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Stand der Technik
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Sensoren mit mikroelektromechanischen Systemen, kurz MEMS, finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Beispielsweise kommen Drucksensoren mit MEMS-Komponenten unter anderem bei Geräten der Unterhaltungselektronik, insbesondere bei tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones, Multifunktionsuhren und dergleichen, zum Einsatz. Um physikalische Größen wie Druck oder Feuchte zu messen oder zum Detektieren von Gasen ist es erforderlich, dass die MEMS-Komponente des Sensors eine Verbindung zur Umgebung aufweist. Sensoren, die in einem Gehäuse von elektronischen Geräten oder anderen Einrichtungen untergebracht sind, sind typischerweise durch eine Öffnung des Gehäuses physikalisch mit der Umgebung verbunden. Um das Innere des Gehäuses gegen die Umgebung abzudichten, sind üblicherweise Dichtungen vorgesehen.
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Die
DE 10 2010 031 679 A1 beschreibt einen Drucksensor mit einem Sensorchip, einer Dichtung aus einem Elastomermaterial, welche einen Druckkanal ausbildet, und einer Umspritzung. Der Sensorchip ist an einem unteren Ende des Druckkanals angeordnet und die Umspritzung umgibt den Druckkanal außen im Bereich des unteren Endes sowie den Sensorchip. Der Druckkanal und die Umspritzung sind aus einem Kunststoffmaterial der gleichen Gruppe, z.B. einem thermoplastischen Elastomer, hergestellt, wobei die Umspritzung in einem sogenannten 2K-Spritzgießverfahren um die Dichtung und den Chip herum ausgebildet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein tragbares elektronisches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Sensor mit Medienzugang vorgesehen, welcher mindestens umfasst: eine mikroelektromechanische Sensorkomponente; ein Trägersubstrat für die Sensorkomponente, wobei das Trägersubstrat als Boden eines Sensorgehäuses fungiert; eine umlaufende Seitenwandung des Sensorgehäuses, die mit dem Boden verbunden ist und so zusammen mit dem Boden ein Füllvolumen des Sensorgehäuses definiert, wobei die Seitenwandung aus einem ersten Kunststoffmaterial gebildet ist und in einem Spritzgussverfahren geformt worden ist; und eine Dichtung, die umlaufend auf einer Außenseite der Seitenwandung angeordnet ist zum dichtenden Einbau des Sensorgehäuses in eine Anwendungsumgebung, wobei die Dichtung aus einem zweiten Kunststoffmaterial gebildet ist und in einem Spritzgussverfahren an die Seitenwandung angeformt worden ist.
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Nach diesem Aspekt der Erfindung ist somit ein Sensor vorgesehen mit einem Trägersubstrat, mit einer an einer Oberfläche des Trägersubstrats montierten mikroelektromechanischen Sensorkomponente, kurz MEMS-Sensorkomponente, mit einem Sensorgehäuse, welches eine mit der Oberfläche des Trägersubstrats verbundene Seitenwandung aufweist, wobei die Seitenwandung die Sensorkomponente umgibt, und mit einer Dichtung, welche stoffschlüssig mit einer Außenumfangsfläche der Seitenwandung verbunden ist. Die Seitenwandung kann beispielsweise ringförmig oder rechteckig ausgebildet sein und bildet ganz allgemein einen Rahmen um die Sensorkomponente, wobei eine Innenumfangsfläche der Sensorkomponente zugewandt orientiert ist. Das Trägersubstrat bildet einen Boden des Sensorgehäuses. Das Trägersubstrat ist zusätzlich dazu ausgebildet, die MEMS-Sensorkomponente elektrisch mit Kontaktflächen auf einer Trägersubstratunterseite zu verbinden, über welche der Sensor mit einer Leiterplatte verlötet werden kann. Die MEMS-Sensorkomponente kann um eine integrierte oder zusätzliche Prozessiereinheit ergänzt sein. Die Seitenwandung ist aus einem ersten Kunststoffmaterial gebildet. Die Dichtung ist aus einem zweiten Kunststoffmaterial gebildet, welches unmittelbar stoffschlüssig mit dem ersten Kunststoffmaterial verbunden ist. Insbesondere ist die Dichtung an die Seitenwandung angespritzt oder angegossen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors, insbesondere eines Sensors nach dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Spritzgießen einer umlaufenden Seitenwandung eines Sensorgehäuses aus einem ersten Kunststoffmaterial, ein Spritzgießen einer Dichtung aus einem zweiten Kunststoffmaterial an eine Außenseite der Seitenwandung und ein Befestigen der Seitenwandung an einem Trägersubstrat, an welchem eine mikroelektromechanische Sensorkomponente angebracht ist, wobei das Sensorgehäuse derart auf dem Trägersubstrat positioniert wird, dass die Seitenwandung die mikroelektromechanische Sensorkomponente umschließt oder umgibt.
