DE102019210375A1

DE102019210375A1 - Verfahren zur Herstellung eines robusten Sensors

Info

Publication number: DE102019210375A1
Application number: DE102019210375.8A
Authority: DE
Inventors: Marco Benner; Svenja Raukopf; Florian Häupl; Johannes Rosenberger
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-01-14
Also published as: CN112208056B; CN112208056A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Sensors, welcher zumindest ein Sensorelement, umfassend ein erstes Gehäuse (1) aufweist, wobei das Sensorelement auf einem Schaltungsträger (3) angeordnet ist, wobei das Sensorelement mit dem Schaltungsträger (3) in einer Kavität (4) eines Spritzgusswerkzeugs angeordnet wird, wonach das Sensorelement sowie der Schaltungsträger (3) zumindest teilweise umspritzt werden, wodurch ein zweites Gehäuse (2) ausgebildet wird, wobei die Einspeiserichtung (6) des Spritzgussmaterials durch wenigstens einen Angusskanal (5) in die Kavität (4) hinsichtlich einer Längsrichtung (7) des Schaltungsträgers (3) und/oder einer Grundfläche (8) des ersten Gehäuses (1) einen Winkel von weniger als 120° aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors vorzuschlagen, welches einen relativ robusten und/oder dichten und/oder kostengünstigen Sensor ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
Der Erfindung liegt vorzugsweise der Gedanke zu Grunde, dass im Zuge des Verfahrens zur Herstellung eines Sensors, welcher zumindest ein Sensorelement, umfassend ein erstes Gehäuse aufweist, wobei das erste Gehäuse das Sensorelement insbesondere einbettet, wobei das Sensorelement auf einem Schaltungsträger angeordnet ist, wobei das Sensorelement mit dem Schaltungsträger in einer Kavität eines Spritzgusswerkzeugs angeordnet wird, wonach das Sensorelement sowie der Schaltungsträger zumindest teilweise umspritzt werden, wodurch ein zweites Gehäuse ausgebildet wird, wobei die Einspeiserichtung des Spritzgussmaterials durch wenigstens einen Angusskanal in die Kavität hinsichtlich einer Längsrichtung des Schaltungsträgers und/oder einer Grundfläche des ersten Gehäuses einen Winkel von weniger als 120° aufweist bzw. einen Winkel zwischen 0° und 120° aufweist, besonders bevorzugt im Wesentlichen parallel ausgerichtet ist oder einen Winkel von weniger als 30° bzw. weniger als 10° aufweist.
Unter einem Angusskanal bzw. Spritzgusskanal bzw. Einspritzkanal wird bevorzugt die Verbindung zwischen einer Einspritzeinheit und der Kavität verstanden, wobei insbesondere der Zugang zur Kavität selbst, als Ende des Angusskanals, als Anspritzpunkt bzw. Einspritzpunkt bezeichnet wird.
Unter der Einspeiserichtung wird zweckmäßigerweise die Vorzugsrichtung bzw. Hauptrichtung des Spritzgussmaterials aus dem Angusskanal durch den Anspritzpunkt in die Kavität verstanden, insbesondere im Wesentlichen eine Gerade aus dem Angusskanal durch den Anspritzpunkt, dabei führt diese Gerade zweckmäßigerweise durch das erste Gehäuse oder durch den Raum um das erste Gehäuse in einem Abstand von weniger als 2mm.
Bevorzugt sind das Sensorelement und eine Signalverarbeitungsschaltung in ein erstes Elektronikbauteil bzw. einen ASIC integriert.
Mit der Phrase „zumindest teilweise“ wird bevorzugt auch der Begriff „vollständig“ verstanden oder der Begriff „teilweise“.
Zweckmäßigerweise ist der Schaltungsträger als Leadframe oder Platine ausgebildet, wobei unter einem Leadframe insbesondere ein Anschlussrahmen bzw. ein metallischer Leitungsträger verstanden wird.
Das erste Gehäuse ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet, insbesondere aus Duroplast, besonders bevorzugt Epoxy. Zweckmäßigerweise ist das erste Gehäuse als Schutzgehäuse bzw. eigenes Standardgehäuse des Sensorelements bzw. Chips bzw. ASICs ausgebildet.
Das Spritzgussmaterial zur Ausbildung des zweiten Gehäuses ist bevorzugt Thermoplast, wobei das Material insbesondere Polyamid bzw. PBT, Polybuthelynterephthalat bzw. PPS, Polyphenylensulfid bzw. PPA, Polyphthalamid aufweist.
