DE102022212403A1

DE102022212403A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Sensors und Sensor

Info

Publication number: DE102022212403A1
Application number: DE102022212403.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Woelke; Harald Leibbrand; Christoph Ueffing
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-23
Also published as: CN118057135A; US20240165745A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Sensors, insbesondere Drucksensors, wobei der Sensor ein in einem Gehäuse angeordnetes Sensierelement aufweist, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein das Sensierelement abdeckendes Gel angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beaufschlagen einer dem Sensierelement abgewandten Geloberfläche des Gels mit Laserstrahlung durch die Gehäuseöffnung, sodass die Geloberfläche durch die beaufschlagte Laserstrahlung modifiziert wird.Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere Drucksensor, umfassend: ein in einem Gehäuse angeordnetes Sensierelement, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein das Sensierelement abdeckendes Gel angeordnet ist, wobei das Gel eine dem Sensierelement abgewandte, durch Laserstrahlung modifizierte Geloberfläche aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Sensors und einen Sensor.
Stand der Technik
Die Offenlegungsschrift DE 10 2020 214 796 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors.
Ein Sensierelement eines Sensors kann zum Beispiel mit einem Gel bedeckt werden, welches zum einen eine Schutzfunktion für das Sensierelement hat und zum anderen eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung eines Umgebungsmediums des Sensors an das Sensierelement überträgt.
Eine Geloberfläche kann somit mit unterschiedlichen Medien und Verunreinigungen in Kontakt kommen. Somit kann über die Zeit eine Geloberfläche verschmutzen, da diese üblicherweise eine hohe Gel-Klebrigkeit aufweist, sodass Schmutz und Staubpartikel einfach auf der Geloberfläche kleben bleiben können. Dadurch kann sich über die Lebensdauer des Sensors eine feste Schmutz-Kruste auf der Geloberfläche bilden, welche mit zunehmendem Krustenwachstum eine Funktionalität des Sensors, beispielsweise eine Drucksensitivität bei einem Drucksensor, beeinträchtigen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Konzept bereitzustellen, welches eine Oberflächen-Klebrigkeit einer Geloberfläche eines Sensors reduziert.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Sensors, insbesondere Drucksensors, bereitgestellt, wobei der Sensor ein in einem Gehäuse angeordnetes Sensierelement aufweist, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein das Sensierelement abdeckendes Gel angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beaufschlagen einer dem Sensierelement abgewandten Geloberfläche des Gels mit Laserstrahlung durch die Gehäuseöffnung, sodass die Geloberfläche durch die beaufschlagte Laserstrahlung modifiziert wird.
Nach einem zweiten Aspekt wird ein Sensor, insbesondere Drucksensor, bereitgestellt, umfassend: ein in einem Gehäuse angeordnetes Sensierelement, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein das Sensierelement abdeckendes Gel angeordnet ist, wobei das Gel eine dem Sensierelement abgewandte, durch Laserstrahlung modifizierte Geloberfläche aufweist.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass eine Geloberfläche eines Gels, welches ein Sensierelement eines Sensors abdeckt, durch Beaufschlagung von Laserstrahlung modifiziert wird. Dadurch reduziert sich in vorteilhafter Weise eine Gel-Klebrigkeit der Geloberfläche, sodass Schmutz- und Staubpartikel weniger leicht anhaften können. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Verringerung eines Verschmutzungsgrades bewirkt werden. Somit kann weiter die vorstehend beschriebene Krustenbildung aufgrund von Anhaften oder Festkleben von Schmutz und Staubpartikeln effizient reduziert werden. Dadurch kann eine daraus resultierende Beeinträchtigung einer Funktionalität des Sensors effizient reduziert werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Modifizieren ein Abtragen von Gelmaterial von der Geloberfläche und/oder ein Strukturieren der Geloberfläche und/oder ein Bearbeiten, insbesondere ein flächiges Bearbeiten, der Geloberfläche umfasst.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Geloberfläche effizient modifiziert werden kann.
