DE102020214796A1 - Process for manufacturing a sensor and sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, wobei der Sensor ein Sensierelement und ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse einen Innenraum aufweist, der durch eine Gehäuseöffnung zugänglich ist, und wobei das Sensierelement in dem Innenraum angeordnet ist und zum Erfassen einer Eigenschaft und/oder einer Zusammensetzung eines Umgebungsmediums des Sensors ausgebildet ist, umfassend:• Einfüllen eines Schutzmediums in den Innenraum, wobei das Schutzmedium zum Übertragen der Eigenschaft und/oder der Zusammensetzung des Umgebungsmediums an das Sensierelement ausgebildet ist,• Festlegen einer Membran an oder in der Gehäuseöffnung zum Verschließen der Gehäuseöffnung, wobei die Membran zumindest teilweise für ein Gas permeabel ist, wodurch ein in dem Innenraum vorhandenes Gas durch molekularen Zwischenräume der Membran aus dem Innenraum entweichen kann, und• Verschließen der molekularen Zwischenräume der Membran zum Bilden einer gasdichten Membran.Die Erfindung betrifft ferner einen Sensor, der mit einem entsprechenden Verfahren hergestellt worden ist.The invention relates to a method for producing a sensor, the sensor having a sensing element and a housing, the housing having an interior which is accessible through a housing opening, and the sensing element being arranged in the interior and for detecting a property and/or or a composition of a medium surrounding the sensor, comprising:• Filling a protective medium into the interior, the protective medium being designed to transmit the property and/or the composition of the surrounding medium to the sensing element,• Fixing a membrane on or in the housing opening for Closing the housing opening, the membrane being at least partially permeable to a gas, whereby a gas present in the interior can escape from the interior through molecular interstices of the membrane, and• closing the molecular interstices of the membrane to form a gas-tight membrane.The invention relates also a sensor that has been manufactured using a corresponding method.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, wobei der Sensor ein Sensierelement und ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse einen Innenraum aufweist, der durch eine Gehäuseöffnung zugänglich ist, und wobei das Sensierelement in dem Innenraum angeordnet ist und zum Erfassen einer Eigenschaft und/oder einer Zusammensetzung eines Umgebungsmediums des Sensors ausgebildet ist.The invention relates to a method for producing a sensor, the sensor having a sensing element and a housing, the housing having an interior which is accessible through a housing opening, and the sensing element being arranged in the interior and for detecting a property and/or or a composition of a medium surrounding the sensor.
Die Erfindung betrifft ferner einen Sensor.The invention also relates to a sensor.
Stand der TechnikState of the art
Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Sensoren anwendbar ist, mit denen eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung eines Umgebungsmediums erfasst werden kann, wird die vorliegende Offenbarung in Bezug auf Drucksensoren erläutert.Although the present invention is generally applicable to any sensor capable of sensing a property and/or composition of a surrounding medium, the present disclosure will be discussed in relation to pressure sensors.
Drucksensoren haben auf breiter Front in Consumer-Elektronikgeräten, wie beispielsweise Smartphones und Smartwatches, Einzug gefunden. Getrieben durch neue Anwendungen, wie beispielsweise Indoor-Navigation oder Tracking von Fitnessübungen, nehmen die Anforderungen an die Messgenauigkeit der Drucksensoren stetig zu. Gleichzeitig werden neue Gerätegenerationen mediendicht und schmutzabweisend ausgelegt, sodass hochpräzise und mediendichte Drucksensoren gefordert sind. Ebenso ist es notwendig, dass die Drucksensoren im Laufe der Lebensdauer möglichst wenig verschmutzen, um eine störungsfreie Funktionalität zu gewährleisten. Die für die Sensorik notwendigen, gegenüber einem Umgebungsmedium exponierten Flächen des Sensors sollten daher eine möglichst geringe Tendenz zur Verschmutzung aufweisen. Ganz ähnliche Anforderungen bestehen auch außerhalb des Consumer-Elektronikbereichs.Pressure sensors have found widespread adoption in consumer electronic devices such as smartphones and smartwatches. Driven by new applications, such as indoor navigation or tracking fitness exercises, the demands on the measurement accuracy of pressure sensors are constantly increasing. At the same time, new device generations are designed to be media-tight and dirt-repellent, so that high-precision and media-tight pressure sensors are required. It is also necessary for the pressure sensors to get as little dirt as possible over the course of their service life in order to ensure trouble-free functionality. The surfaces of the sensor that are required for the sensor system and are exposed to a surrounding medium should therefore have the lowest possible tendency to become soiled. Very similar requirements also exist outside of the consumer electronics sector.
