blende ausgebildet, welche beispielsweise aus Stahl besteht und eine Blendenöffnung oberhalb der Chipanordnung aufweist. Somit können unerwünschte Streustrahlungen auf einfache Weise ausgeblendet werden.

Vorzugsweise sind sowohl der Reflektor als auch die Blende mittels eines gemeinsamen Prozesses des Heißverstemmens unter Zuhilfenahme eines Prägestempels mit dem Gehäusewand-Endabschnitt verbindbar. Dies stellt einen einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen Verbindungsschritt dar. Vorteilhaft liegen sowohl der Reflektor als auch die Blende mit ihren jeweiligen Verbindungsabschnitten auf einem umlaufenden Anlageabschnitt des Gehäuses in etwa formschlüssig auf. Damit wird eine genaue Ausrichtung der Reflektionsflächen und eine optimale Strahlungsumlenkung gewährleistet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umgibt der Gehäusewand-Endabschnitt des Gehäuses die zugeordneten Verbindungsabschnitte der optischen Bauteile und ragt mit einem Verformungsabschnitt über die jeweiligen Verbindungsabschnitte hinaus. Dadurch kann durch eine vorbestimmte Kraftausübung mittels des Prägestempels beim Prozess des Heißverstemmens der Verformungsabschnitt des Gehäuses zum Festklemmen der Verbindungsabschnitte der optischen Bauteile in Richtung der zugeordneten Verbindungsabschnitte umgebogen werden.

Die optischen Bauteile und das Premold-Gehäuse weisen vorzugsweise eine Parallelität derart auf, dass das Gehäuse mittels eines Standardbestückungsverfahrens mit Vakuumtools auf Leiterplatten bestückt werden kann. Derartige Standard-„Pick-&-Place"-Bestückungsverfahren stellen eine einfache und kostengünstige Bestückungsvariante dar.

Der spektroskopische Gassensor ist beispielsweise als zweikanaliger Kohlendioxid-Stickstoffoxid-Gassensor oder dergleichen ausgebildet. Dabei sind in einer Einheit vorzugsweise zwei benachbart zueinander ausgebildete Sensoreinheiten vorgesehen, wobei ein Sensor als Referenzsensor dient. Jede Sensoreinheit weist vorzugsweise einen mit einer Siliziumkappe hermetisch verschlossenen Thermopile-Chip auf, welcher in dem Gehäuse montiert und mittels Bonddrähten mit geeigneten Gehäuseanschlüssen kontaktiert ist. Auf jedem Thermopile-Chip ist jeweils ein optischer Filterchip befestigt, wobei der eine Filterchip die Zentralwellenlänge für die mindestens eine nachzuweisende Gaskomponente und der andere Filterchip ein Referenzspektrum aufweist.

ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Von den Figuren werden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
1 eine Seitenquerschnittsansicht eines spektroskopischen Gassensors vor einem Prozess des Heißverstemmens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenansicht eines Reflektors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Vorderansicht eines Reflektors gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2;
4 eine Draufsicht auf einen Reflektor gemäß dem Ausführungsbeispiel in den 2 und 3;
5 eine Seitenquerschnittsansicht eines spektroskopischen Gassensors beim Prozess des Heißverstemmens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine Seitenquerschnittsansicht eines spektroskopischen Gassensors beim Prozess des Heißverstemmens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine Seitenquerschnittsansicht eines spektroskopischen Gassensors nach dem Prozess des Heißverstemmens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Querschnittsansicht des spektroskopischen Gassensors aus 7 aus Sicht von vorne; und
9 eine Seitenquerschnittsansicht eines spektroskopischen Gassensors mit einfallender und reflektierter Strahlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
1 illustriert eine Seitenquerschnittsansicht eines spektroskopischen Gassensors vor einem Prozess des Heißverstemmens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 ersichtlich ist, besteht der spektroskopische Gassensor vorzugsweise aus einer Strahlungserfassungseinrichtung 1, welche einer Erfassung eines für die nachzuweisende Gaskomponente charakteristisches Spektrums einer einfallenden Strahlung dient. Eine derartige Strahlungserfassung kann beispielsweise mittels eines Absorbermaterials erfolgen, welches sich infolge der einfallenden Strahlung erwärmt und somit eine Temperaturerhöhung erleidet, welche beispielsweise als Thermospannung abgreifbar ist. Die das zu messende, den spektroskopischen Gassensor umgebende Gas hindurchtretende Strahlung wird durch die in dem Gas enthaltenen Moleküle in einem vorbestimmten Frequenzbereich absorbiert, so dass anhand des von der Strahlungserfassungseinrichtung delektierten Spektrums auf den Gehalt des nachzuweisenden Gases geschlossen werden kann. Es sind allgemein zweikanalige Gassensoren bekannt, bei welchen ein optischer Chip zur Erfassung der eintreffenden Strahlung und der benachbart dazu angeordnete Chip als Referenzchip vorgesehen ist. Derartige Gassensoren sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass auf eine ausführliche Beschreibung der Funktionsweisen derselben verzichtet werden kann.