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Demnach wird in zwei Gussschritten die Seitenwandung in Form eines geschlossenen, beispielsweise ringförmigen Rahmens und die Dichtung hergestellt, wobei die Dichtung an die Seitenwandung angegossen oder angespritzt wird. Dadurch wird eine stoffschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen dem Kunststoffmaterial der Dichtung und dem Kunststoffmaterial der Seitenwandung ausgebildet. Der Verbund aus Dichtung und Seitenwandung wird anschließend an dem Trägersubstrat befestigt, z.B. mit diesem verklebt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein tragbares elektronisches Gerät vorgesehen, welches ein Gehäuse mit einer Gehäuseöffnung und einen Sensor nach dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Der Sensor ist derart in die Gehäuseöffnung eingesetzt, dass die Dichtung an einer Innenfläche der Gehäuseöffnung anliegt.
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Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, ein Sensorgehäuse für eine MEMS-Sensorkomponente, welche zur Messung von Umgebungsgrößen ausgebildet ist und daher einen Medienzugang zur Umgebung aufweist, in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren herzustellen, wobei eine rahmenförmige oder umlaufende Seitenwandung aus einem festen ersten Kunststoffmaterial in einem ersten Gießschritt und eine Dichtung, z.B. in Form einer Wulst, aus einem elastischen zweiten Kunststoffmaterial in einem zweiten Gießschritt an einer Außenumfangsfläche der Seitenwandung ausgebildet wird.
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Seitenwandung und Dichtung bilden somit einen einstückigen Verbund aus. Dies bietet den Vorteil, dass der Sensor mit dem Sensorgehäuse einfach als Ganzes in eine Gehäuseausnehmung eingesetzt werden kann. Durch das Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren, auch als 2K-Spritzgussverfahren bezeichnet, wird einerseits die Herstellung des Sensors als solches vereinfacht. Andererseits wird die Montage des Sensors in der Anwendungsumgebung, beispielsweise an einem Gehäuse eines tragbaren elektronischen Geräts oder einer anderen Gehäusestruktur vereinfacht, da der Prozessschritt entfällt, eine separate Dichtung anzubringen. Durch die Herstellung des Sensorgehäuses in einem Gießverfahren besteht vorteilhaft große Freiheit bei der Formgebung. Darüber hinaus können vorteilhaft große Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden.
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Gemäß manchen Ausführungsformen des Sensors kann vorgesehen sein, dass in einem oberen Randbereich der Seitenwandung mindestens eine Stufe als Auflage für ein weiteres Gehäuseteil, insbesondere ein Deckelteil oder ein Öffnungsabschluss ausgeformt ist. Die Seitenwandung kann mit einem ersten, unteren Randbereich an der Oberfläche des Trägersubstrats befestigt sein. Ein zweiter, oberer Randbereich der Seitenwandung ist abgewandt von dem Trägersubstrat gelegen. In dem zweiten Randbereich kann ein von der Innenumfangsfläche vorstehender Vorsprung ausgebildet sein, wobei an diesem Vorsprung eine Abdeckung oder allgemein ein für Medien, wie z.B. Luft oder allgemein Gas, und/oder die physikalischen Zielgrößen durchlässiger Öffnungsabschluss angeordnet ist, welcher eine durch die Seitenwandung, insbesondere durch die Innenumfangsfläche der Seitenwandung definierte Öffnung abdeckt. Im Falle eines Drucksensors können die physikalischen Zielgrößen beispielsweise den Umgebungsdruck umfassen, der vom Öffnungsabschluss unbeeinflusst auf die MEMS-Sensorkomponente einwirken kann. Der Öffnungsabschluss bzw. das weitere Gehäuseteil verbessert den Schutz der MEMS-Sensorkomponente gegen Umwelteinflüsse. Die Stufe bzw. der Vorsprung lässt sich beim Spritzgießen der Seitenwandung vorteilhaft sehr einfach ausbilden.