Zum Erreichen hochpräziser und dennoch gut miniaturisierbarer Sensoren ist es bekannt, das Sensierelement des Sensors als MEMS - Mikro-Elektro-Mechanisches System - auszubilden. Zum Erreichen eines mediendichten Sensors kann das Sensierelement in ein Schutzmedium eingebettet und dadurch gegenüber einem direkten Kontakt mit einem Umgebungsmedium geschützt werden. Bekannte Schutzmedien sind durch Gele oder Öle gebildet. Das Schutzmedium hat zusätzlich die Aufgabe, eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung des Umgebungsmediums an das Sensierelement zu leiten und eine Erfassung der Eigenschaft und/oder der Zusammensetzung durch das Sensierelement zu ermöglichen. Es ist bekannt, die Oberfläche des Schutzmediums, die mit dem Umgebungsmedium in Kontakt steht, mit einer Membran zu schützen. Im Falle eines Fluids als Schutzmedium verhindert diese Membran zusätzlich ein Auslaufen des Schutzmediums.In order to achieve high-precision sensors that can nevertheless be easily miniaturized, it is known to design the sensing element of the sensor as a MEMS—micro-electro-mechanical system. In order to achieve a medium-tight sensor, the sensing element can be embedded in a protective medium and thereby protected against direct contact with a surrounding medium. Known protective media are formed by gels or oils. The protective medium also has the task of conducting a property and/or a composition of the surrounding medium to the sensing element and enabling the property and/or the composition to be detected by the sensing element. It is known to use a membrane to protect the surface of the protective medium that is in contact with the surrounding medium. In the case of a fluid as the protective medium, this membrane also prevents the protective medium from leaking out.
Bei Verwendung einer Membran sollte - insbesondere bei Verwendung eines Fluids als Schutzmedium - sichergestellt sein, dass zwischen Schutzmedium und Membran möglichst keine Lufteinschlüsse verbleiben. Nach einer bekannten Lösung weist das Sensorgehäuse eine Einfüllöffnung und eine Absaugöffnung auf. Durch die Einfüllöffnung wird das Schutzmedium in den Innenraum eingefüllt und durch die Absaugöffnung überschüssige Luft abgesaugt. Nach Einfüllen des Schutzmediums in den Innenraum werden die Einfüllöffnung und die Absaugöffnung verschlossen, beispielsweise durch einen Stopfen. Nachteilig hieran ist, dass die Herstellung des Sensorgehäuses durch die zusätzlichen Öffnungen aufwändig wird.When using a membrane - especially when using a fluid as the protective medium - it should be ensured that no air pockets remain between the protective medium and the membrane. According to a known solution, the sensor housing has a filling opening and a suction opening. The protective medium is filled into the interior through the filling opening and excess air is sucked out through the suction opening. After the protective medium has been filled into the interior, the filling opening and the suction opening are closed, for example with a plug. The disadvantage of this is that the manufacture of the sensor housing becomes complex due to the additional openings.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors bereit, wobei der Sensor ein Sensierelement und ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse einen Innenraum aufweist, der durch eine Gehäuseöffnung zugänglich ist, und wobei das Sensierelement in dem Innenraum angeordnet ist und zum Erfassen einer Eigenschaft und/oder einer Zusammensetzung eines Umgebungsmediums des Sensors ausgebildet ist, umfassend:
- • Einfüllen eines Schutzmediums in den Innenraum, wobei das Schutzmedium zum Übertragen der Eigenschaft und/oder der Zusammensetzung des Umgebungsmediums an das Sensierelement ausgebildet ist,
- • Festlegen einer Membran an oder in der Gehäuseöffnung zum Verschließen der Gehäuseöffnung, wobei die Membran zumindest teilweise für ein Gas permeabel ist, wodurch ein in dem Innenraum vorhandenes Gas durch molekulare Zwischenräume der Membran aus dem Innenraum entweichen kann, und
- • Verschließen der molekularen Zwischenräume der Membran zum Bilden einer gasdichten Membran.