Zweckmäßigerweise weist das Spritzgussmaterial zur Ausbildung des zweiten Gehäuses, insbesondere zumindest an der Oberfläche oder allgemein, Füllkörper bzw. Filler auf. Insbesondere sind diese Füllkörper bzw. Filler rund und/oder im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet und/oder weisen eine definierte Farbe auf, besonders bevorzugt schwarz oder grün oder blau oder rot.
Alternativ vorzugsweise sind die Füllkörper bzw. Filler als Fasern bzw. Faserbündel ausgebildet, insbesondere aus Glas oder Kohle.
Es ist zweckmäßig, dass die Filler bzw. Füllkörper einen Anteil von 15 bis 50 Volumenprozent des Spritzgussmaterials zur Ausbildung des zweiten Gehäuses ausmachen.
Es ist bevorzugt, dass vor dem Anordnen des ersten Gehäuses des Sensorelements in der Kavität des Spritzgusswerkzeugs, wenigstens eine Verbindungsfläche auf der Außenfläche des ersten Gehäuses aktiviert und/oder aufgeraut wird mittels einer Plasmabehandlung und/oder einer Laserbehandlung. Insbesondere wird die Verbindungsfläche mit einem Laser aktiviert, besonders bevorzugt wonach das wenigstens teilweise Umspritzen des ersten Gehäuses zur Ausbildung des zweiten Gehäuses, wobei die wenigstens eine Verbindungsfläche mit dem Spritzgussmaterial des zweiten Gehäuses bedeckt wird, 2 Stunden oder weniger nach der Laseraktivierung erfolgt.
Zweckmäßigerweise ist die Verbindungsfläche mittels eines Lasers aufgeraut. Dabei wird insbesondere zum Ausbilden der Verbindungsfläche durch ein Aufrauen mit dem Laser auf die Oberfläche des entsprechenden Bereichs des ersten Gehäuses eingewirkt, wobei Ausnehmungen in der Oberfläche erzeugt werden und der Laser dabei so auf die Oberfläche gerichtet und geführt und von seiner Leistungsabgabe her eingestellt wird, dass Ausnehmungen mit zumindest zwei im Wesentlichen verschiedenen Tiefen in der Oberfläche der Verbindungsfläche erzeugt werden. Unter den Ausnehmungen von im Wesentlichen zwei verschiedenen Tiefen wird vorzugsweise verstanden, dass Ausnehmungen eines ersten Ausnehmungstyps und eines zweiten Ausnehmungstyps erzeugt werden, welche sich, insbesondere signifikant, durch die Tiefe der Ausnehmungen unterscheiden.
Besonders bevorzugt wird der Laser so angesteuert, dass er die Oberfläche im aufgerauten Bereich aktiviert. Es werden dabei insbesondere die ersten und zweiten Ausnehmungen bzw. die Ausnehmungen des ersten und zweiten Ausnehmungstyps im Wesentlichen in einem Focusbereich des Lasers erzeugt, wodurch der Laser ein Plasma aus dem Oberflächenmaterial erzeugt, was insbesondere vorteilhaft für eine bessere chemische Verbindung in einem Spritzgussprozess ist. Beim Aufrauen der Oberfläche aus Kunststoff mittels des Lasers werden ganz besonders bevorzugt aktive, frei radikale Kohlenstoffe erzeugt. Ganz besonders bevorzugt werden dabei mehrere bzw. relativ viele, insbesondere mehr als Tausend bzw. Millionen, Ausnehmungen erzeugt und dabei Ausnehmungen von im Wesentlichen zwei verschiedenen Ausnehmungstypen erzeugt, welche sich im Wesentlichen zumindest durch ihre Tiefe voneinander unterscheiden und jeder Ausnehmungstyp durch eine definierte Tiefe oder ein definiertes Tiefenintervall gekennzeichnet ist.
Unter der Formulierung, dass der Laser so angesteuert wird, wird vorzugsweise verstanden, dass der Laser so auf die Oberfläche gerichtet und geführt und von seiner Leistungsabgabe her- eingestellt wird.
Zweckmäßigerweise ist die Verbindungsfläche zur stoffschlüssigen Verbindung zwischen erstem und zweiten Gehäuse ausgelegt.
Es ist bevorzugt, dass die wenigstens eine Verbindungsfläche so ausgebildet wird, dass sie sich ringförmig um den Außenmantel des ersten Gehäuses, um die Längsachse des Schaltungsträger, erstreckt bzw. entsprechend ausgebildet ist.
