DE19948613C2 - Electromechanical component with a polymer body and method for producing the same - Google Patents
Electromechanical component with a polymer body and method for producing the sameInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/24—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Mikrostruk turtechnik und insbesondere auf elektromechanische Bauele mente.The present invention relates to the microstructure turtechnik and especially on electromechanical components mente.
Elektromechanische Bauelemente sind Bauelemente, die einen mechanischen Effekt elektrisch erfassen bzw. elektrisch be wirken. Beispiele für elektromechanische Bauelemente sind Sensoren für lineare Beschleunigungen, Drehratensensoren, Kraftsensoren, Drucksensoren, aber auch Mikroventile oder Mikropumpen.Electromechanical components are components that one electrically detect mechanical effect or be electrically Act. Examples of electromechanical components are Sensors for linear accelerations, rotation rate sensors, Force sensors, pressure sensors, but also micro valves or Micropumps.
Beschleunigungssensoren beispielsweise, d. h. Sensoren zur Erfassung einer linearen Beschleunigung, oder Drehratensen soren zum Erfassen einer Winkelbeschleunigung, haben übli cherweise eine bewegliche Masse, die über mindestens einen Federbalken mit einem festen Rahmen verbunden ist. Wenn ein Beschleunigungssensor einer Beschleunigung ausgesetzt wird, verformt sich der Federbalken elastisch, und die Masse wird ausgelenkt. Diese Auslenkung kann dann unter Verwendung einer Vielzahl von bekannten Verfahren, wie z. B. kapazitiv, induktiv, optisch etc., erfaßt werden.Accelerometers for example, i. H. Sensors for Acquisition of a linear acceleration, or gyro rate sensors for detecting an angular acceleration have übli a moveable mass that has at least one Spring beam is connected to a fixed frame. When a Acceleration sensor is subjected to an acceleration, the cantilever deforms elastically, and the mass deflected. This deflection can then be used a variety of known methods, such as. B. capacitive, inductive, optical, etc. can be detected.
Dagegen haben Mikroventile üblicherweise eine bewegliche, elastische Struktur, die bei Anlegung eines geeigneten elek trischen Signals einen Durchflußweg für ein Fluid verklei nert oder vergrößert, d. h. die als mechanischen Effekt eine Durchflußbegrenzung bewirkt.In contrast, microvalves usually have a movable, elastic structure, which is created when a suitable elec tric signal reduced a flow path for a fluid nert or enlarged, d. H. which as a mechanical effect Flow limitation causes.
Umgekehrt haben Mikropumpen üblicherweise eine Membran, die elastisch ist bzw. elastisch aufgehängt ist, um ein Volumen zu verändern. Eine Mikropumpe wird darüber hinaus auch Ven tile aufweisen, um mit der Volumenänderung eine definierte Fluidbeförderung zu erreichen. Der mechanische Effekt bei Mikropumpen besteht somit in dem Transport bzw. der Dosie rung eines Fluids.Conversely, micropumps usually have a membrane that is elastic or is elastically suspended by a volume to change. A micropump will also become Ven tile to a defined with the volume change To achieve fluid transportation. The mechanical effect Micropumps therefore consist of the transport or the dose tion of a fluid.
Drucksensoren oder Kraftsensoren können ebenfalls eine elastisch verformbare Membran aufweisen, die bei Vorliegen eines bestimmten Drucks um einen bestimmten Grad elastisch verformt, d. h. "ausgelenkt", wird, wobei diese Auslenkung dann wieder wie beim Beschleunigungssensor auf verschiedene Arten und Weisen erfaßt werden kann, um ein elektrisches Signal zu erhalten, das den anliegenden Druck anzeigt. Sämt liche genannten elektromechanischen Bauelemente umfassen ei nen aktiven Teil, der durch den äußeren mechanischen Effekt elastisch verformt wird, bzw. dessen elastische Verformung zu dem mechanischen Effekt führt.Pressure sensors or force sensors can also be used have elastically deformable membrane, which are present of a certain pressure elastic by a certain degree deformed, d. H. is "deflected", this deflection then again as with the acceleration sensor to different Ways can be grasped to an electrical Receive signal that indicates the pressure present. SämT Liche called electromechanical components include egg active part due to the external mechanical effect is elastically deformed, or its elastic deformation leads to the mechanical effect.
Solche elektromechanischen Bauelemente können eine inte grierte Einrichtung zum Umwandeln des mechanischen Effekts in einen elektrischen Effekt bzw. zum Umwandeln eines elek trischen Effekts in einen mechanischen Effekt aufweisen. Lediglich beispielhaft sei hier die bekannte Elektroden struktur, z. B. in Form von Fingern oder einer Membran, erwähnt, die eine erste Gruppe von Elektroden aufweist, die mit einem beweglichen Teil verbunden ist, und die eine zweite Elektrodengruppe aufweist, die mit einem festen Teil verbunden ist, bezüglich dessen sich der bewegliche Teil bewegt. Die beiden Elektrodengruppen sind ineinandergreifend angeordnet, derart, daß eine relative Auslenkung des beweg lichen Teils zum festen Teil eine Veränderung der Abstände zwischen den Elektroden ergibt, die zu einer veränderten Ka pazität der Fingeranordnung führt. Diese veränderte Kapazi tät ist z. B. eine Funktion der auf den beweglichen Teil wirkenden Beschleunigung. Im Falle eines Drucksensors kann der mechanische Effekt beispielsweise durch Abstandsänderung zwischen zwei flächigen Elektroden im Sinne eines Platten kondensators bewirkt werden. Diese Kapazitätsänderung kann unter Verwendung einer Wechselspannung gemessen werden. Such electromechanical components can inte free device for converting the mechanical effect in an electrical effect or to convert an elec tric effect in a mechanical effect. The known electrodes are only exemplary here structure, e.g. B. in the form of fingers or a membrane, mentioned, which has a first group of electrodes, the is connected to a moving part, and the one second electrode group having a fixed part is connected, with respect to which the movable part emotional. The two groups of electrodes are interlocking arranged such that a relative deflection of the moving part to a fixed part a change in the distances between the electrodes results in a changed Ka capacity of the finger arrangement leads. This changed capaci action is z. B. a function of the moving part acting acceleration. In the case of a pressure sensor the mechanical effect, for example, by changing the distance between two flat electrodes in the sense of a plate capacitor can be effected. This change in capacity can can be measured using an AC voltage.
Solche elektromechanischen Bauelemente werden üblicherweise in miniaturisierter Form aus Siliziummaterial unter Verwen dung der bei der Waferprozessierung bewährten Silizium technologie hergestellt. Die Siliziumtechnologie ermöglicht eine Massenproduktion, die dazu geführt hat, daß beispiels weise kapazitive Beschleunigungssensoren, die unter Verwen dung der Siliziumtechnologie hergestellt worden sind, eine weite Verwendung erfahren haben, insbesondere im Bereich der Automobiltechnik, wobei hier besonders Beschleunigungssenso ren für Airbag-Systeme genannt seien.Such electromechanical components are usually in miniaturized form made of silicon material using silicon that has been tried and tested in wafer processing technology manufactured. Silicon technology enables a mass production that has resulted in, for example wise capacitive acceleration sensors that are used silicon technology, one have been widely used, particularly in the area of Automotive technology, with acceleration sensors in particular ren for airbag systems may be mentioned.
Bei solchen Siliziumsensoren ist die träge Masse an dünnen Federn aufgehängt und mit Elektrodenstrukturen versehen, die zusammen mit feststehenden ähnlichen Elektrodenstrukturen einen Kondensator bilden, dessen Kapazität sich bei Be schleunigung ändert, wodurch die Beschleunigung elektronisch detektiert werden kann. Siliziumbeschleunigungssensoren wer den beispielsweise in Polysilizium-Oberflächenmikromechanik von der Firma Bosch in Reutlingen hergestellt. Bei dieser Technologie wird ein Wafer mit Sensorchips hergestellt und anschließend mit einem ebenfalls mit Techniken der Silizi um-Mikromechanik geeignet vorgefertigten Deckel-Wafer unter anderem mit dem anodischen Bondverfahren verbunden, so daß die empfindlichen mikromechanisch strukturierten Silizium- Sensorstrukturen geschützt sind. Anschließend wird der Ver bund-Wafer mit den verschlossenen Sensorchips vereinzelt. Die einzelnen Sensor-Chips werden dann zusammen mit einem Elektronik-Chip in ein geeignetes Gehäuse unter Verwendung von Standardverfahren der Mikroelektroniktechnologie aufge baut, um das fertige Sensorsystem zu erhalten. Die Sensorsy steme können anschließend wie rein elektronische Bauelemente weiterverarbeitet werden.With such silicon sensors, the inert mass is thin Suspended springs and provided with electrode structures that along with fixed similar electrode structures form a capacitor, the capacity of which is at Be acceleration changes, making acceleration electronic can be detected. Silicon acceleration sensors who for example in polysilicon surface micromechanics manufactured by Bosch in Reutlingen. At this Technology is used to manufacture a wafer with sensor chips and then with one also using techniques from Silici pre-fabricated lid wafer under micromechanics other associated with the anodic bonding process, so that the sensitive micromechanically structured silicon Sensor structures are protected. Then the Ver Bund wafers with the sealed sensor chips isolated. The individual sensor chips are then together with a Using electronic chip in a suitable package of standard processes in microelectronic technology builds to get the finished sensor system. The sensorsy systems can then function like purely electronic components to be processed further.