- • filling a protective medium into the interior, the protective medium being designed to transfer the property and/or the composition of the surrounding medium to the sensing element,
- • fixing a membrane on or in the housing opening to close the housing opening, the membrane being at least partially permeable to a gas, whereby a gas present in the interior space can escape from the interior space through molecular interstices of the membrane, and
- • Closing the molecular interstices of the membrane to form a gas-tight membrane.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Sensor, vorzugsweise einen Drucksensor, bereit, hergestellt mit einem Verfahren gemäß der vorgenannten Ausführungsform.In a further embodiment, the present invention provides a sensor, preferably a pressure sensor, produced with a method according to the aforementioned embodiment.
Vor dem Einfüllen eines Schutzmediums, dem Festlegen einer Membran und dem Verschließen der molekularen Zwischenräume der Membran wird ein Sensor als eine Art „Sensor-Rohling“ bereitgestellt. Dieser Sensor umfasst ein Gehäuse, das einen Innenraum und eine Gehäuseöffnung aufweist. In dem Innenraum ist ein Sensierelement angeordnet. Die Gehäuseöffnung ermöglicht einen Zugang zu dem Innenraum. Dies bedeutet einerseits, dass eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung eines Umgebungsmediums von außerhalb des Sensors durch die Gehäuseöffnung - direkt oder indirekt - zu dem Sensierelement gelangen kann. Andererseits ermöglicht der Zugang ein Einfüllen des Schutzmediums in den Innenraum.A sensor is prepared as a kind of “sensor blank” before a protective medium is filled in, a membrane is fixed and the molecular interstices of the membrane are sealed placed. This sensor includes a housing that has an interior space and a housing opening. A sensing element is arranged in the interior. The housing opening allows access to the interior. On the one hand, this means that a property and/or a composition of an environmental medium can reach the sensing element from outside the sensor through the housing opening—directly or indirectly. On the other hand, access allows the protective medium to be filled into the interior.
Die Membran kann aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein, solange diese Membran für ein Gas permeabel ist. Dabei kann lediglich ein Bereich oder einzelne Bereiche der Membran permeabel für Gas sein, während andere Bereiche der Membran nichtpermeabel sind. Insbesondere bei einem Drucksensor bietet es sich an, wenn die Membran möglichst nachgiebig ist. Dabei kann die Membran ein geringes E-Modul aufweisen, dünn sein - beispielsweise ein bis wenige zehn Mikrometer dick - und/oder strukturiert sein - beispielsweise durch ein wellenförmiges Profil.The membrane can be formed of various materials as long as this membrane is permeable to a gas. In this case, only one area or individual areas of the membrane can be permeable to gas, while other areas of the membrane are impermeable. In the case of a pressure sensor in particular, it is advisable if the membrane is as flexible as possible. The membrane can have a low modulus of elasticity, be thin--for example one to a few tens of micrometers thick--and/or be structured--for example with a wavy profile.