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Gemäß manchen Ausführungsformen des Sensors kann vorgesehen sein, dass in dem weiteren Gehäuseteil mindestens eine Medienanschlussöffnung ausgebildet ist. Dadurch wird auf einfache Weise eine Mediendurchlässigkeit des weiteren Gehäuseteils erzielt.
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Gemäß manchen Ausführungsformen des Sensors kann vorgesehen sein, dass die mikroelektromechanische Sensorkomponente eine Drucksensorkomponente, eine Temperatursensorkomponente, eine Feuchtesensorkomponente und/oder eine Gassensorkomponente aufweist.
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Gemäß manchen Ausführungsformen des Sensors kann vorgesehen sein, dass die mikroelektromechanische Sensorkomponente eine Drucksensorkomponente aufweist oder ist, wobei das Füllvolumen des Sensorgehäuses zumindest teilweise mit einem inkompressiblen Druckübertragungsmedium, beispielsweise einem Gel, verfüllt ist. Somit ist der durch das Trägersubstrat und die Seitenwandung begrenzte Raum zumindest teilweise mit einem Druckübertragungsmedium gefüllt. Das Druckübertragungsmedium ist vorzugsweise eine gelartige Substanz, welche durch Änderungen des Umgebungsdrucks derart verformbar ist, dass sie diese Verformung die Sensorkomponente überträgt. Durch die Verfüllung wird der Schutz der Sensorkomponente vor Umgebungseinflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit weiter verbessert. Das Druckübertragungsmedium kann auch eine ölartige Substanz sein, die ein durch Trägersubstrat, Seitenwandung und Öffnungsabschluss abgeschlossenes Volumen im Sensorinneren ausfüllt.
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Gemäß manchen Ausführungsformen des Sensors kann vorgesehen sein, dass an einer Innenseite der Seitenwandung mindestens eine umlaufende Gelstoppkante ausgeformt ist. Die Gelstoppkante kann beispielsweise als ein von der Innenumfangsfläche der Seitenwandung vorstehender Ansatz mit dreieckförmigem Querschnitt realisiert sein. An einem von der Innenumfangsfläche der Seitenwandung abgewandten Ende bildet der Ansatz vorzugsweise einen spitzen Winkel aus, welcher beispielsweise in einem Bereich zwischen 15 Grad und 45 Grad liegen kann. Durch den Ansatz wird einem Effekt entgegengewirkt, wonach das Druckübertragungsmedium aufgrund von Oberflächenspannungseffekten und/oder Kriecheffekten an der Innenumfangsfläche in einer Richtung vom Trägersubstrat weg verformt wird. Dadurch kann ein ungewollter Offset in den von der Sensorkomponente ausgegebenen Messwerten vermieden oder zumindest verringert werden.