Vorteile dieser Siliziumbeschleunigungssensoren sind die kleine Baugröße des Sensors und damit des Chips, die Her stellbarkeit im Batch-Verfahren sowie die hohe Langzeitsta bilität und Genauigkeit aufgrund der günstigen Eigenschaften des verwendeten Siliziummaterials. The advantages of these silicon acceleration sensors are small size of the sensor and thus the chip, the Her adjustability in the batch process and the high long-term storage stability and accuracy due to the favorable properties of the silicon material used.
Nachteilig an solchen Systemen ist die Tatsache, daß solche Sensoren aufgrund ihrer sehr kleinen Abmessungen bei den Sensorstrukturen, wenn beispielsweise an Elektrodenstruktu ren als Fingergruppen gedacht wird, und aufgrund des soge nannten Sticking-Effekts praktisch hermetisch dicht gegen Partikel und Feuchtigkeit geschützt werden müssen. Weiterhin ist nachteilig, daß der gesamte Herstellungsprozeß trotz der Batch-Fertigung und der Aufbautechnik der Elektroniktechno logie immer noch sehr teuer ist, da neben dem Elektronik- Chip auch zwei Silizium-Wafer mit mikromechanischen Verfah ren hergestellt, verbunden und vereinzelt werden müssen.A disadvantage of such systems is the fact that such Sensors due to their very small dimensions Sensor structures when, for example, on electrode structure ren is thought of as groups of fingers, and due to the so-called called sticking effect practically hermetically sealed against Particles and moisture must be protected. Farther is disadvantageous that the entire manufacturing process despite the Batch manufacturing and assembly technology of electronics techno logic is still very expensive because in addition to the electronics Chip also two silicon wafers with micromechanical process must be manufactured, connected and separated.
Obwohl sich die Siliziumtechnologie sehr stark durchgesetzt hat, was zu günstigeren Preisen für die gesamten Reinraum anlagen und bereits zu einem hohen Automatisierungsgrad ge führt hat, muß dennoch angemerkt werden, daß zur Waferpro zessierung ein kompletter Reinraum sowie entsprechend ge schultes Personal benötigt werden. Entscheidender Kosten faktor ist somit nicht das Material selbst, sondern der Auf wand bei der Herstellung, der im wesentlichen durch die be nötigten Anlagen und die aufzuwendenden Personalkosten be stimmt ist. Although silicon technology is very popular has what is more affordable for the entire clean room systems and already at a high level of automation has led, it must nevertheless be noted that the wafer pro cessation of a complete clean room as well as ge trained personnel are required. Crucial cost The factor is therefore not the material itself, but the opening wall in the manufacture, which is essentially by the be required systems and the personnel costs to be spent is true.
Die DE 44 02 119 A1 offenbart eine Mikromembranpumpe, wobei die Membran aus Titan und die Ventile aus Polyimid hergestellt sind. Alternativ kann die Membran aus Polyimid bestehen, auf dem eine Heizwendel aufgebracht ist.DE 44 02 119 A1 discloses a micromembrane pump, wherein the membrane made of titanium and the valves made of polyimide are made. Alternatively, the membrane can be made of polyimide exist on which a heating coil is applied.
Das US-Patent Nr. 5,836,750 offenbart eine elektrostatisch betriebene Mesopumpe mit einer Mehrzahl von Elementarzellen. Eine Pumpmembran kann aus metallbeschichteten Polymeren, aus Metall oder aus einem leitfähigen flexiblen elastischen Polymer hergestellt werden.U.S. Patent No. 5,836,750 discloses an electrostatic operated mesopump with a plurality of unit cells. A pump membrane can be made of metal-coated polymers Metal or from a conductive flexible elastic Polymer are produced.
Die DE 197 20 482 A1 offenbart eine Mikromembranpumpe mit einer Membran aus PC oder PFA. Ein Piezoaktor kann auf einem Messingblech angebracht sein, welches wiederum auf der Pumpmembran aufgebracht ist.DE 197 20 482 A1 discloses a micromembrane pump a membrane made of PC or PFA. A piezo actuator can be on one Brass sheet attached, which in turn on the Pump membrane is applied.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, preis günstigere elektromechanische Bauelemente und Verfahren zum Herstellen derselben zu schaffen, die dennoch mechanische und elektrische Eigenschaften haben, die mit denen von Sili zium-Bauelementen vergleichbar sind.The object of the present invention is to price cheaper electromechanical components and methods for Manufacture the same to create the mechanical yet and have electrical properties comparable to those of Sili zium components are comparable.
Diese Aufgabe wird durch ein elektromechanisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Her stellung eines elektromechanischen Bauelements gemäß Patent anspruch 21 gelöst.This task is accomplished by an electromechanical component according to claim 1 and by a method for Her position of an electromechanical component according to patent claim 21 solved.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Herstellung wirklich preisgünstiger elektromechani scher Bauelemente von der etablierten Siliziumtechnologie weggerückt werden muß. Erfindungsgemäß wird als Ausgangsma terial ein Polymerwerkstoff verwendet, der beispielsweise unter Verwendung der ebenfalls gut etablierten Spritzguß technik und/oder Prägetechnik in nahezu beliebige Formen und Strukturen verarbeitet werden kann. Polymermaterialien sind im allgemeinen ebenfalls sehr preisgünstig. Der entschei dende Vorteil liegt jedoch in der Herstellungstechnik. Die maschinellen Anlagen zur Durchführung der Polymerverarbei tung sind wesentlich weniger aufwendig und damit wesentlich preisgünstiger als die entsprechenden maschinellen Anlagen für die Silizium-Technologie. Polymermaterialien haben eben falls je nach Zusammensetzung elastische Eigenschaften, die dazu verwendet werden können, um Federbalken mit definierten Auslenkungseigenschaften herzustellen.The present invention is based on the finding that that for the manufacture of really inexpensive electromechani of the established silicon technology must be moved away. According to the invention as a starting measure material used a polymer material, for example using the also well established injection molding technology and / or stamping technology in almost any shape and Structures can be processed. Are polymeric materials generally also very inexpensive. The decision However, the end advantage lies in the manufacturing technology. The machine systems for the implementation of polymer processing tion are much less expensive and therefore essential cheaper than the corresponding mechanical systems for silicon technology. Just have polymer materials if, depending on the composition, elastic properties that can be used to set cantilevers with defined To produce deflection properties.
