DE102020213672A1

DE102020213672A1 - Sensor arrangement, housing for a sensor arrangement and method for producing a sensor arrangement

Info

Publication number: DE102020213672A1
Application number: DE102020213672.6A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Volker Schuett; Yang Zou; Raschid Baraki; Joachim Kreutzer; Dorothee Nonnenmacher; Steven Maul; Patrick Stihler; Lars Sodan; Friedhelm Guenter; Joachim Friedl; Michael Raedler; Elmar Kroner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-05
Also published as: CN114436204A

Abstract

Es ist eine Sensoranordnung offenbart, die mindestens ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Sensierelement und eine Schutzstruktur umfasst,wobei das Sensierelement eine physikalische Eingangsgröße detektiert und in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt,wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, die eine direkte oder indirekte Wechselwirkung eines Umgebungsmedium mit dem Sensierelement erlaubt,wobei die Schutzstruktur mehrere Stege und mehrere zwischen den Stegen gebildete Strukturöffnungen aufweist, wobei die mehreren Stege miteinander verbunden sind und wobei die Schutzstruktur derart relativ zu der Gehäuseöffnung angeordnet ist, dass die Schutzstruktur das Gehäuse zumindest teilweise begrenzt.Darüber hinaus ist ein Gehäuse für eine derartige Sensoranordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Sensoranordnung offenbart.A sensor arrangement is disclosed which comprises at least one housing, a sensing element arranged in the housing and a protective structure, the sensing element detecting a physical input variable and converting it into an electrical sensor signal, the housing having a housing opening which allows a direct or indirect interaction of a Ambient medium with the sensing element allowed, the protective structure having a plurality of webs and a plurality of structural openings formed between the webs, the plurality of webs being connected to one another and the protective structure being arranged relative to the housing opening in such a way that the protective structure at least partially delimits the housing discloses a housing for such a sensor assembly and a method for manufacturing such a sensor assembly.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, ein Gehäuse für eine Sensoranordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung.The invention relates to a sensor arrangement, a housing for a sensor arrangement and a method for producing a sensor arrangement.

Stand der TechnikState of the art

Es sind verschiedenste Sensoren bekannt, bei denen ein Umgebungsmedium direkt oder indirekt mit einem Sensierelement wechselwirkt. Durch die Wechselwirkung mit dem Umgebungsmedium können sich aus dem Umgebungsmedium Ablagerungen auf dem Sensor und/oder auf dem Sensierelement bilden. Dies kann zu Messfehlern, Fehlfunktionen oder gar Ausfällen des Sensors führen. Ferner kann der Kontakt zu dem Umgebungsmedium Korrosion oder andere Alterungsprozesse beschleunigen.A wide variety of sensors are known in which a surrounding medium interacts directly or indirectly with a sensing element. Due to the interaction with the surrounding medium, deposits can form on the sensor and/or on the sensing element from the surrounding medium. This can lead to measurement errors, malfunctions or even failure of the sensor. Furthermore, contact with the surrounding medium can accelerate corrosion or other aging processes.

Derartige Sensoren sind beispielsweise Drucksensoren, die in breiter Front Einzug in Smartphones, Smart-Watches und anderen mobilen Geräten gefunden haben, wodurch neue Anwendungsfälle, wie Navigation innerhalb von Gebäuden oder das Nachverfolgen von Fitnessübungen, möglich geworden sind. Bei deren Verwendung können sich beispielsweise durch Feuchtigkeit, Staub, Schmutz oder Biofilme Ablagerungen auf dem Sensor oder dem Sensierelement bilden.Such sensors are, for example, pressure sensors, which have found their way into smartphones, smart watches and other mobile devices on a large scale, making new use cases such as navigation within buildings or tracking fitness exercises possible. When they are used, deposits can form on the sensor or the sensing element, for example due to moisture, dust, dirt or biofilms.

Zum Schutz eines Sensierelements vor Beeinträchtigungen ist bekannt, das Sensierelement in ein Schutzmedium, beispielsweise ein Schutzgel oder ein Öl, einzubetten. Dieses Schutzmedium schützt das Sensierelement insbesondere vor Korrosion und leitet - im Falle eines Drucksensors - den zu messenden Druck an das Sensierelement weiter. Allerdings ist die Oberfläche eines Schutzgels meist leicht klebrig, wodurch sich Schmutzpartikel sehr leicht auf deren Oberfläche anlagern können. Öl als Schutzmedium muss vor einem Auslaufen geschützt werden.To protect a sensing element from damage, it is known to embed the sensing element in a protective medium, for example a protective gel or an oil. This protective medium protects the sensing element in particular from corrosion and, in the case of a pressure sensor, forwards the pressure to be measured to the sensing element. However, the surface of a protective gel is usually slightly sticky, which means that dirt particles can easily accumulate on its surface. Oil as a protective medium must be protected against leakage.

Aus der JP-H02-012029 A ist bekannt, eine Gummischicht zum Schutz eines Schutzgels vorzusehen. Andere bekannte Sensoren nutzen Polymermembranen, die auf oder über dem Schutzgel angebracht werden. Beispielhaft sei hierzu auf die US 2015/0219513 A1 und die US 2020/0031661 A1 hingewiesen. Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass die dort vorgeschlagenen Schutzstrukturen entweder gut druckleitend aber wenig reißfest (im Falle von Membranen) oder reißfest aber nur bedingt druckleitend (im Falle der Gummischicht) sind.From the JP-H02-012029A it is known to provide a rubber layer to protect a protective gel. Other known sensors use polymer membranes that are attached to or over the protective gel. An example of this is the U.S. 2015/0219513 A1 and the US 2020/0031661 A1 pointed out. A disadvantage of these solutions is that the protective structures proposed there are either good pressure conductive but not very tear-resistant (in the case of membranes) or tear-resistant but only partially pressure-conductive (in the case of the rubber layer).

Aus der US 2014/011081 A1 ist ein Gehäuse für einen MEMS-Sensor bekannt, bei dem eine Struktur die Bewegung eines Schutzgels verhindert oder zumindest reduziert. Nach einer Ausgestaltung kann diese Struktur aus einem Gewebe bestehen, die in das Schutzgel eintaucht. Zum Schutz des Gels vor Verschmutzung sind diese Maßnahmen aber nur bedingt geeignet.From the U.S. 2014/011081 A1 a housing for a MEMS sensor is known in which a structure prevents or at least reduces the movement of a protective gel. According to one embodiment, this structure can consist of a fabric immersed in the protective gel. However, these measures are only suitable to a limited extent to protect the gel from contamination.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Sensoranordnung bereit, mindestens umfassend ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Sensierelement und eine Schutzstruktur,
wobei das Sensierelement eine physikalische Eingangsgröße detektiert und in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt,
wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, die eine direkte oder indirekte Wechselwirkung eines Umgebungsmedium mit dem Sensierelement erlaubt,
wobei die Schutzstruktur mehrere Stege und mehrere zwischen den Stegen gebildete Strukturöffnungen aufweist, wobei die mehreren Stege miteinander verbunden sind und wobei die Schutzstruktur derart relativ zu der Gehäuseöffnung angeordnet ist, dass die Schutzstruktur das Gehäuse zumindest teilweise begrenzt.In one embodiment, the present invention provides a sensor arrangement, at least comprising a housing, a sensing element arranged in the housing and a protective structure,
wherein the sensing element detects a physical input variable and converts it into an electrical sensor signal,
wherein the housing has a housing opening that allows a direct or indirect interaction of a surrounding medium with the sensing element,
wherein the protective structure has a plurality of webs and a plurality of structural openings formed between the webs, the plurality of webs being connected to one another and the protective structure being arranged relative to the housing opening such that the protective structure at least partially defines the housing.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Gehäuse für eine Sensoranordnung bereit, mit einer Gehäuseöffnung und einer Schutzstruktur, wobei das Gehäuse einen Innenbereich umschließt, der zur Aufnahme eines Sensierelements ausgebildet ist, und wobei die Schutzstruktur mehrere miteinander verbundene Stege und mehrere zwischen den Stegen gebildete Strukturöffnungen aufweist und derart relativ zu der Gehäuseöffnung angeordnet ist, dass die Gehäusestruktur das Gehäuse zumindest teilweise begrenzt.In a further embodiment, the present invention provides a housing for a sensor assembly, having a housing opening and a protective structure, the housing enclosing an interior area which is designed to receive a sensing element, and the protective structure having a plurality of interconnected webs and a plurality of webs between the webs having formed structure openings and is arranged relative to the housing opening that the housing structure at least partially defines the housing.

In einer noch weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung bereit, mindestens umfassend:

Herstellen eines Gehäuses mit einer Gehäuseöffnung und einer Schutzstruktur, wobei die Schutzstruktur mehrere miteinander verbundene Stege und mehrere zwischen den Stegen gebildete Strukturöffnungen aufweist und derart relativ zu der Gehäuseöffnung angeordnet ist, dass die Gehäusestruktur das Gehäuse zumindest teilweise begrenzt, und
Einbringen eines Sensierelements in einen in dem Gehäuse gebildeten Innenbereich.

In yet another embodiment, the present invention provides a method of manufacturing a sensor assembly, at least comprising:

Manufacturing a housing with a housing opening and a protective structure, wherein the protective structure has a plurality of webs connected to one another and a plurality of structural openings formed between the webs and is arranged relative to the housing opening such that the housing structure at least partially delimits the housing, and
introducing a sensing element into an interior formed in the housing.

In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Verfahrensschritte in der aufgelisteten Reihenfolge ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist die Reihenfolge der Schritte umgekehrt.In one embodiment of the method, the method steps are performed in the order listed. In another version ment form of the procedure, the order of the steps is reversed.

