DE102020205492A1 - Method for producing a pressure sensor device and pressure sensor device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung (10) umfassend ein Bereitstellen (S1) eines Gefäßes (1), welches eine Kavität (K) mit Seitenwänden (KS) umfasst, ein Bereitstellen (S2) eines Drucksensors (2) und Anordnen des Drucksensors in der Kavität (K); ein Modifizieren (S3) einer Materialeigenschaft eines Oberflächenmaterials des Gefäßes (1), wobei das Oberflächenmaterial durch das Modifizieren lipophob oder lipophil wird; ein Befüllen (S4) der Kavität (K) mit einem Öl (3) derart, dass das Öl (3) die Seitenwände (KS) zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche (OS) bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophil ist; und ein Bereitstellen (S5) einer Membran (4) und formschlüssiges Aufbringen der Membran (4) auf die Oberfläche (OS) und auf die Oberseite (KS-O) der Seitenwände, derart dass eine Form der Membran (4) mit der Form der Oberfläche (OS) zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran (4) das Öl dicht abdeckt.The present invention creates a method for producing a pressure sensor device (10) comprising providing (S1) a vessel (1) which comprises a cavity (K) with side walls (KS), providing (S2) a pressure sensor (2) and arranging it the pressure sensor in the cavity (K); modifying (S3) a material property of a surface material of the vessel (1), the surface material becoming lipophobic or lipophilic as a result of the modification; filling (S4) the cavity (K) with an oil (3) such that the oil (3) at least partially covers the side walls (KS) and forms a surface (OS) which assumes a convex shape when the surface material of the The side walls are at least partially lipophobic or assume a concave shape if the surface material of the side walls is at least partially lipophilic; and providing (S5) a membrane (4) and form-fitting application of the membrane (4) on the surface (OS) and on the upper side (KS-O) of the side walls, such that a shape of the membrane (4) with the shape of the Surface (OS) coincides at least in areas and the membrane (4) covers the oil tightly.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung und eine Drucksensoreinrichtung.The present invention relates to a method for producing a pressure sensor device and a pressure sensor device.
Stand der TechnikState of the art
Bekannte Drucksensoren können wasserdicht ausgestaltet sein und dazu mit einem Gel verfüllt sein. Eine Druckschwankung kann auf das Gel übertragen werden und damit weiter durch das Gel an einen Drucksensor übertragen werden, welcher sich in dem Gel befinden kann. Um Verluste bei der Übertragung des Drucksignals durch das Medium, hierbei das Gel, bis zum Drucksensor verringern zu können, ist jedoch die Wahl eines solchen Mediums wünschenswert, welches möglichst wenig Dämpfung des Drucksignals bewirkt, wenn dieses durch das Medium propagiert.Known pressure sensors can be designed to be watertight and, for this purpose, be filled with a gel. A pressure fluctuation can be transmitted to the gel and thus further transmitted through the gel to a pressure sensor which can be located in the gel. In order to be able to reduce losses in the transmission of the pressure signal through the medium, in this case the gel, up to the pressure sensor, it is desirable to select a medium that causes as little damping of the pressure signal as possible when it propagates through the medium.