Problematisch an Polymermaterialien ist jedoch, daß solche Kunststoffe Fließeigenschaften haben, die zu bedeutenden Problemen bezüglich der Langzeitstabilität führen, wenn keine Vorkehrungen getroffen werden. Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, daß mechanisch aktive Teile des Polymerkörpers, den das elektromechanische Bauelement aufweist, mit einer Metallschicht versehen werden. Dadurch ensteht ein Kunststoff-Metall-Verbundsystem, das ähnlich gute Eigenschaften erreichen kann, wie ein Bauteil, das vollständig aus Metall oder Silizium ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die äußeren Metalloberflächen die mecha nischen Parameter, wie beispielsweise die Steifigkeit bzw. das Flächenträgheitsmoment, stärker beeinflussen als der Kunststoffkern. Als Metallschicht selbst kann beispielsweise Gold verwendet werden. Zur weiteren Kostenreduktion kann jedoch auch eine Metallschicht aus Nickel, Kupfer etc. ein gesetzt werden. Mechanisch aktive Teile sind bei dem be schriebenen Beschleunigungssensor die Federbalken, über die die seismische Masse an dem festen Rahmen aufgehängt ist. Im Falle von elektromechanischen Bauelementen, die Membranen aufweisen, umfaßt der mechanisch aktive Teil auch die Mem bran, die elastisch verformbar ist und ohne Metallschicht aufgrund der Fließeigenschaften des Kunststoffmaterials eine zu geringe Langzeitstabilität hätte.However, the problem with polymer materials is that they are Plastics have flow properties that are too significant Problems with long-term stability lead when no precautions are taken. According to the invention solved this problem in that mechanically active parts of the polymer body that the electromechanical component has to be provided with a metal layer. Thereby creates a plastic-metal composite system that is similar can achieve good properties, like a component that is completely made of metal or silicon. This is on it attributed to the fact that the outer metal surfaces the mecha African parameters, such as the rigidity or influence the area moment of inertia more than that Plastic core. As a metal layer itself, for example Gold can be used. Can further reduce costs but also a metal layer made of nickel, copper, etc. be set. Mechanically active parts are in the be accelerometer wrote the cantilevers over which the seismic mass is suspended from the fixed frame. in the Case of electromechanical components, the membranes have, the mechanically active part also includes the mem bran, which is elastically deformable and without a metal layer due to the flow properties of the plastic material long-term stability would be too low.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das elektromechanische Bauelement aus einem Zwei-Komponen ten-Polymerkörper, der einen ersten Teil aus einem ersten Polymermaterial aufweist, das naßchemisch metallisierbar ist, und der einen zweiten Teil aus einem zweiten Polymerma terial aufweist, das naßchemisch nicht metallisierbar ist. So ist es möglich, durch ein Zwei-Schuß-Spritzgußverfahren die nötigen Metallisierungen zu definieren, d. h. die Me tallisierung der mechanisch aktiven Teile zur Verbesserung der mechanischen Stabilität derselben, jedoch auch die Me tallisierungen, die zur Umsetzung des mechanischen Effekts in ein elektrisches Signal nötig sind, wie z. B. Finger strukturen, Kondensatorplatten, aber auch die erforderlichen Leiterbahnen des elektromechanischen Bauelements zu einem internen elektronischen Schaltkreis, der hybrid in den Poly merkörper eingesetzt wird bzw. auf dem Polymerkörper befe stigt wird, oder zu einem äußeren Stecker.In a particularly preferred embodiment there is the electromechanical component from a two-component ten polymer body, which is a first part from a first Has polymer material that can be metallized wet-chemically and the second part from a second polymer material has material that is not chemically metallizable. So it is possible through a two-shot injection molding process to define the necessary metallizations, d. H. the me tallization of mechanically active parts for improvement the mechanical stability of the same, but also the me tallizations to implement the mechanical effect are necessary in an electrical signal, such as. B. fingers structures, capacitor plates, but also the required Conductor tracks of the electromechanical component into one internal electronic circuit, the hybrid in the poly is inserted body or befe on the polymer body Stigt, or to an external connector.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die außerordentliche Kostenreduktion gegenüber Silizium- Technologie hergestellten elektromechanischen Bauelementen.The main advantage of the method according to the invention is the extraordinary cost reduction compared to silicon Technology manufactured electromechanical components.
Die minimalen Strukturgrößen, die derzeit durch die Kunst stoffverarbeitung erreicht werden können, liegen zumindest heute noch deutlich über denen der Silizium-Mikromechanik. Dadurch werden vor allem die Abmessungen der Federn und die Abstände zwischen Kondensatorelektroden beeinträchtigt. Um das elektrische Rauschen des Sensorsystems zu minimieren, muß eine Mindestkapazität erreicht werden, was bei der Sili ziumtechnologie über sehr geringe Elektrodenabstände er reicht werden muß. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß dies jedoch nicht über eine immer weitere Miniaturisierung mit ihren entsprechenden Problemen erkauft werden, sondern durch eine Erhöhung der Baugrößen, da wesentlich kostengün stigere Werkstoffe als Silizium zum Einsatz kommen, und da das bevorzugte Spritzgießverfahren keine wesentlichen Begrenzungen für die Höhe von beispielsweise schwingenden Mas sen aufweist, was jedoch bei der Verwendung von Polysilizium sehr wohl der Fall ist.The minimum structure sizes currently used by art material processing can be achieved, at least still significantly higher than that of silicon micromechanics. As a result, the dimensions of the springs and the Distances between capacitor electrodes affected. Around to minimize the electrical noise of the sensor system, a minimum capacity must be achieved, which is the case with the Sili cium technology with very small electrode spacings must be enough. In the method according to the invention however, this does not involve further miniaturization are bought with their corresponding problems, but by increasing the size, as it is significantly less expensive stronger materials than silicon are used, and there the preferred injection molding process has no significant limitations for the height of, for example, vibrating mas sen, but what with the use of polysilicon is very much the case.
Andererseits hat die Ur- bzw. Abformtechnik mit polymeren Werkstoffen bekanntermaßen auch das Potential, um auch Strukturen im Mikrometerbereich herstellen zu können. Dazu wird es bevorzugt, das Spritzgießverfahren mit einem Spritz prägeverfahren zu kombinieren, oder auch mit dem bekannten Heißprägeverfahren.On the other hand, the master or impression technique with polymer Materials are also known to have the potential to also To be able to manufacture structures in the micrometer range. To it is preferred to use an injection molding process to combine embossing processes, or also with the known Hot embossing process.
Die größere Bauform und Baugröße des erfindungsgemäßen elek tromechanischen Bauelements bringt den Vorteil mit sich, daß die Empfindlichkeit für Partikel und Verunreinigungen nicht so groß ist. Darüber hinaus kann zur Erhöhung der Robustheit die gesamte metallisierte Oberfläche mit einer dichten dün nen Goldschicht überzogen werden, um auch die Feuchte- und Umweltempfindlichkeit des Sensorsystems zu verbessern, so daß die Anforderungen an eine Verkapselung deutlich geringer werden als bei Silizium-Bauelementen.The larger design and size of the elek tromechanical component has the advantage that the sensitivity to particles and contaminants is not is so big. It can also increase robustness the entire metallized surface with a dense thin NEN gold layer are coated to the moisture and To improve environmental sensitivity of the sensor system, so that the requirements for encapsulation are significantly lower than with silicon components.
Vorzugsweise wird als Verfahren zum Bilden der Metallschich ten das Verfahren der außenstromlosen chemischen Metallisie rung eingesetzt. Dieses Verfahren kann günstigerweise mit dem Verfahren der galvanischen Verstärkung der Metallschich ten kombiniert werden, wodurch durch Steuern der Metalldicke beim galvanischen Verstärken sowohl der Elektrodenabstand für Elektrodenstrukturen als auch die Eigenfrequenz des Sen sorelements genau gesteuert und für den bestimmten Anwen dungsbereich optimiert werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert auch das Potential, die Masse der bewegli chen trägen Struktur am Beispiel des Beschleunigungssensors bzw. die Masse und auch das Elastizitätsmodul einer Membran im Falle von Mikroventilen bzw. Mikropumpen durch Steuern der Menge des Metalls, das aufgewachsen wird, sehr genau festzulegen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die seismi sche Masse bei Inertialsensoren durch das Umspritzen eines eingelegten Metallkörpers zu erhöhen. Preferably, as a method of forming the metal layer the process of electroless chemical metallization tion used. This procedure can conveniently be done with the process of galvanic reinforcement of the metal layer ten can be combined, thereby controlling the metal thickness when galvanically amplifying both the electrode spacing for electrode structures as well as the natural frequency of the Sen sorelements precisely controlled and for the specific application range can be optimized. The invention The process also provides the potential to measure the mass of the moveable Chen inert structure using the example of the acceleration sensor or the mass and also the elastic modulus of a membrane in the case of microvalves or micropumps by control the amount of metal that is grown very precisely set. There is also the possibility of seismi mass with inertial sensors by overmolding a to increase the inserted metal body.
Schließlich wird die gesamte Palette der Kunststoffspritz gußtechnik, beispielsweise die Verwendung von Ausrichtungs stiften/Löchern, von Schnappverbindungen zum unlösbaren Ver binden oder von angespritzten Dichtungen und/oder extern eingesetzten Dichtungen eröffnet, die im Vergleich zur Sili ziumtechnologie extrem preisgünstig sind und nahezu den gleichen Effekt erreichen können.Finally, the full range of plastic injection casting technology, for example the use of alignment pin / holes, from snap connections to the inseparable ver bind or from molded seals and / or externally used seals opened compared to the Sili cium technology are extremely inexpensive and almost the same can achieve the same effect.
Schließlich umfaßt der Herstellungsprozeß im Vergleich zur Siliziumtechnologie eine geringe Anzahl von Schritten, wo durch der Ausschuß während der Produktion und damit auch die Kosten gering gehalten werden können.Finally, the manufacturing process includes compared to Silicon technology a small number of steps where by the committee during production and thus also the Costs can be kept low.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen detailliert erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing explained in detail. Show it:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht des elektromechani schen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a schematic plan view of the electromechanical device according to the present invention.
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des elektromechani schen Bauelements mit Gehäuseboden und Gehäuse deckel gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Figure 2 is a schematic side view of the electromechanical component's housing bottom and housing cover according to a preferred embodiment of the present invention.