Eine Verschmutzung des Sensors bzw. dessen Sensierelement kann dadurch wirkungsvoll verhindert oder zumindest vermindert werden, dass an dem Sensor eine Schutzstruktur ergänzt wird. Gemäß einer Ausführungsform weist eine entsprechende Sensoranordnung ein Gehäuse auf, in dem ein Sensierelement der Sensoranordnung angeordnet ist. Das Sensierelement selbst ist zum Detektieren einer physikalischen Eingangsgröße und zum Erzeugen eines elektrischen Sensorsignals basierend auf der physikalischen Eingangsgröße ausgebildet. Das Gehäuse weist eine Gehäuseöffnung auf, die eine direkte oder indirekte Wechselwirkung eines Umgebungsmedium mit dem Sensierelement erlaubt. Die Schutzstruktur ist derart relativ zu der Gehäuseöffnung angeordnet, dass die Schutzstruktur das Gehäuse zumindest teilweise begrenzt. In einer Ausgestaltung kann dies bedeuten, dass der einzige Zugang zu einem Innenbereich des Sensors, in dem das Sensierelement angeordnet ist, durch diese Schutzstruktur führt. Auf diese Weise lässt sich die Erreichbarkeit des Innenbereichs durch geeignete Ausgestaltung der Schutzstruktur steuern.Contamination of the sensor or its sensing element can be effectively prevented or at least reduced by adding a protective structure to the sensor. According to one embodiment, a corresponding sensor arrangement has a housing in which a sensing element of the sensor arrangement is arranged. The sensing element itself is designed to detect a physical input variable and to generate an electrical sensor signal based on the physical input variable. The housing has a housing opening that allows direct or indirect interaction of a surrounding medium with the sensing element. The protective structure is arranged relative to the housing opening in such a way that the protective structure at least partially delimits the housing. In one configuration, this can mean that the only access to an interior area of the sensor, in which the sensing element is arranged, is through this protective structure. In this way, the accessibility of the interior can be controlled by a suitable configuration of the protective structure.

Die Schutzstruktur umfasst mehrere Stege und mehrere zwischen den Stegen ausgebildeten Strukturöffnungen. Dabei definieren die Stege die Stabilität der Schutzstruktur und die Strukturöffnungen die Erreichbarkeit eines Innenbereichs des Sensors. Je kleiner die Strukturöffnungen sind, desto kleiner ist die Größe von Partikeln, die in den Innenbereich gelangen können. Dies kann so weit gehen, dass ein Luftaustausch zu dem Umgebungsmedium gerade noch gewährleistet ist. Gleichzeitig können ausreichend große Strukturöffnungen die Wechselwirkung des Umgebungsmediums mit dem Sensierelement gewährleisten. Insbesondere bei Anwendungsszenarien, bei denen ein Verklumpen von Kleinstpartikeln die Strukturöffnungen zusetzen könnten, bieten sich größere Strukturöffnungen an. Damit kann eine gewünschte Durchlässigkeit der Schutzstruktur eingestellt werden, ohne dass die Stabilität der Schutzstruktur sinken muss.The protective structure includes a plurality of webs and a plurality of structural openings formed between the webs. The webs define the stability of the protective structure and the structural openings define the accessibility of an interior area of the sensor. The smaller the structural openings, the smaller the size of particles that can get into the interior. This can go so far that an exchange of air with the surrounding medium is just guaranteed. At the same time, sufficiently large structural openings can ensure the interaction of the surrounding medium with the sensing element. Larger structural openings are particularly useful in application scenarios in which clumping of very small particles could clog the structural openings. A desired permeability of the protective structure can thus be set without the stability of the protective structure having to decrease.

Zum Verbessern der Stabilität der Schutzstruktur sind die Stege miteinander verbunden. Dies muss nicht bedeuten, dass alle Stege in einem gemeinsamen Punkt zusammenlaufen und damit direkt miteinander verbunden sind. Eine Verbindung der Stege untereinander kann auch indirekt erfolgen, indem zwei Stege beispielsweise über ein oder mehrere weitere Stege miteinander verbunden sind. Es ist vorteilhaft, wenn die Stege derart miteinander verbunden sind, dass die Stege praktisch nicht gegeneinander verschoben werden können, wie es beispielsweise bei Geweben der Fall wäre.To improve the stability of the protective structure, the webs are connected to each other. This does not have to mean that all webs converge at a common point and are thus directly connected to one another. The webs can also be connected to one another indirectly, in that two webs are connected to one another, for example via one or more other webs. It is advantageous if the webs are connected to one another in such a way that the webs practically cannot be displaced relative to one another, as would be the case with fabrics, for example.

Ein „Umgebungsmedium“ ist ein Medium, das den Sensor umgibt und das auf das Sensierelement direkt oder indirekt einwirkt. Dies bedeutet üblicherweise, dass das Sensierelement nicht in einem Gehäuse gekapselt ist, sondern dass das Umgebungsmedium von außerhalb des Sensors an das Sensierelement gelangen kann. Ein direktes Einwirken des Umgebungsmediums kann bedeuten, dass das Umgebungsmedium in direktem Kontakt mit dem Sensierelement steht. Ein indirektes Einwirken des Umgebungsmediums kann bedeuten, dass das Sensierelement zwar eine physikalische Eigenschaft des Umgebungsmedium messen kann, beispielsweise einen Druck oder eine Temperatur, aber das Umgebungsmedium nicht in direktem Kontakt mit dem Sensierelement steht. Dies kann beispielsweise durch ein Schutzmedium oder eine Schutzbeschichtung erreicht werden. In einer Ausgestaltung umfasst das Umgebungsmedium Luft oder allgemein ein Gas. In einer anderen Ausgestaltung umfasst das Umgebungsmedium eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. In der Praxis wird ein Umgebungsmedium nicht rein sein. So umfasst beispielsweise Luft üblicherweise unterschiedliche Gasbestandteile, verdunstete Flüssigkeiten, Staub und sonstige Partikel.A "surrounding medium" is a medium that surrounds the sensor and that directly or indirectly affects the sensing element. This usually means that the sensing element is not encapsulated in a housing, but rather that the ambient medium can reach the sensing element from outside the sensor. A direct effect of the surrounding medium can mean that the surrounding medium is in direct contact with the sensing element. An indirect effect of the surrounding medium can mean that although the sensing element can measure a physical property of the surrounding medium, for example a pressure or a temperature, the surrounding medium is not in direct contact with the sensing element. This can be achieved, for example, by a protective medium or a protective coating. In one configuration, the ambient medium includes air or, in general, a gas. In another configuration, the surrounding medium includes a liquid, for example water. In practice, a surrounding medium will not be pure. For example, air usually includes different gas components, evaporated liquids, dust and other particles.

Eine „Gehäuseöffnung“ ist eine Öffnung in dem Gehäuse der Sensoranordnung, durch die das Umgebungsmedium mit dem Sensierelement wechselwirken kann. Diese Öffnung kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere ist der Querschnitt der Öffnung für die vorliegende Offenbarung nicht von Bedeutung. Eine Berandung der Öffnung kann prinzipiell beliebig komplex geformt sein. Es bietet sich jedoch an, dass bei der Gehäuseöffnung eine Fläche vorhanden ist, an der die Schutzstruktur befestigt oder generell angeordnet werden kann. Ein Fachmann wird erkennen, dass diese Randbedingung einfach erfüllt werden kann. A "housing opening" is an opening in the housing of the sensor assembly through which the surrounding medium can interact with the sensing element. This opening can be designed in different ways. In particular, the cross-section of the opening is not relevant to the present disclosure. In principle, a border of the opening can have any complex shape. However, it makes sense for the housing opening to have a surface on which the protective structure can be attached or generally arranged. One skilled in the art will recognize that this constraint can be easily met.

In einer Ausgestaltung ist die Gehäuseöffnung dadurch gebildet, dass das Gehäuse in eine Richtung keine Wandung aufweist und das Gehäuse damit in eine Richtung offen ist. In einer Ausgestaltung weist der Querschnitt der Gehäuseöffnung eine einfache Geometrie auf, beispielsweise die eines Kreises, einer Ellipse, eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Sechsecks oder eines Achtecks, um lediglich einige denkbare einfache Geometrien zu nennen.In one configuration, the housing opening is formed in that the housing has no wall in one direction and the housing is therefore open in one direction. In one configuration, the cross section of the housing opening has a simple geometry, for example that of a circle, an ellipse, a square, a rectangle, a hexagon or an octagon, just to name a few conceivable simple geometries.

Das „Sensierelement“ kann auf verschiedenste Weise gebildet sein. Das Sensierelement sollte in der Lage sein, eine physikalische Eingangsgröße zu detektieren und ein elektrisches Sensorsignal auszugeben. Diese Eigenschaft weisen aber verschiedenste Sensierelemente auf, die verschiedenste Sensortechnologien nutzen. Entsprechend vielfältig kann die physikalische Eingangsgröße sein.The “sensing element” can be formed in a wide variety of ways. The sensing element should be able to detect a physical input variable and output an electrical sensor signal. However, this property is exhibited by a wide variety of sensing elements that use a wide variety of sensor technologies. The physical input variable can be correspondingly varied.

Die „Schutzstruktur“ kann aus verschiedensten Materialien gebildet sein. Die Schutzstruktur kann dabei aus einem einzigen Material bestehen oder aus einer Kombination mehrerer Materialien. In einer Ausgestaltung ist die Schutzstruktur aus einem Thermoplast gebildet. In einer anderen Ausgestaltung ist die Schutzstruktur aus einem Duroplast gebildet. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schutzstruktur aus einem Metall (beispielsweise Aluminium) gebildet.The "protective structure" can be formed from a wide variety of materials. The protective structure can consist of a single material or a combination of several materials. In one configuration, the protective structure is formed from a thermoplastic. In another configuration, the protective structure is formed from a duroplast. In a further configuration, the protective structure is formed from a metal (for example aluminum).

Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.Other features, advantages, and other embodiments of the invention are described below or will become apparent thereby.

In einer Ausgestaltung ist zwischen eine Strukturöffnung begrenzenden Stegen eine Membran ausgebildet, wobei die Membran die Strukturöffnung vorzugsweise luftdicht und/oder flüssigkeitsdicht verschließt. Die Membran kann sehr dünn sein. Selbst bei Dicken von wenigen Mikrometern sind stabile Gesamtstrukturen realisierbar, da die Stabilität der Gesamtstruktur durch die Stege der Schutzstruktur bestimmt ist und die Membran diese Stabilität nicht beeinflussen, allenfalls verbessern wird. Unabhängig von der Stabilität kann die Gesamtstruktur aus Schutzstruktur und Membran flexibel ausgebildet sein und sogar in ihren Eigenschaften denen einer vollflächigen Membran entsprechen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Schutzstruktur eine entsprechend geringe Steifigkeit aufweist. „Luftdicht“ bedeutet, dass ein Gas, insbesondere Luft, nicht durch die Membran gelangen kann. „Flüssigkeitsdicht“ bedeutet, dass eine Flüssigkeit die Membran nicht passieren kann. Eine derartige Flüssigkeit kann beispielsweise ein Öl sein. Durch eine Membran kann damit die Durchlässigkeit der Schutzstruktur weiter beeinflusst werden, sodass neben einer gewünschten Stabilität auch eine gewünschte Durchlässigkeit eingestellt werden kann.In one embodiment, a membrane is formed between webs delimiting a structural opening, the membrane preferably closing the structural opening in an airtight and/or liquid-tight manner. The membrane can be very thin. Stable overall structures can even be realized with thicknesses of a few micrometers, since the stability of the overall structure is determined by the webs of the protective structure and the membrane does not influence this stability, at best it will improve it. Regardless of the stability, the overall structure made up of the protective structure and the membrane can be designed to be flexible and its properties can even correspond to those of a full-surface membrane. This can be achieved in that the protective structure has a correspondingly low rigidity. "Airtight" means that a gas, especially air, cannot pass through the membrane. "Liquid-tight" means that a liquid cannot pass through the membrane. Such a liquid can be an oil, for example. The permeability of the protective structure can thus be further influenced by a membrane, so that a desired permeability can also be set in addition to a desired stability.

In einer Ausgestaltung ist die Membran durch einen Abscheideprozess eines reaktiven oder nicht-reaktiven Ausgangsmaterials an den Stegen hergestellt. Hierzu können Ausgangsmaterialien aus einer Gasphase, einer flüssigen Phase oder einer festen Phase heraus mobilisiert werden und sich lokal an der Schutzstruktur abscheiden. Dabei können die Ausgangsmaterialien über eine chemische Reaktion miteinander reagieren (beispielsweise durch eine Polymerisation) oder je nach Ausgangsmaterial physikalisch unter Ausbildung einer festen Phase am Target - nämlich der Schutzstruktur - abscheiden (beispielsweise durch Verdampfen eines Lösungsmittels oder durch Auskondensierung aus einer gasförmigen Phase). Reaktive Ausgangsmaterialien können beispielsweise durch Klebstoffe, Lacke, reaktive Coatings oder chemisch ähnliche Zusammensetzungen gebildet sein. Diese reaktiven Ausgangsmaterialien können nicht nur in einer flüssigen Phase, sondern auch über geeignete Verfahren in-situ in eine gas- oder plasmaförmige reaktive Spezies überführt werden und dann am Target unter einer chemischen Reaktion in ein Produkt überführt werden, welches die Membran bildet, beispielsweise einem CVD-Prozess. Nicht-reaktive Ausgangsmaterialien können beispielsweise Polymer- oder Metallschichten abscheiden, die sich durch physikalische Strukturbildung in eine feste Phase zurückbilden. Dies kann beispielsweise durch Verdampfen in einem PVD-Prozess und Abscheiden aus der Gasphase am Target, oder durch flüssige Applikation (in einem oder mehreren Schritten) eines gelösten Polymers auf die Schutzstruktur unter nachfolgendem Verdampfen des Lösungsmittels und Ausfallen der polymeren, metallischen oder hybriden Schicht als Membran erfolgen.In one configuration, the membrane is produced by a process of depositing a reactive or non-reactive starting material on the webs. For this purpose, starting materials can be mobilized from a gas phase, a liquid phase or a solid phase and deposit locally on the protective structure. The starting materials can react with one another via a chemical reaction (e.g. through polymerisation) or, depending on the starting material, they can be deposited physically to form a solid phase on the target - namely the protective structure (e.g. by evaporating a solvent or by condensing out of a gaseous phase). Reactive starting materials can be formed, for example, by adhesives, paints, reactive coatings or chemically similar compositions. These reactive starting materials can be converted not only in a liquid phase, but also in-situ using suitable methods into a gaseous or plasma-form reactive species and then converted into a product at the target with a chemical reaction, which forms the membrane, for example a CVD process. Non-reactive starting materials can, for example, deposit polymer or metal layers, which reform into a solid phase through physical structure formation. This can be done, for example, by evaporation in a PVD process and deposition from the gas phase on the target, or by liquid application (in one or more steps) of a dissolved polymer to the protective structure with subsequent evaporation of the solvent and precipitation of the polymeric, metallic or hybrid layer as membrane done.

In einer Ausgestaltung bildet die Schutzstruktur eine Gitterstruktur und/oder ist einstückig oder als Komposition aus Unterstrukturen ausgebildet und/oder ist spritzgusstechnisch und/oder durch Laserschneiden hergestellt. Eine Ausgestaltung der Schutzstruktur als Gitterstruktur kann besonders stabile Schutzstrukturen bilden, bei denen an der Schutzstruktur angreifende Kräfte in definierter Weise abgeleitet werden können. Bei einer einstückigen Ausgestaltung der Schutzstruktur sind die Stege der Schutzstruktur vollständig (oder zumindest abschnittsweise) aus einem Material hergestellt. Dadurch werden Stoßkanten und/oder Schweißnähte vermieden, was die Stabilität der Schutzstruktur fördern kann. Bei einer Ausgestaltung durch eine Komposition aus Unterstrukturen werden zwei oder mehr Unterstrukturen zu der Schutzstruktur zusammengefügt. Auf diese Weise können auch komplexe Schutzstrukturen einfach hergestellt werden. Eine spritzgusstechnische Herstellung greift auf etablierte Herstellverfahren zurück und kann eine große Vielfalt von Schutzstrukturen liefern. Bei Laserschneiden werden die Strukturöffnungen aus einem größeren Gebilde, beispielsweise einem Blech, herausgeschnitten. Dadurch können präzise und sehr filigrane Strukturöffnungen hergestellt werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass diese Ausgestaltungen relativ beliebig kombiniert werden können.In one configuration, the protective structure forms a lattice structure and/or is formed in one piece or as a composition of substructures and/or is produced by injection molding and/or by laser cutting. An embodiment of the protective structure as a lattice structure can form particularly stable protective structures in which forces acting on the protective structure can be dissipated in a defined manner. In the case of a one-piece configuration of the protective structure, the webs of the protective structure are produced entirely (or at least in sections) from one material. This avoids abutting edges and/or welding seams, which can promote the stability of the protective structure. In an embodiment using a composition of substructures, two or more substructures are combined to form the protective structure. In this way, even complex protective structures can be easily manufactured. Injection molding production uses established manufacturing processes and can provide a wide variety of protective structures. With laser cutting, the structural openings are cut out of a larger structure, such as sheet metal. As a result, precise and very filigree structural openings can be produced. A person skilled in the art will recognize that these configurations can be combined in relatively any way.

In einer Ausgestaltung ist die Schutzstruktur an oder in der Gehäuseöffnung mit dem Gehäuse verbunden und/oder als Teil des Gehäuses ausgebildet. Eine Verbindung in der Gehäuseöffnung kann bedeuten, dass die Schutzstruktur an einer Berandung der Gehäuseöffnung angebracht ist. Wenn beispielsweise die Gehäuseöffnung zylindrisch aufgebaut ist, kann in dieser Ausgestaltung die Schutzstruktur an der Innenwandung der zylindrischen Gehäuseöffnung angebracht sein. Eine Verbindung der Schutzstruktur an der Gehäuseöffnung kann bedeutet, dass die Schutzstruktur nicht unmittelbar an einer Wandung der Gehäuseöffnung, sondern an einer Berandung der Gehäuseöffnung angebracht ist. Bei dem Beispiel einer zylindrischen Gehäuseöffnung kann die Schutzstruktur ähnlich eines Deckels des Zylinders angeordnet sein. In einer Kombination beider Anordnungen kann in der Gehäuseöffnung beispielsweise eine Stufe angeordnet sein, wobei die Schutzstruktur auf der Stufe angebracht sein kann. Durch diese Anordnungsmöglichkeiten lässt sich die Schutzstruktur je nach Anforderungen flexibel anbringen.In one configuration, the protective structure is connected to the housing at or in the housing opening and/or is formed as part of the housing. A connection in the housing opening can mean that the protective structure is attached to an edge of the housing opening. For example, if the housing opening is constructed cylindrically, the protective structure can be attached to the inner wall of the cylindrical housing opening in this configuration. A connection of the protective structure to the housing opening can mean that the protective structure is not directly is attached to a wall of the housing opening, but to a boundary of the housing opening. In the example of a cylindrical housing opening, the protective structure can be arranged similar to a cover of the cylinder. In a combination of both arrangements, a step can be arranged in the housing opening, for example, it being possible for the protective structure to be fitted on the step. These arrangement options allow the protective structure to be attached flexibly, depending on the requirements.