Wie ferner in 1 ersichtlich besteht die Strahlungseinrichtung 1, wie oben bereits erwähnt, beispielsweise aus zwei nebeneinander angeordneten Erfassungseinheiten, welche jeweils aus einem Thermopile-Chip 11, 11', welcher beispielsweise mittels eines Chipklebstoffs 10; 10' auf dem Boden eines umspritzen Gehäuses 2 festgeklebt ist, und einer darauf vorgesehenen, für IR-Strahlung transparenten Kappe besteht, beispielsweise einer Siliziumkappe 13, 13', welche vorteilhaft mittels einer Sealglasverbindung 12, 12' auf dem jeweiligen Thermopile-Chip 11 bzw. 11' montiert ist. Auf den jeweiligen Siliziumkappen 13, 13' werden beispielsweise mittels eines optisch transparenten Klebstoffs 14, 14' ein optischer Filterchip 15 bzw. 15' aufgebracht, welcher das für das nachzuweisende Gas charakteristische Spektrum bzw. Frequenzband herausfiltert, bzw. das gewünschte Referenzspektrum für die Referenzeinheit herausfiltert.
Die Einheiten der Strahlungserfassungseinrichtung 1, wie ferner in 1 ersichtlich ist, sind mittels Bonddrähten 16 mit geeigneten Anschlußbereichen 17 für einen Abgriff der auftretenden Thermospannung verbunden. Die Bonddrähte 16 sowie der umliegende Chipbereich werden mit beispielsweise einem Silikongel vergossen, so dass die Oberflächen der Filterchips vorteilhaft gelfrei bleiben.
Das Gehäuse 2 weist vorzugsweise die in 1 dargestellte Struktur auf und ist in einem sogenannten Moldverfahren durch Umspritzen eines speziell konstruierten Trägerstreifens aus Metall, einem sogenannten Leadframe, mit Kunststoff oder einem „Moulding-Compound" auf beispielsweise Epoxydharzbasis hergestellt. Das Gehäuse weist beispielsweise eine rechteckige oder runde Form auf und besitzt einen die Strahlungserfassungseinrichtung 1 aufnehmenden Bodenbereich und vorzugsweise eine umlaufende Gehäusewand 20. Die innere Umfangsfläche der Gehäusewand 20 umfasst, wie in 1 dargestellt ist, vorzugsweise eine umlaufende Anlagefläche 23, welche beispielsweise derart als Stufe 23 ausgebildet ist, dass weitere Bauteile, vorzugsweise optische Bauteile 3, 4, von oben in das Gehäuse auf die umlaufende Anlagefläche 23 formschlüssig einsetzbar sind. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die umlaufende Anlagefläche 23 auch andersartig ausgebildet sein kann, beispielsweise als lediglich teilweise angeordnete Stufenbereiche, als Einsetzkerben, oder dergleichen.
Ferner umfaßt die Gehäusewand 20 einen Gehäusewand-Endabschnitt 21 mit einem vorzugsweise umlaufenden Verformungsabschnitt 22. Die genauere Ausgestaltung und Funktionsweise des Verformungsabschnitts 22 wird weiter unten näher erläutert.
Der spektroskopische Gassensor weist ferner eine optische Blende 3 mit einer Streustrahlung abschirmenden Blendenöffnung auf. Die Blende 3 weist einen Verbindungsabschnitt 30 auf, welcher gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als umlaufender Randabschnitt der optischen Blende 3 ausgebildet ist. Die Abmessungen des Gehäuses 2 und der optischen Blende 3 sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Blende 3 mit ihrem Verbindungsabschnitt 30 in etwa formschlüssig auf die umlaufende Anlagefläche 23 der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2 einsetzbar ist. Vorteilhaft ist die Anlagefläche 23 des Gehäuses 2 sowie der Verbindungsabschnitt 30 der optischen Blende 3 derart ausgebildet, dass beim Einbau die durch die optische Blende definierte Ebene parallel zu der Ebene des optischen Chips 15 bzw. 15' angeordnet ist. Somit kann das Gehäuse mittels Standardbestückungsverfahren unter Zuhilfenahme von Vakuumtools auf Leiterplatten bestückt werden. Ein derartiger „Pick-&-Place-Prozess" stellt ein kostengünstiges und einfaches Bestückungsverfahren dar.
