用于将传感器附接到基底的附接系统及方法与流程

1.本发明涉及用于将传感器附接到基底的附接系统以及将传感器附接到基底的方法。


背景技术：

2.通常，如果受到不同温度影响，附接到基底的传感器会断裂。


技术实现要素：

3.因此，本发明的目的是提供传感器断裂的风险被最小化或避免的解决方案。
4.该目的通过一种用于将传感器附接到基底的附接系统来实现，该附接系统包括适于附接传感器的第一粘合剂层和适于附接基底的第二粘合剂层，其中第一层附接到第二层，并且其中第一层在弹性和硬度中的至少一个方面不同于第二层。
5.将传感器附接到基底的相应方法包括将第一粘合剂层附接到传感器的步骤、将第二粘合剂层附接到基底的步骤以及将第一粘合剂层附接到第二粘合剂层的步骤，其中第一层在弹性和硬度中的至少一个方面不同于第二层。
6.由于在弹性和硬度中的至少一个方面的差异，附接系统可以补偿两侧的热膨胀系数的差异，同时仍允许安全安装。
7.根据本发明的解决方案可以通过以下进一步发展和有利实施例而得以进一步改进，实施例彼此独立，并且可以根据需要任意组合。
8.第一层在弹性和/或硬度方面可以与第二层相差至少3％，优选至少5％，更优选至少10％，特别是至少20％，尤其是至少40％。这有助于增加补偿效果，从而提供更稳定的传感器组件。特别是对于弹性，差异可以高得多，例如超过100％，超过200％或超过1000％。
9.在有利实施例中，第一层可以比第二层具有更高的硬度和/或更低的弹性。当传感器具有低热膨胀系数，而基底具有高热膨胀系数时，这可能是有用的。
10.为了便于两种不同材料的连接，第一层与第二层在粘合特性上可以不同。第一层的粘合机理可以不同于第二层的粘合机理。可能的粘合机理是机械粘合例如正向锁定、化学粘合、物理粘合、范德瓦尔斯粘合、静电粘合或扩散粘合。
11.此外，第一层在固化特性上可以不同于第二层。第一层的固化机理可以不同于第二层的固化机理。例如，一层特别是第二层可以具有压缩固化机理，而另一层可以具有光学、加速、加热或厌氧固化机理。
12.为了保持力低，当发生热膨胀时，第一层和第二层中的至少一层可以是粘弹性的。粘弹性响应的粘性部分不产生力，因此不对附接的材料施加任何应力。
13.优选地，第一层和第二层中的至少一层是柔性的。这可以有助于适应该层所附接的材料。优选地，第二层是柔性的，以便适应例如也是柔性的或具有较高热膨胀系数的基底。
14.第一层和第二层中的另一层可以是刚性的。这可以帮助为附接系统提供机械稳定
性。此外，这种刚性材料可以例如更好地适用于信号传输或者更容易安装。
15.在优选实施例中，第一层和第二层之一是固体的，另一层是粘性或粘弹性的。这实现了补偿效果和机械稳定性之间的良好折衷。
16.优选地，第一层是固体的。这还有助于稳定传感器。
17.粘性层的粘合剂可以是黏的或粘性的，以允许良好的附接，同时提供补偿效果。
18.固体层可以是光滑的，特别是它可以附接到光滑表面。固体层可以是片状的。固体层可以具有恒定的厚度。
19.附接系统可以适于将传感器附接到第一层的与附接第二层的一侧相对的一侧。因此，第一层可以夹在传感器和第二层之间。这可以导致紧凑的设计。
20.此外，附接系统可以适于将基底附接到第二层的与第一层附接的一侧相对的一侧。因此，第二层可以夹在第一层和基底之间。这也可以导致紧凑的设计。
21.在半安装状态下，附接系统可以还包括传感器。这种附接系统然后可以安装到另外的元件上，特别是安装到基底上。传感器尤其可以附接到具有较高硬度和/或较低弹性的层上。
22.在不同的半安装状态下，附接系统可以还包括基底。这种附接系统可以在后续步骤中安装到传感器上。特别地，基底可以附接到具有较低硬度和/或较高弹性的层上。
23.在优选实施例中，一种传感器组件包括传感器、基底和根据本发明的附接系统。