Die Schutzstruktur kann mit dem Gehäuse verbunden werden, beispielsweise mittels eines Klebstoffs oder mittels eines Schweißvorgangs, oder kann Teil des Gehäuses sein. Die letztgenannte Ausgestaltung kann besonders stabile Verbindungen hervorrufen. Eine Schutzstruktur als Teil des Gehäuses lässt sich insbesondere bei mehrteilig hergestellten Gehäusen nutzen. So kann beispielweise ein Boden des Gehäuses durch ein Substrat oder eine Platine gebildet sein, auf dem/der das Sensierelement angeordnet ist. Das Gehäuse kann glockenförmig über das Sensierelement platziert werden und auf einer Seite durch diesen Boden verschlossen werden.The protective structure can be connected to the housing, for example by means of an adhesive or by means of a welding process, or can be part of the housing. The last-mentioned configuration can bring about particularly stable connections. A protective structure as part of the housing can be used in particular in the case of housings produced in multiple parts. For example, a bottom of the housing can be formed by a substrate or a circuit board on which the sensing element is arranged. The housing can be placed over the sensing element in a bell shape and closed on one side by this base.

In einer Ausgestaltung ist das Sensierelement in einem Schutzmedium eingebettet, wobei das Schutzmedium einen Innenbereich des Gehäuses zumindest teilweise ausfüllt, und wobei das Schutzmedium vorzugsweise durch ein Gel oder ein Öl gebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine Verwendung einer Schutzstruktur auch bei solchen Sensierelementen, die empfindlich gegenüber einem direkten Kontakt mit dem Umgebungsmedium sind. Bei der Verwendung eines Gels als Schutzmedium kann in einer Ausgestaltung die Schutzstruktur und das Schutzmedium beabstandet voneinander angeordnet sein. Insbesondere bei thermischer Ausdehnung kann sonst die Möglichkeit bestehen, dass ein sich ausdehnendes Schutzmedium an die Schutzstruktur stoßen und zu Messfehlern führen kann. Bei Verwendung eines Öls als Schutzmedium kann in einer Ausgestaltung das Schutzmedium bis zu der Schutzstruktur reichen. Insbesondere bei Ausgestaltungen mit einer Membran in den Strukturöffnungen, kann das Vorhandensein eines komprimierbaren Gases zu Messfehlern führen.In one configuration, the sensing element is embedded in a protective medium, with the protective medium at least partially filling an interior area of the housing, and with the protective medium preferably being formed by a gel or an oil. Such an embodiment allows a protective structure to be used even with such sensing elements that are sensitive to direct contact with the surrounding medium. If a gel is used as the protective medium, in one configuration the protective structure and the protective medium can be arranged at a distance from one another. In the case of thermal expansion in particular, there is otherwise the possibility that an expanding protective medium could collide with the protective structure and lead to measurement errors. If an oil is used as the protective medium, in one embodiment the protective medium can reach as far as the protective structure. The presence of a compressible gas can lead to measurement errors, particularly in configurations with a membrane in the structural openings.

In einer Ausgestaltung ist in der Schutzstruktur eine Einfüllöffnung ausgebildet, über die das Schutzmedium in den Innenbereich einfüllbar ist, wobei die Einfüllöffnung vorzugsweise eine Größe von mehreren Strukturöffnungen, vorzugsweise eine Größe von mindestens vier, ganz bevorzugter Weise von mindestens sechs Strukturöffnungen, aufweist. Eine Einfüllöffnung erlaubt das Einfüllen eines Schutzmediums auch nach Verschießen der Gehäuseöffnung durch die Schutzstruktur. Insbesondere bei Verwendung von Öl als Schutzmedium kann dadurch der Herstellprozess flexibilisiert werden. Eine Größe von vier Strukturöffnungen bietet sich insbesondere bei rechteckigen oder quadratischen Strukturöffnungen an. Eine Größe von sieben Strukturöffnungen ist insbesondere bei sechseckigen Strukturöffnungen vorteilhaft. Generell können Einfüllöffnungen, die ein Vielfaches der Strukturöffnungen groß sind, das Ausgestalten der Einfüllöffnung und/oder der Schutzstruktur vereinfachen.In one configuration, a filling opening is formed in the protective structure, through which the protective medium can be filled into the interior, the filling opening preferably having a size of several structural openings, preferably a size of at least four, more preferably at least six structural openings. A filling opening allows a protective medium to be filled in even after the housing opening has been closed by the protective structure. This can make the manufacturing process more flexible, especially when using oil as a protective medium. A size of four structure openings is particularly suitable for rectangular or square structure openings. A size of seven structural openings is particularly advantageous for hexagonal structural openings. In general, filling openings that are many times larger than the structure openings can simplify the configuration of the filling opening and/or the protective structure.

In einer Ausgestaltung ist im Inneren des Gehäuses eine vorzugsweise umlaufende Stoppkante ausgebildet, wobei an der Stoppkante ein Rücksprung ausgebildet ist, wobei die Stoppkante dazu ausgebildet ist, ein Fließen des Schutzmediums entlang einer Gehäusewandung jenseits der Stoppkante zu verhindern, und wobei die Stoppkante vorzugsweise in Richtung der Gehäuseöffnung weist und/oder vorzugsweise spitzwinklig ausgebildet ist. Eine derartige Stoppkante kann dann hilfreich sein, wenn ein Schutzmedium verwendet wird, das sich bei einer thermischen Erwärmung an einer Wandung des Gehäuses hochschieben würde. Ein derartiges Schutzmedium sind beispielsweise viele Gele, die als Schutzmedium gebräuchlich sind. Ein Rücksprung kann dazu führen, dass sich die Kante des Schutzmediums beim Befüllen oder bei Erwärmung nicht über den Rücksprung hinausbewegt. Die Oberflächenspannung hält das Schutzmedium von der Gehäusewandung oberhalb des Rücksprungs entfernt. Dieser Effekt kann in einer Ausgestaltung weiter verstärkt werden, indem die Stoppkante spitzwinklig ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Rücksprung noch effektiver wirken. In einer anderen Ausgestaltung weist die Stoppkante in Richtung Gehäuseöffnung. Dies kann bedeuten, dass die Stoppkante pfeilartig zur Gehäuseöffnung weist. Allerdings kann dies auch bedeuten, dass eine der Gehäuseöffnung zugewandte Kante der Stoppkante näher an der Gehäuseöffnung angeordnet ist als ein Teil des Rücksprungs.In one embodiment, a preferably circumferential stopping edge is formed inside the housing, with a recess being formed on the stopping edge, with the stopping edge being designed to prevent the protective medium from flowing along a housing wall beyond the stopping edge, and with the stopping edge preferably in the direction of the housing opening and/or is preferably formed at an acute angle. Such a stop edge can be helpful if a protective medium is used that would push up on a wall of the housing in the event of thermal heating. A protective medium of this type are, for example, many gels that are customary as protective medium. A recess can result in the edge of the protective medium not moving beyond the recess when being filled or heated. Surface tension keeps the protective medium away from the housing wall above the recess. In one configuration, this effect can be further intensified in that the stop edge is formed at an acute angle. In this way, the return can be even more effective. In another embodiment, the stop edge points in the direction of the housing opening. This can mean that the stop edge points like an arrow towards the housing opening. However, this can also mean that an edge of the stop edge facing the housing opening is arranged closer to the housing opening than part of the recess.

In einer Ausgestaltung bilden eine Vielzahl der mehreren Strukturöffnungen Quadrate, Rechtecke, Sechsecke, ein Kreissektor und/oder ein Kreisringsektor. Derartige oder ähnliche geometrische Strukturen bieten den Vorteil, dass sich die Strukturöffnungen einfach aneinanderreihen lassen und gleichzeitig gleichbleibend breite Stege zwischen den Strukturöffnungen realisieren lassen.In one configuration, a large number of the multiple structure openings form squares, rectangles, hexagons, a circular sector and/or a circular ring sector. Such or similar geometric structures offer the advantage that the structure openings can be easily lined up next to one another and at the same time consistently wide webs can be realized between the structure openings.

In einer Ausgestaltung weist die Schutzstruktur eine maximale Dicke von kleiner oder gleich 200µm auf. Eine derartige maximale Dicke kann zu einer stabilen aber dennoch gut herzustellenden Schutzstruktur führen. In einer Ausgestaltung weist die Schutzstruktur eines maximale Dicke von kleiner oder gleich 100µm. Bei einer derartigen maximalen Dicke erlaubt noch filigranere, aber dennoch stabile Strukturen. In einer Ausgestaltung weist die Schutzstruktur eine maximale Dicke von kleiner oder gleich 50µm. Eine derartige maximale Dicke lässt noch filigranere Strukturen der Schutzstruktur zu.In one configuration, the protective structure has a maximum thickness of less than or equal to 200 μm. Such a maximum thickness can lead to a stable protective structure that is nevertheless easy to manufacture. In one configuration, the protective structure has a maximum thickness of less than or equal to 100 μm. With such a maximum thickness allows even more filigree, but still stable structures. In one configuration, the protective structure has a maximum thickness of less than or equal to 50 μm. Such a maximum thickness allows even more filigree structures of the protective structure.

