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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren eines mikromechanischen Bauteils in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2009 027 995 A1 sind eine Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung beschrieben. Das Gehäuse der Vorrichtung weist wenigstens einen elektrischen Anschluss und wenigstens einen Befestigungspunkt auf. Außerdem umfasst das Gehäuse eine erste Umhüllung aus Duroplast, welche das Halbleiterbauelement im Wesentlichen umschließt. Optionaler Weise kann die erste Umhüllung von einer zweiten Umhüllung aus Thermoplast oder Duroplast umgeben sein.
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In einer der Anmelderin intern bekannten nicht vorveröffentlichten Anmeldung
DE 10 2012 218 929 A1 ist eine Sensorvorrichtung beschrieben. Die Sensorvorrichtung umfasst einen LGA (Land Grid Array) mit mikromechanischen Bauelementen für die Erfassung physikalischer Größen, welcher mittels Einlegeteile gefasst ist. Die Einlegeteile sollen auch als elektrische Kontaktierungselemente für das LGA verwendbar sein. Eine Umspritzung aus Duroplastmaterial soll zu einer zusätzlichen mechanischen Fixierung des LGA beitragen. Außerdem sind Löcher in einem Vorumspritzling und einem den LGA umgebenden schraubenförmigen Befestigungselement ausgebildet, mittels welchen ein Gasaustausch, beispielsweise zum Entweichen von Luft beim Einfügen von Material, oder eine Druckmessung in einem Hohlraum des Befestigungselements möglich sein soll.
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Aus der Schrift
DE 199 02 450 A1 ist ein Halbleiter-Chip bekannt, der in einem angespritzten Gehäuse untergebracht ist. Dabei ist ein Medienkanal durch das Gehäuse vorgesehen, durch den das Medium an den Halbleiter-Chip gelangen kann.
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Aus der Schrift
DE 10 2012 218 929 A1 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, welche durch eine umspritzte Kunststoffhülle umgeben ist. Um das Entweichen von Luft während des Umspritzens zu ermöglichen, können Löcher in der Kunststoffhülle vorgesehen sein.
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Aus der Schrift
DE 199 28 917 A1 ist eine Drucksensorvorrichtung bekannt, bei der ein Anschlußstutzen mit einem Druckkanal mittels eines Dichtungsteils derart auf einem mit einer Öffnung ausgestattete Sensorgehäuse angebracht wird, dass der Druckkanal auf die Öffnung führt.
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Aus der Schrift
US 2009 266 173 A1 ist ebenfalls ein Drucksensor bekannt, bei dem ein Druckkanal in einem Gehäuse ausgebildet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Vorteile der Erfindung
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Mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Elemente auf dem mindestens einen Teilbereich der mindestens einen Oberfläche des Sensorchips mittels der luftdichten Abdeckung durch die aus dem Spritzgussmaterial geformte Umhüllung verlässlich zu schützen. Auf diese Weise können die schützenswerten Elemente insbesondere vor einem Kontakt mit Schmutzpartikeln und/oder Flüssigkeiten beschirmt werden. Der auf diese Weise realisierbare Schutz des mindestens einen Elements an dem mindestens einen Teilbereich der mindestens einen Oberfläche des Sensorchips kann eine Betriebszeit/Lebensdauer des mikromechanischen Bauteils signifikant steigern. Gleichzeitig ist durch die Ausbildung des mindestens einen Kanals in dem Spritzgussmaterial eine gute Sensitivität des mindestens einen Sensorelements weiterhin gewährleistet. Somit hat das luftdichte Abdecken des mindestens einen Teilbereichs der mindestens einen Oberfläche des Sensorchips keine unerwünschten Auswirkungen auf eine Nachweisgenauigkeit der mindestens einen physikalischen Eigenschaft und/oder der zumindest einen chemischen Teilzusammensetzung des das mikromechanische Bauteil zumindest teilweise umgebenden Mediums.