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Gemäß manchen Ausführungsformen des Sensors kann vorgesehen sein, dass das erste Kunststoffmaterial ein Thermoplast oder ein Duroplast ist und das zweite Kunststoffmaterial ein Elastomer ist, insbesondere ein Flüssigsilikon (LSR, kurz für den englischen Ausdruck „Liquid Silicone Rubber“) oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE). Das erste Kunststoffmaterial weist insbesondere eine größere Härte oder Steifigkeit auf als das zweite Kunststoffmaterial. Insbesondere ist das erste Kunststoffmaterial, wenn der Sensor in eine Ausnehmung eingesetzt ist, im wesentlichen formstabil, während das zweite Kunststoffmaterial eine Verformung erfährt. Ein Kraftaufwand zur Verformung des ersten Kunststoffmaterials ist bei einer definierten Struktur einer Materialprobe somit größer als ein Kraftaufwand zur Verformung des zweiten Kunststoffmaterials.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Verfahren zusätzlich ein zumindest teilweises Verfüllen eines durch das Substrat und die Seitenwandung definierten Füllvolumens mit einem inkompressiblen Druckübertragungsmedium umfassen.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Verfahren zusätzlich ein Anbringen eines weiteren Gehäuseteils an einem abgewandt von dem Trägersubstrat gelegenen oberen Randbereich der Seitenwandung umfassen.
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Die hierin für einen Aspekt der Erfindung offenbarten Merkmale und Vorteil sind jeweils auch für die anderen Aspekte der Erfindung offenbart.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Schnittansicht eines Sensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Schnittansicht eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine Draufsicht auf den in 3 gezeigten Sensor;
- 5 eine schematische Ansicht eines tragbaren elektronischen Geräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6 eine schematische Schnittansicht eines tragbaren elektronischen Geräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 7 ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt beispielhaft einen Sensor 1 in einer schematischen Schnittansicht. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, weist der Sensor 1 eine mikroelektromechanische Sensorkomponente 2, kurz MEMS-Sensorkomponente 2, ein Trägersubstrat 3, eine Seitenwandung 41 eine Dichtung 5 und ein optionales Druckübertragungsmedium 6 auf.
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Die MEMS-Sensorkomponente 2 kann beispielsweise eine MEMS-Sensoreinheit 20 und eine Prozessoreinheit 21, z.B. in Form eines ASIC aufweisen. Die MEMS-Sensoreinheit 20 sowie die Prozessoreinheit 21 sind in 1 lediglich symbolisch als Block dargestellt. Die MEMS-Sensoreinheit 20 kann beispielsweise eine Drucksensoreinheit sein, welche dazu ausgelegt ist, eine mechanische Verformung eines Teils der Sensoreinheit in ein elektrisches Signal umzuwandeln, beispielsweise aufgrund sich ändernder kapazitiver oder resistiver Eigenschaften der eines Teils der Sensoreinheit infolge der Verformung. In 1 ist die MEMS-Sensoreinheit 21 eine Drucksensoreinheit. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die Sensorkomponente 2 auch eine Temperatursensorkomponente und/oder Feuchtesensorkomponente und/oder eine Gassensorkomponente aufweisen.
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Die MEMS-Sensoreinheit 21 ist mit der Prozessoreinheit 22 signalverbunden, wobei die Prozessoreinheit 22 dazu eingerichtet ist, die von der MEMS-Sensoreinheit 21 erzeugten Signale zu verarbeiten, beispielsweise zu verstärken, in digitale Signale umzuwandeln oder dergleichen. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, können die MEMS-Sensoreinheit 21 und die Prozessoreinheit 22 zu einem Verbund gestapelt sein.
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Das Trägersubstrat 3 ist als ein sich flächig erstreckendes, vorzugsweise ebenes Bauteil realisiert, welches vorzugsweise mit elektrischen Anschlussstrukturen (nicht gezeigt) ausgebildet sein kann. Die Sensorkomponente 2 ist an einer Anschlussoberfläche 3a des Trägersubstrats 3 angeordnet, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist. Insbesondere kann die Sensorkomponente 2 elektrisch mit den Anschlussstrukturen des Trägersubstrats 3 kontaktiert und an der Anschlussoberfläche 3a befestigt sein, z.B. mit dieser verklebt sein. Die Anschlussstrukturen können an der Anschlussoberfläche 3a und/oder an einer entgegengesetzt zu dieser gelegenen Unterseitenfläche des Trägersubstrats 3 angeordnet sein.