In einer Ausgestaltung weist die Schutzstruktur eine minimale Dicke von größer oder gleich 10µm. Mit einer derartigen minimalen Dicke lassen sich ausreichend stabile Schutzstrukturen bilden, die beispielsweise bei Ausgestaltungen mit entsprechenden Anforderungen der Sensoranordnung an die Schutzstruktur gleichzeitig eine hohe Flexibilität aufweisen können. In einer Ausgestaltung weist die Schutzstruktur eine minimale Dicke von größer oder gleich 20µm aufweisen. Eine derartige minimale Dicke ist noch stabiler, wobei sich dennoch eine ausreichende Flexibilität erzielen lässt.In one configuration, the protective structure has a minimum thickness of greater than or equal to 10 μm. Sufficiently stable protective structures can be formed with such a minimum thickness, which, for example, in configurations with corresponding requirements of the sensor arrangement on the protective structure, can simultaneously have a high degree of flexibility. In one configuration, the protective structure has a minimum thickness of greater than or equal to 20 μm. Such a minimum thickness is even more stable, while still being able to achieve sufficient flexibility.

In einer Ausgestaltung lassen die eine Strukturöffnung begrenzenden Stege Öffnungen von weniger als 500µm zu. Eine derartige maximale Dicke kann Staub effektiv zurückhalten. In einer Ausgestaltung lassen die eine Strukturöffnung begrenzenden Stege Öffnungen von weniger als 300µm zu. Bei einer derartigen maximalen Dicke kann auch kleinere Staubpartikel zurückgehalten werden. In einer Ausgestaltung lassen die eine Strukturöffnung begrenzenden Stege Öffnungen von weniger als 250µm zu. Eine derartige maximale Dicke kann aufgrund der Oberflächenspannung sogar Flüssigkeiten von einem Passieren der Schutzstruktur abhalten.In one configuration, the webs delimiting a structural opening permit openings of less than 500 μm. Such maximum thickness can retain dust effectively. In one configuration, the webs delimiting a structural opening permit openings of less than 300 μm. With such a maximum thickness, smaller dust particles can also be retained. In one configuration, the webs delimiting a structural opening permit openings of less than 250 μm. Such a maximum thickness can even prevent liquids from passing through the protective structure due to the surface tension.

In einer Ausgestaltung lassen die eine Strukturöffnung begrenzenden Stege Öffnungen von mehr als 50µm zu. Derartige minimale Strukturgrößen lassen sich noch gut herstellen. In einer Ausgestaltung lassen die eine Strukturöffnung begrenzenden Stege Öffnungen von mehr als 100µm zu. Eine derartige minimale Strukturgröße ist insbesondere bei der Verwendung von Membranen in den Strukturöffnungen vorteilhaft. In einer Ausgestaltung lassen die eine Strukturöffnung begrenzenden Stege Öffnungen von mehr als 200µm zu. Bei diesen minimalen Strukturgrößen lassen sich weniger präzise Herstellverfahren einsetzen.In one configuration, the webs delimiting a structural opening permit openings of more than 50 μm. Such minimum structure sizes can still be produced well. In one configuration, the webs delimiting a structural opening permit openings of more than 100 μm. Such a minimum structure size is particularly advantageous when using membranes in the structure openings. In one configuration, the webs delimiting a structural opening permit openings of more than 200 μm. Less precise manufacturing processes can be used with these minimal structure sizes.

In einer Ausgestaltung weist das Sensierelement ein MEMS - Mikro-Elektro-Mechanisches System - auf und/oder verwirklicht die Funktionalität eines Drucksensors, eines Umgebungssensors, eines Umweltsensors, eines Feuchtesensors oder eines Gassensors. Durch die Verwendung von MEMS lassen sich gut miniaturisierbare Sensoren herstellen, die dennoch sehr präzise messen. Das Sensierelement kann verschiedenste Sensoren realisieren. Die genannten beispielhaften Ausgestaltungen lassen sich vorteilhaft in Kombination mit der vorliegenden Offenbarung nutzen.In one configuration, the sensing element has a MEMS—micro-electro-mechanical system—and/or implements the functionality of a pressure sensor, an environment sensor, an environmental sensor, a moisture sensor or a gas sensor. By using MEMS, sensors that can be easily miniaturized can be produced that still measure very precisely. The sensing element can implement a wide variety of sensors. The exemplary configurations mentioned can advantageously be used in combination with the present disclosure.

In einer Ausgestaltung wird das Sensierelement in ein flüssiges Schutzmedium eingebettet, sodass das Schutzmedium einen Innenbereich des Gehäuses zumindest bis zur Schutzstruktur ausfüllt, und in einem weiteren Prozessschritt eine Membran an der Schutzstruktur ausgebildet, sodass die Membran auf dem Schutzmedium aufliegt und die Strukturöffnungen der Schutzstruktur zumindest teilweise verschließt. Auf diese Weise lässt sich eine Sensoranordnung herstellen, bei der die Schutzstruktur zuverlässig geschützt und gleichzeitig ein Auslaufen des flüssigen Schutzmediums verhindert wird.In one configuration, the sensing element is embedded in a liquid protective medium, so that the protective medium fills an interior area of the housing at least up to the protective structure, and in a further process step a membrane is formed on the protective structure, so that the membrane lies on the protective medium and the structural openings of the protective structure at least partially closed. In this way, a sensor arrangement can be produced in which the protective structure is reliably protected and at the same time the liquid protective medium is prevented from leaking out.

In einer Ausgestaltung des hier offenbarten Herstellungsverfahrens wird an die Schutzstruktur eine Membran angelagert, wobei die Membran durch einen oder mehrere reaktive oder nicht-reaktive Ausgangsstoffe gebildet wird, die aus einer Gasphase oder einer flüssigen Phase an die Schutzstruktur gebracht wird und dort zu einer vorzugsweise geschlossenen Membran anwachsen.In one embodiment of the manufacturing method disclosed here, a membrane is attached to the protective structure, the membrane being formed by one or more reactive or non-reactive starting materials which are brought from a gas phase or a liquid phase to the protective structure and there to a preferably closed membrane grow.

Die zur Herstellung der Membran genutzten Ausgangsstoffe - je nach Konzept ein oder mehrere Ausgangsstoffe - lassen sich über eine Gas- oder flüssige Phase vorlegen. Dabei können im einen Fall ein oder mehrere Ausgangsmaterialien in eine Gasphase überführt werden (beispielsweise organische/anorganische Verbindungen, Metalle). Diese können durch entsprechenden Energieeintrag verdampft (beispielsweise bei PVD - Physical Vapour Deposition) und/oder in ihre reaktive Spezies überführt werden (beispielsweise bei CVD-Prozess - Chemical Vapour Deposition -, Gasphasen- oder Plasmapolymerisation). So bilden beispielsweise Isomere des Xylylens diverse Parylene-Strukturen (Poly-Xylylen). Andererseits ist es auch möglich, reaktive Ausgangsstoffe über eine flüssige Phase bereitzustellen. Dabei kann es sich für eine rheologisch geeignete Einstellung für einen Dosierprozess anbieten, die Ausgangsstoffe in einem geeigneten Lösungsmittel zu lösen. Reaktive Ausgangsstoffe können beispielsweise Klebstoffe, Lacke, reaktive Coatings oder Komponenten/Formulierungsbestandteile, wie sie beispielsweise in Klebstoff-, Lack- oder Coatingformulierungen zum Einsatz kommen, sein. Bei Verwendung von nicht reaktiven/aktivierbaren Ausgangsstoffen kann sich eine Polymer- oder Metallschicht abscheiden, welche sich durch physikalische Strukturbildung, beispielsweise Abdampfen des Lösungsmittels oder Kondensation aus einer gasförmigen oder flüssigen Phase, in eine feste Phase zurückbildet, die strukturell identisch bzw. ähnlich der des Ausgangsmaterials ist, und die Beschichtung auf der Schutzstruktur bildet.The starting materials used to manufacture the membrane - one or more starting materials, depending on the concept - can be introduced via a gas or liquid phase. In one case, one or more starting materials can be converted into a gas phase (for example organic/inorganic compounds, metals). These can be evaporated by a corresponding energy input (for example in PVD—Physical Vapor Deposition) and/or converted into their reactive species (for example in CVD process—Chemical Vapor Deposition—, gas phase or plasma polymerisation). For example, isomers of xylylene form various parylene structures (poly-xylylene). On the other hand, it is also possible to provide reactive starting materials via a liquid phase. For a rheologically suitable setting for a dosing process, it can be advisable to dissolve the starting materials in a suitable solvent. Reactive starting materials can be, for example, adhesives, paints, reactive coatings or components/formulation ingredients, such as those used in adhesive, paint or coating formulations. When using non-reactive/activatable starting materials, a polymer or metal layer can be deposited, which forms back into a solid phase through physical structure formation, for example evaporation of the solvent or condensation from a gaseous or liquid phase, which is structurally identical or similar to that of the Starting material is, and forms the coating on the protective structure.

Bei Abscheidungsprozessen aus gasförmigem (PVD, CVD) oder flüssigen Zustand (beispielsweise ein Sprüh- oder Rakelprozess) können sich an den Grenzflächen zwischen der abgeschiedenen Beschichtung und der Schutzstruktur adhäsive Bindungskräfte ausbilden, um ein strukturell fest verbundenes und dichtes Membransystem zu bilden und somit den Innenbereich der Sensoranordnung abzuschließen. Beim Rakelprozess wird eine flüssige Phase vorgegeben. Diese flüssige Phase kann über einen gewöhnlichen Dosierprozess durch Auspressen des Materials aus einem Gebinde heraus durch eine Düse hindurch auf einen Rakelteller oder auf eine entsprechend geeignete Rakelfläche aufdosiert werden. Dies könnte auch mittels einem Sprühprozess statt Dosierprozess erfolgen, abhängig von der rheologischen Eignung des der flüssigen Phase.In the case of deposition processes from a gaseous (PVD, CVD) or liquid state (e.g. a spray or doctor blade process), form adhesive binding forces at the interfaces between the deposited coating and the protective structure in order to form a structurally firmly connected and sealed membrane system and thus close off the interior of the sensor arrangement. A liquid phase is specified for the squeegee process. This liquid phase can be dosed using a standard dosing process by squeezing the material out of a container through a nozzle onto a squeegee plate or a correspondingly suitable squeegee surface. This could also be done using a spraying process instead of a dosing process, depending on the rheological suitability of the liquid phase.