Fig. 3 eine Seitenansicht des elektromechanischen Bauele ments in Kombination mit einem SMD-Bauelement zur elektrischen Ansteuerung und/oder Auswertung; Figure 3 is a side view of the electromechanical Bauele ments in combination with an SMD component for electrical control and / or evaluation.
Fig. 4 eine Seitenansicht des elektromechanischen Bauele ments mit Federkontakten zur Kontaktierung eines elektronischen Schaltkreises; Figure 4 is a side view of the electromechanical component with spring contacts for contacting an electronic circuit.
Fig. 5 eine Seitenansicht des elektromechanischen Bauele ments mit einer Feder und Kontakthügeln zur Kontak tierung eines elektronischen Schaltkreises; und Fig. 5 is a side view of the electromechanical component with a spring and contact bumps for contacting an electronic circuit; and
Fig. 6 eine Seitenansicht des elektromechanischen Bauele ments mit Kleber-Kontakthügeln zur Kontaktierung eines elektronischen Schaltkreises. Fig. 6 is a side view of the electromechanical component with adhesive bumps for contacting an electronic circuit.
Fig. 1 zeigt ein elektromechanisches Bauelement, das allge mein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Das elek tromechanische Bauelement 10 weist einen Polymerkörper 12 auf, der einen mechanisch aktiven Teil hat, der die beiden Federbalken 14a, 14b sowie eine seismische Masse 14c auf weist. Das elektromechanische Bauelement 10, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Sensor zur Messung einer mechanischen Beschleunigung. Beispielhaft wurde bei dem in Fig. 1 gezeig ten Beschleunigungssensor das kapazitive Erfassungsprinzip eingesetzt, das eine Elektrodenstruktur mit einer ersten Elektrodengruppe 16a, die an einem feststehenden Rahmen 18 angebracht sind, sowie eine zweite Elektrodengruppe 16b umfaßt, die Finger aufweist, die an der seismischen Masse 14c befestigt sind. Das elektromechanische Bauelement 10, das in Fig. 1 als Beschleunigungssensor dargestellt ist, umfaßt ferner irgendeinen elektronischen Schaltkreis (Chip) 20 sowie einen Anschlußstecker 22, der ebenfalls ein Teil des Polymerkörpers 12 ist, d. h. der Anschlußstecker 22 und der feste Rahmen sowie der mechanisch aktive Teil sind alle aus Polymermaterial gebildet. Zur Ansteuerung bzw. Auslesung der Elektrodenstruktur 16a, 16b umfaßt das elektromechani sche Bauelement ferner Leiterbahnen 24a bis 24c, die sowohl die bewegliche Masse als auch die beiden ersten Elektroden gruppen 16a der Fingerstrukturen über Bonddrähte 26 mit dem Chip bzw. mit entsprechenden Anschlußflächen des Chips ver binden. Darüber hinaus umfaßt das elektromechanische Bauele ment 10 weitere Leiterbahnen 28a bis 28d, die einerseits ebenfalls über Bonddrähte mit dem Chip 20 verbunden sind, und die andererseits in breitere Enden übergehen, um mit dem Polymerkörper 12 einen Anschlußstecker, der beim in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vier Kontakte hat, zu bilden. Fig. 1 shows an electromechanical component, which is generally identified by the reference numeral 10 . The elec tromechanical component 10 has a polymer body 12 which has a mechanically active part which has the two spring bars 14 a, 14 b and a seismic mass 14 c. The electromechanical component 10 shown in FIG. 1 is a sensor for measuring a mechanical acceleration. For example, the capacitive detection principle was used in the accelerometer shown in FIG. 1, which comprises an electrode structure with a first electrode group 16 a, which are attached to a fixed frame 18 , and a second electrode group 16 b, which has fingers that on the seismic mass 14 c are attached. The electromechanical component 10 , which is shown in Fig. 1 as an acceleration sensor, further comprises some electronic circuit (chip) 20 and a connector 22 , which is also part of the polymer body 12 , ie the connector 22 and the fixed frame and the mechanically active Part are all made of polymer material. To control or read out the electrode structure 16 a, 16 b, the electromechanical component also includes conductor tracks 24 a to 24 c, which groups both the movable mass and the two first electrode groups 16 a of the finger structures via bond wires 26 with the chip or with connect corresponding pads of the chip ver. In addition, the electromechanical component 10 comprises further conductor tracks 28 a to 28 d, which on the one hand are also connected to the chip 20 via bond wires, and which on the other hand merge into wider ends in order to connect the polymer body 12 with a connector which is shown in FIG. 1 embodiment shown has four contacts to form.
Wenn das elektromechanische Bauelement 10 einer linearen Be schleunigung unterzogen wird, so wird die seismische (träge) Masse 14c bezüglich des festen Rahmens 18 ausgelenkt, was zu einer elastischen Verformung der Federbalken 14a, 14b führt. Die Verschiebung der Masse 14c führt zu einer veränderten Kapazität, die unter Verwendung der ersten und zweiten Fin gergruppen 16a, 16b erfaßt werden kann und in dem IC 20 be reits "an Ort und Stelle" verarbeitet werden kann, um über den Steckerbereich 22 ausgegeben zu werden.If the electromechanical component 10 is subjected to a linear acceleration, the seismic (inertial) mass 14 c is deflected with respect to the fixed frame 18 , which leads to an elastic deformation of the spring bars 14 a, 14 b. The displacement of the mass 14 c leads to a changed capacitance, which can be detected using the first and second fin groups 16 a, 16 b and can already be processed "in place" in the IC 20 , via the plug area 22 to be issued.
Wie es bereits erwähnt worden ist, würde die Langzeitstabi lität eines solchen elektromechanischen Bauelements nicht besonders groß sein, da Polymermaterialien üblicherweise ein Fließverhalten über der Zeit haben. Anders ausgedrückt führt eine ständige Verformung der beiden Federbalken 14a, 14b mit der Zeit dazu, daß neben der elastischen Verformung auch eine plastische Verformung auftritt, wodurch der Sensor mit der Zeit Empfindlichkeit verlieren und schließlich unbrauch bar werden würde. Erfindungsgemäß wird dieses Problem da durch gelöst, daß eine Metallschicht 30 vorgesehen wird, die den mechanisch aktiven Teil zur mechanischen Stabilisierung desselben zumindest teilweise bedeckt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der mechanisch aktive Teil zum einen die Federn 14a, 14b als auch die seismische Masse 14c. Zur erfindungsgemäßen Stabilisierung, um eine gute Langzeitstabilität zu erreichen und somit überhaupt den Einsatz von Polymermaterialien für solche elektromechani schen Bauelemente zu ermöglichen, werden die Federbalken mit der Metallschicht versehen. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, aus mechanischen Stabilisierungsgründen auch die seismische Masse 14c zu metallisieren. Dies wird jedoch im vorliegenden Fall aufgrund des kapazitiven Erfassungs prinzips getan. Wenn kein kapazitives Erfassungsprinzip, sondern irgendein anderes Erfassungsprinzip verwendet wird, das keine Kontaktierung der beweglichen Masse 14c erfordert, so müßten lediglich die Federbalken 14a, 14b metallisiert werden, um ihre mechanischen Eigenschaften entscheidend zu verbessern.As has already been mentioned, the long-term stability of such an electromechanical component would not be particularly great, since polymer materials usually have a flow behavior over time. In other words, a permanent deformation of the two cantilevers 14 a, 14 b over time leads to the fact that, in addition to the elastic deformation, plastic deformation also occurs, as a result of which the sensor loses sensitivity over time and would ultimately become unusable. According to the invention, this problem is solved by providing a metal layer 30 which at least partially covers the mechanically active part for the mechanical stabilization thereof. In the embodiment shown in Fig. 1, the mechanically active part comprises the springs 14 a, 14 b and the seismic mass 14 c. To stabilize the invention, to achieve good long-term stability and thus to enable the use of polymer materials for such electromechanical components, the cantilevers are provided with the metal layer. However, it is not absolutely necessary to also metallize the seismic mass 14 c for mechanical stabilization reasons. However, this is done in the present case due to the capacitive detection principle. If no capacitive detection principle, but any other detection principle is used that does not require contacting the movable mass 14 c, then only the spring bars 14 a, 14 b would have to be metallized in order to decisively improve their mechanical properties.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die metallischen Schichten zur Stabilisierung, die vorzugsweise so ausgeführt werden, daß sie die Balken nicht nur teilweise, sondern vollständig umgeben, auch gleichzeitig zur Leitung von elektrischen Signalen dienen können. Hiermit wird auch die Resonanzfrequenz des Systems erhöht, was beispielsweise bei Beschleunigungssensoren wichtig ist.Another advantage of the present invention is in that the metallic layers for stabilization, which are preferably designed so that they are the beams not only partially, but completely surrounded, too also serve to conduct electrical signals can. This also affects the resonance frequency of the system increased, for example in the case of acceleration sensors important is.