Wie in 1 ferner dargestellt ist, weist der spektroskopische Gassensor ferner einen Reflektor 4 auf, welcher einer Reflektion bzw. Umlenkung der das nachzuweisende Gas durchleuchtenden Strahlung auf die optischen Filterchips 15 bzw. 15' und zusätzlich vorzugsweise einer Bündelung dieser Strahlung dient. Der Reflektor 4 umfasst analog zur optischen Blende 3 einen Verbindungsabschnitt 41, vorzugsweise ein umlaufender Verbindungsrand 41, welcher wiederum derart dimensioniert ist, dass er auf die umlaufende Anlagefläche 23 des Gehäuses 2 oder im Falle einer optischen Blende 3 auf der optischen Blende 3 derart einsetzbar ist, dass eine in etwa formschlüssige Positionierung gewährleistet ist. Die Anlagefläche 23 des Gehäuses 2 und der Verbindungsabschnitt 41 des Reflektors 4 sind derart aufeinander abgestimmt, dass beim Einsetzen des Reflektors 4 in das Gehäuse 2 wiederum eine Parallelität zwischen dem Premold-Gehäuse bzw. den optischen Filterchips 15 bzw. 15' und der Oberflächen des Reflektors gegeben ist. Dadurch kann die Bestückung mittels des vorher bereits erläuterten vorteilhaften „Pick-&-Place-Verfahrens" erfolgen. Zusätzlich ist durch die parallele und passgenaue Montage des Reflektors 4 in dem Gehäuse 2 eine exakte Umlenkung der einfallenden Strahlung auf die Absorberfläche bzw. die optischen Filterchips 15 bzw. 15' gewährleistet.
Die 2, 3 und 4 illustrieren eine Seitenansicht, eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf einen Reflektor 4 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in den 2, 3 und 4 ersichtlich ist, weist der Reflektor 4 vorzugsweise zwei Reflektionsflächen 40 auf, welche jeweils einem der beiden Einheiten der Strahlungserfassungseinrichtung 1 zugeordnet sind. Der Reflektor 4 ist beispielsweise aus Kunststoff gespritzt und mit einer einen hohen Reflektionskoeffizienten aufweisenden metallischen Schicht beschichtet, wobei die Reflektionsflächen 40 gemäß dem jeweiligen Anwendungsfall eine parabolische, elliptische oder andersartig geformte Ausgestaltung aufweisen können. Entscheidend ist lediglich, dass die einfallende Strahlung in optimaler Weise auf die jeweiligen zugeordneten optischen Filterchips 15, 15' umgelenkt und gebündelt werden.
Mit einem Reflektor 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann beispielsweise Strahlung in Richtung parallel zur Leiterplattenfläche bzw. zur Bodenfläche des Gehäuses 2 um einen 90°-Winkel in Richtung der optischen Filterchips 15 bzw. 15' umgelenkt und gebündelt werden. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass durch eine geeignete Neigung der Reflektionsflächen 40 des Reflektors 4 andere Umlenkwinkel und somit unter einem anderen Winkel einfallende Strahlungen in optimaler Weise umgelenkt bzw. reflektiert werden können. Der Reflektor 4 kann beispielsweise, wie oben bereits erläutert, aus gespritztem und reflektierend beschichtetem Kunststoff hergestellt werden.
5 illustriert eine Seitenquerschnittsansicht des spektroskopischen Gassensors gemäß 1 zu Beginn des Prozesses des Heißverstemmens.
Wie oben bereits erläutert wurde, weist das Gehäuse 2 einen Gehäusewand-Endabschnitt 21 auf, welcher mit einem vorzugsweise umlaufenden Verformungsabschnitt 22 ausgebildet ist. Der Verformungsabschnitt 22 erstreckt sich mit einer vorbestimmten Länge über die Verbindungsabschnitte 30 der optischen Blende 3 bzw. über die Verbindungsabschnitte 41 des Reflektors 4 im eingesetzten Zustand derselben hinaus. Dabei entspricht die überstehende Länge des Verformungsabschnitts 22 in etwa dem freiliegenden Bereich des Verbindungsabschnitts 30 bzw. 41, so dass im Falle eines Umbiegens des Verformungsabschnitts 22 in Richtung der Verbindungsabschnitte 30 und 41 kein nachteiliger Kontakt mit dem Gehäuse des Reflektors 4 erfolgt.