Insbesondere wird im Zuge des Umspritzens und besonders bevorzugt hinsichtlich der Fließrichtung des Spritzgussmaterials in der Kavität, eine Anisotropie in der Orientierung der Faserstruktur bzw. Faserbündel erreicht. Die Fasern bzw. Faserbündel in Quer oder Längsrichtung verhalten sich verschieden und/oder das Spritzgussmaterial hat zusammen mit den Fasern/ Faserstrukturen in verschiedenen Richtungen verschiedene Eigenschaften, was zu einer bevorzugten Erhöhung der Materialfestigkeit führen kann
Es ist bevorzugt, dass der Fluss des Spritzgussmaterials, welches in die Kavität des Spritzgusswerkzeugs im Zuge der Ausbildung des zweiten Gehäuses mittels des wenigstens einen Angusskanals eingespeist wird, in der Kavität mittels der inneren Geometrie und/oder einer oder mehrerer Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen auf dem Innenmantel der Kavität und/oder
einer Temperatursteuerung wenigstens eines Positionierstifts und/oder Werkzeugstifts in der Kavität und/oder
die Bewegung wenigstens eines Positionierstifts und/oder Werkzeugstifts, insbesondere einer Bewegung zur Durchmischung des Spritzgussmaterials, in der Kavität, und/oder
die Positionierung des zu Umspritzenden ersten Gehäuses relativ zur Ausbildung der Geometrie der Kavität,
so beeinflusst und/oder ausgebildet und/oder eingestellt wird/werden, dass das Spritzgussmaterial bzw. eine Fließfront des Spritzgussmaterials auf wenigstens eine Verbindungsfläche, insbesondere sämtliche Verbindungsflächen, in einem Winkel von weniger als 30° auf diese Verbindungsfläche auftrifft,
so dass eine besonders dichte und/oder belastbare und/oder ausdauernde Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kunststoffgehäuse ermöglicht wird.
Vorzugsweise weist das Spritzgusswerkzeug zumindest ein Heiz- und/oder Kühlelement auf, welches im bzw. am Gehäuse der Kavität angeordnet ist und die Temperatur des Spritzgussmaterials zumindest im Bereich angrenzend an das Heiz- und/oder Kühlelement erhöht oder verringert.
Es ist zweckmäßig, dass das Spritzgusswerkzeug eine elektronische Kontrolleinheit aufweist oder an eine solche angeschlossen ist, mittels der
die Bewegung des wenigstens einen Positionierstifts und/oder Werkzeugstifts gesteuert wird und/oder die
Temperatursteuerung wenigstens eines Positionierstifts und/oder Werkzeugstifts, aufweisend ein Heiz- und/oder Kühlelement, in der Kavität erfolgt
und/oder
mittels der das zumindest eine Heiz- und/oder Kühlelement, welches im bzw. am Gehäuse der Kavität angeordnet ist, angesteuert wird,
insbesondere so, dass eine besonders dichte und/oder belastbare und/oder ausdauernde Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten
Kunststoffgehäuse ermöglicht wird, indem eine oder mehrere Temperaturänderungen im Spritzgussmaterial erzeugt werden, wodurch sich zweckmäßigerweise wenigstens eine Fließfront des Spritzgussmaterials verändert bzw. sich die lokale Viskosität sich relativ zu einer anderen lokalen Viskosität im Spritzgussmaterial ändert, und/oder
indem eine erhöhte Durchmischung des Spritzgussmaterial während des Umspritzungsvorgangs erreicht wird und/oder die Temperatur bzw. Temperaturverteilung, insbesondere des Spritzgussmaterials, auf dem Innenmantel der Kavität verschieden ist von der Temperatur bzw. Temperaturverteilung am ersten Gehäuse und/oder dass das Spritzgussmaterial bzw. eine Fließfront des Spritzgussmaterials auf wenigstens eine Verbindungsfläche, insbesondere sämtliche Verbindungsflächen, in einem Winkel von weniger als 30° auf diese Verbindungsfläche auftrifft.
Es ist bevorzugt, dass die Einspeiserichtung des Spritzgussmaterials durch den wenigstens einen Angusskanal in die Kavität im Wesentlichen auf das erste Kunststoffgehäuse und/oder auf den Schaltungsträger gerichtet, insbesondere mit einem Abstand von weniger als 2mm zwischen dem Anspritzpunkt und dem ersten Kunststoffgehäuse und/oder auf den Schaltungsträger.