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Wie unten genauer ausgeführt wird, schafft die vorliegende Erfindung ein mikromechanisches Bauteil, welches auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar ist. Entsprechend können zum Ausführen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens einfach ausführbare (standardgemäße) Verfahrensschritte genutzt werden, wodurch selbst bei einer Massenproduktion des mikromechanischen Bauteils eine vorteilhafte Güte der hergestellten mikromechanischen Bauteile gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß legt der mindestens eine in dem Spritzgussmaterial geformte Kanal eine Seite des mindestens einen Sensorelements zumindest teilweise frei. Somit ist trotz einer luftdichten Abdeckung des mindestens einen Teilbereichs der mindestens einen Oberfläche des Sensorchips mittels des
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Spritzgussmaterials ein direkter Kontakt zwischen dem in dem mindestens einen Kanal vorliegenden Medium und dem mindestens einen Sensorelement gewährleistet. Dieser direkte Kontakt kann zu einer Steigerung der Nachweisgenauigkeit der mindestens einen physikalischen Eigenschaft und/oder der zumindest einen chemischen Teilzusammensetzung des in dem mindestens einen Kanal vorliegenden Mediums beitragen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung legen mindestens zwei in dem Spritzgussmaterial geformte Kanäle das mindestens eine Sensorelement an zwei gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise frei. Das an den zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils zumindest teilweise freiliegende Sensorelement kann insbesondere zu Vergleichsmessungen/Vergleichsuntersuchungen eingesetzt werden. Ein vorteilhaftes Beispiel für eine mittels eines derartigen Sensorelements ausführbare Vergleichsmessung/Vergleichsuntersuchung ist unten erläutert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verläuft der mindestens eine in dem Spritzgussmaterial geformte Kanal gerade oder ungerade derart lang auf das mindestens eine Sensorelement zu, dass das mindestens eine Sensorelement an mindestens einem Ende des mindestens einen Kanals von einer Spritzgussmaterialmembran zumindest abgedeckt ist. Mittels der auf diese Weise realisierten Spritzgussmaterialmembran kann das mindestens eine Sensorelement zusätzlich geschützt werden. Gleichzeitig ist die jeweilige Spritzgussmaterialmembran derart dünn ausbildbar, dass weiterhin eine vorteilhafte Sensitivität des mindestens einen Sensorelements gewährleistet ist.
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Das Spritzgussmaterial kann beispielsweise auf dem Sensorchip aufgespritzt sein. Der mindestens eine Kanal kann entweder während des Spritzgussverfahrens oder danach in der Umhüllung ausgebildet werden. In beiden Fällen ist bei einem derart hergestellten mikromechanischen Bauteil die gewünschte luftdichte Abdeckung des mindestens einen Teilbereichs der mindestens einen Oberfläche des Sensorchips mittels des Spritzgussmaterials verlässlich gewährleistet.
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Als Alternative kann die Umhüllung aus dem Spritzgussmaterial separat gefertigt und der Sensorchip in die Umhüllung eingebracht sein. Das Ausbilden des mindestens einen Kanals in der Umhüllung kann vor, während oder nach dem Einbringen des Sensorchips in die Umhüllung erfolgen. Bei einem derart hergestellten mikromechanischen Bauteil ist eine lange Betriebszeit/Lebensdauer des Sensorchips sichergestellt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine äußere Oberfläche der Umhüllung aus dem Spritzgussmaterial zumindest teilweise schraubenförmig oder bolzenförmig ausgebildet. Damit ist ein einfaches und sicheres Befestigen des mikromechanischen Bauteils, beispielsweise durch einen Einschraubvorgang oder durch einen Presssitz, unterstützt. Mittels der Schraubenform oder Bolzenform der Umhüllung lässt sich insbesondere auch eine sehr hohe Passgenauigkeit des mikromechanischen Bauteils bei dessen Montage, beispielsweise in einem Fahrzeug, erreichen. Des Weiteren kann durch die schraubenförmige oder bolzenförmige Teilausbildung/Ausbildung der äußeren Oberfläche der Umhüllung auch eine Ausrichtung des mikromechanischen Bauteils angezeigt werden, in welcher das mikromechanische Bauteil zum Gewährleisten eines vorteilhaften Betriebs vorzugsweise zu montieren ist. Somit ist das Risiko einer falschen Montage des mikromechanischen Bauteils selbst bei einer Ausführung durch eine uninformierte Person signifikant reduzierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Umhüllung aus dem Spritzgussmaterial zumindest teilweise von einem äußeren Umhüllungsteil umgeben, dessen Außenseite zumindest teilweise schraubenförmig oder bolzenförmig ausgebildet ist. Auch in diesem Fall sind die oben ausgeführten Vorteile realisiert.
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Vorteilhafterweise ist das mikromechanische Bauteil ein Drucksensor mit mindestens einer Sensormembran als dem mindestens einen Sensorelement. Wie unten genauer ausgeführt wird, ist ein derartiger Drucksensor auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar, wobei gleichzeitig eine einfach ausführbare Montage und eine gute Messgenauigkeit des Drucksensors gewährleistet sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausbildbarkeit des mikromechanischen Bauteils nicht auf einen Drucksensor limitiert ist.