Das Bearbeiten wird zum Beispiel ohne Gelmaterialabtrag und/oder ohne ein Strukturieren der Geloberfläche, also ein Einbringen einer speziellen Struktur in die Geloberfläche, durchgeführt
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Strukturieren ein Ausbilden einer Ringstruktur, insbesondere aufweisend mehrere konzentrischen Ringe, und/oder einer Linienstruktur, insbesondere aufweisend mehrere parallele Linien, umfasst.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Geloberfläche effizient strukturiert werden kann. Somit wird also zum Beispiel eine Ringstruktur ausgebildet. Die Ringstruktur umfasst zum Beispiel mehrere konzentrische Ringe. Konzentrisch bezieht sich hier zum Beispiel auf einen Mittelpunkt des Sensorgehäuses respektive der Geloberfläche. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass eine Linienstruktur ausgebildet wird. Die Linienstruktur weist zum Beispiel mehrere parallele Linien auf.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass während des Beaufschlagens der Geloberfläche mit Laserstrahlung der Sensor und die Laserstrahlung, insbesondere basierend auf einer vorgegebenen Soll-Relativbewegung, relativ zueinander bewegt werden.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Beaufschlagen und somit das Modifizieren der Geloberfläche effizient durchgeführt werden kann. Gemäß dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass während des Beaufschlagens der Geloberfläche mit Laserstrahlung der Sensor und die Laserstrahlung relativ zueinander bewegt werden. Dies bedeutet zum Beispiel, dass entweder nur der Sensor oder nur die Laserstrahlung oder sowohl der Sensor als auch die Laserstrahlung bewegt werden. Dass die Laserstrahlung bewegt wird, bedeutet zum Beispiel, dass ein die Laserstrahlung erzeugender Laser bewegt wird. Dass die Laserstrahlung bewegt wird, bedeutet zum Beispiel, dass ein optisches Element, welches die Laserstrahlung auf die Geloberfläche lenkt, bewegt wird.
Das relativ zueinander Bewegen wird zum Beispiel basierend auf einer vorgegebenen Soll-Relativbewegung durchgeführt. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Soll-Relativbewegung vorgegeben wird, basierend auf welcher der Sensor und die Laserstrahlung relativ zueinander bewegt werden.
Zum Beispiel gibt die vorgegebene Soll-Relativbewegung ein Muster und/oder eine Struktur vor, entlang welcher der Sensor und/oder die Laserstrahlung sich entsprechend bewegen.
Zum Beispiel fährt der Laser und/oder fährt der Sensor die vorgegebene Soll-Relativbewegung ab.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest ein Bestrahlungsparameter der Laserstrahlung basierend auf zumindest einer Geleigenschaft, insbesondere optischer Geleigenschaft, ermittelt wird, wobei das Beaufschlagen der Geloberfläche mit Laserstrahlung basierend auf dem zumindest einen Bestrahlungsparameter durchgeführt wird.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Beaufschlagen der Geloberfläche mit Laserstrahlung effizient durchgeführt werden kann.
Dass das Beaufschlagen der Geloberfläche mit Laserstrahlung basierend auf dem zumindest einen Bestrahlungsparameter durchgeführt wird, bedeutet zum Beispiel, dass die Laserstrahlung den zumindest einen Bestrahlungsparameter aufweist.
Die Geleigenschaft ist also zum Beispiel eine optische Geleigenschaft. Eine optische Geleigenschaft ist zum Beispiel eine Absorptionsrate oder ist zum Beispiel eine Transmissionsrate.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der zumindest eine Bestrahlungsparameter jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Bestrahlungsparametern ist: Laserwellenlänge, Laserleistung, Laserstrahldurchmesser, Impulsdauer bei gepulster Laserstrahlung, Impulsfrequenz bei gepulster Laserstrahlung.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete Bestrahlungsparameter vorgesehen sein können.
Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die Geloberfläche mit Laserstrahlung aufweisend eine bestimmte Laserwellenlänge und/oder eine bestimmte Laserleistung und/oder einen bestimmten Laserstrahldurchmesser aufweist. Zum Beispiel umfasst das Beaufschlagen der Geloberfläche mit Laserstrahlung ein Beaufschlagen der Geloberfläche mit Laserimpulsen, welche zum Beispiel die vorstehend beschriebene Impulsdauer und/oder Impulsfrequenz aufweisen.
Laserstrahlung im Sinne der Beschreibung umfasst zum Beispiel gepulste Laserstrahlung. Dies bedeutet zum Beispiel, dass die Geloberfläche mit Laserimpulsen beaufschlagt wird.
Eine Impulsdauer kann zum Beispiel im Femtosekundenbereich liegen.