Besonders bevorzugt ist die Einspeiserichtung des Spritzgussmaterials durch den wenigstens einen Angusskanal in die Kavität im Wesentlichen direkt auf eine Außenkante und/oder eine Stirnfläche des ersten Gehäuses und/oder des Schaltungsträgers ausgerichtet.
Zweckmäßigerweise ist der Anspritzpunkt dabei auf das erste Kunststoffgehäuse und/oder auf den Schaltungsträger gerichtet,
wodurch ein Primärfluss des Spritzgussmaterials bzw. eine Einspeiserichtung so ausgeprägt ist, dass das Spritzgussmaterial mit einem Winkel zwischen 0-120° auf das erste Kunststoffgehäuse und/oder auf den Schaltungsträger auftrifft, wodurch eine wird Fließfront des Spritzgussmaterials verändert wird. Besonders zweckmäßigerweise sind dabei eine oder zwei oder mehrere Ausnehmungen auf dem Innenmantel der Kavität, insbesondere hinsichtlich ihres Querschnitts im Wesentlichen dreieckig bzw. trapezförmig ausgebildet, und/oder wenigstens ein Vorsprung auf dem Innenmantel der Kavität so ausgebildet und angeordnet, dass eine Verwirbelung des Spritzgussmaterials erfolgt, insbesondere von Spritzgussmaterial, welches von dem ersten Kunststoffgehäuse und/oder Schaltungsträger zurückgeworfen wird.
Bevorzugt ist das Spritzgusswerkzeug so ausgebildet, dass der Anspritzpunkt des wenigstens einen Angusskanals als Venturidüse ausgebildet ist, wobei diese Venturidüse insbesondere verschiedene ineinander übergehende Querschnitte aufweist, wodurch das Spritzgussmaterial hinsichtlich des Einfließens in die Kavität beschleunigt bzw. abgebremst wird.
Zweckmäßigerweise ist das Spritzgusswerkzeug so ausgebildet, dass es einen einzigen Angusskanal und/ mit einem einzigen Anspritzpunkt aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die innere Geometrie der Kavität so ausgebildet ist, dass sie ein oder mehrere Ausnehmungen auf dem Innenmantel der Kavität aufweist, welche im Wesentlichen einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen und/oder wobei jeweils zumindest eine dieser Ausnehmungen auf gegenüberliegenden Innenflächen des Innenmantels der Kavität ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind die und/oder eine oder mehrere Ausnehmungen und/oder Vorsprünge auf dem Innenmantel der Kavität so ausgebildet, dass das Spritzgussmaterial während des Umspritzens verwirbelt wird.
Es ist zweckmäßig, dass das Spritzgusswerkzeug wenigstens einen Positionierstift zur Fixierung des Sensorelements und/der des Schaltungsträgers aufweist, wobei das Spritzgusswerkzeug zusätzlich wenigstens einen Werkzeugstift aufweist, welcher in die Kavität hineinragt und/oder ausfahrbar ist, wobei dieser Werkzeugstift nicht zur Fixierung des Sensorelements und/der des Schaltungsträgers genutzt wird und wobei dieser Werkzeugstift beheizbar und/oder kühlbar ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird dieser zusätzliche Werkzeugstift während des Umspritzens zur Ausbildung des zweiten Gehäuses im Spritzgussmaterial bewegt.
Unter einem Werkzeugstift wird bevorzugt auch ein Positionierstift verstanden, welcher aber nicht zur Positionierung eines zu umspritzenden Objekts in der Kavität genutzt wird.
Zweckmäßigerweise ist die innere Geometrie der Kavität so ausgebildet, dass sie zumindest in Teilen im Wesentlichen an die Geometrie des ersten Gehäuses angepasst ist, wobei der Abstand von der Innenwand der Kavität zur gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Gehäuses im Wesentlichen gleich bzw. mit einer Änderung/ Variation von weniger als 30% des Abstands, ausgebildet ist, insbesondere entlang der Mantelfläche des ersten Gehäuses um die Längsachse des Schaltungsträgers.
Es ist bevorzugt, dass das zweite Gehäuse so ausgebildet wird, dass zumindest ein erster Bereich des ersten Gehäuses freigestellt ist und/oder nicht vom zweiten Gehäuse eingebettet ist. Alternativ vorzugsweise wird das zweite Gehäuse so ausgebildet und das Spritzgusswerkzeug ist insbesondere so ausgebildet bzw. die Positionierung des Sensorelements bzw. ersten Gehäuses in der Kavität ist so ausgelegt, dass das zweite Gehäuse eine Aussparung aufweist hinsichtlich des ersten Gehäuses.