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Beispielsweise kann das mikromechanische Bauteil ein Absolutdrucksensor sein, und je ein Kanal kann an nur einer Seite des mindestens einen Sensorelements in der Umhüllung aus dem Spritzgussmaterial geformt sein. Als Alternative dazu kann das mikromechanische Bauteil auch ein Differenzdrucksensor sein, und je ein Kanal kann an jeweils den zwei gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Sensorelements in der Umhüllung aus dem Spritzgussmaterial geformt sein. Beide Ausführungsformen eines Drucksensors sind einfach herstellbar, leicht montierbar und zum verlässlichen Ermitteln von Druckwerten einsetzbar.
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Die in den vorausgehenden Absätzen ausgeführten Vorteile sind auch bei einem Ausführen des korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil gewährleistet. Das Herstellungsverfahren ist entsprechend den oben erläuterten Ausführungsformen weiterbildbar.
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Des Weiteren realisiert auch das entsprechende Verfahren zum Montieren eines mikromechanischen Bauteils in einem Fahrzeug die oben bereits erläuterten Vorteile.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 2a bis 2c schematische Darstellungen von zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils;
- 3a und 3b schematische Querschnitte und Aufsichten auf eine fünfte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 4a und 4b schematische Darstellung einer sechsten und siebten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; und
- 6 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Montieren eines mikromechanischen Bauteils in einem Fahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 1 schematisch dargestellt mikromechanische Bauteil umfasst einen Sensorchip 10, auf und/oder in welchem mindestens ein Sensorelement 12 angeordnet ist. Der Sensorchip 10 kann beispielsweise ein LGA (Land Grid Array) sein. Zusätzlich zu dem mindestens einen Sensorelement 12 kann noch mindestens eine weitere Komponente, wie beispielsweise mindestens eine Leiterbahn auf und/oder in dem Sensorchip 10 ausgebildet sein. Da der Sensorchip 10 mit allen bekannten Sensorchip-Komponenten ausbildbar ist, wird auf die möglichen weiteren Komponenten des Sensorchips 10 im Weiteren nicht eingegangen.
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Das mindestens eine Sensorelement 12 ist derart ausgebildet, dass mittels einer Formänderung und/oder einer chemischen Konsistenzänderung von mindestens einem Teil des mindestens einen Sensorelements 12 eine Änderung einer elektrischen Eigenschaft des jeweiligen Sensorelements 12 bewirkbar ist. Der Sensorchip 10 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Änderung der elektrischen Eigenschaft des mindestens einen Sensorelements 12 mittels einer auf und/oder in dem Sensorchip 10 oder extern davon angeordneten Auswerteeinrichtung, beispielsweise durch das Bereitstellen mindestens eines elektrischen Signals, ermittelbar ist. Gegebenenfalls ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung der (direkt oder indirekt) ermittelten Änderung der elektrischen Eigenschaft des mindestens einen Sensorelements 12 eine Information bezüglich mindestens einer in einer unmittelbaren und/oder mittelbaren Umgebung des mindestens einen Sensorelements 12 vorliegenden physikalischen Größe und/oder einer (Mindest-) Konzentration mindestens eines Stoffes in der unmittelbaren und/oder mittelbaren Umgebung des mindestens einen Sensorelements 12 festzulegen. Es wird darauf hingewiesen, dass das mikromechanische Bauteil nicht auf eine Ausstattung mit einem bestimmten Sensorelement 12 limitiert ist. Stattdessen ist eine Vielzahl von verschiedenen Typen von Sensorelementen 12 in einer nahezu beliebigen Anzahl an dem Sensorchip 10 des mikromechanischen Bauteils ausbildbar.
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Das mikromechanische Bauteil hat eine aus einem Spritzgussmaterial geformte Umhüllung 14, welche den Sensorchip 10 zumindest teilweise derart umhüllt, dass mindestens ein Teilbereich 16 und 18 mindestens einer Oberfläche 20 und 22 des Sensorchips 10 mittels des Spritzgussmaterials luftdicht abgedeckt ist. Durch die luftdichte Abdeckung des mindestens einen Teilbereichs 16 und 18 mittels des Spritzgussmaterials ist ein verlässlicher Schutz mindestens einer an dem mindesten einen Teilbereich 16 und 18 des Sensorchips 10 liegenden Komponente verlässlich gewährleistet. Insbesondere können auf diese Weise Komponenten/Elemente an/auf dem mindestens einen Teilbereich 16 und 18 sicher vor Verschmutzungen und/oder Flüssigkeiten geschützt werden. Außerdem kann auch ein Eindringen von Schmutzpartikeln und/oder Flüssigkeiten in mindestens ein Innenvolumen des Sensorchips 10 auf diese Weise unterbindbar sein. Durch die vorteilhafte Umhüllung 14 kann somit eine Beschädigung des Sensorchips 10 verhindert werden, was in der Regel zu einer Steigerung der Betriebszeit/Lebensdauer des Sensorchips 10 beiträgt.