Bekannte Herstellungsweisen von Drucksensoren sowie die daraus resultierenden Drucksensoren ergeben üblicherweise noch eine Größe und Ausführungsform, welche noch nicht ausreichend miniaturisiert für die Verwendung in mobilen Geräten, etwa in Mobiltelefonen, sind.Known manufacturing methods of pressure sensors and the pressure sensors resulting therefrom usually result in a size and embodiment which are not yet sufficiently miniaturized for use in mobile devices, for example in cell phones.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung nach Anspruch 1 und eine Drucksensoreinrichtung nach Anspruch 9.The present invention provides a method for producing a pressure sensor device according to
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung sowie eine daraus resultierende Drucksensoreinrichtung anzugeben, wobei ein Medium mit einer geringen oder nahezu keinen Dämpfung verwendet werden kann und das Medium durch eine Membran abgedeckt sein kann, über welche das Medium wasserdicht und ohne Gaseinschlüsse von der Umgebung verschlossen sein kann, wobei die Lebenszeit der Drucksensoreinrichtung erhöht werden kann, der Fügeprozess der Membran auf dem Medium vereinfacht werden kann und die Abdichtung des Mediums sowie die Übertragung des Drucksignals verbessert werden kann.The idea on which the present invention is based is to provide a method for producing a pressure sensor device and a pressure sensor device resulting therefrom, wherein a medium with little or almost no attenuation can be used and the medium can be covered by a membrane over which the medium can be conveyed can be sealed watertight and without gas inclusions from the environment, the lifetime of the pressure sensor device can be increased, the joining process of the membrane on the medium can be simplified and the sealing of the medium and the transmission of the pressure signal can be improved.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung ein Bereitstellen eines Gefäßes, welches eine Kavität mit Seitenwänden umfasst, wobei die Kavität einen Boden umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite umfassen, welche dem Boden abgewandt sind; ein Bereitstellen eines Drucksensors und ein Anordnen des Drucksensors in der Kavität und auf dem Boden; ein Modifizieren einer Materialeigenschaft eines Oberflächenmaterials des Gefäßes, wobei das Oberflächenmaterial durch das Modifizieren lipophob oder lipophil wird; ein Befüllen der Kavität mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl, derart, dass die inkompressible Flüssigkeit die Seitenwände zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophil ist; und ein Bereitstellen einer Membran und formschlüssiges Aufbringen der Membran auf die Oberfläche und auf die Oberseite der Seitenwände, derart dass eine Form der Membran mit der Form der Oberfläche zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran die inkompressible Flüssigkeit dicht abdeckt.According to the invention, in the method for producing a pressure sensor device, a vessel is provided which comprises a cavity with side walls, the cavity comprising a bottom and the side walls each comprising an upper side facing away from the bottom; providing a pressure sensor and arranging the pressure sensor in the cavity and on the floor; modifying a material property of a surface material of the vessel, the surface material becoming lipophobic or lipophilic as a result of the modification; filling the cavity with an incompressible liquid, for example an oil, in such a way that the incompressible liquid at least partially covers the side walls and forms a surface which assumes a convex shape if the surface material of the side walls is at least partially lipophobic or assumes a concave shape, if the surface material of the side walls is at least partially lipophilic; and providing a membrane and form-fitting application of the membrane to the surface and to the top of the side walls such that a shape of the membrane corresponds at least in some areas to the shape of the surface and the membrane tightly covers the incompressible liquid.
Bei dem Gefäß kann es sich um ein Kunststoffgefäß handeln, welches vertikal vom Boden aufragende Seitenwände umfassen kann, welche die Kavität bilden können und diese ringsum umlaufen können. Der Drucksensor auf dem Boden kann vorteilhaft von allen Seitenwänden beabstandet sein.The vessel can be a plastic vessel, which can comprise side walls projecting vertically from the floor, which can form the cavity and can encircle it. The pressure sensor on the floor can advantageously be spaced from all side walls.
Das Gefäß kann dabei vorzugsweise nicht monolithisch sein, sondern ein planares Umverdrahtungssubstrat als Boden und eine torusförmige Hülse als Seitenwände umfassen. Die Montagereihe kann dann derart erfolgen, dass ein Fügen des Drucksensors und eines ASIC auf dem Umverdrahtungssubstrat, etwa durch Kleben, erfolgt, danach ein elektrisches Kontaktieren durch beispielsweise eine Drahtverbindung (Wirebonding) und ein Fügen der Hülse (Seitenwände) auf dem Umverdrahtungssubstrat durch bspw. Kleben. Danach kann die Kavität mit der inkompressiblen Flüssigkeit befüllt werden.The vessel can preferably not be monolithic, but rather comprise a planar rewiring substrate as the base and a toroidal sleeve as the side walls. The assembly row can then take place in such a way that the pressure sensor and an ASIC are joined on the rewiring substrate, for example by gluing, then electrical contact is made by, for example, a wire connection (wirebonding) and the sleeve (side walls) are joined on the rewiring substrate by, for example. Adhere. The cavity can then be filled with the incompressible liquid.
Obwohl die Ausführungen mit Öl beschrieben werden, kann bei jedem Merkmal/Ausführungsform anstatt des Öls auch allgemein eine inkompressible Flüssigkeit die gleichen Merkmale und Vorteile erfüllen und anstatt des Öls vorhanden sein.Although the embodiments are described with oil, for each feature / embodiment an incompressible fluid can also generally have the same features and advantages instead of the oil and be present instead of the oil.