Es ist zweckmäßig, dass das erste Gehäuse wenigstens ein, insbesondere hervorstehendes Formschlusselement, zur formschlüssigen Verbindung mit dem zweiten Gehäuse aufweist. Das Formschlusselement ist beispielsweise in Form einer Nase oder Rippe ausgebildet, dabei einstückig mit dem ersten Gehäuse. Bevorzugt ist im Wesentlichen in der Nähe des Formschlusselements und/oder jedes Formschlusselements, wenigstens eine Verbindungsfläche auf dem ersten Gehäuse ausgebildet, insbesondere ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Formschlusselements jeweils eine Verbindungsfläche auf dem ersten Gehäuse ausgebildet.
Zweckmäßigerweise erfolgt vor dem Spritzgussvorgang zur Erzeugung des zweiten Gehäuses ein Aktivieren und/oder Aufrauen des Gehäusematerials des ersten Gehäuses im Bereich einer Verbindungsfläche, insbesondere um einen hinsichtlich des zweiten Gehäuses freigestellten Bereich des ersten Gehäuses. Bevorzugt werden beim Aufrauen bzw. Aktivieren mittels des Lasers freie radikale Kohlenstoffe erzeugt. Im Focus des Lasers, wo er aufs Material des ersten Gehäuses auftrifft, entsteht beispielsweise ein Plasma, welches eine stoffschlüssige Verbindung zwischen erstem und zweitem Gehäuse begünstigt und/oder ermöglicht.
Die Erfindung betrifft auch einen Sensor, welcher mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist sowie ein Spritzgusswerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Sensor ist zweckmäßigerweise oder wird verfahrensgemäß, als Geschwindigkeitssensor, insbesondere als Raddrehzahlsensor oder Getriebedrehzahl- oder Motordrehzahlsensor ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: erstes Gehäuse
2: zweites Gehäuse
3: Schaltungsträger
4: Kavität des Spritzgusswerkzeugs
5: Angusskanal
6: Einspeiserichtung des Spritzgussmaterials
7: Längsrichtung des Schaltungsträgers
8: Grundfläche des erstens Gehäuses
9: Positionierstift
10: Werkzeugstift
11: Verbindungsfläche
12: Ausnehmungen Innenmantel Kavität
13: Heizung
14: Kühlung
15: Vorsprung Innenmantel Kavität
16: Freigestellter Bereich des ersten Gehäuses
17: Formschlusselement
18: Fließfront des Spritzgussmaterials, welches auf die Verbindungsfläche auftrifft
19: Schnecke
20: Einspannung erstes Gehäuse im Werkzeug
21: Spritzgussmaterial
22: Anspritzpunkt

Es zeigen in schematischer Darstellung,

1 ein Ausführungsbeispiel, bei welcher das Sensorelement mit dem ersten Gehäuse und dem Schaltungsträger in der Kavität des Spritzgusswerkzeugs positioniert sind und die Ausbildung des zweiten Gehäuses durch Umspritzen durchgeführt wird,
2 und 3 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Sensors, wobei die Ausbildung des ersten und zweiten Gehäuses veranschaulicht ist.

1 zeigt beispielhaft erstes Gehäuse 1 des Sensorelements und den damit verbundenen Leadframe 3, als Schaltungsträger in der Kavität 4 des Spritzgusswerkszeugs angeordnet. Erstes Gehäuse 1, aus Epoxy ausgebildet, ist an einer Stirnseite im Werkzeug eingespannt 20, wodurch ein Teil/ Bereich 16 des ersten Gehäuses 1 nicht hinsichtlich des zweiten Gehäuses freigestellt bleibt.
Erstes Gehäuse 1 weist Verbindungsflächen 11 auf, fein gestrichelt veranschaulicht, welche Laseraktiviert sind. Dabei ist die dem freigestellten Bereich 16 benachbarte Verbindungsfläche 11 so ausgebildet wird, dass sie sich ringförmig um den Außenmantel des ersten Gehäuses 1, um die Längsachse des Schaltungsträgers 3, erstreckt bzw. entsprechend ausgebildet ist, wodurch der freigestellte Bereich 16 besonders abgedichtet ist, gegen Feuchtigkeit, welche beim fertigen Sensor im Betrieb, aus dem freigestellten Bereich 16 des ersten Gehäuses 1 zwischen erstes und zweites Gehäuse eindringen bzw. kriechen könnte.