Bei der Bildung der Membran kann ein Endzeitpunkt der Reaktion und damit eine Steuerung der Dicke der entstehenden Membran durch unterschiedliche Maßnahmen erreicht werden. Das Ende der Reaktion kann beispielsweise durch einen vollständigen Verbrauch eines der Edukte, bevorzugt des in einem Medium gelösten Edukts, eingestellt werden. Ebenso ist es denkbar, eine Abbruchreaktion durch einen externen Stimulus oder durch Zugabe eines weiteren Reagenzes zu erreichen. Weiterhin ist denkbar, dass die entstehende Membran nur teilvernetzt ist und in einem anschließenden Schritt durch einen externen Stimulus (beispielsweise Licht, UV, IR, Temperatur oder Ähnlichem) final vernetzt wird und dadurch die mechanischen Eigenschaften der Membran und gegebenenfalls die Verbindung zum Gehäuse eingestellt werden.During the formation of the membrane, an end point in time for the reaction and thus control of the thickness of the membrane being formed can be achieved by various measures. The end of the reaction can be set, for example, by complete consumption of one of the starting materials, preferably the starting material dissolved in a medium. It is also conceivable to achieve a termination reaction by an external stimulus or by adding another reagent. It is also conceivable that the resulting membrane is only partially crosslinked and is finally crosslinked in a subsequent step by an external stimulus (e.g. light, UV, IR, temperature or the like), thereby adjusting the mechanical properties of the membrane and, if necessary, the connection to the housing .

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings, and from the associated description of the figures based on the drawings. It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.Preferred designs and embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to identical or similar or functionally identical components or elements.

Figurenlistecharacter list

Dabei zeigt:

1 schematische Darstellungen von verschiedenen Ausgestaltungen einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung mit an und/oder in einer Gehäuseöffnung angeordneter Schutzstruktur,
2 schematische Darstellungen von verschiedenen Ausgestaltungen einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einer als Teil eines Gehäuses ausgebildeter Schutzstruktur,
3 schematische Darstellungen von verschiedenen Ausgestaltungen einer Schutzstruktur,
4 schematische Darstellungen von verschiedenen Ausgestaltungen einer Schutzstruktur mit einer Einfüllöffnung,
5 ein Ablaufdiagramm für eine Ausgestaltung eines Herstellverfahrens,
6 schematische Darstellungen mit verschiedenen Phasen der Herstellung einer Membran in Strukturöffnungen einer Schutzstruktur,
7 schematische Darstellungen einer Sensoranordnung mit verschiedenen Zwischenschritten bei einer Ausgestaltung eines Herstellverfahrens,
8 schematische Darstellungen einer Sensoranordnung mit verschiedenen Zwischenschritten bei einer anderen Ausgestaltung eines Herstellverfahrens,
9 schematische Darstellungen einer Ausgestaltung einer Sensoranordnung mit einer als Teil des Gehäuses ausgebildeter Schutzstruktur mit verschiedenen Füllständen eines Schutzmediums,
10 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer Sensoranordnung mit einer Stoppkante und
11 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer Sensoranordnung mit einer durch thermische Ausdehnung beanspruchten Membran an einer Schutzstruktur.

It shows:

1 schematic representations of various configurations of a sensor arrangement according to the present disclosure with a protective structure arranged on and/or in a housing opening,
2 schematic representations of various configurations of a sensor arrangement according to the present disclosure with a protective structure designed as part of a housing,
3 schematic representations of different configurations of a protective structure,
4 schematic representations of various configurations of a protective structure with a filling opening,
5 a flowchart for an embodiment of a manufacturing process,
6 schematic representations with different phases of the production of a membrane in structural openings of a protective structure,
7 schematic representations of a sensor arrangement with various intermediate steps in an embodiment of a manufacturing method,
8th schematic representations of a sensor arrangement with various intermediate steps in another embodiment of a manufacturing process,
9 schematic representations of an embodiment of a sensor arrangement with a protective structure designed as part of the housing with different fill levels of a protective medium,
10 a schematic representation of an embodiment of a sensor arrangement with a stop edge and
11 a schematic representation of an embodiment of a sensor arrangement with a stressed by thermal expansion membrane on a protective structure.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 und 2 und 7 bis 10 zeigen schematische Darstellungen von verschiedenen Ausgestaltungen einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Dabei sind identische oder ähnliche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Übersichtlichkeit wegen sind im Wesentlichen die Bezugszeichen in den Figuren eingezeichnet, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur von Bedeutung sind. Die verschiedenen Ausgestaltungen der Sensoranordnung 1 umfassen jeweils ein Sensierelement 2, das als MEMS ausgebildet und auf einem Substrat 3 angeordnet ist. Auf dem Substrat 3 ist ein Gehäuse 4 mit einer Gehäuseöffnung 5 angeordnet, wobei die Gehäuseöffnung 5 eine Wechselwirkung eines Umgebungsmediums 19 mit dem Sensierelement 2 erlaubt. In den dargestellten Ausgestaltungen ist das Gehäuse durch einen zylindrischen Ring gebildet, der zusammen mit dem Substrat 3 einen nach oben hin prinzipiell offenen Innenbereich 6 begrenzt. Neben einem zylindrischen Ring sind auch andere Gehäuseformen denkbar, beispielsweise mit einer in Draufsicht rechteckigen Innen- und Außenkontur. Bei der Gehäuseöffnung 5 ist eine Schutzstruktur 7 angeordnet, die den Innenbereich 6 zusätzlich begrenzt. Die Schutzstruktur 7 ist durch Stege 8 gebildet, wobei zwischen den Stegen 8 jeweils Strukturöffnungen 9 ausgebildet sind.the 1 and 2 and 7 until 10 show schematic representations of different configurations of a sensor arrangement according to the present disclosure. Identical or similar components are denoted by the same reference symbols. For the sake of clarity, the reference numbers that are important for the description of the respective figure are essentially shown in the figures. The various configurations of the sensor arrangement 1 each include a sensing element 2 which is in the form of an MEMS and is arranged on a substrate 3 . A housing 4 with a housing opening 5 is arranged on the substrate 3, the housing opening 5 allowing an interaction of a surrounding medium 19 with the sensing element 2 permitted. In the configurations shown, the housing is formed by a cylindrical ring which, together with the substrate 3, delimits an inner region 6 which is in principle open at the top. In addition to a cylindrical ring, other housing shapes are also conceivable, for example with an inner and outer contour that is rectangular in plan view. A protective structure 7 , which additionally delimits the interior area 6 , is arranged at the housing opening 5 . The protective structure 7 is formed by webs 8 , structural openings 9 being formed between the webs 8 .

In 1A ist die Schutzstruktur 7 an der Gehäuseöffnung 5 angeordnet, indem die Schutzstruktur 7 an einer Berandung 10 der Gehäuseöffnung 5 befestigt ist. In 1B ist die Sensoranordnung nach 1A abgebildet, wobei zusätzlich der Innenbereich 6 teilweise mit einem Schutzmedium 11 ausgefüllt ist. In 1C ist die Schutzstruktur 7 an einer Stufe 12 im Gehäuse 4 befestigt und der Innenbereich 6 mit einem Schutzmedium 11 ausgefüllt. In 1D ist zusätzlich eine Membran 13 in den Strukturöffnungen 9 angeordnet.In 1A the protective structure 7 is arranged on the housing opening 5 by the protective structure 7 being fastened to an edge 10 of the housing opening 5 . In 1B is the sensor arrangement after 1A shown, with the inner area 6 also being partially filled with a protective medium 11 . In 1C the protective structure 7 is attached to a step 12 in the housing 4 and the interior 6 is filled with a protective medium 11 . In 1D a membrane 13 is additionally arranged in the structure openings 9 .

Bei den 2A und 2B ist die Schutzstruktur 7 als Teil des Gehäuses 4 ausgebildet. In der Ausführungsform gemäß 2A ist der Querschnitt der Stege 8 kreisförmig ausgebildet. In der Ausführungsführungsform gemäß 2B ist der Querschnitt der Stege 8 rechteckig, wobei die Stege 8 tief in den Innenbereich 6 hinabreichen.Both 2A and 2 B the protective structure 7 is formed as part of the housing 4 . In the embodiment according to 2A the cross section of the webs 8 is circular. In the embodiment according to 2 B the cross-section of the ridges 8 is rectangular, with the ridges 8 reaching deep into the interior 6 .

In den 3A bis 3C sind verschiedene Ausführungsformen einer Schutzstruktur 7 dargestellt. Mit Bezug auf die 1 und 2 wäre Schutzstruktur 7 bei einem Blick von oben auf die Sensoranordnung 1 wie in 3 dargestellt erkennbar. In allen 3A bis 3C ist die Schutzstruktur 7 kreisrund und weist einen ringförmigen Rahmen 14 auf, der zum Befestigen der Schutzstruktur 7 an oder in der Gehäuseöffnung 5 genutzt werden kann. Die Schutzstruktur kann einstückig ausgebildet sein. In der 3A sind die Stege 8 der Schutzstruktur 9 derart angeordnet, dass die zwischen den Stegen 8 gebildeten Strukturöffnungen 9 eine hexagonale Form aufweisen. Bei 3B sind die zwischen den Stegen 8 ausgebildeten Strukturöffnungen 9 Quadrate. Bei 3C sind die zwischen den Stegen 8 gebildeten Strukturöffnungen 9 Kreisringsektoren bzw. in der Nähe des Mittelpunkts des Rahmens 14 Kreissektoren.In the 3A until 3C different embodiments of a protective structure 7 are shown. With reference to the 1 and 2 would be protective structure 7 when looking at the sensor arrangement 1 from above as in 3 shown recognizable. In all 3A until 3C For example, the protective structure 7 is circular and has an annular frame 14 that can be used to attach the protective structure 7 to or in the housing opening 5 . The protective structure can be formed in one piece. In the 3A the webs 8 of the protective structure 9 are arranged in such a way that the structure openings 9 formed between the webs 8 have a hexagonal shape. at 3B the structural openings 9 formed between the webs 8 are squares. at 3C are the structural openings formed between the webs 8 9 circular ring sectors or near the center of the frame 14 circular sectors.