24.传感器可以包括压电元件。这种压电元件可能易碎。在这种情况下，使用本发明的附接系统特别有利。
25.传感器可以是超声波传感器。除了改善的热性能之外，超声波传感器还可以通过本发明的附接系统至少部分地去耦，从而超声波性能也得到改善。
26.为了允许以简单的方式重复附接和拆卸，传感器组件可以还包括位于附接系统和传感器之间的中间元件。
27.优选地，中间元件用另一粘合剂层附接到传感器。为了保持内部应力低，另一粘合剂层优选在弹性和/或硬度上对应于适于附接传感器的附接系统的粘合剂层。
28.在该方法的优选实施例中，在将第一层附接到传感器和将第二层附接到基底的步骤之前，执行将第一层附接到第二层的步骤。这可以简化安装过程。
29.为了简化生产，当至少一层支撑在载体结构上时，可以执行将第一层附接到第二层的步骤。这种载体结构可以是膜或箔。
30.该方法可以还包括在第一层已经附接到第二层之后从第一或第二膜移除载体结构的步骤。这尤其可以提高传感器的性能。当附接系统已经附接到传感器和/或基底时，载体结构可以优选地被移除，以便在将附接系统分别附接到传感器或基底的步骤期间使用载体结构的稳定效果。
31.当选择性地选择用于第一层和/或第二层的材料以实现根据本发明的附接系统时，也是有利的。特别地，材料可以选择成使得第一层和第二层彼此粘合，并且每个层粘合到其要附接的材料上。
32.可以选择层的相对厚度，以实现与一层的稳定性，同时保持另一层的补偿效果。
33.特别地，如果一层是硬的或固体，则它可以具有与它所附接的材料的热膨胀系数相适应的热膨胀系数。“适应”尤其是指热膨胀系数相差不超过1％、2％、3％、5％或10％，以
避免断裂。在其他实施例中，如果例如用层或材料之一的弹性或粘度来补偿，则层和它所附接的材料之间的热膨胀系数的差异可以不同。
34.第一层与第二层的热膨胀系数可以相差至少3％，优选至少5％，更优选至少10％，特别是至少20％，尤其是至少40％。差异甚至可以更高，例如大于100％、200％或500％。
35.层的弹性和硬度只需要在平行于层的平面中不同，以允许热膨胀的补偿。在许多情况下，在垂直于平面的方向上的弹性和硬度并不重要。然而，对于许多材料，层的弹性和硬度是各向同性的，特别是在平行于和垂直于平面的方向上是相等的。
36.此外，弹性和/或硬度的差异应该在附接状态下存在。在这种状态下，粘合剂被固化。
37.这里的弹性必须理解为对变形做出反应而不断裂的能力。描述这一点的可能概念可以使用杨氏模量来描述刚度，剪切模量来描述对剪切力的反应，或者体积模量来描述对压缩应变的反应。可用于描述弹性的参数尤其可以包括达到屈服强度的杨氏模量，即材料在应变下开始变形或断裂的点。
38.硬度应理解为承受机械力并提供机械稳定性的能力。可用于测量硬度的参数可以是洛氏硬度，例如hra或hrb。例如，测量标准可以取自iso6508
‑
1、iso 6508
‑
2、iso 6508
‑
3或iso 2039
‑
2。例如，可替代参数可以是维氏硬度或布氏硬度。
39.根据本发明，机械稳定的粘合剂与能够吸收热膨胀而不被损坏的粘合剂结合。
40.现在将使用有利的实施例并参考附图，以示例性的方式更详细地描述本发明。所描述的实施例仅仅是可能的配置，然而，其中如上所述的各个特征可以彼此独立地提供或者可以省略。
附图说明
41.在图中：
42.图1示出了附接系统的第一实施例以及传感器和基底的示意性剖视图；
43.图2示出了附接系统的第二实施例的示意性剖视图；
44.图3示出了生产附接系统的方法的第一步骤的示意性透视图；
45.图4示出了生产附接系统的方法的第二步骤的示意性透视图；
46.图5示出了生产附接系统的方法的第三步骤的示意性透视图；
47.图6示出了根据图3、4和5的方法的结果的示意性透视图；
48.图7示出了用根据图3、4和5的方法生产的附接系统的示意性剖视图。