Laserstrahlung im Sinne der Beschreibung umfasst somit insbesondere Dauerlaserstrahlung und/oder Laserimpulse. Ein die Laserstrahlung erzeugender Laser ist somit zum Beispiel ein Dauerstrichlaser oder ist zum Beispiel ein Impulslaser
Zum Beispiel ist vorgesehen, dass eine Laserwellenlänge für die Laserstrahlung verwendet wird, für welche eine Absorptionsrate des Gels bei der entsprechenden Laserwellenlänge größer oder größer-gleich einem vorbestimmten Mindestschwellwert ist. Der vorbestimmte Mindestschwellwert ist zum Beispiel 80%, wobei 100% eine komplette Absorption der beaufschlagten Laserstrahlung der entsprechenden Wellenlänge bedeuten.
Zum Beispiel ist vorgesehen, dass eine Laserwellenlänge für die Laserstrahlung verwendet wird, für welche eine Transmissionsrate des Gels bei der entsprechenden Laserwellenlänge kleiner oder kleiner-gleich einem vorbestimmten Mindestschwellwert ist. Der vorbestimmte Mindestschwellwert ist zum Beispiel 20 %, wobei 100% eine komplette Transmission der beaufschlagten Laserstrahlung der entsprechenden Wellenlänge bedeuten.
Somit kann in vorteilhafter Weise bei Auswahl einer geeigneten Wellenlänge abhängig von der Absorptionsrate des Gels und/oder abhängig von einer Transmissionsrate des Gels effizient erreicht werden, dass die Laserstrahlung direkt an der Geloberfläche absorbiert wird, ohne das unter der Geloberfläche liegende Sensierelement zu beschädigen, beispielsweise aufgrund von einem zu tiefen Eindringen der elektromagnetischen Wellen der Laserstrahlung.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein während des Beaufschlagens der Geloberfläche mit Laserstrahlung entstehendes Prozessgas entfernt, insbesondere abgesaugt, wird.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass entsprechend entstehende Prozessgase effizient entfernt, insbesondere abgesaugt, werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein entstehendes Prozessgas je nach verwendetem Gel schädlich, beispielsweise giftig, ist. Dadurch können zum Beispiel gesundheitsschädliche Auswirkungen effizient vermieden werden.
Ausführungen, die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemacht sind, gelten analog für den Sensor und umgekehrt. Technische Funktionalitäten des Verfahrens ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten des Sensors und umgekehrt.
Der Sensor nach dem zweiten Aspekt ist zum Beispiel ein Sensor, welcher gemäß dem Verfahren nach dem ersten Aspekt bearbeitet wurde.
Die Formulierung „zumindest ein(e)“ bedeutet „ein(e) oder mehrere“.
Das Gel im Sinne der Beschreibung ist insbesondere ein Schutzmedium für das Sensierelement, um das Sensierelement zum Beispiel gegenüber äußeren Einflüssen zu schützen. Das Gel ist zum Beispiel eingerichtet, eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung eines Umgebungsmediums des Sensors an das Sensierelement zu übertragen.
Das Sensierelement ist zum Beispiel eingerichtet, eine Eigenschaft und/oder eine Zusammensetzung eines Umgebungsmediums des Sensors zu erfassen.
Der Sensor ist zum Beispiel ein Drucksensor. Dies bedeutet zum Beispiel, dass das Sensierelement einen Druck erfassen kann. Das Sensierelement ist somit zum Beispiel eingerichtet, einen Druck zu erfassen. Der Druck ist hier ein Umgebungsdruck des Sensors.
Das Sensierelement ist zum Beispiel als mikro-elektro-mechanisches (MEMS) System ausgebildet.
Das Sensierelement ist zum Beispiel auf einem ASIC angeordnet. ASIC steht für „Application Specific Integrated Circuit“ und kann mit anwenderspezifische integrierte Schaltung übersetzt werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist.
Anstelle des Begriffs Gel oder zusätzlich zu dem Begriff Gel kann auch der Begriff „Gelwerkstoff“ verwendet werden.
Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die komplette Geloberfläche mittels Laserstrahlung beaufschlagt wird, sodass die komplette Geloberfläche durch die beaufschlagte Laserstrahlung modifiziert wird.
Zum Beispiel ist vorgesehen, dass das Gehäuse komplett oder teilweise mit dem Gel gefüllt ist.