Erstes Gehäuse 1 wird von Positionierstift 9 zusätzlich fixiert. Das Spritzgussmaterial 21 wird durch Schnecke 19 in die Kavität 4 befördert, durch Angusskanal 5, welcher im Anspritzpunkt 22 in Kavität 4 mündet. Angusskanal 5 ist dabei beispielgemäß als Venturidüse ausgebildet.
Das Spritzgusswerkzeug umfasst darüber hinaus mehrerer Ausnehmungen 12 sowie einen Vorsprung 15 auf dem Innenmantel der Kavität 4, wobei diese Ausnehmungen 12 im Wesentlichen dreieckigen bzw. trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Außerdem umfasst das Spritzgusswerkzeug einen Werkzeugstift 10, welcher beheizbar ausgebildet ist.
Außerdem sind im Gehäuse der Kavität ein Heizelement 13 als Heizung sowie ein Kühlelement 14 zur Kühlung angeordnet.
Zunächst wird das Spritzgussmaterial 21 unter einem Winkel von kleiner 15° zwischen Einspeiserichtung 6 des Spritzgussmaterials zur Längsrichtung 7 des Schaltungsträgers 3 durch den Angusskanal 5 in die Kavität 4 eingespritzt, dabei ausgerichtet auf den Schaltungsträger 3, wodurch Verwirbelungen bzw. Richtungsänderungen von Fließfronten des Spritzgussmaterials entstehen.
Im Zuge des Verfahren wird des Weiteren der Fluss des Spritzgussmaterials 21, mittels der inneren Geometrie auf dem Innenmantel der Kavität 4, besonders durch die Ausnehmungen 12, mittels der Temperatursteuerung und der Bewegung des Werkzeugstifts 10, beispielsweise zur Durchmischung des Spritzgussmaterials und der Temperaturbeeinflussung durch das Heizelement 13 und das Kühlelement 14 so beeinflusst, dass das Spritzgussmaterial bzw. eine Fließfront 18 bzw. Fließfronten 18 des Spritzgussmaterials in einem Winkel von weniger als 30° auf diese Verbindungsflächen 11 auftrifft und sich dort mit dem ersten Gehäuse 1 verbindet.
Die Temperatur des Spritzgussmaterials 21 wird beispielgemäß auf 80 bis 90°C eingestellt. Dabei wird mittels Heizelement13 und Kühlelement 14 die Temperatur an der Innenmantelfläche der Kavität verschieden zur Temperatur des Spritzgussmaterials, welches sich um erstes Gehäuse 1 anlegt bzw. dieses umhüllt, eingestellt.
Das Spritzgussmaterial 21 zur Ausbildung des zweiten Gehäuses ist beispielgemäß als Polyamid ausgebildet und weist dabei Füllkörper bzw. Filler auf, welche als Glasfasern bzw. Glasfaserbündel ausgebildet sind.
2 zeigt einen beispielhaften Motordrehzahlsensor. Ein nicht dargestelltes Sensorelement ist mit Leadframe 3 als Schaltungsträger verbunden und elektrisch kontaktiert, wobei das Sensorelement in erstes Gehäuse 1 eingebettet ist bzw. das Sensorelement weist erstes Gehäuse 1 auf. Erstes Gehäuse 1 weist Verbindungsfläche 11 auf, fein gestrichelt veranschaulicht, welche Laseraktiviert ist. Dabei ist die dem freigestellten Bereich 16, welcher als Bereich des ersten Gehäuses 1 nicht von Gehäuse 2 umschlossen ist, benachbarte Verbindungsfläche 11 so ausgebildet, dass sie sich ringförmig um den Außenmantel des ersten Gehäuses 1, um die Längsachse des Schaltungsträgers 3, erstreckt bzw. entsprechend ausgebildet ist, wodurch der freigestellte Bereich 16 besonders abgedichtet ist, gegen Feuchtigkeit, welche beim fertigen Sensor im Betrieb, aus dem freigestellten Bereich 16 des ersten Gehäuses 1 zwischen erstes und zweites Gehäuse eindringen bzw. kriechen könnte.