具体实施方式
49.在图1中，附接系统100的第一实施例示出为连接到传感器20和基底30。
50.用于将传感器20附接到基底30的附接系统100包括适于附接传感器20的第一粘合剂层11和适于附接基底30的第二粘合剂层12，其中第一层11附接到第二层12，并且其中第一层11与第二层12在弹性和硬度中的至少一个方面不同。此外，第一层11可以在固化特性或固化机理上不同于第二层12。
51.这种附接系统100降低了当温度变化时传感器20断裂的风险，例如在热测试循环期间或操作期间。
52.在所描述的示例中，第一层11相当硬并提供稳定性，而第二层12是弹性的，例如粘性的，并吸收当温度升高时基底30表现出的热膨胀。第一层11和传感器20可以具有比基底30的热膨胀系数低得多的热膨胀系数。第二层12的高弹性补偿了这种差异，而不会导致任何一个部件的断裂。
53.如果层11、12是硬的或固体，它可以具有与它所附接的材料的热膨胀系数相适应的热膨胀系数。“适应”可以尤其是指热膨胀系数相差不超过1％、2％、3％、5％或10％，以避免断裂。在其他实施例中，层11、12与其所附接的材料之间的热膨胀系数的差异可以不同，如果这例如通过层11、12之一或材料的弹性或粘度来补偿的话。
54.第一层11可以在弹性和/或硬度方面与第二层12相差至少3％，优选至少5％，更优选至少10％，特别是至少20％，尤其是至少40％。特别是对于弹性，该差异可以高得多，例如超过100％，超过200％或超过1000％。
55.第一层11与第二层12的热膨胀系数可以相差至少3％，优选至少5％，更优选至少10％，特别是至少20％，尤其是至少40％。该差异甚至可以高得多，例如大于100％、200％或500％。
56.为了允许两种不同材料的连接，第一层11与第二层12在粘合特性上可以不同。第一层11的粘合机理可以不同于第二层12的粘合机理。可能的粘合机理是机械粘合例如正向锁定、化学粘合、物理粘合、范德瓦尔斯粘合、静电粘合或扩散粘合。
57.此外，第一层11可以在固化特性上不同于第二层12。第一层11的固化机理可以不同于第二层12的固化机理。例如，一层特别是第二层12可以具有压缩固化机理，而另一层可以具有光学、加速、加热或厌氧固化机理。
58.为了保持力低，当发生热膨胀时，第一层11和第二层12中的至少一层可以是粘性的或粘弹性的。在所描述的示例中，例如第二层12是粘弹性的。粘弹性响应的粘性部分不会产生力，因此不会对附接的材料施加任何应力。
59.优选地，第一层11和第二层12中的至少一层是柔性的。这可以有助于适应层11、12所附接的材料。在图1的示例中，第二层12是柔性的，以便适应例如具有较高热膨胀系数的基底30。
60.第一层11和第二层12中的另一层可以是刚性的。这可以帮助为附接系统100提供机械稳定性。此外，这种刚性材料可以例如更好地适用于信号传输或者更容易安装。
61.第一层11是固体的，第二层12是粘性的或粘弹性的。这实现了补偿效果和机械稳定性之间的良好折衷。
62.粘性第二层12的粘合剂可以是黏的或粘性的，以允许良好的附接，同时提供补偿效果。
63.固体第一层11可以是光滑的，特别是可附接到传感器20的光滑表面上。固体第一层可以是片状的。固体层可以具有恒定的厚度。
64.附接系统100适于将传感器20附接到第一层11的与第二层12所附接的第二侧11b相对的第一侧11a。第一层11夹在传感器20和第二层12之间。这导致了紧凑的设计。
65.此外，附接系统100适于将基底30附接到第二层12的与第一层11所附接的第一侧12a相对的第二侧12b。第二层12夹在第一层11和基底30之间。这也导致了紧凑的设计。
66.在图2中，传感器组件200中示出了附接系统100的第二实施例。传感器组件200包