Für den Prozess des Heißverstemmens wird vorzugsweise ein Prägestempel 5 verwendet, welcher einen Aufnahmebereich 51 zur Aufnahme des Reflektors 4 besitzt. Der Aufnahmebereich 51 ist derart dimensioniert, dass beim Aufbringen des Prägestempels 5 über dem spektroskopischen Gassensor ein Kontakt der Innenfläche des Prägestempels 5 mit der Außenfläche des Reflektors 4 vermieden wird, wodurch eine Beschädigung des Reflektors 4 während des Prozesses des Heißverstemmens verhindert wird. Ferner, wie in 5 ersichtlich ist, weist der Prägestempel 5 eine Verformungs-Anlagefläche 50 auf, welche beim Aufbringen des Prägestempels 5 über dem spektroskopischen Gassensor in Anlage mit dem Verformungsabschnitt 22 des Gehäuses 2 gelangt. Die Verformungs-Anlagefläche 50 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart dimensioniert und beispielsweise konkav gekrümmt ausgebildet, dass bei einer vertikalen Krafteinwirkung auf den Prägestempel 5 in Richtung der Leiterplatte bzw. der Bodenfläche des Gehäuses 2 der Verformungsabschnitt bzw. die Verformungsabschnitte 22 entlang der konkaven Krümmungsfläche der Verformungs-Anlagefläche 50 in der Richtung des Verbindungsabschnittes 41 biegbar sind. Der Frägestempel 5 besteht beispielsweise aus Stahl oder einem anderen gut wärmeleitbaren Material und wird auf eine Temperatur von beispielsweise etwa 240°C erwärmt, mit welcher bei Kontakt des Prägestempels 5 mit dem Verformungsabschnitt 22 eine Erweichung des Verformungsabschnitts 22 für einen Verformungsvorgang des Verformungsabschnitts 22 erreicht wird. Die Temperatur ist derart auszuwählen, dass lediglich eine Erweichung, aber kein Schmelzen bzw. Verkleben des Verformungsabschnits 22 des Gehäuses 2 bei Berührung mit der erwärmten Verformungs-Anlagefläche 50 des Prägestempels 5 erfolgt.
6 illustriert eine Seitenquerschnittsansicht des spektroskopischen Gassensors gemäß den 1 und 5 während bzw. am Ende des Prozesses des Heißverstemmens. Aus 6 ist ersichtlich, dass der oder die Verformungsabschnitte 22 des Gehäuses 2 unter Zuhilfenahme des Prägestempels 5 derart in Richtung der Verbindungsabschnitte 30 und 41 gebogen und verformt werden, dass ein Verklemmen der optischen Blende 3 und des Reflektors 4 zwischen der Anlagefläche 23 des Gehäuses 2 und dem oder den Verformungsabschnitten 22 des Gehäuses 2 erfolgt. Wie ferner in 6 ersichtlich ist, folgt die Verformung des Verformungsabschnitts 22 der vorbestimmten Krümmung der Verformungs-Anlagefläche 50 des Prägestempels 5.
Anschließend erfolgt eine Kühlung der umgebogenen Verformungsabschnitte 22, so dass der fertiggestellte, in 7 dargestellte spektroskopische Gassensor erhalten wird. Dabei zeigt 7 eine Seitenquerschnittsansicht und 8 eine Querschnittsansicht von vorne des fertiggestellten spektroskopischen Gassensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
In 9 ist die Funktionsweise des fertiggestellten spektroskopischen Gassensors in einer schematischen Seitenquerschnittsansicht illustriert. Es ist ersichtlich, dass eine parallel zur Leiterplatte 8 verlaufende einfallende Strahlung 6 mittels des Reflektors 4 um 90° in Richtung der Blendenöffnung der optischen Blende 3 und in Richtung der Strahlungserfassungseinrichtung 1 reflektiert wird. Dies ist in 9 durch den reflektierten Strahlengang 7 gekennzeichnet. Wie in 9 ferner ersichtlich ist, wird anschließend der hergestellte spektroskopische Gassensor in geeigneter Weise auf einer zugeordneten Leiterplatte 8 bzw. einem Substrat 8 montiert.