Durch die Permeabilität der Membran ist es nicht erforderlich, dass das Festlegen der Membran unter besonderen Umgebungsbedingungen erfolgt. Insbesondere ist es nicht erforderlich, das Festlegen der Membran unter Unterdruck vorzunehmen. Due to the permeability of the membrane, it is not necessary for the membrane to be fixed under special environmental conditions. In particular, it is not necessary to fix the membrane under negative pressure.
Für „ein Gas permeabel“ bedeutet ganz allgemein, dass ein Gas durch die Membran gelangen kann. Die Permeabilität der Membran kann durch molekulare Zwischenräume der Membran entstehen, durch ein Gas mittels Diffusion von einer Seite der Membran zu einer anderen Seite gelangen kann. Wie konkret diese molekularen Zwischenräume gebildet sind, ist für die vorliegende Offenbarung nicht ausschlaggebend. Das Gas kann durch verschiedene Gase oder Gasgemische gebildet sein, insbesondere Luft. Die Permeabilität kann so ausgeprägt sein, dass das Gas die Membran ohne externen Trigger, beispielsweise einen ausgeprägten Druckunterschied, verlassen kann. Da ein Entfernen des Gases aus dem Innenraum des Sensors Teil eines Herstellungsprozesses des Sensors sein kann, kann die Permeabilität zudem ein ausreichend schnelles Entgasen erlauben. Die Membran kann prinzipiell zusätzlich permeabel für Flüssigkeiten sein. Insbesondere bei Verwendung eines Fluids als Schutzmedium kann eine Permeabilität für Flüssigkeiten aber auch ungünstig sein, da dadurch das Schutzmedium ungewollt durch die Membran gelangen kann. Daher ist die Membran in einer Ausführungsform nichtpermeabel für Flüssigkeiten oder andere nichtgasförmige Stoffe und Stoffgemische. Insgesamt kann die Dimensionierung der Permeabilität der Membran das Ergebnis einer Optimierung hinsichtlich der jeweiligen Einsatzbedingungen sein.For "a gas permeable" means in general that a gas can pass through the membrane. The permeability of the membrane may arise from molecular interstices of the membrane through which gas can pass from one side of the membrane to another side by diffusion. How specifically these molecular spaces are formed is not critical to the present disclosure. The gas can be formed by various gases or gas mixtures, in particular air. The permeability can be so pronounced that the gas can leave the membrane without an external trigger, for example a pronounced pressure difference. Since removing the gas from the interior of the sensor can be part of a manufacturing process of the sensor, the permeability can also allow sufficiently rapid outgassing. In principle, the membrane can also be permeable to liquids. In particular when using a fluid as the protective medium, however, permeability for liquids can also be unfavorable, since this means that the protective medium can pass through the membrane unintentionally. Therefore, in one embodiment, the membrane is impermeable to liquids or other non-gaseous substances and mixtures of substances. Overall, the dimensioning of the permeability of the membrane can be the result of an optimization with regard to the respective conditions of use.
Ein „Festlegen einer Membran an oder in der Gehäuseöffnung“ kann verschiedentlich erfolgen. Dabei kann an oder in der Gehäuseöffnung ein Festlegungsbereich ausgebildet sein, an dem die Membran festgelegt werden kann. Wie der Festlegungsbereich ausgebildet ist, wird insbesondere von der Art der Festlegung und der Positionierung des Festlegungsbereichs relativ zu der Gehäuseöffnung abhängen. Die Membran kann mit dem Festlegungsbereich verschweißt oder auf sonstige Weise stoffschlüssig verbunden werden und/oder kann an dem Festlegungsbereich festgeklemmt oder auf sonstige mechanische Weise gehalten sein. Dabei kann es sich anbieten, wenn nach dem Festlegen eine mediendichte Verbindung zwischen Membran und Gehäuseöffnung entsteht.A “fixing of a membrane on or in the housing opening” can take place in various ways. A fixing area can be formed on or in the housing opening, to which the membrane can be fixed. How the fixing area is designed will depend in particular on the type of fixing and the positioning of the fixing area relative to the housing opening. The membrane can be welded to the fixing area or connected in some other way with a material fit and/or can be clamped to the fixing area or held in some other mechanical way. It can be useful if a medium-tight connection between the membrane and the housing opening is created after the fixing.