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Das Spritzgussmaterial der Umhüllung 14 ist bevorzugter Weise ein Duroplastmaterial, wie beispielsweise Silikon. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausbildbarkeit der Umhüllung 14 nicht auf die Verwendung eines bestimmten Spritzgussmaterials limitiert ist. Beispielsweise kann auch ein Thermoplastmaterial zum Bilden der Umhüllung 14 verwendet werden. Das Spritzgussmaterial kann (direkt) auf den Sensorchip 10 aufgespritzt sein. Ebenso kann die Umhüllung 14 aus dem Spritzgussmaterial separat gefertigt sein und der Sensorchip 10 (anschließend) in die Umhüllung 14 eingebracht sein. In beiden Fällen ist die gewünschte luftdichte Abdeckung des mindestens einen Teilbereichs 16 und 18 mittels des Spritzgussmaterials verlässlich gewährleistbar.
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In dem Spritzgussmaterial ist mindestens ein Kanal 24 geformt. Der mindestens eine Kanal 24 verläuft derart lang von einer äußeren Umgebung 26 der Umhüllung 14 gerade oder ungerade auf das mindestens eine Sensorelement 12 zu, dass in Abhängigkeit von mindestens einer physikalischen Eigenschaft und/oder zumindest einer chemischen Teilzusammensetzung eines in dem mindestens einen Kanal 24 vorliegenden Mediums die Formänderung und/oder chemische Konsistenzänderung von dem zumindest einen Teil des mindestens einen Sensorelements 12 bewirkbar ist. In der Ausführungsform der 1 erstreckt sich genau ein Kanal 24 entlang einer einzigen Mittellängsachse 28 auf das einzige Sensorelement 12 des Sensorchips 10 zu. Weitere mögliche Formen/Verläufe des mindestens einen Kanals 24 werden unten noch beschrieben.
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Durch die Ausbildung des mindestens einen Kanals 24 in dem Spritzgussmaterial ist eine vorteilhafte Wechselwirkung zwischen dem in der äußeren Umgebung 26 vorliegenden Medium und dem mindestens einen Sensorelement 12 realisiert. Somit kann trotz des Umgebens des Sensorchips 10 zumindest teilweise mit der Umhüllung 14, wodurch ein verbesserter Schutz des Sensorchips 10 gewährleistet ist, gleichzeitig eine vorteilhafte Messgenauigkeit/Nachweisgenauigkeit des mindestens einen Sensorelements 12 sichergestellt werden. Das mindestens eine Sensorelement 12 kann somit weiterhin dazu eingesetzt werden, mit einer hohen Genauigkeit mindestens eine physikalische Eigenschaft, wie beispielsweise einen Druck und/oder eine Temperatur, zu bestimmen und/oder ein Auftreten und/oder eine Konzentration mindestens eines Stoffes festzustellen.
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In der Ausführungsform der 1 legt der mindestens eine in dem Spritzgussmaterial geformte Kanal 24 mindestens eine Seite des mindestens einen Sensorelements 12 zumindest teilweise frei. Auf diese Weise ist ein direkter Kontakt zwischen dem Medium in dem mindestens einen Kanal 24 und dem mindestens einen Sensorelement 12 zum Steigern einer Nachweisgenauigkeit/Messgenauigkeit bewirkbar. Eine vorteilhafte Messgenauigkeit/Nachweisgenauigkeit des mindestens einen Sensorelements 12 ist jedoch auch dann sichergestellt, wenn der mindestens eine in dem Spritzgussmaterial geformte Kanal 24 gerade oder ungerade derart lang auf das mindestens eine Sensorelement 12 zu verläuft, dass das mindestens eine Sensorelement an mindestens einem Ende des mindestens einen Kanals 24 von einer Spritzgussmaterialmembran zumindest teilweise abgedeckt ist.