Das Oberflächenmaterial kann eine Oberschicht des Gefäßes umfassen oder es kann sich auch um das Material des Gefäßes selbst handeln, wobei das Gefäß auch nur aus diesem Material geformt sein kann. Je nach Beschaffenheit des Oberflächenmaterials kann der Winkel des Öls mit der Oberfläche beeinflusst werden, wodurch eine andere Form der Oberfläche des Öls in oder über der Kavität, etwa konvex oder konkav, ausgestaltet werden kann.The surface material can comprise a top layer of the vessel or it can be also involve the material of the vessel itself, it also being possible for the vessel to be formed only from this material. Depending on the nature of the surface material, the angle of the oil with the surface can be influenced, as a result of which a different shape of the surface of the oil in or above the cavity, for example convex or concave, can be configured.
Gegenüber einer bekannten Gelfüllung kann eine erfindungsgemäße Ölfüllung mit der aufliegenden Membran einen geringeren Dämpfungsgrad aufweisen und dabei auch einen verhältnismäßig hohen Grad an Genauigkeit bieten. Die Membran kann vorteilhaft die Kavität wasserdicht verschließen. Dazu können die Seitenwände die Kavität lateral vollständig umlaufen und die Membran kann dazu die Kavität an allen Bereichen der Oberseiten der Seitenwände abschließen und die Oberseite der Seitenwände zumindest an den der Kavität zugewandten (anliegenden) Bereichen abdecken und die Kavität überdecken.Compared to a known gel filling, an oil filling according to the invention with the membrane on top can have a lower degree of damping and also offer a relatively high degree of accuracy. The membrane can advantageously close the cavity in a watertight manner. For this purpose, the side walls can laterally completely surround the cavity and the membrane can for this purpose close off the cavity at all areas of the upper sides of the side walls and cover the upper side of the side walls at least in the areas facing (adjacent) to the cavity and cover the cavity.
Eine durch das Verfahren herstellbare Drucksensoreinrichtung kann, beispielsweise als MEMS Bauteil, in einem Mobiltelefon (Smartphone) oder einer Uhr oder anderen Geräten eingebaut werden und dort zur Druckmessung, Navigation (Indoor, oder outdoor) oder zur Positionsbestimmung (Tracking, etwa im Fitnessbereich) genutzt werden. Die Aufbau- und Verbindungskonzepte können für hochpräzise und wasserdichte sowie anwenderorientierte Drucksensoren ein Differenzierungsmerkmal darstellen.A pressure sensor device that can be produced using the method can be installed, for example as a MEMS component, in a mobile phone (smartphone) or a clock or other devices and used there for pressure measurement, navigation (indoor or outdoor) or for position determination (tracking, e.g. in the fitness area) will. The construction and connection concepts can represent a differentiating feature for high-precision, watertight and user-oriented pressure sensors.
Mittels der Membran kann vorteilhaft das Innere der Kavität wasserdicht verschlossen werden und Druckschwankungen vom Außenbereich vorteilhaft auch einfach auf das Öl und somit auf den Drucksensor übertragen werden. Die Ölfüllung kann dann im Innenraum der Kavität und innerhalb der Membran dann vorteilhaft die Weiterleitung der Druckschwankung an den Drucksensor übernehmen. Dazu sollten möglichst wenige Lufteinschlüsse (Gaseinschlüsse) zwischen Öl und Membran vorhanden sein, um das Drucksignal innerhalb der Kavität nicht zu modifizieren, da Gaseinschlüsse eine viel höhere Kompressibilität aufweisen können als Öl. Das Öl kann auch durch eine andere Flüssigkeit oder ein Ölgemisch ersetzt werden, es muss lediglich eine hohe Inkompressibilität aufweisen. Das Ölvolumen kann vorteilhaft wasserdicht und abgedichtet gegen Gaseintritt verschlossen werden.By means of the membrane, the inside of the cavity can advantageously be closed in a watertight manner and pressure fluctuations from the outside area can advantageously also be easily transmitted to the oil and thus to the pressure sensor. The oil filling can then advantageously take over the transmission of the pressure fluctuation to the pressure sensor in the interior of the cavity and within the membrane. For this purpose, there should be as few air inclusions (gas inclusions) as possible between the oil and the membrane so as not to modify the pressure signal within the cavity, since gas inclusions can have a much higher compressibility than oil. The oil can also be replaced by another liquid or an oil mixture, it just has to be highly incompressible. The oil volume can advantageously be closed in a watertight manner and sealed against gas entry.