In der Nähe bzw. neben bzw. in direkter Umgebung des Verbindungsfläche 11, weisen das erste und das zweite Gehäuse 1, 2 jeweils ein Formschlusselement 17 auf, wobei diese beiden einander zugeordneten Formschlusselemente 17 formschlüssig in einander greifen. Das Formschlusselement 17 des ersten Gehäuses 1 ist dabei als Rippe ausgebildet, welche sich beispielgemäß ebenfalls ringförmig um den Außenmantel des ersten Gehäuses 1, um die Längsachse des Schaltungsträgers 3, erstreckt bzw. entsprechend ausgebildet ist. Das zweite Gehäuse 2 weist korrespondierend dazu eine Nut als Formschlusselement 17 auf, in welche die Rippe des ersten Gehäuses eingreift und eine formschlüssige Verbindung bildet. Hierdurch werden die relativen Kräfte zwischen erstem, und zweiten Gehäuse im Wesentlichen durch Formschlusselement 17 aufgenommen, wodurch Verbindungsfläche 11, der sich stoffschlüssig, zumindest teilweise mit dem zweiten Gehäuse beim Umspritzen verbindet mechanisch entlastet wird und die Dichtigkeit dieser stoffschlüssigen Verbindung erhalten bleibt.
Das Formschlusselement 17 als Rippe auf dem ersten Gehäuse wird bei der Ausbildung des ersten Gehäuses 1 erzeugt, während das korrespondierende Formschlusselement, die Nut des zweiten Gehäuses 2, in welche die Rippe eingreift, beim Umspritzen des ersten Gehäuses 1 mit dem Spritzgussmaterial zur Ausbildung des zweiten Gehäuses 2 erzeugt wird.
3 zeigt einen beispielhaften Raddrehzahlsensor mit erstem und zweiten Gehäuse 1 und 2. Das erste Gehäuse 1 umschließt einen nicht dargestellten ASIC, umfassend ein Sensorelement sowie eine Signalverarbeitungsschaltung. Das erste Gehäuse weist rippen- bzw. nasenförmige Formschlusselemente 17 auf, welche jeweils auf der Oberseite sowie auf der Unterseite des ersten Gehäuses 1 angeordnet sind und jeweils einen freigestellten Bereich 16 begrenzen, in dem das erste Gehäuse 1 nicht von dem zweiten Gehäuse 2 umschlossen bzw. umspritzt ist. Neben dem Formschlusselement 17 des ersten Gehäuses ist jeweils auf der hinsichtlich des freigestellten Bereichs 16 abgewandten Seite, eine laseraktivierte Verbindungsfläche auf dem ersten Gehäuse 1 angeordnet, mittels der sich erstes und zweiten Gehäuse, beim Spritzgießen des zweiten Gehäuses im Wesentlichen stoffschlüssig miteinander verbinden. Hierdurch wird die Verbindung zwischen erstem und zweiten Gehäuse hinsichtlich der freigestellten Bereiche besonders abgedichtet. Das zweite Gehäuse 2 umgreift jeweils seitlich außen, jeweils abgewandt vom freigestellten Bereich, und von oben bzw. unten die Formschlusselemente, also beispielgemäß L-förmig, und bildet so jeweils einen gegenseitigen Formschluss, der relative Kräfte zwischen erstem und zweiten Gehäuse aufnimmt und die stoffschlüssigen Verbindungen an den Verbindungsflächen Kraftentlastet.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sensors, welcher zumindest ein Sensorelement, umfassend ein erstes Gehäuse (1) aufweist, wobei das Sensorelement auf einem Schaltungsträger (3) angeordnet ist, wobei das Sensorelement mit dem Schaltungsträger (3) in einer Kavität (4) eines Spritzgusswerkzeugs angeordnet wird, wonach das Sensorelement sowie der Schaltungsträger (3) zumindest teilweise umspritzt werden, wodurch ein zweites Gehäuse (2) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiserichtung (6) des Spritzgussmaterials durch wenigstens einen Angusskanal (5) in die Kavität (4) hinsichtlich einer Längsrichtung (7) des Schaltungsträgers (3) und/oder einer Grundfläche (8) des ersten Gehäuses (1) einen Winkel von weniger als 120° aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss des Spritzgussmaterials, welches in die Kavität (4) des Spritzgusswerkzeugs im Zuge der Ausbildung des zweiten Gehäuses (2) mittels des wenigstens einen Angusskanals (5) eingespeist wird, in der Kavität (4) mittels der inneren Geometrie und/oder einer oder mehrerer Ausnehmungen (12) und/oder Vorsprüngen (15) auf dem Innenmantel der Kavität (4) und/oder einer Temperatursteuerung wenigstens eines Positionierstifts (9) und/oder Werkzeugstifts (10) in der Kavität (4) und/oder die Bewegung wenigstens eines Positionierstifts (9) und/oder Werkzeugstifts (10), insbesondere einer Bewegung zur Durchmischung des