Das „Sensierelement“ kann auf verschiedene Weise implementiert sein, solange es in der Lage ist, eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung eines Umgebungsmediums zu erfassen. Derartige Eigenschaften und/oder Zusammensetzungen können beispielsweise ein Druck, eine Temperatur, ein Gehalt eines Gases, beispielsweise Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid, und/oder eine Feuchtigkeit sein, um lediglich einige denkbare Ausführungsformen zu nennen. Entsprechend vielfältig kann das Sensierelement sein, wobei der Sensor auch mehrere, auch unterschiedliche Sensierelemente aufweisen kann. Das Sensierelement kann als MEMS - Mikro-Elektro-Mechanisches System - ausgebildet sein, wodurch sich ein besonders kompakter Sensor realisieren lässt.The "sensing element" can be implemented in various ways, as long as it is able to detect a property and/or a composition of a surrounding medium. Such properties and/or compositions can be, for example, a pressure, a temperature, a content of a gas, for example carbon dioxide or carbon monoxide, and/or a humidity level, to name just a few conceivable embodiments. The sensing element can be correspondingly diverse, with the sensor also being able to have a plurality of sensing elements, including different ones. The sensing element can be designed as an MEMS—micro-electro-mechanical system—so that a particularly compact sensor can be implemented.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbart.Other features, advantages, and other embodiments of the invention are described below or disclosed thereby.
In einer Ausführungsform wird vor dem Verschießen der molekularen Zwischenräume der Membran ein Entgasen des Schutzmediums durchgeführt, wobei das Entgasen des Schutzmediums vorzugsweise durch Beaufschlagen der Membran mit einem Unterdruck und/oder durch Erwärmen des Schutzmediums erfolgt. Durch einen zusätzlichen Entgasungsschritt kann das Entfernen eines Gases aus dem Innenraum beschleunigt werden. Zudem kann in dem Schutzmedium enthaltenes Gas effektiv entfernt werden. Der Entgasungsschritt kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen. Das Beaufschlagen der Membran mit einem Unterdruck bietet den Vorteil, dass hierbei ohnehin vorhandene Techniken genutzt werden können. Es lassen sich für eine Entgasung auch Unterdruckumgebungen nutzen, die beim Verschließen der molekularer Zwischenräume der Membran ohnehin erforderlich wären. Ein Erwärmen des Schutzmediums kann insbesondere bei einem Verschweißen oder einem Verkleben der Membran an oder in der Gehäuseöffnung vorteilhaft eingesetzt werden.In one embodiment, before the molecular interstices of the membrane are closed, the protective medium is degassed, the protective medium preferably being degassed by applying a negative pressure to the membrane and/or by heating the protective medium. An additional degassing step can accelerate the removal of a gas from the interior. In addition, gas contained in the protective medium can be effectively removed. The degassing step can be carried out in various ways. Applying negative pressure to the membrane offers the advantage that existing techniques can be used anyway. It is also possible to use negative pressure environments for degassing, which would be necessary anyway when closing the molecular interstices of the membrane. A heating of the protective medium can be used advantageously in particular when the membrane is welded or glued to or in the housing opening.