Das Sensierelement ist zum Beispiel mittels Gel vergossen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bearbeiten eines Sensors,
2 einen Sensor,
3 einen Sensor während eines Beaufschlagens der Geloberfläche mit Laserstrahlung,
4 eine Draufsicht auf eine durch beaufschlagte Laserstrahlung strukturierte Geloberfläche,
5 eine Schnittansicht der modifizierten Geloberfläche gemäß 4,
6 eine Geloberfläche,
7 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem unbehandelten, also vor einer Laserbehandlung, Bereich der Geloberfläche gemäß 6,
8 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem behandelten, also nach einer Laserbehandlung, Bereich der Geloberfläche gemäß 6, und
9 einen Graphen, der das Ergebnis einer Klebrigkeitsprüfung vor und nach einem Beaufschlagen einer Geloberfläche mit Laserstrahlung zeigt.

Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bearbeiten eines Sensors, insbesondere Drucksensors, wobei der Sensor ein in einem Gehäuse angeordnetes Sensierelement aufweist, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein das Sensierelement abdeckendes Gel angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beaufschlagen 101 einer dem Sensierelement abgewandten Geloberfläche des Gels mit Laserstrahlung durch die Gehäuseöffnung, sodass die Geloberfläche durch die beaufschlagte Laserstrahlung modifiziert 103 wird.
2 zeigt einen Sensor 201, insbesondere Drucksensor, umfassend: ein in einem Gehäuse 203 angeordnetes Sensierelement 205, wobei das Gehäuse 203 eine Gehäuseöffnung 204 aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses 203 ein das Sensierelement 205 abdeckendes Gel 207 angeordnet ist, wobei das Gel 207 eine dem Sensierelement 205 abgewandte, durch Laserstrahlung modifizierte Geloberfläche 209 aufweist.
3 zeigt einen weiteren Sensor 301. Der Sensor 301 umfasst ein Gehäuse 303, welches auf einer Leiterplatte 305 angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses 303 und auf der Leiterplatte 305 ist ein ASIC 307 angeordnet. Auf dem ASIC 307 ist ein Sensierelement 309 angeordnet, welches eingerichtet ist, einen Umgebungsdruck des Sensors 301 zu erfassen. Das Sensierelement 309 umfasst eine flexible Membran 311. Das Sensierelement 309 ist zum Beispiel ein M EMS-Sensierelement.
Innerhalb des Gehäuses 303 ist ein Gel 313 angeordnet, welches das Sensierelement 309 vollständig abdeckt. Das Gehäuse 303 ist somit in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel teilweise mit Gel 313 vergossen oder verfüllt.
Das Gel 313 weist eine Geloberfläche 315 auf, welche dem Sensierelement 309 abgewandt ist.
Diese Geloberfläche 315 wird durch eine Gehäuseöffnung 316 des Gehäuses 303 mit Laserstrahlung 317 beaufschlagt, sodass durch dieses Beaufschlagen die Geloberfläche 317 in den beaufschlagten Bereichen modifiziert wird. Die lasermodifizierte Geloberfläche ist mit dem Bezugszeichen 319 gekennzeichnet.
In 3 ist noch nicht die gesamte Geloberfläche 315 mit Laserstrahlung 317 beaufschlagt worden, sodass noch an einem Rand der Geloberfläche 315 Bereiche nicht modifiziert sind. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die komplette Geloberfläche 315 mit Laserstrahlung 317 beaufschlagt wird, sodass die komplette Geloberfläche 315 modifiziert wird. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die Geloberfläche 315 nur teilweise mit Laserstrahlung 317 beaufschlagt wird, sodass nur ein Teil der Geloberfläche 315 durch die beaufschlagte Laserstrahlung 317 modifiziert wird.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine durch beaufschlagte Laserstrahlung strukturierte Geloberfläche. Die in 4 gezeigte Struktur kann zum Beispiel auf die Geloberfläche 315 durch die Laserstrahlung 317 eingebracht werden. Es ist zum Beispiel vorgesehen, dass die Relativbewegung zwischen Sensor 301 und Laserstrahlung 317 derart ist, dass die Relativbewegung konzentrische Kreise beschreibt. Somit bildet sich eine Ringstruktur 401 aus, wobei die Ringstruktur 401 mehrere konzentrische Kreise 403 umfasst. Konzentrisch ist relativ zum Mittelpunkt des Gehäuses 303 definiert oder ist zum Mittelpunkt der Geloberfläche 315 definiert.