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Die Umhüllung 14 des mikromechanischen Bauteils der 1 weist einen kaminförmigen Abschnitt 30 auf. Insbesondere kann die Achse 28 mittig durch den kaminförmigen Abschnitt 30 verlaufen. Beispielsweise wird der kaminförmige Abschnitt 30 gebildet durch eine äußere Konus-Form an der äußeren Umgebung 26 und eine die Form des jeweiligen Kanals 24 definierende innere Konus-Form. Die äußere Konus-Form ist auch als kegelstumpfförmig umschreibbar. Bei einer bevorzugten inneren Konus-Form weist der mindestens eine Kanal 24 an einem zu der äußeren Umgebung 26 ausgerichteten ersten Ende einen äußeren Durchmesser da und an einem zu dem Sensorchip 10/dem zugeordneten Sensorelement 12 ausgerichteten zweiten Ende einen kleineren inneren Durchmesser di auf. Der mindestens eine Kanal 24 ist jeweils in einen äußeren Abschnitt mit dem konstanten äußeren Durchmesser da und einem inneren Abschnitt mit einem sich von dem äußeren Durchmesser da auf inneren Durchmesser di verjüngenden Durchmesser unterteilbar. Eine derartige Form des kaminförmigen Abschnitts 30 bewirkt, dass ein in dem mindestens einen Kanal 24 vorliegender Druck die Umhüllung 14 stärker gegen den Sensorchip 10 drückt. Somit kann der in dem mindestens einen Kanal 24 vorliegende Druck die Abdichtung des mindestens einen Teilbereichs 16 und 18 mindestens einer Oberfläche 20 und 22 des Sensorchips 10 mittels der Umhüllung 14 verbessern/verstärken. Die Ausbildbarkeit der Umhüllung 14 ist jedoch nicht auf eine bestimmte Form limitiert.
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Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass die vorteilhafte Schutzwirkung der Umhüllung 14 auch dann gewährleistbar ist, wenn diese vergleichsweise klein ausgebildet ist. Mittels verlässlich und einfach ausführbarer Verfahren, wie beispielsweise Ätzverfahren, kann der mindestens eine Kanal 24 auch bei einer kleinen Ausbildung der Umhüllung 14 mit der gewünschten Länge und/oder Form darin ausgebildet werden. Ebenso ist es mittels herkömmlicher Techniken möglich, den mindestens einen Kanal 24 bereits während eines Spritzgussverfahrens zum Bilden der vergleichsweise kleinen Umhüllung 14 zu formen.
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2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen von zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils.
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Die in den 2a bis 2d schematisch dargestellten mikromechanischen Bauteile sind jeweils als ein Drucksensor mit mindestens einer Sensormembran als dem mindestens einen Sensorelement 12 ausgebildet. Insbesondere sind die mikromechanischen Bauteile jeweils ein Absolutdrucksensor, wobei je ein Kanal 24 an nur einer Seite des mindestens einen Sensorelements 12 in der Umhüllung 14 aus dem Spritzgussmaterial geformt ist.
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Jedes der mikromechanischen Bauteile der 2a bis 2c weist zusätzlich noch ein elektrisch leitfähiges Einlegeteil (ELT) 32 auf. Über jedes der elektrisch leitfähigen Einlegeteile 32 kann eine mechanische Fixierung und/oder eine elektrische Kontaktierung des zugeordneten Sensorchips 10 erfolgen. Beispielsweise kann ein Sensorchip 10 mittels mindestens eines optionalen Metallclips 34 an einem elektrisch leitfähigen Einlegeteil 32 fixiert werden. Durch die vorteilhafte Multifunktionalität des mindestens einen Metallclips 34 zum Fixieren des Sensorchips 10 und zum Realisieren eines elektrischen Kontakts zwischen dem Sensorchip 10 und dem benachbarten elektrisch leitfähigen Einlegeteil 32 können Drahtbond-, Leiterplatten- und/oder Keramik-Verbindungstechniken zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorchip 10 und dem elektrisch leitfähigen Einlegeteil 32 entfallen. Optionaler Weise kann auch das elektrisch leitfähige Einlegeteil 32 zumindest teilweise von der Umhüllung 14 umgeben sein.
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Außerdem ist bei jedem mikromechanischen Bauteil der 2a bis 2c die Umhüllung 14 aus dem Spritzgussmaterial zumindest teilweise von einem äußeren Umhüllungsteil 36 umgeben, dessen Außenseite zumindest teilweise schraubenförmig oder bolzenförmig ausgebildet ist. Beispielsweise kann die äußere Umhüllung 36 einen Gewindekörper 38 mit einem an der Außenoberfläche ausgebildeten Schraubengewinde 39 und eine elektrische Anschlussbuchse 40 umfassen. Der Sensorchip 10 mit der Umhüllung 14 kann derart in dem Gewindekörper 38 angeordnet sein, dass der mindestens eine Kanal 24 zu einer äußeren Umgebung des Gewindekörpers 38 offen ist. Ebenso kann das elektrisch leitfähige Einlegeteil 32 an einem von dem Sensorchip 10 weg gerichteten Ende in einen Aufnahmehohlraum 42 der elektrischen Anschlussbuchse 40 als Steckerkontakt hineinragen.