In einer Ausführungsform wird zum Verschließen der molekularen Zwischenräume der Membran mittels eines Triggers eine chemische Reaktion in der Membran ausgelöst, wobei der Trigger vorzugsweise durch elektromagnetische Strahlung, besonders bevorzugter Weise durch ultraviolettes Licht, gebildet wird. In dieser Ausführungsform kann eine Materialeigenschaft der Membran geändert werden. Das Material der Membran ist dabei prinzipiell reaktiv ausgestaltet, wobei für das Starten einer Reaktion ein Trigger erforderlich ist. Ein derartiges Material kann beispielsweise ein lonomer sein, dessen lonenkanäle molekulare Zwischenräume im Sinne der vorliegenden Offenbarung bilden. Ein Trigger kann generell durch ausreichend energiereiche elektromagnetische Strahlung gebildet sein, vorzugsweise durch ultraviolettes Licht. Diese Art des Verschließens der molekularen Zwischenräume bietet den Vorteil, dass die noch permeable Membran mit üblichen Techniken gehandhabt, beispielsweise geschweißt oder verformt, werden kann und dass nach Triggern der chemischen Reaktion ein zuverlässiges Verschließen der molekularen Zwischenräume erreicht werden kann.In one embodiment, a chemical reaction is initiated in the membrane by means of a trigger in order to close the molecular interstices of the membrane, the trigger preferably being formed by electromagnetic radiation, particularly preferably by ultraviolet light. In this embodiment, a material property of the membrane can be changed. In principle, the material of the membrane is designed to be reactive, with a trigger being required to start a reaction. Such a material can be, for example, an ionomer whose ion channels form molecular interstices within the meaning of the present disclosure. A trigger can generally be formed by sufficiently high-energy electromagnetic radiation, preferably by ultraviolet light. This type of sealing of the molecular interstices offers the advantage that the membrane, which is still permeable, can be handled with conventional techniques, for example welded or deformed, and that the molecular interstices can be reliably sealed after the chemical reaction has been triggered.
In einer Ausführungsform wird zum Verschließen der molekularen Zwischenräume der Membran unter Zuführen eines zusätzlichen Reaktanten eine chemische Reaktion in der Membran ausgelöst, wobei der Reaktant vorzugsweise in einer flüssigen oder gasförmigen Phase vorgelegt wird. Ein derartiger Reaktant kann beispielsweise durch höhervalente Kationen, beispielsweise Fe3+, gebildet sein, die lonenkanäle in der Membran versiegeln, wodurch die makroskopischen Materialeigenschaften geändert werden, von einem permeablen Zustand zu einem nicht-permeablen Zustand. Auf diese Weise kann der Zeitpunkt der chemischen Reaktion besonders zuverlässig kontrolliert werden.In one embodiment, a chemical reaction is triggered in the membrane to close the molecular interstices of the membrane while supplying an additional reactant, the reactant preferably being introduced in a liquid or gaseous phase. Such a reactant can be formed, for example, by higher valent cations, e.g. Fe3+, which seal ion channels in the membrane, thereby changing the macroscopic material properties from a permeable state to a non-permeable state. In this way, the point in time of the chemical reaction can be controlled particularly reliably.
In einer Ausführungsform wird zum Verschließen der molekularen Zwischenräume der Membran, vorzugsweise unter Verwendung von PVD - Physical Vapour Deposition -, eine Beschichtung auf die Membran aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform bleibt die Membran und deren Materialeigenschaften prinzipiell erhalten. Die Beschichtung verschließt dennoch zuverlässig die molekularen Zwischenräume. Die Verwendung von PVD erlaubt das erzeugen besonders dünner Beschichtungen von einem Mikrometer und dünner. Die Nachgiebigkeit der Membran kann weitreichend erhalten bleiben.In one embodiment, a coating is applied to the membrane to seal the molecular interstices of the membrane, preferably using PVD—Physical Vapor Deposition. In this embodiment, the membrane and its material properties are retained in principle. The coating nevertheless reliably closes the molecular interstices. The use of PVD allows the creation of particularly thin coatings of one micron and thinner. The resilience of the membrane can be largely retained.