5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A gemäß 4 durch die Ringstruktur 401. Die Schnittansicht zeigt eine Ziehharmonika-Struktur 501 der Ringstruktur 401.
6 zeigt eine Geloberfläche 601. Ein erster Bereich, welcher mit dem Bezugszeichen 603 gekennzeichnet ist, wurde mit Laserstrahlung beaufschlagt. Bereiche, die nicht mit Laserstrahlung beaufschlagt wurden, sind mit dem Bezugszeichen 605 gekennzeichnet. Deutlich zeigt sich eine Strukturierung der Geloberfläche 601 in dem mit Laserstrahlung beaufschlagten Bereich 603 im Vergleich zu den unbeaufschlagten Bereichen 605.
7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Bereich 605, welcher nicht mit Laserstrahlung beaufschlagt wurde, der Geloberfläche 601 gemäß 6.
8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Bereich 603, welcher also mit Laserstrahlung beaufschlagt wurde. Zu erkennen ist eine Linienstruktur 801 umfassend mehrere Linien 803, welche zumindest teilweise im Wesentlichen parallel verlaufen.
9 zeigt einen Graphen 901, welcher ein Ergebnis einer Klebrigkeitsprüfung vor und nach Beaufschlagen einer Geloberfläche mit Laserstrahlung grafisch darstellt. Eine Abszisse des Graphen 901 ist mit dem Bezugszeichen 903 versehen. Eine Ordinate des Graphen 901 ist mit dem Bezugszeichen 905 versehen.
Die Abszisse gibt die Zeit in Sekunden an. Die Ordinate gibt eine Standardkraft in Newton an.
Die Klebrigkeitsprüfung wurde mit einem Textur-Analyzer durchgeführt. Hierbei taucht ein Stempel oder ein Indenter für eine kurze Strecke in einmal die nicht bearbeitete Geloberfläche, also ohne Beaufschlagung mit Laserstrahlung, und einmal in die bearbeitete Geloberfläche, also einmal nach beaufschlagter Laserstrahlung, ein und verfährt anschließend wieder zurück in seine Ausgangsstellung. Dabei bleibt das Gel am Indenter oder am Stempel kleben und es werden Zugkräfte gemessen. Die gemessenen Zugkräfte (negatives Vorzeichen) bilden das Maß für die Klebrigkeit des Gels ab.
Mit dem Bezugszeichen 907 sind die gemessenen Zugkräfte für eine unbearbeitete Geloberfläche gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen 909 sind die gemessenen Zugkräfte bei einer bearbeiteten Geloberfläche gekennzeichnet. Wie zu erkennen ist, wird eine Klebrigkeit des Gels nach dem Beaufschlagen der Geloberfläche mit Laserstrahlung reduziert.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 betrug eine Verfahrgeschwindigkeit des Stempels oder des Indenters 0,5 mm/s.
Zusammenfassend basiert das hier beschriebene Konzept insbesondere darauf, dass nach einem Gelverguss eines Sensierelements die stark klebrige Geloberfläche mit einem Laserprozess, insbesondere einem UV-Laserprozess, also mit einem Beaufschlagen von Laserstrahlung, mittels Materialabtrag- und/oder Strukturierungsvorgang modifiziert wird, sodass die Oberflächen-Klebrigkeit reduziert wird und die entstehende Geloberfläche durch die Struktur eine verbesserte Elastizität erhält. Eine abzutragende Gelschichtdicke beträgt zum Beispiel mindestens 25 µm, sodass in vorteilhafter Weise eine gewünschte Wirkung auf die reduzierte Oberflächen-Klebrigkeit erzielt werden kann.
Der zu wählende Laserwellenlängenbereich wird zum Beispiel auf den Gelwerkstoff abgestimmt, insbesondere optimal abgestimmt. Dies insbesondere mit dem Ziel, dass eine größtmögliche Absorptionsfähigkeit des Laserlichts erreicht wird. Dies insbesondere mit dem Ziel, dass eine Absorption bereits in der obersten Schicht des Gels bewirkt wird. Dies insbesondere mit dem Ziel, dass keine oder nur eine geringe thermische Beeinflussung des restlichen Gelwerkstoffs, zum Beispiel mit möglichst geringen Laserleistungen und/oder ultrakurzen Laserimpulsen, bewirkt wird. Dies insbesondere mit dem Ziel, dass keine Transmission des Laserlichts zum Sensierelement und/oder zum Beispiel zu dem ASIC und/oder zur Leiterplatte und/oder zu einer Mikroelektronik bewirkt wird.