括传感器20，其可以是超声波传感器并包括压电元件。信号可以通过测量窗口70离开。由于压电元件易碎，使用附接系统100特别有利。
67.在图3至7中，示出了生产附接系统100的步骤和所得的附接系统100。
68.在第一步骤，如图3所示，从辊供应的第二粘合剂层12以片形式接合到第一粘合剂层11。第二层12和第一层11彼此压靠，以实现紧密接触。
69.在第二步骤，如图4所示，通过使用冲压工具80切除双层结构的一部分。然后从冲压工具80(图5)的腔中取出所得的附接系统100，并可以使用。在所描述的示例中，附接系统100具有平面圆形形状，如图6所示。然而，其他形状当然也是可能的。在图7的剖视图中，可以看到附接系统100的结构。
70.图3和4还示出了用于将传感器22附接到基底30的方法的一部分。特别地，这些图示出了将第一层11附接到第二层12的步骤，该步骤在将第一层11附接到传感器20和将第二层12附接到基底30的步骤之前执行。
71.为了允许简单的生产，当层11、12中的至少一个支撑在载体结构40上时，执行将第一层11附接到第二层12的步骤。在这种情况下，载体结构40是膜41或箔。
72.该方法可以还包括在第一层11已经附接到第二层12之后，从第一或第二层11、12移除载体结构40的步骤。
73.在未明确示出的半安装状态下，通过图3至6所示的步骤生产的附接系统100可以还包括传感器20。然后，这种附接系统100可以安装到其他元件，特别是基底30。传感器20尤其可以附接到具有较高硬度和/或较低弹性的层。
74.在同样未明确示出的不同半安装状态下，通过图3至6所示的步骤生产的附接系统100可以还包括基底30。这种附接系统100可以在后续步骤中安装至传感器20。特别地，基底30可附接到具有较低硬度和/或较高弹性的层。
75.选择性地选择第一层11和/或第二层12的材料，以实现根据本发明的附接系统100。材料必须特别选择成使得第一层11和第二层12彼此粘合，并且层11、12中的每个都粘合到其所要附接的材料上。
76.可以选择层11、12的厚度，以实现与一层的稳定性，同时保持另一层的补偿效果。具有较高硬度和/或较低弹性的层的厚度可以比另一层的厚度大至少2倍，优选至少3倍，尤其是至少5倍。在其他实施例中，具有较低硬度和/或较高弹性的层的厚度可以比另一层的厚度大至少2倍，优选至少3倍，尤其是至少5倍。
77.特别地，如果层11、12是硬的或固体，它可以具有与它所附接的材料的热膨胀系数相适应的热膨胀系数。“适应”尤其可以指热膨胀系数相差不超过1％、2％、3％、5％或10％，以避免断裂。
78.层的弹性和硬度只需要在平行于层11、12的平面中不同，以允许热膨胀的补偿。在许多情况下，在垂直于平面的方向上的弹性和硬度并不重要。然而，在大多数材料中，沿两个方向的特性是相等的。
79.此外，弹性和/或硬度的差异应该在附接状态下存在。在这种状态下，粘合剂被固化。
80.这里的弹性必须理解为对变形做出反应而不断裂的能力。描述这一点的可能概念可以使用杨氏模量来描述刚度，剪切模量来描述对剪切力的反应，或者体积模量来描述对
压缩应变的反应。可用于描述弹性的参数可尤其包括达到屈服强度的杨氏模量，即材料在应变下开始变形或断裂的点。
81.硬度应理解为承受机械力并提供机械稳定性的能力。
82.本发明的解决方案也可以用于其他装置或结构的附接。例如，第一基底可以附接到第二基底。
83.根据本发明，机械稳定的粘合剂与能够吸收热膨胀而不被损坏的粘合剂结合。
84.附图标记列表
85.11第一层
86.11a第一侧
87.11b第二侧
88.12第二层
89.12a第一侧
90.12b第二侧
91.20传感器
92.30基底
93.40载体结构
94.41膜
95.70测量开口
96.80冲压工具
97.100附接系统
98.200传感器组件