In einer Ausführungsform wird die Beschichtung durch einen Metallfilm gebildet. Metallfilme lassen sich gut mit PVD herstellen. Zudem bietet ein Metallfilm den Vorteil, dass die Membran zusätzlich eine gewisse Abschirmung des Sensierelements gegenüber elektromagnetischen Störungen von außerhalb des Sensors bietet. Damit kann die Membran eine gute Ergänzung zu einem zumindest teilweise metallischen Gehäuse des Sensors darstellen.In one embodiment, the coating is formed by a metal film. Metal films can be produced well with PVD. In addition, a metal film offers the advantage that the membrane also offers a certain shielding of the sensing element against electromagnetic interference from outside the sensor. The membrane can thus represent a good supplement to an at least partially metallic housing of the sensor.
In einer Ausführungsform wird die Membran mittels eines stoffschlüssigen Verbindungsprozesses, vorzugsweise mittels Schweißen oder Kleben, an einem Festlegungsbereich an dem Gehäuse festgelegt. Stoffschlüssige Verbindungen bieten den Vorteil, dass besonders stabile und mediendichte Verbindungen zwischen Membran und Gehäuse entstehen können.In one embodiment, the membrane is fixed to a fixing area on the housing by means of a material connection process, preferably by means of welding or gluing. Cohesive connections offer the advantage that particularly stable and media-tight connections can be created between the membrane and the housing.
In einer Ausführungsform wird die Membran an einem Zwischenträger festgelegt und bei dem Festlegen der Membran an oder in der Gehäuseöffnung der Zwischenträger an oder in der Gehäuseöffnung festgelegt. Ein derartiger Zwischenträger - auch Interposer genannt - kann die Herstellung des Sensors bzw. das Festlegen der Membran an oder in der Gehäuseöffnung vereinfachen. Hierzu wird die Membran in einem vorgelagerten Herstellschritt mit dem Zwischenträger verbunden. Der Zwischenträger samt Membran kann dann in die Gehäuseöffnung eingesetzt oder an der Gehäuseöffnung festgelegt werden. Damit sind Herstellschritte parallelisierbar.In one embodiment, the membrane is fixed to an intermediate support and, when the membrane is fixed to or in the housing opening, the intermediate support is fixed to or in the housing opening. Such an intermediate carrier—also called an interposer—can simplify the production of the sensor or the fixing of the membrane on or in the housing opening. For this purpose, the membrane is connected to the intermediate carrier in an upstream production step. The intermediate carrier together with the membrane can then be inserted into the housing opening or fixed to the housing opening. This means that manufacturing steps can be parallelized.
In einer Ausführungsform werden Gehäuse und Zwischenträger und/oder Zwischenträger und Membran aneinander mittels einer Clipverbindung und/oder mittels Ineinandereinpressen aneinander festgelegt. Dadurch kann auf einfache Weise eine stabile und/oder mediendichte Festlegung der Membran in oder an der Gehäuseöffnung realisiert werden.In one embodiment, the housing and intermediate carrier and/or intermediate carrier and membrane are fixed to one another by means of a clip connection and/or by means of being pressed into one another. As a result, a stable and/or media-tight fixing of the membrane in or on the housing opening can be implemented in a simple manner.
In einer Ausführungsform ist die Membran durch einen Kunststoff, vorzugsweise einen Polymer oder einen lonomer, gebildet. Eine Membran aus Kunststoff bietet den Vorteil, dass einige Kunststoffe mit ausreichender Dünne von sich aus permeabel sind und eine Permeabilität nicht mit aufwändigen Verfahrensschritten hergestellt werden muss. Polymere sind Kunststoffe, die in diesem Zusammenhang besonders günstig genutzt werden können. lonomere können insbesondere bei einem Verschließen der molekularen Zwischenräume der Membran durch eine getriggerte chemische Reaktion vorteilhaft genutzt werden.In one embodiment, the membrane is formed by a plastic, preferably a polymer or an ionomer. A membrane made of plastic offers the advantage that some plastics are inherently permeable if they are sufficiently thin and that permeability does not have to be produced using complex process steps. Polymers are plastics that can be used particularly cheaply in this context. Ionomers can be advantageously used in particular when the molecular interstices of the membrane are closed by a triggered chemical reaction.