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Das äußere Umhüllungsteil 36 kann aus einem Spritzgussmaterial, wie beispielsweise einem Duroplast oder einem Thermoplast, gefertigt sein. Die Ausbildbarkeit des äußeren Umhüllungsteils 36 ist jedoch nicht auf die Verwendung eines bestimmten Materials limitiert. Ebenso kann das äußere Umhüllungsteil 36 separat von dem Sensorchip 10 und der Umhüllung 14 gefertigt oder um zumindest den Sensorchip 10 und die Umhüllung 14 herum gegossen/gespritzt sein. Somit ist eine Vielzahl von verlässlich und einfach ausführbaren Techniken zum Bilden der äußeren Umhüllung 36 einsetzbar.
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Die schraubenförmige oder bolzenförmige Teilausbildung/Ausbildung des äußeren Umhüllungsteils 36 erleichtert ein Befestigen des mikromechanischen Bauteils. Beispielsweise kann das mikromechanische Bauteil aufgrund der vorteilhaften Ausbildung des äußeren Umhüllungsteils 36 mittels eines Einschraubvorgangs oder durch einen Presssitz verlässlich fixiert werden. Außerdem gibt die schraubenförmige oder bolzenförmige Teilausbildung/Ausbildung des äußeren Umhüllungsteils 36 eine bevorzugte Ausrichtung des mikromechanischen Bauteils an einer bevorzugten Anbringposition vor. Beispielsweise wird selbst ein uninformierter Monteur das mit dem vorteilhaften äußeren Umhüllungsteil 36 ausgestattete mikromechanische Bauteil so anordnen, dass eine Längsachse 44 des äußeren Umhüllungsteils 36 in einer bevorzugten Ausrichtung vorliegt. Des Weiteren ist mittels der schraubenförmigen oder bolzenförmigen Teilausbildung/Ausbildung des äußeren Umhüllungsteils 36 eine sehr hohe Passgenauigkeit bei einer Montage des mikromechanischen Bauteils, beispielsweise in einem Fahrzeug, gewährleistet.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Vorteile auch dann gewährleistet sind, wenn die äußere Oberfläche der Umhüllung 14 aus dem Spritzgussmaterial selbst zumindest teilweise schraubenförmig oder bolzenförmig ausgebildet ist.
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In der Ausführungsform der 2a ist der Kanal 24 gerade ausgebildet, wobei seine einzige Längsachse 28 senkrecht zu der Längsachse 44 des äußeren Umhüllungsteils 36 ausgerichtet ist. Der Kanal 24 des mikromechanischen Bauteils der 2a ist somit zu einem Gewindebereich offen. In den Ausführungsformen der 2b und 2c sind die Kanäle 24 jeweils zur Schraubenspitze offen und mit einem Knick ausgebildet. Jeder der in den 2b und 2c dargestellten Kanäle 24 hat einen äußeren Abschnitt, welcher parallel zu der Längsachse 44 des äußeren Umhüllungsteils 36 ausgerichtet ist, und einen senkrecht zu der Achse 44 verlaufenden inneren Abschnitt. Mittels einer geknickten Ausbildung der Kanäle 24 kann ein unerwünschtes Eindringen von Verschmutzungen und/oder Flüssigkeiten durch die Kanäle 24 bis zu dem jeweils zugeordneten Sensorelement 12 zusätzlich unterbunden werden. Als Alternative zu den Ausführungsformen der 2b und 2c können die Kanäle 24 auch mehrmals geknickt und/oder zumindest teilweise gebogen ausgeführt werden. Bei allen Ausführungsformen ist verlässlich gewährleistet, dass nach einer Montage des mikromechanischen Bauteils ein zu untersuchendes Medium in dem mindestens einen Kanal 24 eindringen kann.
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3a und 3b zeigen schematische Querschnitte und Aufsichten auf eine fünfte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Bei dem in 3a und 3b schematisch wiedergegebenen mikromechanischen Bauteil legen die mindestens zwei in dem Spritzgussmaterial geformten Kanäle 24a und 24b das mindestens eine Sensorelement 12 an zwei gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise frei. Eine derartige Ausbildung der Kanäle 24a und 24b eignet sich besonders für eine Verwendung eines als Sensormembran ausgebildeten Sensorelements 12 in einem Differenzdrucksensor. Jedes Sensorelement 12 verfügt somit über zwei als Druckeinlasskanäle ausgebildete Kanäle 24a und 24b. Durch die somit sichergestellten Druckzulässe ist mittels des mindestens einen Sensorelements 12 ein zwischen den Umgebungen 26a und 26b vorliegender Differenzdruck auf mechanischem Wege bestimmbar. Optionaler Weise können die dem gleichen Sensorelement 12 zugeordneten Kanäle 24a und 24b entlang einer gemeinsamen Achse 28 verlaufen.