Prinzipiell könnte der Polymerkörper 12 aus nur einem Poly mermaterial bestehen, wobei die Strukturierung der kapaziti ven Erfassungselektroden und auch der Federbalken beispiels weise unter Verwendung eines Ein-Schuß-Spritzgußverfahrens durchgeführt werden würde, um danach unter Verwendung einer Schattenmaske die in Fig. 1 gezeigte Metallisierungsstruk tur, d. h. die Metallschichten auf dem mechanisch aktiven Teil zur Stabilisierung und die weiteren Metallschichten, um die Leiterbahnen zu bilden, beispielsweise durch Aufdampfen herzustellen.In principle, the polymer body 12 could consist of only one polymer material, the structuring of the capacitive detection electrodes and also the spring bars, for example, using a one-shot injection molding process, would then be carried out using a shadow mask , the metallization shown in Fig. 1 structure, ie the metal layers on the mechanically active part for stabilization and the further metal layers to form the conductor tracks, for example by vapor deposition.
Es wird jedoch bevorzugt, ein Zwei-Schuß-Spritzgußverfahren einzusetzen, bei dem in einem ersten Schuß die Bereiche, die später metallisiert werden sollen, unter Verwendung eines naßchemisch metallisierbaren Polymermaterials hergestellt werden, um dann in einem zweiten Schuß um das Ergebnis des ersten Schusses herum den festen Rahmen zu spritzen. Diese Zwei-Komponenten-Spritzgußtechnologie hat den Vorteil, daß sich die Strukturierung der Metallisierung gewissermaßen von selbst ergibt, wenn das Ergebnis des zweiten Schusses naß chemisch metallisiert wird, da nur auf den Oberflächen, die aus dem ersten Polymerwerkstoff bestehen, der metallisierbar ist, eine Metallschicht gebildet wird, während auf den an deren Oberflächen, die aus dem zweiten Polymermaterial be stehen, das nicht naßchemisch metallisierbar ist, keine Metallablagerung stattfindet.However, it is preferred to use a two-shot injection molding process use, in which in a first shot the areas that to be metallized later using a Made of wet-chemical metallizable polymer material to then in a second shot to the result of the first shot around the solid frame. This Two-component injection molding technology has the advantage that the structuring of the metallization to a certain extent even if the result of the second shot is wet is chemically metallized because only on the surfaces that consist of the first polymer material that can be metallized is, a metal layer is formed while on the the surfaces of which are made of the second polymer material stand that can not be metallized by wet chemistry, none Metal deposition takes place.
Der metallisierte Teil des Polymerkörpers haftet an dem nicht-metallisierten Teil per se aufgrund des Spritzgußver fahrens. Um jedoch die Verbindungen zu verbessern, da ja unter Umständen zumindest im Bereich der Federn mechanische Kräfte wirken, werden vorzugsweise formschlüssige Veran kerungen 32 vorgesehen, die dazu führen, daß die beiden Polymerteile aus den unterschiedlichen Polymermaterialien nicht nur aneinander haften, sondern auch formschlüssig mechanisch miteinander verbunden sind. Hierzu bieten sich beliebig gestaltete Verankerungsstrukturen an, die mit dem Herstellungsverfahren in zumindest zwei Stufen kompatibel sind.The metallized part of the polymer body adheres to the non-metallized part per se due to the injection molding process. However, in order to improve the connections, since mechanical forces may at least act in the area of the springs, form-locking anchorages 32 are preferably provided, which lead to the fact that the two polymer parts from the different polymer materials not only adhere to one another but also form-fit mechanically with one another are connected. Anchoring structures of any design are available for this purpose, which are compatible with the manufacturing process in at least two stages.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, muß der IC 20 nicht als ge häuster Chip vorliegen, sondern derselbe kann auch als Nackt-Chip mit entsprechenden Anschlußflächen vorgesehen sein, die über die Bonddrähte 26 kontaktierbar sind.As shown in Fig. 1, the IC 20 does not have to be present as a housed chip, but the same can also be provided as a bare chip with corresponding connection surfaces which can be contacted via the bond wires 26 .
Im nachfolgenden wird näher auf das bevorzugte Herstellungs verfahren unter Verwendung der zwei verschiedenen Polymer materialien für die beiden Spritzguß-Schüsse eingegangen. Die Federn 14a, 14b, die seismische Masse 14c, die Elektro den 16a, 16b sowie die Leiterbahnbereiche 24a bis 24c einer seits als auch die Leiterbahnbereiche 28a bis 28d anderer seits, die sich in den Steckerbereich 22 erstrecken, werden mit dem ersten Schuß aus einem geeigneten metallisierbaren ersten Polymerwerkstoff, beispielsweise aus Pd-dotiertem LCP (LCP = Liquid Crystal Polymer, z. B. Vectra E 820 i der Fir ma Hoechst) oder Polyamid (PA) 66 hergestellt. Dagegen wer den der restliche Teil des festen Rahmens, die Isolations gebiete und weitere Merkmale, wie z. B. Schnappverbinder, auf die bezugnehmend auf Fig. 2 eingegangen wird, mit dem zweiten Schuß aus dem zweiten Polymerwerkstoff hergestellt, der in dem dann einzusetzenden Metallisierungsprozeß kein Metall annimmt. Ein solcher Werkstoff ist beispielsweise undotiertes LCP oder PA 66 etc. Für die Werkzeuggestaltung kann es jedoch unter Umständen auch vorteilhaft sein, die Reihenfolge beim Spritzgießprozeß umzukehren, d. h. zunächst die nicht zu metallisierenden Strukturen zu spritzen und dann die zu metallisierenden Strukturen. In the following, the preferred manufacturing process using the two different polymer materials for the two injection molding shots is discussed in more detail. The springs 14 a, 14 b, the seismic mass 14 c, the electrical 16 a, 16 b and the conductor track regions 24 a to 24 c on the one hand and the conductor track regions 28 a to 28 d on the other hand, which are in the plug region 22nd extend with the first shot from a suitable metallizable first polymer material, for example from Pd-doped LCP (LCP = Liquid Crystal Polymer, e.g. Vectra E 820 i from Hoechst) or polyamide (PA) 66 . In contrast, who the rest of the fixed frame, the isolation areas and other features such. B. snap connector, which will be discussed with reference to Fig. 2, made with the second shot of the second polymer material, which does not accept any metal in the metallization process to be used. Such a material is, for example, undoped LCP or PA 66 etc. For tool design, however, it may also be advantageous to reverse the order in the injection molding process, that is to first spray the structures that are not to be metallized and then the structures to be metallized.
Die Zwei-Komponenten-Spritzlinge werden anschließend in einer naßchemischen Prozeßfolge so behandelt, daß sich an der Oberfläche des ersten Polymerwerkstoffs eine Metall schicht autokatalythisch abscheidet. Die wichtigsten Ar beitsschritte bestehen dabei aus der Reinigung der Spritz linge, der Temperung der Spritzlinge und der Sensibilisie rung der Oberfläche derselben durch eine Oberflächenreak tion, wie z. B. ein Anätzen der Oberfläche oder Aufquellen und Bekeimen der Oberfläche mit Pd-Keimen.The two-component moldings are then in a wet chemical process sequence treated in such a way that a metal on the surface of the first polymer material deposits autocatalytic layer. The main ar steps consist of cleaning the spray linge, the tempering of the moldings and the sensitization tion of the surface of the same by a surface craze tion, such as B. etching the surface or swelling and germinating the surface with Pd nuclei.
Anschließend werden die Spritzlinge im autokatalythischen Bad mit Metall beschichtet. Als Schichten kommen Kupfer oder Nickel als Startschicht, Leiterschicht und Schicht zur me chanischen Stabilisierung sowie Gold als löt- und drahtbond bare Oberflächenschutzschicht in Frage. Typische Metall schichtdicken liegen hierbei in der Größenordnung von 30 µm, wobei jedoch Schichtspannungen bzw. die Schichthaftung auf dem Polymerwerkstoff und insbesondere natürlich die Abschei dedauer die Dicke begrenzen.Then the moldings in the autocatalytic Bathroom coated with metal. Copper or come as layers Nickel as the starting layer, conductor layer and layer to me mechanical stabilization and gold as solder and wire bond bare surface protective layer in question. Typical metal layer thicknesses are of the order of 30 µm, however, layer tensions or layer adhesion the polymer material and, of course, the parting limit the thickness.