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Die Seitenwandung 41 bildet ein Sensorgehäuse 4, wobei das Trägersubstrat 3 einen Boden 40 des Sensorgehäuses 4 bildet. In 1 ist die Seitenwandung 41 im Schnitt dargestellt. 4 zeigt in der Draufsicht auf einen Sensor 1, dass die Seitenwandung 41 beispielsweise mit ringförmigem Umfang ausgebildet sein kann. Allgemein ist die Seitenwandung 41 als ein geschlossener Rahmen ausgebildet. Dies umfasst nicht nur ringförmige Gestaltungen, sondern beispielsweise auch Gestaltungen mit ovalem oder rechteckförmigem Umfang mit optional abgerundeten Ecken. Wie in 1 beispielhaft und schematisch gezeigt, kann die Seitenwandung 41 eine Innenumfangsfläche 41a und eine entgegengesetzt zu dieser orientierte Außenumfangsfläche 41b aufweisen. Die Seitenwandung 41 erstreckt sich ferner in einer Längsrichtung L zwischen einem ersten, unteren Endbereich oder Randbereich 41A und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten, oberen Endbereich oder Randbereich 41B.
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Wie in 1 schematisch dargestellt, ist die Seitenwandung 41 derart an dem Trägersubstrat 3 positioniert, dass sie die Sensorkomponente 2 umgibt bzw. die Sensorkomponente 2 innerhalb des von der Seitenwandung umgrenzten Raums angeordnet ist. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann die Seitenwandung mit dem ersten, unteren Endbereich 41A an der Anschlussoberfläche 3a des Trägersubstrats 3 befestigt sein, beispielsweise mit diesem verklebt sein. Der zweite Endbereich 41B ist somit abgewandt von dem Trägersubstrat 3 gelegen. Der durch das Trägersubstrat 3 gebildete Boden 40 und die Seitenwandung 41 umgrenzen somit einen Aufnahmeraum oder ein Volumen V40, in welchem die Sensorkomponente 2 aufgenommen oder angeordnet ist. Wenn die MEMS-Sensoreinheit 20 eine Drucksensoreinheit ist, kann das Volumen V40, welches auch als Füllvolumen bezeichnet werden kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, zumindest teilweise mit einem inkompressiblen Druckübertragungsmedium 6, wie z.B. einem Gel verfüllt sein.
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Die Seitenwandung 41 ist aus einem ersten Kunststoffmaterial hergestellt, insbesondere in einem Spritzgussverfahren. Das erste Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein Thermoplast oder ein Duroplast sein.
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Die Dichtung 5 ist aus einem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt, beispielsweise aus einem Elastomermaterial, wie z.B. Flüssigsilikon oder einem thermoplastischen Elastomer. Wie in 1 schematisch dargestellt, ist die Dichtung 5 umlaufend an einer Außenseite bzw. an der Außenumfangsfläche 41b der Seitenwandung 41 angeordnet. Die Dichtung 5 erstreckt sich somit um den gesamten Außenumfang der Seitenwandung 41 herum, wie dies in 4 in der Draufsicht schematisch dargestellt ist. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann die Dichtung 5 in Bezug auf die Längsrichtung L beabstandet zu dem Trägersubstrat 3 angeordnet sein. Wie in 1 beispielhaft und schematisch gezeigt, kann die Dichtung 5 einen wulstförmigen Querschnitt aufweisen. Allgemein steht die Dichtung 5 von der Außenumfangsfläche 41b der Seitenwandung 41 vor.
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Die Dichtung 5 ist stoffschlüssig mit der Seitenwandung 41 verbunden. Insbesondere ist die Dichtung 5 an die Seitenwandung 41 bzw. an die Außenumfangsfläche 41b angespritzt bzw. angegossen. Das heißt, die Dichtung 5 ist in einem Spritzgussverfahren an die Seitenwandung 41 angeformt worden.