Die Membran kann vorteilhaft mit einem serientauglichen und robusten sowie kostengünstiges Fügeverfahren auf das Öl aufgebracht werden.The membrane can advantageously be applied to the oil using a robust and cost-effective joining process that is suitable for series production.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Drucksensoreinrichtung als mikroelektromechanisches Bauteil ausgeformt.According to a preferred embodiment of the method, the pressure sensor device is shaped as a microelectromechanical component.
Das mikroelektromechanische Bauteil kann zwei Chips umfassen, vorzugsweise die Drucksensoreinrichtung als einen Chip und einen ASIC als Ansteuer- und Auswerteelektronik als zweiten Chip.The microelectromechanical component can comprise two chips, preferably the pressure sensor device as one chip and an ASIC as control and evaluation electronics as the second chip.
Eine derartige Herstellungsvariante kann vorteilhaft in Mikrobauweise und mit entsprechenden MEMS Werkzeugen erfolgen.Such a manufacturing variant can advantageously be implemented in a micro-construction and with corresponding MEMS tools.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Membran lipophil und wird parallel zur Oberfläche auf diese zu bewegt.According to a preferred embodiment of the method, the membrane is lipophilic and is moved towards the surface parallel to the latter.
Die Membran kann selbst ein lipophiles Material, mit anderen Worten ein öl- oder fettanziehendes Material umfassen oder durch eine Vorbehandlung lipophil verändert werden.The membrane itself can comprise a lipophilic material, in other words an oil- or fat-attracting material, or it can be changed lipophilically by a pretreatment.
Die Membran kann eine Festigkeit aufweisen und sich beispielsweise planar erstrecken und auf die Oberfläche des Öls zubewegt werden. Ist die Oberfläche des Öls dabei beispielsweise konvex ausgeformt, mit anderen Worten falls diese einen Buckel aufweist, welcher sich vertikal über die Kavität hinausstrecken kann, kann somit der Buckel zuerst mit der Membran in physischen Kontakt gebracht werden und nachträglich derart an die Form des Buckels in den lateral umliegenden Bereichen angeschmiegt werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Lufteinschluss zwischen Membran und Oberfläche des Öls verringert oder sogar vermieden werden.The membrane can have a strength and can, for example, extend in a planar manner and be moved towards the surface of the oil. If the surface of the oil is convex, for example, in other words if it has a hump which can extend vertically beyond the cavity, the hump can thus first be brought into physical contact with the membrane and subsequently in this way to the shape of the hump be snuggled into the laterally surrounding areas. In this way, an air inclusion between the membrane and the surface of the oil can advantageously be reduced or even avoided.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zum Modifizieren der Materialeigenschaft des Oberflächenmaterials des Gefäßes zumindest bereichsweise eine Plasmabehandlung des Oberflächenmaterials und wodurch das Oberflächenmaterial lipophob wird.According to a preferred embodiment of the method, in order to modify the material property of the surface material of the vessel, a plasma treatment of the surface material is carried out at least in certain areas and as a result of which the surface material becomes lipophobic.