Daher wird es bevorzugt, die Schichtdicke vor der Vergoldung durch eine galvanische Schicht, z. B. Nickel, zu verstärken. Während sich außenstromlos abgeschiedene Metallschichten durch eine sehr hohe Konformität der Schichten auszeichnen, neigen galvanische Schichten bei feinen Strukturdetails zu stark inhomogenen Schichtdicken, die sich negativ auf die Geometrie der Bauelemente, insbesondere aber auf die Abstän de zwischen den Elektroden oder auf die Federn und ihre elastischen Eigenschaften auswirken können.Therefore, it is preferred to apply the layer thickness before gilding by a galvanic layer, e.g. B. nickel to reinforce. While metal layers deposited without external current characterized by a very high conformity of the layers, tend to galvanic layers with fine structural details strongly inhomogeneous layer thicknesses, which negatively affect the Geometry of the components, but especially on the distances de between the electrodes or on the springs and their can affect elastic properties.
Aufgrund der Symmetrie der Struktur können bei einem bevor zugten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung die feststehenden metallisierten Gebiete in Form der Elektroden 16a als Hilfselektroden genutzt werden, um über das Anlegen eines geeigneten Potentials eine homogenere Abscheidung auf den Federbalken und auch auf der seismischen Masse zu er reichen. Dabei scheidet sich auf der Hilfselektrode kein Me tall ab. Für die galvanische Abscheidung ist eine elektrische Kontaktierung der Gebiete erforderlich. Beim Anlegen der Spannung kommt es zu einer anziehenden Kraft auf die Sensorstruktur, die jedoch aufgrund der Symmetrie der Struk tur insgesamt kompensiert wird.Due to the symmetry of the structure of the fixed metallized regions 16 a as an auxiliary electrode be used via the application of a suitable potential a more homogeneous deposition on the elastic blade and also on the seismic mass to he can at a before ferred manufacturing method of the present invention in the form of the electrodes pass. No metal is deposited on the auxiliary electrode. Electrical contacting of the areas is required for galvanic deposition. When the voltage is applied, there is an attractive force on the sensor structure, which, however, is compensated for overall due to the symmetry of the structure.
Um jedoch sicher zu verhindern, daß sich die erste Elektro dengruppe 16a und die zweite Elektrodengruppe 16b beim Anle gen einer elektrischen Spannung dennoch berühren, bzw. für unsymmetrische Strukturen, bei denen sich die Anziehungs kräfte nicht aufheben, kann eine Hilfsverbindung 34 aus dem ersten oder dem zweiten Polymermaterial eingesetzt werden. Die Hilfsverbindung wird dann, nach Vollendung des Metalli sierungsprozesses, wenn keine Potentialdifferenz mehr an die Kammstruktur angelegt wird, entfernt, z. B. durch Ausstan zen.However, in order to reliably prevent the first electrode group 16 a and the second electrode group 16 b from contacting one another when applying an electrical voltage, or for asymmetrical structures in which the forces of attraction do not cancel one another, an auxiliary connection 34 can be made from the first or the second polymer material can be used. The auxiliary connection is then, after completion of the metallization process, when no more potential difference is applied to the comb structure, z. B. by punching.
Ein weiterer Parameter, der bei dem bevorzugten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Polymer körper aus zwei Polymerwerkstoffen besteht, berücksichtigt werden muß, ist die Verbundfestigkeit zwischen den verschie denen Polymerwerkstoffen. Wenn zwei LCP-Werkstoffe im Zwei- Komponenten-Spritzgießverfahren ohne weitere Maßnahmen ver bunden werden, entsteht eine u. U. zu geringe Haftfestig keit. Um die Haftfestigkeit zwischen den Gebieten aus unter schiedlichem Polymermaterial zu verbessern, werden daher die bereits beschriebenen Verankerungen 32 eingesetzt, die ins besondere vorteilhafterweise dort plaziert werden, wo die höchsten mechanischen Belastungen auftreten, also u. a. im Bereich der Verbindungen der Federn mit dem festen Rahmen.Another parameter that must be taken into account in the preferred embodiment of the present invention, in which the polymer body consists of two polymer materials, is the bond strength between the various polymer materials. If two LCP materials are connected in a two-component injection molding process without further measures, a u. U. Too little adhesive strength. To improve the adhesive strength between the areas of different polymer material, the anchors 32 already described are therefore used, which are particularly advantageously placed where the highest mechanical loads occur, that is, inter alia, in the area of the connections of the springs to the fixed frame.
Nach der Herstellung und Metallisierung des Kunststoff spritzlings wird das elektromechanische Bauelement mit dem elektronischen Schaltkreis 20 bestückt. Zur elektrischen Kontaktierung können verschiedene Maßnahmen eingesetzt wer den, auf die in den weiteren Figuren im einzelnen einge gangen wird.After the plastic is injection molded and metallized, the electromechanical component is equipped with the electronic circuit 20 . Various measures can be used for electrical contacting, which will be dealt with in detail in the further figures.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des elektromechanischen Bauelements 10, wobei, wie in Fig. 1, Bondverbindungen über Bonddrähte 26 zum Kontaktieren des Chips 20 verwendet wur den. Zur Erhöhung der Robustheit wird über den Bereich, in dem sich der Chip 20 und die Bonddrähte 26 befinden, eine Vergußmasse 36 aufgebracht. Fig. 2 zeigt ferner die Ausge staltung der externen Leiterbahnen am Beispiel der Leiter bahn 28d im Steckerbereich, die so gebildet ist, daß sie sich um den Steckerbereich 22 herum erstreckt. In Fig. 2 ist ferner gezeigt, daß das elektromechanische Bauelement unter Verwendung eines Gehäusebodens 40 und eines Gehäusedeckels 42 eingekapselt wird, um es vor äußeren Einflüssen zu schüt zen. Zur Verbindung des Polymerkörpers 12 mit sowohl dem Gehäuseboden 40 als auch dem Gehäusedeckel 42 sind auf dem Gebiet der Kunststofftechnik bekannte Schnappverbindungen mit einem entsprechenden ersten Schnapphaken an der einen Komponente und einem entsprechenden zusammenpassenden Schnapphaken an der anderen Komponente vorgesehen, die all gemein durch das Bezugszeichen 44 gekennzeichnet sind. Zur Ausrichtung der beiden Komponenten sind ferner Ausrichtungs stifte 46 an sowohl dem Gehäuseboden 40 als auch dem Gehäu sedeckel 42 vorgesehen, die in entsprechende Ausrichtungs löcher 48 einführbar sind. Zur Abdichtung des mechanisch aktiven Teils sind ferner umlaufende Dichtungen sowohl an dem Gehäusedeckel als auch an dem Gehäuseboden, die mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet sind, vorgesehen. Diese Dichtun gen können entweder unter Verwendung von Gummiringen reali siert werden, oder aber auch durch an Gehäusedeckel und Gehäuseboden angespritzte Dichtungskanten. Vorzugsweise bestehen nämlich sowohl Gehäuseboden als auch Gehäusedeckel ebenfalls aus dem Polymermaterial, und im Falle des Zwei- Komponenten-Ausführungsbeispiels zumindest teilweise aus dem Polymermaterial, das metallisierbar ist, um eine Metallisie rung sowohl an der Außenseite des Gehäusebodens als auch an der Außenseite des Gehäusedeckels, die mit dem Bezugszeichen 52 gekennzeichnet ist, zu erreichen, um eine elektromagneti sche Abschirmung sicherzustellen, wodurch sowohl das Rau schen als auch die Empfindlichkeit des gesamten elektrome chanischen Bauelements verbessert werden können. FIG. 2 shows a side view of the electromechanical component 10 , wherein, as in FIG. 1, bond connections via bond wires 26 were used to contact the chip 20 . To increase the robustness, a casting compound 36 is applied over the area in which the chip 20 and the bond wires 26 are located. Fig. 2 also shows the configuration of the external conductor tracks using the example of the conductor track 28 d in the connector area, which is formed so that it extends around the connector area 22 . In Fig. 2 it is also shown that the electromechanical component is encapsulated using a housing base 40 and a housing cover 42 in order to protect it from external influences. To connect the polymer body 12 to both the housing base 40 and the housing cover 42 , snap connections known in the field of plastics technology are provided with a corresponding first snap hook on one component and a corresponding mating snap hook on the other component, all of which are generally identified by reference numeral 44 Marked are. To align the two components, alignment pins 46 are also provided on both the housing base 40 and the housing sedeckel 42 , which holes 48 can be inserted into corresponding alignment. To seal the mechanically active part, circumferential seals are also provided both on the housing cover and on the housing base, which are identified by the reference numeral 50 . These seals can either be realized using rubber rings, or they can also be molded onto the sealing edges of the housing cover and housing base. This is because both the housing base and the housing cover preferably also consist of the polymer material, and in the case of the two-component exemplary embodiment at least partially of the polymer material, which can be metallized in order to metallize both on the outside of the housing base and on the outside of the housing cover, which is identified by the reference numeral 52 , to ensure electromagnetic shielding, whereby both the noise and the sensitivity of the entire electromechanical component can be improved.