Spritzgussmaterials, in der Kavität (4), und/oder die Positionierung des zu Umspritzenden ersten Gehäuses (1) relativ zur Ausbildung der Geometrie der Kavität (4), so beeinflusst und/oder ausgebildet und/oder eingestellt wird/werden, dass das Spritzgussmaterial bzw. eine Fließfront des Spritzgussmaterials auf wenigstens eine Verbindungsfläche (11), insbesondere sämtliche Verbindungsflächen (11), in einem Winkel von weniger als 30° auf diese Verbindungsfläche auftrifft, so dass eine besonders dichte und/oder belastbare und/oder ausdauernde Verbindung zwischen dem ersten (1) und dem zweiten (2) Kunststoffgehäuse ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiserichtung (6) des Spritzgussmaterials durch den wenigstens einen Angusskanal (5) in die Kavität (4) im Wesentlichen auf das erste Kunststoffgehäuse (1) und/oder auf den Schaltungsträger (3) gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiserichtung (6) des Spritzgussmaterials durch den wenigstens einen Angusskanal (5) in die Kavität (4) im Wesentlichen direkt auf eine Außenkante und/oder eine Stirnfläche des ersten Gehäuses (1) und/oder des Schaltungsträgers (3) ausgerichtet ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anordnen des ersten Gehäuses (1) des Sensorelements in der Kavität (4) des Spritzgusswerkzeugs, wenigstens eine Verbindungsfläche (11) auf der Außenfläche des ersten Gehäuses (1) aktiviert und/oder aufgeraut wird mittels einer Plasmabehandlung und/oder einer Laserbehandlung.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsfläche (11) mit einem Laser aktiviert wird, insbesondere wonach das wenigstens teilweise Umspritzen des ersten Gehäuses (1) zur Ausbildung des zweiten Gehäuses (2), wobei die wenigstens eine Verbindungsfläche (11) mit dem Spritzgussmaterial des zweiten Gehäuses (2) bedeckt wird, 2 Stunden oder weniger nach der Laseraktivierung erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Geometrie der Kavität (4) so ausgebildet ist, dass sie ein oder mehrere Ausnehmungen (12) auf dem Innenmantel der Kavität aufweist, welche im Wesentlichen einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen und/oder wobei jeweils zumindest eine dieser Ausnehmungen (12) auf gegenüberliegenden Innenflächen des Innenmantels der Kavität (4) ausgebildet sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgusswerkzeug wenigstens einen Positionierstift (9) zur Fixierung des Sensorelements und/der des Schaltungsträgers aufweist, wobei das Spritzgusswerkzeug zusätzlich wenigstens einen Werkzeugstift (8) aufweist, welcher in die Kavität (4) hineinragt und/oder ausfahrbar ist, wobei dieser Werkzeugstift (8) nicht zur Fixierung des Sensorelements und/der des Schaltungsträgers (3) genutzt wird und wobei dieser Werkzeugstift (8) beheizbar und/oder kühlbar ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zusätzliche Werkzeugstift (8) während des Umspritzens zur Ausbildung des zweiten Gehäuses (2) im Spritzgussmaterial bewegt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Geometrie der Kavität (4) so ausgebildet ist, dass sie zumindest in Teilen im Wesentlichen an die Geometrie des ersten Gehäuses (1) angepasst ist, wobei der Abstand von der Innenwand der Kavität (4) zur gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Gehäuses (1) im Wesentlichen gleich ausgebildet ist, insbesondere entlang der Mantelfläche des ersten Gehäuses (1) um die Längsachse (7) des Schaltungsträgers (3).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (2) so ausgebildet wird, dass zumindest ein erster Bereich (16) des ersten Gehäuses (1) freigestellt ist und/oder nicht vom zweiten Gehäuse (2) eingebettet ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (1) wenigstens ein, insbesondere hervorstehendes Formschlusselement (17), zur formschlüssigen Verbindung mit dem zweiten Gehäuse (2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen in der Nähe des Formschlusselements (17) und/oder jedes Formschlusselements (17), wenigstens eine Verbindungsfläche (11) auf dem ersten Gehäuse (1) ausgebildet ist, insbesondere ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Formschlusselements (17) jeweils eine Verbindungsfläche (11) auf dem ersten Gehäuse (1) ausgebildet.