Durch das Modifizieren der Geloberfläche bleibt in vorteilhafter Weise der für das Sensierelement wichtige Korrosions- und Medienschutz des Gelvergusses weiter bestehen.
Die (geeigneten) Laser-Wellenlängen, beispielsweise 355 nm, hängen zu Beispiel vom Gelmaterial.
Lasertypen für die Geloberflächenbehandlung des Gels liegen zum Beispiel in den nachstehenden Wellenlängenbereichen:

- 100 < λ < 225 nm (Laser: Deep UV / Excimer: Ar₂, Kr₂, F₂, Xe₂, ArF)
- 7,8 < λ < 8,3 µm (Laser: CO-Laser)

Die genannten Wellenlängenbereiche werden zum Beispiel mittels Transmissionsspektrums-Analysen ermittelt. In diesen Bereichen ist eine Laserbearbeitung besonders vorteilhaft, da hier Absorptionsraten von ≥ 80% realisiert werden. Das Laserlicht wird damit direkt an der Geloberfläche absorbiert, ohne das darunterliegende Sensierelement zu schädigen (z.B. durch zu tiefes Eindringen der elektromagnetischen Wellen / bei zu starken Transmissionsraten / falschen Wellenlängen).
Zum Beispiel kann 25 µm oder mehr Material von der Geloberfläche durch Laserablation während des Beaufschlagens abgetragen werden.
Zum Beispiel wird eine strukturierte Geloberfläche gebildet, welche vom Flächeninhalt zum Beispiel einer Kreisfläche mit einem maximalen Durchmesser von 2,5 mm entspricht, also mit einem maximalen Flächeninhalt von etwa 4,9 mm².
Zum Beispiel wird eine linienförmige Struktur der Kreisfläche infolge des gezielten Materialabtrages gebildet. Die linienförmige Struktur weist zum Beispiel mehrere Linien auf, welche zum Beispiel jeweils einen Linienabstand von zum Beispiel jeweils zwischen 5 µm und 25 µm aufweisen, wobei die untere und obere Grenze mit umfasst sind.
Zum Beispiel liegt ein Fokus der Laserstrahlung auf der Geloberfläche.
Zum Beispiel wird der Fokus nach jeder Überfahrt nachjustiert.
Zum Beispiel liegt ein Fokus der Laserstrahlung leicht unterhalb der Geloberfläche. Unterhalb der Geloberfläche bedeutet zum Beispiel die Mitte der einer Zielabtragshöhe, beispielsweise 25µm/2 = 12,5µm. Zum Beispiel wird in einem solchen Fall der Fokus nicht nachjustiert, also konstant gehalten.
Der Fokusdurchmesser der Laserstrahlung beträgt zum Beispiel zwischen 15 µm und 20 µm, wobei die untere und obere Grenze mit umfasst sind.
Zum Beispiel wird ein oder mehrmals über die Geloberfläche mittels der Laserstrahlung gefahren. Eine Anzahl an Laserüberfahrten beträgt zum Beispiel zwischen 5 und 10, wobei die untere und obere Grenze mit umfasst sind.
Eine hergestellte Kreislinienstruktur (siehe zum Beispiel 4) ermöglicht bei Wärmeausdehnung des Gels im Temperaturbereich von -25°C bis 80°C in vorteilhafter Weise eine höhere Elastizität der strukturierten Geloberfläche als bei einem Materialabtrag ohne Kreislinienstruktur. Dadurch werden entstehende Unterschiede in der Längenausdehnung der Geloberfläche zum Rest des Gels besser kompensiert und vom Sensierelement beispielsweise gemessene Druckfehler / Temperatur-Hysteresen werden infolge der starken thermisch bedingten Gelausdehnung reduziert.
Das hier beschriebene Konzept weist insbesondere die folgenden Vorteile auf:

Reduzierung der Oberflächen-Klebrigkeit von Gelen infolge der beschriebenen Laseroberflächenbehandlung ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften des darunter befindlichen Gels.

Dadurch Verringerung des Verschmutzungsgrades (Schmutz kann nicht mehr festkleben).
Reduzierung der im Stand der Technik beschriebenen Krustenbildung infolge Festkleben von Schmutz (wie z.B. Haaren, Staub etc.).