Als Alternative zu der Verbindung des Polymerkörpers mit dem Gehäusedeckel 42 bzw. mit dem Gehäuseboden 40 unter Verwen dung der Schnappverbinder 44 kann auch ein geeigneter Kleb stoff oder ein Schweißverfahren eingesetzt werden. Geeignete Schweißverfahren sind das Ultraschallschweißen oder das Laserschweißen, insbesondere mit Diodenlasern. Wie es be reits erwähnt worden ist, kann zur Vereinfachung des Zusam menfügeprozesses die Anordnung aus Führungsstiften 46 und Führungslöchern 48 zur Justierung von Gehäusedeckel 42 und Gehäuseboden 40 verwendet werden.As an alternative to the connection of the polymer body to the housing cover 42 or to the housing base 40 using the snap connector 44 , a suitable adhesive or a welding process can also be used. Suitable welding processes are ultrasonic welding or laser welding, especially with diode lasers. As has already been mentioned, the arrangement of guide pins 46 and guide holes 48 for adjusting the housing cover 42 and the housing base 40 can be used to simplify the assembly process.
Als Alternative zu der Konstruktion des elektromechanischen Bauelements unter Verwendung des Polymerkörpers, des Gehäu sebodens 40 und des Gehäusedeckels 42, d. h. zur Konstruk tion des elektromechanischen Bauelements aus drei Komponen ten, wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Sen sorelement von nur einer Seite aus mit einem Gehäusedeckel verschlossen, während die andere Seite bereits beim Herstel lungsprozeß des Polymerkörpers verschlossen wird. In anderen Worten ausgedrückt wird bei dem Bilden des Polymerkörpers gleichzeitig auch der Gehäuseboden gebildet, was durch eine geeignete Gußform ohne weiteres erreicht werden kann.As an alternative to the construction of the electromechanical component using the polymer body, the housing base 40 and the housing cover 42 , ie for the construction of the electromechanical component from three components, in a preferred embodiment the sensor element is from only one side with a housing cover sealed, while the other side is already sealed during the manufacturing process of the polymer body. In other words, when the polymer body is formed, the housing base is also formed at the same time, which can easily be achieved by a suitable casting mold.
Der Gehäusedeckel muß jedoch so gestaltet sein, daß er nach träglich aufgesetzt werden kann, um das elektromechanische Bauelement mit dem Chip 20 zu bestücken. Wenn jedoch auf einen bereits in dem elektromechanischen Bauelement einge brachten Chip verzichtet wird, d. h. wenn die Anschlußflä chen der Leiterbahnen 24a bis 24c (Fig. 1) bis zum Stecker bereich 22 "herausgezogen" werden, ist es prinzipiell auch möglich, das gesamte elektromechanische Bauelement unter Verwendung einer geeigneten Gußform in einem Zug zu bilden, da im Falle der Verwendung des naßchemischen Metallisie rungsverfahrens im katalythischen Bad im Gegensatz zu den bekannten Siliziumtechnologien die zu metallisierenden Ober flächen nicht von oben zugänglich sein müssen, da das auto katalythische Bad in die Hohlräume eintritt und überall dort zur Metallabscheidung führt, wo als Polymermaterial das Ma terial vorhanden ist, auf dem Metall unter Verwendung des naßchemischen Verfahrens aufgebracht werden kann.However, the housing cover must be designed so that it can be put on later to populate the electromechanical component with the chip 20 . However, when incorporated in an electromechanical already in the device mounted chip is omitted, that is, when the Anschlußflä surfaces of the conductor tracks 24 are "pulled" to 24 c (FIG. 1) to the plug-in region 22 a, it is also possible in principle, the entire Form electromechanical component using a suitable mold in one go, since in the case of using the wet chemical metallization process in the catalytic bath, in contrast to the known silicon technologies, the surfaces to be metallized do not have to be accessible from above, since the auto catalytic bath in the Cavities occurs and leads to metal deposition wherever the material is present as a polymer material on which metal can be applied using the wet chemical process.
Um eine höhere geometrische Genauigkeit der mechanisch akti ven Teile des Polymerkörpers, d. h. der Federbalken 14a, 14b und der beweglichen Masse 14c im Falle des Beschleunigungs sensors, zu schaffen, kann statt des Spritzgußverfahrens auch ein Spritzprägeverfahren oder ein Heißprägeverfahren verwendet werden, um die dann erhaltenen Prägeteile zu um spritzen, um den fertigen Polymerkörper zu bilden, bei dem nun jedoch der mechanisch aktive Teil und im Falle der Ver wendung einer kapazitiven Auswertung auch die zweite Elek trodengruppe, d. h. die an dem Rahmen 18 angebrachten festen Finger, eine noch genauer definierte geometrische Form ha ben. Sowohl das Spritzprägeverfahren als auch das Heißpräge verfahren erlauben eine sehr hohe Strukturfeinheit und be sonders einen geringen Bauteilverzug, der aufgrund von Aus richtungseffekten der Polymere auftreten kann, wenn ledig lich ein Spritzgußverfahren eingesetzt wird.In order to create a higher geometric accuracy of the mechanically active parts of the polymer body, ie the spring bars 14 a, 14 b and the movable mass 14 c in the case of the acceleration sensor, an injection molding process or a hot stamping process can also be used instead of the injection molding process to then inject the embossed parts obtained in order to form the finished polymer body, in which, however, the mechanically active part and in the case of using a capacitive evaluation also the second electrode group, ie the fixed fingers attached to the frame 18 , one more have a more precisely defined geometric shape. Both the injection embossing process and the hot embossing process allow a very high structural fineness and in particular a low component distortion, which can occur due to alignment effects of the polymers, if only an injection molding process is used.
Um Probleme aufgrund des Stickings bzw. der Adhäsion zwi schen mechanisch aktivem Teil und Rahmen während der Her stellung aber auch während des Betriebs zu vermeiden, wird es bevorzugt, Ausnehmungen am mechanisch aktiven Teil oder am Rahmen zu formen, um Abstandshalter zu definieren, die ein Aneinanderhaften des mechanisch aktiven Teils und des Rahmens bei Bewegung und Berührung verhindern.To avoid problems due to sticking or adhesion between mechanically active part and frame during manufacture but also to avoid position during operation it prefers recesses on the mechanically active part or shape on the frame to define spacers that sticking of the mechanically active part and the Prevent the frame from moving and touching.
In den nachfolgenden Fig. 3 bis 6 werden weitere Möglich keiten zum Kontaktieren des Chips 20 an dem metallisierten Polymerkörper 12 beschrieben. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, muß der Chip 20 nicht unbedingt als sogenannter Nackt-Chip vorliegen, sondern er kann auch in Form eines SMD-Bauele ments (SMD = Surface Mount Device), d. h. einem gehäusten und mit Anschlüssen 60 versehenen Bauelement, vorliegen, wobei die Anschlüsse 60 auf die Anschlußflächen der Leiter bahnen 24a bis 24c bzw. 28a bis 28d (Fig. 1) aufgesetzt und dann entweder leitfähig verklebt oder aber bevorzugterweise mit den Anschlußflächen verlötet werden. Die Verwendung von einfach handhabbaren SMD-Bauelementen, die zugleich aufgrund der Massenproduktion in hohen Stückzahlen mit standardisier ten Maßen vorliegen, ist aufgrund der im Vergleich zu Sili ziumsensoren erreichbaren großen Höhe und Breite der elek tromechanischen Bauelemente aus Polymer möglich. Das elek tromechanische Bauelement selbst kann außer mit einem Steckeranschluß zur Kontaktierung auch als SMD-Bauelement ausgeführt sein.In the following FIGS. 3 to 6, further possibilities for contacting the chip 20 on the metallized polymer body 12 are described. As shown in Fig. 3, the chip 20 does not necessarily have to be a so-called bare chip, but it can also be in the form of an SMD component (SMD = Surface Mount Device), ie a packaged component with connections 60 , Are present, the connections 60 on the pads of the conductor tracks 24 a to 24 c or 28 a to 28 d ( Fig. 1) and then either conductively glued or preferably soldered to the pads. The use of easy-to-use SMD components, which are also available in large quantities with standardized dimensions due to mass production, is possible due to the large height and width of the electromechanical polymer components that can be achieved compared to silicon sensors. The elec tromechanical component itself can be designed as an SMD component in addition to a plug connection for contacting.