Das Modifizieren kann beispielsweise auf den Innenwänden der Seitenwände oder auf den Oberseiten der Seitenwände erfolgen, vorteilhaft ringsum um die Kavität herum. Durch die lipophobe Eigenschaft, mit anderen Worten öl- oder fettabweisend, kann der Grenzwinkel des Öls gegenüber den Seitenwänden derart verändert werden, dass die Oberfläche des Öls sich konvex gegenüber der Öffnungsrichtung der Kavität erstrecken kann und sich beispielsweise vertikal über die Seitenwände erstrecken kann wenn die Grenzfläche zwischen Öl und Seitenwand etwa an der Oberfläche anliegt oder unterhalb der Oberseiten der Seitenwände bleiben kann wenn die Grenzfläche zwischen Öl und Seitenwand an der Innenseite der Seitenwand ansetzt. Durch die Plasmabehandlung kann das Öl mit der Kontaktoberfläche an der Seitenwand vorteilhaft einen Grenzwinkel (Kontaktwinkel) von größer als 90° bilden. Die Seitenwände können bis zu einer Höhe lipophil sein und darüber lipophob. Wenn das Öl nun ein größeres Volumen einnimmt, als die Kavität unterhalb dieser Höhe, kann sich ein konvexer Buckel über diese Höhe hinaus bilden. Wenn das Öl ein kleineres Volumen einnimmt, ein konkaver Buckel, das Öl sich an der Seitenwand bis zur Grenze zwischen lipophil und lipophob hinauf ziehen.The modification can take place, for example, on the inner walls of the side walls or on the upper sides of the side walls, advantageously all around the cavity. Due to the lipophobic property, in other words oil or fat repellent, the critical angle of the oil with respect to the side walls can be changed in such a way that the surface of the oil can extend convexly opposite the opening direction of the cavity and, for example, can extend vertically over the side walls when the The interface between the oil and the side wall is approximately in contact with the surface or can remain below the top of the side walls if the interface between the oil and the side wall is attached to the inside of the side wall. As a result of the plasma treatment, the oil can advantageously form a critical angle (contact angle) of greater than 90 ° with the contact surface on the side wall. The side walls can be lipophilic up to a height and lipophobic above. If the oil now takes up a larger volume than the cavity below it Height, a convex hump can form above this height. When the oil takes up a smaller volume, a concave hump, the oil pulls itself up the side wall to the border between lipophilic and lipophobic.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Menge der inkompressiblen Flüssigkeit, etwa eines Öls, in die Kavität eingefüllt, so dass sich die Oberfläche vertikal über die Seitenwände hinaus erstreckt und eine konvexe Form bildet.According to a preferred embodiment of the method, a first amount of the incompressible liquid, for example an oil, is poured into the cavity so that the surface extends vertically beyond the side walls and forms a convex shape.
Die Menge der inkompressiblen Flüssigkeit kann vorteilhaft exakt dosiert werden, beispielsweise durch Mikrodispensiermethoden.The amount of incompressible liquid can advantageously be dosed exactly, for example using microdispensing methods.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zum Modifizieren der Materialeigenschaft des Oberflächenmaterials des Gefäßes zumindest bereichsweise eine Silanisierung des Oberflächenmaterials und wodurch das Oberflächenmaterial lipophil wird, wobei die Oberseiten der Seitenwände durch eine Plasmabehandlung lipophob ausgestaltet werden und die restlichen Bereiche der Seitenwände lipophil ausgestaltet werden.According to a preferred embodiment of the method, in order to modify the material properties of the surface material of the vessel, the surface material is silanized at least in some areas, making the surface material lipophilic, the upper sides of the side walls being made lipophobic by a plasma treatment and the remaining areas of the side walls being made lipophilic.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein derartiger Kontaktwinkel zwischen dem Öl und der Seitenwand an deren Innenseite erzielt werden, dass sich die Oberfläche des Öls über die Innenseite bis zu der Oberseite der Seitenwand nach oben ziehen kann und die Oberseite durch deren lipophobe Eigenschaft vorteilhaft jedoch nicht benetzen kann. Auf diese Weise kann eine konkave Oberfläche des Öls innerhalb der Kavität ausgeformt werden.Such a configuration can achieve such a contact angle between the oil and the side wall on its inside that the surface of the oil can pull up over the inside to the top of the side wall and advantageously not wet the top due to its lipophobic property can. In this way, a concave surface of the oil can be formed within the cavity.
Durch die Silanbehandlung kann das Öl mit der Kontaktoberfläche an der Seitenwand vorteilhaft einen Grenzwinkel (Kontaktwinkel) von kleiner als 90° bilden.As a result of the silane treatment, the oil can advantageously form a critical angle (contact angle) of less than 90 ° with the contact surface on the side wall.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Membran zuerst auf die Oberseiten der Seitenwände aufgebracht, derart dass sich die Membran geradlinig über die Kavität erstreckt und in weiterer Folge ein Loch über der Kavität in die Membran eingebracht wird und danach die Membran an die konkave Oberfläche der inkompressiblen Flüssigkeit angeschmiegt wird und danach das Loch wieder verschlossen wird.According to a preferred embodiment of the method, the membrane is first applied to the upper sides of the side walls in such a way that the membrane extends in a straight line over the cavity and subsequently a hole is made over the cavity in the membrane and then the membrane is attached to the concave surface of the incompressible liquid is snuggled and then the hole is closed again.