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2 zeigt einen Sensor 1, welcher denselben Aufbau wie der in 1 gezeigte Sensor 1 aufweist, wobei an einer Innenseite der Seitenwandung 41 eine umlaufende Gelstoppkante 45 ausgeformt ist. Die Gelstoppkante 45 dient dazu, eine Verformung des optionalen Druckübertragungsmediums 6 infolge von Kriechen in der Längsrichtung L zu verhindern. Die Gelstoppkante 45 kann beispielsweise wie in 2 schematisch gezeigt, als ein von der Innenumfangsfläche 41a der Seitenwandung 41 vorspringender Ansatz realisiert sein, welcher beispielsweise einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen kann. Die in das Füllvolumen V40 hineinragenden Seiten des Dreiecks können beispielsweise einen spitzen Winkel w45 einschließen, wie in 2 schematisch dargestellt ist. Dieser kann insbesondere in einem Bereich zwischen 15 Grad und 45 Grad liegen. Die optionale Gelstoppkante 45 kann insbesondere im oberen Randbereich 41B ausgebildet sein, wie dies in 2 beispielhaft gezeigt ist. Alternativ kann die Gelstoppkante 45 so ausgeführt sein, dass sie nicht in das Füllvolumen ragt, sondern die Innenumfangsfläche 41b der Seitenwandung 41 eine ebene Fläche bildet, deren Oberkante einen spitzen Winkel w45 im geeignet geformten oberen Randbereich 41B aufweist.
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In 3 ist ein Sensor 1 gezeigt, welcher denselben Aufbau wie der in 1 gezeigte Sensor 1 aufweist, wobei an einer Innenseite der Seitenwandung 41 eine Stufe 42 angeformt ist, und wobei das Sensorgehäuse 4 ein weiteres Gehäuseteil 43 aufweist. Die Stufe 42 kann vorzugsweise im zweiten, oberen Randbereich 41B angeordnet sein, wie in 3 schematisch dargestellt ist. Insbesondere kann die Stufe 42 durch einen Vorsprung ausgebildet sein, welcher von der Innenumfangsfläche 41a der Seitenwandung 41 vorsteht. Wie in 3 schematisch gezeigt, kann die Stufe 42 beispielsweise einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Optional erstreckt sich die Stufe 42 entlang des gesamten Innenumfangs 41a der Seitenwandung 41. Wie in 3 schematisch dargestellt, kann eine optionale Gelstoppkante 45 vorgesehen sein, sie im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. Die Gelstoppkante 45 kann in Bezug auf die Längsrichtung L insbesondere zwischen der Stufe 42 und dem ersten, unteren Randbereich 41A der Seitenwandung 41 angeordnet sein. Optional sind Gelstoppkante 45 und Stufe 42 einstückig ausgebildet bzw. die Gelstoppkante 45 steht direkt von einem Innenrand der Stufe 42 vor, wie in 3 beispielhaft und rein schematisch gezeigt ist. Alternativ können die Gelstoppkante 45 und die Stufe 42 so ausgeführt sein, dass sie nicht in das Füllvolumen ragen, sondern die Innenumfangsfläche 41b der Seitenwandung 41 eine ebene Fläche bildet, deren Oberkante einen spitzen Winkel w45 und zusätzlich eine Stufe 42 im geeignet geformten oberen Randbereich 41B aufweist ohne dabei in das Füllvolumen zu ragen.
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Das weitere Gehäuseteil 43 ist als eine flächige Abdeckung realisiert, welche optional eine Medienanschlussöffnung 44 in Form eines Durchgangslochs aufweisen kann, wie dies in 3 schematisch dargestellt ist. Das weitere Gehäuseteil 43 kann an der Stufe 42 aufgelegt bzw. in Kontakt mit der Stufe 42 positioniert sein, um eine durch die Innenumfangsfläche 41a der Seitenwandung 41 definierte Öffnung abzudecken, wie in 3 schematisch gezeigt ist. Das weitere Gehäuseteil 43 kann somit ein Deckelteil oder einen Öffnungsabschluss bilden. Anstelle eines Durchgangslochs kann die Abdeckung auch als eine luftdurchlässige Membran realisiert sein. Allgemein kann das weitere Gehäuseteil 43 somit luftdurchlässig sein und damit eine verlustfreie Druckübertragung ermöglichen.