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Die in 3a schematisch dargestellten Kanäle 24a und 24b weisen an der Außenseite der Umhüllung 14 jeweils den äußeren Durchmesser da und an dem Sensorchip 10 den inneren Durchmesser di auf. Jeder der Kanäle 24a und 24b weist einen äußeren Abschnitt mit dem konstanten äußeren Durchmesser da und einen inneren Abschnitt mit einem sich von dem äußeren Durchmesser da auf den inneren Durchmesser di verjüngenden Durchmesser auf. Eine derartige Form der Kanäle 24a und 24b ermöglicht die oben schon beschriebene Verstärkung/Verbesserung eines Zusammenhalts zwischen der Umhüllung 14 und dem Sensorchip 10.
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4a und 4b zeigen schematische Darstellung einer sechsten und siebten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Die in 4a und 4b schematisch dargestellten mikromechanischen Bauteile sind jeweils ein Differenzdrucksensor. Je ein Kanal 24a und 24b ist an jeweils den zwei gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Sensorelements 12 der mikromechanischen Bauteile der 4a und 4b in der Umhüllung 14 aus dem Spritzgussmaterial geformt. Bei allen mikromechanischen Bauteilen der 4a und 4b ist eine Ausrichtung der gemeinsamen Längsachse 28 der Kanäle 24a und 24b eines Sensorelements 12 senkrecht zu einer Längsachse 44 oder 44a zumindest des Gewindekörpers 38. Wahlweise können die Kanäle 24a und 24b zumindest abschnittweise auch parallel und/oder um einen Winkel ungleich 90° geneigt zu der Längsachse 44a zumindest des Gewindekörpers 38 und/oder gebogen ausgebildet sein.
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Außerdem sind bei den mikromechanischen Bauteilen der 4a und 4b an jedem Außenbereich der Kanäle 24a und 24b (lediglich in 4a dargestellte) Stutzen 46 ausgebildet. An den Stutzen 46 ist jeweils ein Schlauch fixierbar, über welchen das für die Differenzdruckmessung verwendete Medium einführbar ist. Auch die zuvor beschriebenen Ausführungsformen können mit mindestens einem derartigen Stutzen 46 ausgebildet werden.
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Die Ausführungsformen der
4a und
4b weisen auch eine Winkelarretierung
48 auf. Die Winkelarretierung
48 gewährleistet eine lagegenaue Montage des mikromechanischen Bauteils, beispielsweise an einem Fahrzeug, und verhindert ein unbeabsichtigtes Lösen der Schraubverbindung. Bezüglich einer möglichen Ausführung der Winkelarretierung
48 wird auf die deutsche Anmeldung mit der Anmeldenummer
DE 10 2012 21 8901 verwiesen.
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Die Winkelarretierung 48 kann insbesondere zwischen dem Schraubengewinde 39 und einem von den darin ausgebildeten Kanälen 24a und 24b durchschnittenen/durchzogenen Abschnitt des Schraubenkörpers 38 liegen. Das Schraubengewinde 39 kann somit unabhängig von dem Schraubenkörper 38 dimensioniert werden.
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4b zeigt eine Weiterbildung, bei welcher die elektrische Anschlussbuchse 40 gewinkelt zu dem Gewindekörper 38 ausgerichtet ist. Man kann dies auch so umschreiben, dass eine Längsachse 44a des Gewindekörpers 38 senkrecht zu einer Längsachse 44b der elektrischen Anschlussbuchse 40 ausgerichtet ist.
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Alle oben beschriebenen Ausführungsformen können als Niederdruck-Wegbausensor zur Absolut- oder Differenzdruckmessung verwendet werden. Die auf diese Weise realisierbaren Drucksensoren sind gegenüber herkömmlichen Sensoren kleiner und einfacher montierbar. Bei den oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen sind damit die Vorteile des LGA-Packaging mit den Vorteilen des Thermoplastgehäuses in Schraubenform gleichzeitig gewährleistet.