In einer Ausführungsform ist das Schutzmedium durch ein inkompressibles Fluid, vorzugsweise ein Öl, gebildet ist. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein Schutzmedium bereitgestellt werden.In one embodiment, the protective medium is formed by an incompressible fluid, preferably an oil. As a result, a protective medium can be provided in a simple manner.
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 ver It is clear 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 eine Schrägansicht einer Ausführungsform eines Sensors gemäß der vorliegenden Offenbarung, -
2 eine Draufsicht des Sensors gemäß1 , -
3 einen Schnitt durch denSensor gemäß den 1 und2 entlang der Linie A - A, -
4 eine schematische Ansicht einer Membran, die ineinem Sensor gemäß 1 zum Einsatz kommen kann, -
5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Sensors gemäß der vorliegenden Offenbarung und -
6 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung.
-
1 an oblique view of an embodiment of a sensor according to the present disclosure, -
2 a plan view of the sensor according to FIG1 , -
3 a section through the sensor according to the1 and2 along line A - A, -
4 a schematic view of a membrane in a sensor according to1 can be used -
5 a section through another embodiment of a sensor according to the present disclosure and -
6 10 is a flow diagram of an embodiment of a method according to the present disclosure.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform eines Sensors gemäß der vorliegenden Offenbarung sind in den
Der Sensor 1 umfasst ein Gehäuse 2, das durch ein Umverdrahtungssubstrat 3 und eine Hülse 4 umfasst. Die Hülse 4 ist im Wesentlichen ein Hohlzylinder, der an der Unterseite durch das Umverdrahtungssubstrat 3 abgeschlossen ist und an der Oberseite eine Gehäuseöffnung 5 bereitstellt. In der Gehäuseöffnung 5 ist eine Membran 6 festgelegt, die - nach Abschluss eines hier offenbarten Herstellverfahrens - einen in dem Gehäuse 2 gebildeten Innenraum 7 mediendicht abschließt.The
Der Innenraum 7 ist in
Beim Betrieb des Sensors 1 wird eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung eines Umgebungsmediums 13, im vorliegenden Beispiel ein Druck, durch das Sensierelement 10 erfasst. Ein Druck in dem Umgebungsmedium 13 wird über die Membran 6 und das Schutzmedium 8 zu dem Sensierelement 10 übertragen, das dann den Druck erfassen kann.During the operation of the
In einem optionalen Schritt S4 kann ein Entgasen des Schutzmediums 8 vorgenommen werden, indem beispielsweise das Schutzmedium 8 erwärmt oder an der Membran 6 ein Unterdruck angelegt wird.In an optional step S4, the
Danach werden in Schritt S5 die molekularen Zwischenräume 14 der Membran 6 verschlossen, um eine mediendichte Membran herzustellen. Dieses Verschließen kann durch Erzeugen einer Beschichtung, beispielsweise mittels PVD, oder durch Triggern einer chemischen Reaktion durchgeführt werden.Then, in step S5, the
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.
Claims (12)
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4413274A1 (en) | 1994-04-16 | 1995-10-19 | Sel Alcatel Ag | Pressure sensor |
DE69707798T2 (en) | 1996-09-10 | 2002-05-23 | Tadahiro Ohmi | pressure sensor |
-
2020
- 2020-11-25 DE DE102020214796.5A patent/DE102020214796A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4413274A1 (en) | 1994-04-16 | 1995-10-19 | Sel Alcatel Ag | Pressure sensor |
DE69707798T2 (en) | 1996-09-10 | 2002-05-23 | Tadahiro Ohmi | pressure sensor |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022212403A1 (en) | 2022-11-21 | 2024-05-23 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for processing a sensor and sensor |
DE102022213536A1 (en) | 2022-12-13 | 2024-06-13 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for producing a sensor and sensor |
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