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Wie in 4 erkennbar, kann der Sensor 1, insbesondere die Seitenwandung 41, kreisförmig ausgebildet sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt. Grundsätzlich sind auch andere Umfangsformen, wie z.B. rechteckförmig mit oder ohne abgerundeten Ecken, wabenförmig, trapezförmig oder andere Formen denkbar.
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5 zeigt rein schematisch ein Smartphone als Beispiel für ein tragbares elektronisches Gerät 100. Das tragbare elektronische Gerät 100 kann auch eine Uhr, z.B. eine Smart-Watch, ein Ohrhörer, eine „Virtual Reality“-Brille, ein Blutdruckmessgerät oder dergleichen sein. Das tragbare elektronische Gerät 100 weist ein einen Innenraum 101 definierendes Gehäuse 110 auf, in welchem einer der oben beschriebenen Sensoren 1 aufgenommen ist. 6 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Gehäuses 110 des tragbaren elektronischen Geräts 100.
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Wie in 6 schematisch dargestellt, weist das Gehäuse 110 eine Gehäuseöffnung 111 auf. Eine Umfangs- und eine Querschnittsform der Gehäuseöffnung 111 ist durch eine Innenfläche 111a der Gehäuseöffnung 111 definiert, wobei zumindest ein Abschnitt 111A der Gehäuseöffnung 111 eine zum Außenumfang des Sensors 1 unter Berücksichtigung der Verformbarkeit der Dichtung 5 korrespondierende Umfangsform aufweist. Wie in 6 beispielhaft gezeigt, kann die Innenfläche 111a der Gehäuseöffnung 111 einen ersten Abschnitt 111A definieren, in welchen der Sensor 1 eingesetzt ist, und einen sich an diesen anschließenden zweiten Abschnitt 111B, welcher einen geringeren Durchmesser aufweist als der erste Abschnitt 111A. Wie in 6 schematisch dargestellt, ist der Sensor 1 derart in der Gehäuseöffnung 111 positioniert, dass die Dichtung 5 an der Innenfläche 111a der Gehäuseöffnung 111, z.B. dem ersten Abschnitt 111A der Gehäuseöffnung 111 anliegt.
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In 7 ist schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens M zur Herstellung eines Sensors 1 dargestellt, welches im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den 1 bis 4 gezeigten Sensoren 1 erläutert wird.
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In einem ersten Schritt M1 erfolgt ein Spritzgießen M1 der umlaufenden Seitenwandung 41 aus dem ersten Kunststoffmaterial. In diesem Schritt können auch die optionale Stufe 42 und/oder die optionale Gelstoppkante 45 ausgebildet werden.
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In einem weiteren Schritt M2 erfolgt ein Ausbilden der Dichtung 5 durch Spritzgießen des zweiten Kunststoffmaterials an die Außenseite bzw. Außenumfangsfläche 41b der Seitenwandung 41. Dadurch werden die Dichtung 5 und die Seitenwandung 41 stoffschlüssig miteinander verbunden und bilden einen einteiligen Verbund aus.
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Der Verbund aus Dichtung 5 und Seitenwandung 41 wird in Schritt M3 an dem Trägersubstrat 3, an welchem die mikroelektromechanische Sensorkomponente 2 bereits angebracht bzw. montiert ist, derart auf der Anschlussfläche 3a des Trägersubstrats 3 positioniert, dass die Seitenwandung 41 die mikroelektromechanische Sensorkomponente 2 umschließt, und die Seitenwandung 41 wird an dem Trägersubstrat 3 befestigt, z.B. mithilfe eines Klebstoffs.
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In dem optionalen Schritt M4 wird das durch das Substrat 3 und die Seitenwandung 41 definierte Füllvolumens V40 mit dem inkompressiblen Druckübertragungsmedium 6 zumindest teilweise verfüllt. In dem ebenfalls optionalen Schritt M5 kann ferner ein Anbringen des Weiteren Gehäuseteils 43 an dem oberen Randbereich 41B der Seitenwandung 41 erfolgen. Beispielsweise kann das weitere Gehäuseteil 43 an der optionalen Stufe 42 befestigt werden, z.B. mit dieser verschweißt oder verklebt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010031679 A1 [0002]