Verbesserung der Elastizität der erzeugten Schicht durch beispielsweise eine linienförmig / kreislinienförmig strukturierte Oberfläche (Ziehharmonika-Effekt).
Dadurch werden entstehende Unterschiede in der Längenausdehnung der Abtragsoberfläche im Vergleich zum Rest des Gels gut kompensiert und gemessene Druckfehler / Temperatur-Hysteresen infolge der starken thermischen Gelausdehnung reduziert.
Erhöhung der Sensitivität des Sensors über Lebensdauer.
Höhere Flexibilität bei der Gelauswahl, da die Oberflächen-Klebrigkeit durch die Laserbehandlung neutralisiert werden kann und diese kein Entscheidungskriterium für die Gelauswahl mehr darstellt.
Ermöglichung des Einsatzes auch von kostengünstigen Gelen, auch mit hoher Klebrigkeit - da diese durch die Laserbestrahlung reduziert oder neutralisiert werden kann.
Weiterverwendung einer bisherigen Anlagentechnik zur Herstellung von Sensoren mit Gel möglich, da der normale Gel-Verguss eine bewährte Standardlösung darstellt.
Der Laserprozess ermöglicht aufgrund der geringen Prozesszeit die Fertigung von Großserien.
Ein Sensor, insbesondere in Drucksensor, im Sinne der Beschreibung kann zum Beispiel Anwendung in Smart-Applikationen finden, solche wie zum Beispiel: Smart-Phone, Smart-Watch, Tablet, Höhenmesser oder ähnliche „smarte“ Konsumgüter, wobei Drucksensoren in vorteilhafter Weise Luftdruckmessungen ermöglichen, sodass hierüber eine Höhe ermittelt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020214796 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Sensors (201, 301), insbesondere Drucksensors, wobei der Sensor (201, 301) ein in einem Gehäuse (203, 303) angeordnetes Sensierelement (205, 309) aufweist, wobei das Gehäuse (203, 303) eine Gehäuseöffnung (204, 316) aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses (203, 303) ein das Sensierelement (205, 309) abdeckendes Gel (207, 313) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beaufschlagen (101) einer dem Sensierelement (205, 309) abgewandten Geloberfläche des Gels (207, 313) mit Laserstrahlung (317) durch die Gehäuseöffnung (204, 316), sodass die Geloberfläche durch die beaufschlagte Laserstrahlung modifiziert (103) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modifizieren ein Abtragen von Gelmaterial von der Geloberfläche und/oder ein Strukturieren der Geloberfläche und/oder ein Bearbeiten, insbesondere ein flächiges Bearbeiten, der Geloberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Strukturieren ein Ausbilden einer Ringstruktur, insbesondere aufweisend mehrere konzentrischen Ringe, und/oder einer Linienstruktur, insbesondere aufweisend mehrere parallele Linien, umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei während des Beaufschlagens der Geloberfläche mit Laserstrahlung (317) der Sensor (201, 301) und die Laserstrahlung (317), insbesondere basierend auf einer vorgegebenen Soll-Relativbewegung, relativ zueinander bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest ein Bestrahlungsparameter der Laserstrahlung (317) basierend auf zumindest einer Geleigenschaft, insbesondere optischer Geleigenschaft, ermittelt wird, wobei das Beaufschlagen der Geloberfläche mit Laserstrahlung (317) basierend auf dem zumindest einen Bestrahlungsparameter durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zumindest eine Bestrahlungsparameter jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Bestrahlungsparametern ist: Laserwellenlänge, Laserleistung, Laserstrahldurchmesser, Impulsdauer bei gepulster Laserstrahlung, Impulsfrequenz bei gepulster Laserstrahlung.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein während des Beaufschlagens der Geloberfläche mit Laserstrahlung (317) entstehendes Prozessgas entfernt, insbesondere abgesaugt, wird.
Sensor (201, 301), insbesondere Drucksensor, umfassend: ein in einem Gehäuse (203, 303) angeordnetes Sensierelement (205, 309), wobei das Gehäuse (203, 303) eine Gehäuseöffnung (204, 316) aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses (203, 303) ein das Sensierelement (205, 309) abdeckendes Gel (207, 313) angeordnet ist, wobei das Gel eine dem Sensierelement (205, 309) abgewandte, durch Laserstrahlung modifizierte Geloberfläche aufweist.