Somit schafft die vorliegende Erfindung einen spektroskopischen Gassensor und ein Verfahren zur Herstellung desselben, wodurch auf einfache Weise ein exakt positioniertes und ausgerichtetes Verklemmen optischer Bauteile, wie beispielsweise einer optischen Blende und/oder eines Reflektors, in dem Gehäuse des Gassensors gewährleistet wird. Ferner dient der Reflektor 4 gleichzeitig als schützende Abdeckung, so dass auf eine zusätzlich Metallabdeckung verzichtet werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Beispielsweise können die optischen Bauteile anstatt über Anlage mit der umlaufenden Anlagefläche des Gehäuses auch mittels einer Klebeverbindung oder dergleichen in dem Gehäuse eingesetzt und ausgerichtet werden.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Spektroskopischer Gassensor, insbesondere zum Nachweis mindestens einer Gaskomponente in der Umluft, mit: mindestens einer Strahlungserfassungseinrichtung (1) zum Detektieren eines für die mindestens eine Gaskomponente charakteristischen Strahlungsspektrums; einem Gehäuse (2) zur Aufnahme der mindestens einen Strahlungs-Erfassungseinrichtung (1) mit mindestens einem Gehäusewand-Endabschnitt (21); und mit mindestens einem optischen Bauteil (3; 4) mit mindestens einem Verbindungsabschnitt (30; 41), welcher mit dem mindestens einen Gehäusewand-Endabschnitt (21) durch einen Prozess des Heißverstemmens des mindestens einen Gehäusewand-Endabschnitts (21) verbindbar ist.
Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mittels eines Spritzgußverfahrens als Premold-Gehäuse ausgebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Bauteil (4) als Reflektor (4) zur Strahlungsumlenkung und/oder Strahlungsbündelung ausgebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) aus reflektierend beschichtetem Kunststoff hergestellt ist.
Gassensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) mindestens eine parabolisch, elliptisch oder andersartig geformte Reflektionsfläche (40) aufweist.
Gassensor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Bauteil (3) als optische Blende (3), beispielsweise aus Stahl, ausgebildet ist.
Gassensor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Reflektor (4) als auch die Blende (3) mittels eines gemeinsamen Prozesses des Heißverstemmens unter Zuhilfenahme eines Prägestempels (5) mit dem mindestens einen Gehäusewand-Endabschnitt (21) verbindbar sind.
Gassensor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (3) und der Reflektor (4) mit ihren jeweiligen Verbindungsabschnitten (30; 41) auf einem umlaufenden Anlageabschnitt (23) des Gehäuses (2) in etwa formschlüssig aufliegen.
Gassensor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gehäusewand-Endabschnitt (21) des Gehäuses (2) die zugeordneten Verbindungsabschnitte (30; 41) des mindestens einen optischen Bauteils (3; 4) umgibt und einen über den Verbindungsabschnitt (30; 41) hinausragenden Verformungsabschnitt (22) aufweist.
Gassensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsabschnitt (22) durch den Prägestempel (5) beim Prozess des Heißverstemmens zum Festklemmen der Verbindungsabschnitte (30; 41) des mindestens einen optischen Bauteils (3; 4) in Richtung der zugeordneten Verbindungsabschnitte (30; 41) verformbar ist.
Gassensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägestempel (5) beim Prozess des Heißverstemmens mit einer vorbestimmten Kraft für ein Umbiegen der Verformungsabschnitte (22) ohne Beschädigung des mindestens einen optischen Bauteils (3; 4) beaufschlagbar ist.
Gassensor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor über Standard-„Pick-and-Place"-Bestückungsverfahren auf einer zugeordneten Leiterplatte (8) montierbar ist.
Gassensor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spektroskopische Gassensor als zweikanaliger Kohlendioxid-Gassensor, Stickstoffoxid-Gassensor, oder dergleichen ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines spektroskopischen Gassensors, insbesondere zum Nachweis mindestens einer Gaskomponente in der Umluft, mit folgenden Verfahrensschritten: Bilden eines Gehäuses (2) zur Aufnahme mindestens einer Erfassungseinrichtung (1) für eine Detektion eines für die mindestens eine Gaskomponente charakteristischen Strahlungsspektrums, wobei das Gehäuse (2) mindestens einen Verformungsabschnitt (22) aufweist; Einsetzen mindestens eines optischen Bauteils (3; 4) mit mindestens einem Verbindungsabschnitt (30; 41) in das Gehäuse (2) derart, dass der mindestens ein Verformungsabschnitt (22) des Gehäuses (2) über den mindestens einen Verbindungsabschnitt (30; 41) hervorsteht; und Verformen des mindestens einen Verformungsabschnitts (22) des Gehäuses (2) in Richtung des mindestens einen Verbindungsabschnitts (30; 41) des mindestens einen optischen Bauteils (3; 4) für ein Festklemmen des mindestens einen optischen Bauteils (3; 4) in dem Gehäuse (2) mittels eines Prozesses des Heißverstemmens.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mittels eines Spritzgußverfahrens als Premold-Gehäuse hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Prozess des Heißverstemmens ein Prägestempel (5) mit einer Verformungs-Anlagefläche (50) verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor über Standard-„Pick-and-Place"-Bestückungsverfahren auf einer zugeordneten Leiterplatte 8 montiert wird.