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5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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In einem Verfahrensschritt S1 wird ein Sensorchip, auf und/oder in welchem mindestens ein Sensorelement angeordnet ist, in einer aus einem Spritzgussmaterial geformten Umhüllung derart angeordnet, dass mindestens ein Teilbereich mindestens einer Oberfläche des Sensorchips mittels des Spritzgussmaterials luftdicht abgedeckt wird. Insbesondere kann ein das mindestens eine Sensorelement zumindest teilweise umgebender Teilbereich der Oberfläche des Sensorchips auf diese Weise luftdicht abgedeckt werden. Die Umhüllung umgibt den Sensorchip nach dessen Anordnung in der Umhüllung zumindest teilweise.
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Das Anordnen des Sensorchips in der Umhüllung in dem Verfahrensschritt S1 kann erfolgen, indem das Spritzgussmaterial (direkt) auf dem Sensorchip aufgespritzt wird. Ebenso kann die Umhüllung zuerst (in einem optionalen Verfahrensschritt S0) separat gefertigt werden. Der Sensorchip kann anschließend in dem Verfahrensschritt S1 in die Umhüllung eingebracht werden.
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Das auf dem Sensorchip angeordnete mindestens eine Sensorelement ist derart ausgebildet, dass mittels einer Formänderung und/oder einer chemischen Konsistenzänderung vom mindestens einen Teil des mindestens einen Sensorelements eine Änderung einer elektrischen Eigenschaft des jeweiligen Sensorelements bewirkt wird. Beispiele für das mindestens eine Sensorelement sind oben bereits beschrieben.
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Das Herstellungsverfahren umfasst auch einen Verfahrensschritt S2, welcher wahlweise während des Verfahrensschritts S0, zwischen dem Verfahrensschritt S0 und S1, während des Verfahrensschritts S1 oder nach dem Verfahrensschritt S1 ausgeführt werden kann. Die Nummerierung des Verfahrensschritts S2 legt somit keine zeitliche Reihenfolge zu dessen Ausführung fest. In dem Verfahrensschritt S2 wird mindestens ein Kanal in dem Spritzgussmaterial (vor, während oder nach dem Anordnen des Sensorchips in der Umhüllung) gebildet. Der mindestens eine Kanal wird derart ausgebildet, dass der mindestens eine Kanal von einer äußeren Umgebung der Umhüllung gerade oder ungerade derart lang auf das mindestens eine Sensorelement zu verläuft, dass die Formänderung und/oder die chemische Konsistenzänderung von dem zumindest einen Teil des mindestens einen Sensorelements des fertigen mikromechanischen Bauteils in Abhängigkeit von mindestens einer physikalischen Eigenschaft und/oder zumindest einer chemischen Teilzusammensetzung eines in dem mindestens einen Kanal vorliegenden Mediums bewirkt wird.
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Die Verfahrensschritte S0, S1 und S2 lassen sich auf einfache Weise, schnell und unter Nutzung standardgemäßer Prozesse ausführen. Somit ist selbst bei einer Massenherstellung des mikromechanischen Bauteils zumindest mittels der Verfahrensschritte S1 und S2 eine vorteilhafte Güte der hergestellten mikromechanischen Bauteile realisiert. Bezüglich einer Weiterbildung des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens und der damit realisierbaren Vorteile wird auf die oberen Ausführungen verwiesen.
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6 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Montieren eines mikromechanischen Bauteils in einem Fahrzeug.
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In einem Verfahrensschritt S10 wird ein mikromechanisches Bauteil in einer Fahrzeugsäule montiert. Bezüglich möglicher Ausführungsformen des in dem Verfahrensschritt S10 montierbaren mikromechanischen Bauteils wird auf die oberen Beschreibungen verwiesen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des Verfahrensschritts S10 nicht auf die Verwendung derartiger mikromechanischer Bauteile limitiert ist.
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Durch das hier beschriebene Verfahren zum Montieren des mikromechanischen Bauteils können in einer Fahrzeugsäule vorhandene Hohlräume, welche für die Karosseriefestigkeit ohnehin vorhanden sind, zur Montage des mikromechanischen Bauteils genutzt werden. Insbesondere bei einer Ausbildung des mikromechanischen Bauteils als Drucksensor lässt sich auf diese Weise ein innerhalb mindestens eines Hohlraums in dem Fahrzeug vorliegender Druck verlässlich messen. Außerdem kann durch das Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens Platz im Fahrzeuginnenraum eingespart werden.
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Der Verfahrensschritt S10 kann zum Montieren des mikromechanischen Bauteils in einer A-Säule, einer B-Säule oder einer C-Säule ausgeführt werden. Bevorzugt wird eine Montage des mikromechanischen Bauteils in einer B-Säule. Insbesondere die Ausbildung der Umhüllung oder des äußeren Umhüllungsteils als Schraube oder Bolzen erleichtert die Montage des mikromechanischen Bauteils in einer Fahrzeugsäule.