Durch das Ausformen des Lochs kann beim Anschmiegen der Membran an die Oberfläche des Öls vorteilhaft die Luft zwischen Membran und Öl herausgedrückt werden und danach das Loch wieder wasserdicht verschlossen werden.By shaping the hole, when the membrane nestles against the surface of the oil, the air between the membrane and the oil can advantageously be pressed out and then the hole can be closed again in a watertight manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Aufbringen der Membran auf die Oberseiten der Seitenwände ein Halteelement auf den Seitenwänden und der Membran im Bereich der Seitenwände angeordnet.According to a preferred embodiment of the method, after the membrane has been applied to the upper sides of the side walls, a holding element is arranged on the side walls and the membrane is arranged in the region of the side walls.
Das Halteelement kann vorteilhaft auf die Membran im Bereich der Oberseite der Seitenwände aufgesetzt werden und die Membran zusätzlich an den Seitenwänden fixieren. Der Innenbereich der Kavität über der Membran kann vorteilhaft frei sein von dem Halteelement.The holding element can advantageously be placed on the membrane in the area of the upper side of the side walls and additionally fix the membrane on the side walls. The inner area of the cavity above the membrane can advantageously be free of the holding element.
Erfindungsgemäß umfasst die Drucksensoreinrichtung ein Gefäß, welches eine Kavität mit Seitenwänden umfasst, wobei die Kavität einen Boden umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite umfassen, welche dem Boden abgewandt sind, wobei ein Oberflächenmaterial des Gefäßes zumindest bereichsweise lipophob und/der lipophil ist; einen Drucksensor, welcher in der Kavität und auf dem Boden angeordnet ist, wobei die Kavität mit einer inkompressiblen Flüssigkeit derart gefüllt ist, dass die inkompressible Flüssigkeit die Seitenwände zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände (Innenwände) zumindest bereichsweise lipophil ist; und eine Membran, welche formschlüssig auf der Oberfläche und auf der Oberseite der Seitenwände aufliegt, derart dass eine Form der Membran mit einer Form der Oberfläche zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran die inkompressible Flüssigkeit dicht abdeckt.According to the invention, the pressure sensor device comprises a vessel which comprises a cavity with side walls, the cavity comprising a bottom and the side walls each comprising a top side facing away from the bottom, a surface material of the vessel being at least partially lipophobic and / which is lipophilic; a pressure sensor which is arranged in the cavity and on the bottom, the cavity being filled with an incompressible liquid in such a way that the incompressible liquid at least partially covers the side walls and forms a surface which assumes a convex shape when the surface material of the side walls is at least partially lipophobic or assumes a concave shape if the surface material of the side walls (inner walls) is at least partially lipophilic; and a membrane which rests positively on the surface and on the upper side of the side walls such that a shape of the membrane corresponds at least in some areas to a shape of the surface and the membrane tightly covers the incompressible liquid.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Drucksensoreinrichtung sind die Oberseiten der Seitenwände horizontal oder schräg.According to a preferred embodiment of the pressure sensor device, the upper sides of the side walls are horizontal or inclined.
Die horizontalen Oberseiten können ein Aufbringen und Fixieren einer Membran an den Seitenwänden vorteilhaft vereinfachen. Die Ausbildung von schrägen Seitenwänden kann vorteilhaft eine Ausformung einer konvexen Oberseite vereinfachen.The horizontal upper sides can advantageously simplify the application and fixing of a membrane to the side walls. The formation of inclined side walls can advantageously simplify the formation of a convex upper side.
Die Drucksensoreinrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The pressure sensor device can also be distinguished by the features mentioned in connection with the method and its advantages, and vice versa.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.
FigurenlisteFigure list
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained below with reference to the in the schematic figures of Drawing illustrated embodiments explained in more detail.