Die 4A und 4B zeigen Schutzstrukturen 7, bei denen jeweils eine Einfüllöffnung 15 ausgebildet sind. Dabei ist die Ausführungsform nach 4A ähnlich zu der Ausführungsform der 3A, wobei die in Mittelpunkt des Rahmens 14 gelegenen sieben Strukturöffnungen durch Weglassen einiger Stege 8 die Einfüllöffnung 15 bilden. Die Ausführungsform gemäß 4B ist ähnlich zu der Ausführungsform gemäß 3C, wobei die vier Kreissektoren bei dem Mittelpunkt des Rahmens 14 die Einfüllöffnung 15 bilden. the 4A and 4B show protective structures 7, in each of which a filling opening 15 is formed. Here is the embodiment 4A similar to the embodiment of FIG 3A , The seven structural openings located in the center of the frame 14 forming the filling opening 15 by omitting some webs 8 . The embodiment according to 4B is similar to the embodiment according to FIG 3C , wherein the four sectors of a circle form the filling opening 15 at the center point of the frame 14 .

5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens. In Schritt S1 wird ein Gehäuse mit einer Gehäuseöffnung und einer Schutzstruktur hergestellt. In Schritt S2 wird ein Sensierelement in einen in dem Gehäuse gebildeten Innenbereich eingebracht. Es sei darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der Schritte S1 und S2 in einer anderen Ausführungsform auch vertauscht sein kann. In einem optionalen Schritt S3 wird eine Membran 13 hergestellt, indem alle oder zumindest einige der Strukturöffnungen 9 zwischen den Stegen 8 der Schutzstruktur 7 ausgefüllt werden. 5 shows a flowchart of an embodiment of a manufacturing method. In step S1, a case having a case opening and a protective structure is manufactured. In step S2, a sensing element is placed in an interior formed in the housing. It should be pointed out that the order of steps S1 and S2 can also be reversed in another specific embodiment. In an optional step S3, a membrane 13 is produced in that all or at least some of the structural openings 9 between the webs 8 of the protective structure 7 are filled.

6 stellt verschiedene Zwischenschritte des Schrittes S3 dar. Ein oder mehrere Ausgangsstoffe 16, die in 6 schematisch als Ellipsen dargestellt sind, werden in einer Gas- oder flüssigen Phase auf die Stege 8 der Schutzstruktur 7 aufgebracht. Dort bilden sie nach und nach eine Membran 13 in den Strukturöffnungen 9 zwischen den Stegen 8. Der Fortschritt der Membranbildung ist beispielhaft bei neun benachbarten quadratischen Strukturöffnungen 9 in fünf Zwischenstufen dargestellt. In der links dargestellten Zwischenstufe sind die Stege 8 noch ohne Membran dargestellt. Es lagert sich nach und nach eine Membran an, bis in der rechts dargestellten Zwischenstufe eine geschlossene Membran 13 entstanden ist. 6 represents various intermediate steps of step S3. One or more starting materials 16, which in 6 are shown schematically as ellipses are applied to the webs 8 of the protective structure 7 in a gas or liquid phase. There they gradually form a membrane 13 in the structure openings 9 between the webs 8. The progress of the membrane formation is shown as an example in nine adjacent square structure openings 9 in five intermediate stages. In the intermediate stage shown on the left, the webs 8 are still shown without a membrane. A membrane gradually accumulates until a closed membrane 13 has formed in the intermediate stage shown on the right.

Bei der Herstellung der Membran 13 können prinzipiell verschiedene Ansätze verfolgt werden. In einer Variante kann ein chemisch nicht reaktiver Ausgangsstoff an den Stegen 8 der Schutzstruktur 7 abgeschieden/angelagert werden. Dabei kann der Ausgangsstoff die Schutzstruktur 7 umschließen. In einer anderen Variante kann ein chemisch reaktiver Ausgangsstoff (beispielsweise eine Klebstoffkomponente) oder ein chemisch nicht-reaktiver Ausgangsstoff (beispielsweise ein Precursor), der über einen zusätzlichen Prozessschritt (Aktivierungsschritt, zum Beispiel in Rahmen eines CVD-Prozesses) in eine reaktive Spezies überführt wird, verwendet werden. In einer noch anderen Variante werden zwei oder mehr Ausgangsstoffe verwendet, die sich durch eine chemische Reaktion (beispielsweise eine Polymerreaktion) an der Schutzstruktur 7 reaktiv abscheiden.In principle, different approaches can be followed in the production of the membrane 13 . In one variant, a chemically non-reactive starting material can be deposited/accumulated on the webs 8 of the protective structure 7 . In this case, the starting material can enclose the protective structure 7 . In another variant, a chemically reactive starting material (e.g. an adhesive component) or a chemically non-reactive starting material (e.g. a precursor) can be converted into a reactive species via an additional process step (activation step, e.g. as part of a CVD process). , be used. In yet another variant, two or more starting materials are used, which are reactively deposited on the protective structure 7 by a chemical reaction (for example a polymer reaction).

Gegebenenfalls kann in den beiden letztgenannten Varianten je nach Auftrags- und Reaktionskonzept (beispielsweise CVD, lösungsmittelbasierter Sprühprozess) und der Anforderung an die kovalente Anbindung der abgeschiedenen Beschichtung an der Schutzstruktur 7 diese mit einen zusätzlichen Haftvermittler beschichtet werden, der wiederum mit den an der Grenzfläche abreagierenden reaktiven Ausgangsstoffen reagieren oder starke chemische Wechselwirkungen eingehen kann und damit eine feste Anbindung einer wachsenden Polymerschicht an den Stegen 8 der Schutzstruktur 7 ermöglicht. In einer anderen Ergänzung kann die Schutzstruktur 7 im Rahmen einer chemischen Polymerstruktur derart designt sein, dass das polymere Backbone reaktive Gruppen oder andere reaktionsfördernde Additive enthält, die mit den an der Grenzfläche abreagierenden Ausgangsmaterialien reagieren und kovalente oder stark chemische Wechselwirkungen eingehen kann und damit eine feste Anbindung einer wachsenden Polymerschicht an der Schutzstruktur 7 ermöglicht. Dabei können auch der Schutzstruktur 7 Additive beigemischt sein (beispielsweise Rezeptur eines polymeren Materials), die den Anhaftungsprozess an der Schutzstruktur 7 und/oder die Reaktion zwischen den reaktiven Ausgangsstoffen katalysieren, beschleunigen oder aktivieren.If necessary, in the latter two variants, depending on the application and reaction concept (e.g. CVD, solvent-based spray process) and the requirement for the covalent connection of the deposited coating to the protective structure 7, this can be coated with an additional adhesion promoter, which in turn with react with the reactive starting materials reacting at the interface or can enter into strong chemical interactions and thus enables a growing polymer layer to be firmly attached to the webs 8 of the protective structure 7 . In another addition, the protective structure 7 can be designed as part of a chemical polymer structure in such a way that the polymeric backbone contains reactive groups or other reaction-promoting additives that react with the starting materials reacting at the interface and can enter into covalent or strong chemical interactions and thus create a solid Connection of a growing polymer layer to the protective structure 7 allows. In this case, additives can also be added to the protective structure 7 (for example a formulation of a polymeric material) which catalyze, accelerate or activate the adhesion process to the protective structure 7 and/or the reaction between the reactive starting materials.

Gegebenenfalls ist es förderlich durch einen weiteren Prozessschritt die chemische Vernetzung in den beiden letztgenannten Varianten zu beschleunigen (Taktzeitanforderungen, Erreichen einer Mindest-/Anfangsfestigkeit, die eine weitere Prozessierung erlaubt) oder im Rahmen eines post-curings gezielt abzuschließen (beispielsweise durch Bestrahlung mittels UV/IR, Erreichen stabiler thermomechanischer/thermochemischer Materialendeigenschaften). Nach Abschluss des Beschichtungsprozesses (und gegebenenfalls erforderlichen postcuring Härtungsprozesses) bildet die abgeschiedene Schicht zusammen mit den Stegen 8 der Schutzstruktur 7 eine Membran 13, die das Sensorgehäuse 4 auf der Druckseite dicht verschließt.It may be beneficial to accelerate the chemical crosslinking in the latter two variants by a further process step (cycle time requirements, achievement of a minimum/initial strength that allows further processing) or to finish it in a targeted manner as part of a post-curing (e.g. by irradiation with UV/ IR, Achievement of stable final thermomechanical/thermochemical material properties). After completion of the coating process (and any required post-curing hardening process), the deposited layer forms a membrane 13 together with the webs 8 of the protective structure 7, which tightly closes the sensor housing 4 on the pressure side.