Es zeigen:
-
1a -c jeweils einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine konvexe Oberflächenform des Öls in der Kavität sowie ein Aufbringen einer Membran auf die Oberfläche des Öls und auf die Seitenwände; -
2a - e jeweils einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine konkave Oberflächenform des Öls in der Kavität sowie ein Aufbringen einer Membran auf die Oberfläche des Öls und auf die Seitenwände; -
3 einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
4 einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und -
5 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
1a -c each a schematic cross section of a pressure sensor device according to an embodiment of the present invention for a convex surface shape of the oil in the cavity and an application of a membrane to the surface of the oil and to the side walls; -
2a - e each a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention for a concave surface shape of the oil in the cavity and an application of a membrane to the surface of the oil and to the side walls; -
3 a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention; -
4th a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention; and -
5 a block diagram of method steps of the method for producing a pressure sensor device according to an embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols denote identical or functionally identical elements.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung
In weiterer Folge kann ein Bereitstellen
Das Öl kann den Drucksensor
Das Modifizieren kann durch eine Plasmabehandlung des Oberflächenmaterials an der Oberseite der Seitenwände erfolgen, wodurch das Oberflächenmaterial dort hydrophil/lipophob wird. Die Innenseiten können silanisiert werden und hydrophob/lipophil werden.The modification can take place by plasma treatment of the surface material on the upper side of the side walls, as a result of which the surface material becomes hydrophilic / lipophobic there. the Inside can be silanized and become hydrophobic / lipophilic.
Der Herstellungsprozess kann etwa durch eine seitlich angebrachte Kamera kontrolliert werden. Die Menge des Öls kann durch eine Mikrodispersion genau dosiert und etwa durch die Kamera beobachtet werden, wodurch die Höhe des konvexen Buckels beeinflusst werden kann.The manufacturing process can be controlled by a camera attached to the side, for example. The amount of oil can be precisely dosed by a microdispersion and observed, for example, by the camera, whereby the height of the convex hump can be influenced.
Nach dem Befestigen der Membran
Um einen Gaseinschluss am Übergang zwischen dem Gefäß
Des Weiteren kann eine partielle Oberflächenmodifikation der Membran und/oder der Seitenwände erfolgen, beispielsweise eine Plasmabehandlung, an jenen Positionen, an welchen die Membran mit den Gefäß (Seitenwänden) in Kontakt kommt. Dies kann für die Verbesserung der Verbindung zwischen Membran und Seitenwand von Vorteil sein.Furthermore, a partial surface modification of the membrane and / or the side walls can take place, for example a plasma treatment, at those positions at which the membrane comes into contact with the vessel (side walls). This can be advantageous for improving the connection between the membrane and the side wall.
Durch die Plasmaaktivierung kann die Haftung von Klebstoff für das Fügen der Membran auf aktivierten Oberflächen verbessert werden. Für andere Fügeverfahren zum Fügen der Membran auf die Seitenwände, wie beispielsweise Reibschweißen, kann eine gezielte Mikrostrukturierung der Oberfläche der Seitenwände erfolgen. Dabei kann eine Änderung der Topografie etwa durch Aufrauen erfolgen.Plasma activation can improve the adhesion of adhesive for joining the membrane to activated surfaces. For other joining methods for joining the membrane to the side walls, such as friction welding, the surface of the side walls can be microstructured in a targeted manner. The topography can be changed, for example, by roughening.
Obwohl das Gefäß
Die Abfolge der
Das Bereitstellen des Gefäßes
Nach der
Das Öl
Wenn die Oberfläche
Beim Fügen der Membran
In der
Die
In ähnlicher Weise könnte auch für eine konkave Ölform etwa die Ausführung des Gefäßes
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung erfolgt ein Bereitstellen
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 1336086 B1 [0004]EP 1336086 B1 [0004]
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DE102020205492.4A DE102020205492A1 (en) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Method for producing a pressure sensor device and pressure sensor device |
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EP1336086B1 (en) | 2000-10-19 | 2013-03-06 | Endress + Hauser GmbH + Co. KG | Pressure measuring cell |
-
2020
- 2020-04-30 DE DE102020205492.4A patent/DE102020205492A1/en active Pending
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EP1336086B1 (en) | 2000-10-19 | 2013-03-06 | Endress + Hauser GmbH + Co. KG | Pressure measuring cell |
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