Die 7A bis 7D zeigen verschiedene Zwischenschritte bei einer Ausgestaltung eines Herstellverfahrens. In 7A ist das Sensierelement 2 in das Gehäuse 4 eingebracht. Danach wird die Gehäuseöffnung 5 durch eine Schutzstruktur 7 verschlossen. Das Ergebnis dieser Schritte ist in 6B dargestellt. In einem nächsten Schritt wird ein Innenbereich 6 des Gehäuses 4 mit einem Schutzmedium 11 ausgefüllt. Hier kann das Bereitstellen einer hier nicht dargestellten Einfüllöffnung 15 hilfreich sein. In einem weiteren Schritt wird eine Membran 13 hergestellt. Die Ergebnisse der Schritte sind in den 7C und 7D dargestellt.the 7A until 7D show various intermediate steps in an embodiment of a manufacturing process. In 7A the sensing element 2 is introduced into the housing 4. Thereafter, the housing opening 5 is closed by a protective structure 7 . The result of these steps is in 6B shown. In a next step, an interior area 6 of the housing 4 is filled with a protective medium 11 . The provision of a filling opening 15 (not shown here) can be helpful here. In a further step, a membrane 13 is produced. The results of the steps are in the 7C and 7D shown.

Bei 8 ist der Ausgangspunkt (8A) und das Ergebnis (8D) identisch zu den 7A beziehungsweise 7D. In 8 wird allerdings zuerst ein Schutzmedium 11 eingefüllt (8B) und danach die Schutzstruktur 7 ausgebracht (8C).at 8th is the starting point ( 8A ) And the result ( 8D ) identical to the 7A or 7D. In 8th However, a protective medium 11 is first filled in ( 8B ) and then deployed the protective structure 7 ( 8C ).

In den Teilfiguren der 9 ist eine Ausgestaltung einer Sensoranordnung mit einer als Teil des Gehäuses 4 ausgebildeten Schutzstruktur 7 und verschiedenen Füllständen eines Schutzmediums 11 dargestellt. Bei 9A endet das Schutzmedium 11 unterhalb der Schutzstruktur 7. Eine derartige Ausgestaltung bietet sich beispielsweise bei der Verwendung eines Gels als Schutzmedium an. Bei 9B reicht das Schutzmedium 11 bis etwa zur Hälfte der Schutzstruktur 7. Bei 9C reicht das Schutzmedium 11 bis an das obere Ende der Schutzstruktur 7. Eine Ausgestaltung wie in 9B oder 9C bietet sich beispielsweise bei der Verwendung eines Öls als Schutzmedium 11 an, welches vorteilhaft mit einer Membran 13 verschlossen werden kann.In the sub-figures of 9 an embodiment of a sensor arrangement with a protective structure 7 formed as part of the housing 4 and different fill levels of a protective medium 11 is shown. at 9A the protective medium 11 ends below the protective structure 7. Such an embodiment is appropriate, for example, when using a gel as the protective medium. at 9B extends the protective medium 11 to about half of the protective structure 7. At 9C the protective medium 11 extends to the upper end of the protective structure 7. An embodiment as in 9B or 9C is useful, for example, when using an oil as the protective medium 11, which can advantageously be sealed with a membrane 13.

10 zeigt eine Ausgestaltung einer Sensoranordnung, bei der im Innenbereich 6 eine Stoppkante 17 ausgebildet ist. Die Stoppkante 17 ist spitzwinklig ausgebildet und weist in Richtung Gehäuseöffnung 5. Bei der Stoppkante 17 ist ein Rücksprung 18 ausgebildet. Wenn das Schutzmedium 11 durch ein Gel gebildet ist, verhindert die Stoppkante 17, dass sich das Schutzmedium 11 an einer Innenwandung des Gehäuses 4 hochkriecht und an die Schutzstruktur 7 stößt. Damit kann eine Stoppkante 17 die Zuverlässigkeit erhöhen, insbesondere bei einer thermischen Ausdehnung des Schutzmediums 11. 10 shows an embodiment of a sensor arrangement in which a stop edge 17 is formed in the inner area 6 . The stop edge 17 is formed at an acute angle and points in the direction of the housing opening 5. The stop edge 17 has a recess 18 formed. If the protective medium 11 is formed by a gel, the stop edge 17 prevents the protective medium 11 from creeping up an inner wall of the housing 4 and hitting the protective structure 7 . A stop edge 17 can thus increase reliability, particularly in the event of thermal expansion of the protective medium 11.

11 zeigt eine Ausgestaltung einer Sensoranordnung, bei der die Membran 13 nach Außen gewölbt ist. Da das Gehäuse 4, die Schutzstruktur 7 und die Membran 13 den Innenbereich 6 dicht abschließen, wird eine thermische Ausdehnung des Schutzmediums 11 auf die Membran 13 drücken. Dadurch kann eine Auswölbung der Membran 13 entstehen. Bei ausreichender Flexibilität der Stege 8 kann sich auch die gesamte Schutzstruktur 7 auswölben (hier nicht dargestellt). 11 shows an embodiment of a sensor arrangement in which the membrane 13 is curved outwards. Since the housing 4, the protective structure 7 and the membrane 13 seal the inner area 6 tightly, a thermal expansion of the protective medium 11 will press on the membrane 13. This can cause the membrane 13 to bulge. If the webs 8 are sufficiently flexible, the entire protective structure 7 can also bulge (not shown here).

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

JP H02012029 A [0005]
US 2015/0219513 A1 [0005]
US 2020/0031661 A1 [0005]
US2014011081A1 [0006]

Claims

Sensor arrangement, at least comprising a housing (4), a sensing element (2) arranged in the housing (4) and a protective structure (7), wherein the sensing element (2) detects a physical input variable and converts it into an electrical sensor signal, wherein the housing (4) has a housing opening (5) which allows direct or indirect interaction of a surrounding medium (19) with the sensing element (2), wherein the protective structure (7) has a plurality of webs (8) and a plurality of structural openings (9) formed between the webs (8), the plurality of webs (8) being connected to one another and the protective structure (7) being arranged relative to the housing opening (5 ) is arranged such that the protective structure (7) delimits the housing (4) at least partially.

sensor arrangement claim 1 , characterized in that a membrane (13) is formed between webs (8) delimiting a structural opening (9), the membrane (13) preferably closing the structural opening (9) in an air-tight and/or liquid-tight manner.

sensor arrangement claim 1 or 2 , characterized in that the membrane (13) is produced by a process of depositing a reactive or non-reactive starting material (16) on the webs (8).

Sensor arrangement according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the protective structure (7) forms a lattice structure and/or that the protective structure (7) is formed in one piece or as a composition of substructures and/or that the protective structure is injection molded and/or produced by laser cutting.

Sensor arrangement according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the protective structure (7) is connected to the housing (4) at or in the housing opening (5) and/or is designed as part of the housing (4).

Sensor arrangement according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the sensing element (2) is embedded in a protective medium (11), the protective medium (11) at least partially filling an interior area (6) of the housing (4), and the protective medium (11) preferably consisting of a gel or an oil is formed.

sensor arrangement claim 6 , characterized in that in the protective structure (7) a filling opening (15) is formed, via which the protective medium (11) can be filled into the inner area (6), the filling opening (15) preferably having a size of several structural openings (9) , preferably a size of at least four, more preferably at least six structural openings (9).

sensor arrangement claim 6 or 7 , characterized in that inside the housing (4) a preferably circumferential stop edge (17) is formed, with a recess (18) being formed on the stop edge, with the stop edge (17) being formed to prevent the protective medium (11 ) along a housing wall beyond the stop edge (17), and wherein the stop edge (17) preferably points in the direction of the housing opening (5) and/or is preferably formed at an acute angle.

Sensor arrangement according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that a large number of the several structural openings (9) form squares, rectangles, hexagons, a circular sector and/or a circular ring sector.

Sensor arrangement according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the protective structure (7) has a maximum thickness of less than or equal to 200 µm, preferably less than or equal to 100 µm, particularly preferably less than or equal to 50 µm, and / or a minimum thickness of greater than or equal to 10 µm, preferably greater than or equal to 20 µm exhibit.

Sensor arrangement according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the webs (8) delimiting a structural opening (9) have openings of less than 500 µm, preferably less than 300 µm, very particularly preferably less than 250 µm and/or more than 50 µm, preferably more than 100 µm, particularly preferably allow more than 200 microns.

Sensor arrangement according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the sensing element (2) has a MEMS - micro-electro-mechanical system - and / or the functionality of a pressure sensor, an environment sensor, an environmental sensor, a humidity sensor or a gas sensor realized.

Housing for a sensor arrangement according to one of Claims 1 until 12 , having a housing opening (5) and a protective structure (7), the housing (4) enclosing an inner region (6) which is designed to accommodate a sensing element (2), and the protective structure (7) having a plurality of webs ( 8) and a plurality of structural openings (9) formed between the webs (8) and in such a way relative to the housing opening tion (5) is arranged such that the protective structure (7) delimits the housing (4) at least partially.

Method for producing a sensor arrangement according to one of Claims 1 until 12 , at least comprising: producing (S1) a housing (4) with a housing opening (5) and a protective structure (7), the protective structure (7) having a plurality of webs (8) connected to one another and a plurality of structural openings (8) formed between the webs (8) 9) and is arranged relative to the housing opening (5) in such a way that the protective structure (7) at least partially delimits the housing (4), and introducing (S2) a sensing element (2) into an interior area formed in the housing (4). (6).

procedure after Claim 14 , characterized in that the sensing element (2) is embedded in a liquid protective medium (11), so that the protective medium (11) fills an inner region (6) of the housing (4) at least up to the protective structure (7), and that in a further Process step (S3) a membrane (13) is formed on the protective structure (7), so that the membrane rests on the protective medium and the structural openings (9) of the protective structure (7) at least partially closes.

procedure after claim 15 , characterized in that the membrane (13) is formed by one or more reactive or non-reactive starting materials (16), which is brought from a gas phase or a liquid phase to the protective structure (7) and there to form a preferably closed membrane ( 13) grow.