Eine weitere günstige Variante der Kontaktierung des elek trischen Schaltkreises, der nun wieder als Nackt-Chip 20 vorliegt, ist in Fig. 4 gezeigt. Bei dieser Variante wird der Chip 20 nicht durch Löten, Kleben, Bonden und derglei chen kontaktiert, sondern lediglich durch Federkraft unter Verwendung metallisierter Federkontakte 62. Bei einem sol chen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird, um eine einfachere Konstruktion der Federkontakte 62 zu erhal ten, eine Vertiefung 64 in dem Polymerkörper 12 vorgesehen, die durch ein entsprechendes Spritzgießwerkzeug ohne weite res erhalten werden kann. Vorzugsweise wird die Vertiefung so dimensioniert, daß, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, die Oberfläche des Chips 20 mit der Oberfläche des Polymerkör pers 12 im wesentlichen bündig ist. Anschließend wird der Chip in die Vertiefung gelegt und, wenn es nötig ist, leicht angeheftet, daß er beim Aufsetzen des Deckels 42 nicht ver rutscht. Wenn der Deckel dann aufgesetzt wird und Deckel und Polymerkörper 12 zusammengedrückt werden, rasten irgendwann die Schnappverbinder 44 ein. Die Federkontakte 62 sind so dimensioniert, daß sie, wenn die Schnappverbindungen 44 ein schnappen, einen Druck sowohl auf Anschlußflächen 66 des Chips 20 als auch auf entsprechende Anschlußflächen der zu kontaktierenden Leiterbahnen, z. B. 24a, 28d, ausüben, der art, daß eine einfache und vor allem lösbare Kontaktverbin dung erreicht worden ist. Wie es in Fig. 4 durch die schraf fierten Bereiche der Federkontakte 62 veranschaulicht ist, sind die unteren Abschnitte derselben metallisiert, damit überhaupt erst ein elektrischer Kontakt zwischen Chip und Leiterbahn auftreten kann. Die metallisierten Federkontakte 62 können genauso wie die metallisierten Bereiche des Poly merkörpers 12 aus dem Polymermaterial gespritzt werden, das durch ein naßchemisches Verfahren metallisierbar ist. Im Falle der Verwendung nur eines einzigen Polymermaterials können die Federkontakte auch unter Verwendung einer Schat tenmaske etc. leitend gemacht werden.Another cheap variant of the contacting of the elec trical circuit, which is now again available as a bare chip 20 , is shown in Fig. 4. In this variant, the chip 20 is not contacted by soldering, gluing, bonding and the like, but only by spring force using metallized spring contacts 62 . In such an exemplary embodiment of the present invention, in order to obtain a simpler construction of the spring contacts 62 , a recess 64 is provided in the polymer body 12 , which can be obtained by a corresponding injection mold without further res. Preferably, the recess is dimensioned such that, as shown in FIG. 4, the surface of the chip 20 is substantially flush with the surface of the polymer body 12 . Then the chip is placed in the recess and, if necessary, lightly pinned so that it does not slip when the cover 42 is put on . When the lid is then put on and the lid and polymer body 12 are pressed together, the snap connectors 44 snap into place at some point. The spring contacts 62 are dimensioned such that they, when the snap connections 44 snap, a pressure both on connection surfaces 66 of the chip 20 and on corresponding connection surfaces of the conductor tracks to be contacted, e.g. B. 24a, 28d, exercise that the way that a simple and above all releasable Kontaktverbin has been achieved. As illustrated in Fig. 4 by the hatched areas of the spring contacts 62 , the lower portions of the same are metallized so that electrical contact between the chip and the conductor can occur at all. The metallized spring contacts 62 can be injected just like the metallized areas of the polymer body 12 from the polymer material, which can be metallized by a wet chemical process. If only a single polymer material is used, the spring contacts can also be made conductive using a shadow mask etc.
Eine weitere Alternative der Chipbefestigung ist in Fig. 5 dargestellt. Hier wird der Chip 20 bezüglich seiner Orien tierung in Fig. 4 umgedreht, so daß die Anschlußflächen 66 des Nackt-Chips 20 bezugnehmend auf Fig. 5 nach unten ge richtet sind. Dieselben werden auf Kontakthügel 68 gelegt, woraufhin der Gehäusedeckel 42, der mit einer Andruckfeder 70 versehen ist, aufgesetzt und in Richtung des Polymerkör pers 12 gedrückt wird, bis die Schnappverbinder 44 ein schnappen.Another alternative of chip attachment is shown in FIG. 5. Here, the chip 20 is with respect to its orientation Orien in Fig. 4 upside down, so that the pads 66 of the bare chips 20 are with reference to Fig. 5 is directed to ge below. The same are placed on contact bump 68 , whereupon the housing cover 42 , which is provided with a pressure spring 70 , is placed and pressed in the direction of the polymer body 12 until the snap connector 44 snap.
In Fig. 6 ist dagegen eine weitere Möglichkeit des Kontak tierens des Chips 20 gezeigt, wobei der Chip 20 hier mittels Kleber-Kontakthügeln 72 angeschlossen wird. Der Kleber, der die Kleber-Kontakthügel 72 bildet, muß selbstverständlich ein leitfähiger Kleber sein. Die Kleber-Kontakthügel können beispielsweise mit der Stempeltechnik, der Dispenstechnik oder mittels einer Schablonendrucktechnik auf dem Polymer körper aufgebracht werden.In FIG. 6, however, a further possibility of Kontakt is shown Tierens of the chip 20, the chip 20 is connected here by means of adhesive bumps 72nd The adhesive that forms the adhesive bumps 72 must of course be a conductive adhesive. The adhesive bumps can be applied, for example, with the stamping technique, the dispensing technique or by means of a stencil printing technique on the polymer body.
Der Chip 20 übernimmt bei den erfindungsgemäßen elektro mechanischen Bauelementen vorzugsweise die bekannten elek tronischen Funktionen für den Einsatz als Beschleunigungs sensor, als Drehratensensor, als Mikroventil, als Mikro pumpe, als Drucksensor als Kraftsensor. Funktionen können beispielsweise das Kapazitätsauslesen, Temperaturkompensa tionen und Selbsttestfunktionen sein.In the electro-mechanical components according to the invention, the chip 20 preferably takes on the known electronic functions for use as an acceleration sensor, as a rotation rate sensor, as a microvalve, as a micro pump, as a pressure sensor as a force sensor. Functions can include capacity readout, temperature compensation and self-test functions.
Aus dem vorangegangenen ist ersichtlich, daß durch die geo metrische Auslegung des aktiven Teils des elektromechanischen Bauelements, d. h. im Falle von Beschleunigungssenso ren der Federn und der Masse, durch die Auswahl der Werk stoffe und durch die Optimierung der Metalldicken ähnliche Parameter wie bei bekannten Airbag-Sensoren aus Silizium erreicht werden können. Dies betrifft insbesondere die Grundkapazität, die Empfindlichkeit als Kapazitätsänderung mit anliegender Beschleunigung, die Eigenfrequenz und die Dämpfung. Aufgrund der ähnlichen Eigenschaften der erfin dungsgemäßen elektromechanischen Bauelemente im Vergleich zu Siliziumsensoren können sogar elektronische Schaltkreise verwendet werden, die eigentlich für Silizium vorgesehen sind, oder zumindest Schaltkreise, die zu den bereits vorhandenen Schaltkreisen ähnlich sind. Es muß somit auf elektronischer Seite kein völlig neues Design mehr erfolgen.From the foregoing it can be seen that the geo metric design of the active part of the electromechanical Component, d. H. in the case of acceleration sensors springs and mass, by selecting the work materials and by optimizing the metal thicknesses similar Parameters like known airbag sensors made of silicon can be achieved. This applies in particular to the Basic capacity, the sensitivity as a change in capacity with applied acceleration, the natural frequency and the Damping. Due to the similar properties of the inventor inventive electromechanical components compared to Silicon sensors can even use electronic circuits are used, which are actually intended for silicon are, or at least circuits that are already connected to the existing circuits are similar. So it must be on electronic design no longer a completely new design.
Zusammenfassend weist ein erfindungsgemäßes elektromechani
sches Bauelement somit bewegliche Elemente, integrierte Lei
terbahnen und Gebiete mit metallisierten Oberflächen auf,
wobei die elektromechanischen Bauelemente aus polymeren
Werkstoffen vorzugsweise mit Hilfe der Zwei- oder Mehr-Kom
ponenten-Spritzgießtechnik und stromloser chemischer Metal
lisierung hergestellt werden. Die wesentlichen Vorteile
gegenüber elektromechanischen Bauelementen aus Silizium
sind:
In summary, an electromechanical component according to the invention thus has movable elements, integrated conductor tracks and areas with metallized surfaces, the electromechanical components being made from polymeric materials, preferably with the aid of two- or more-component injection molding technology and electroless chemical metalization. The main advantages over electromechanical components made of silicon are:
- - drastisch reduzierte Kosten durch die einfache Herstell barkeit;- Drastically reduced costs due to the simple manufacture bility;
- - beliebige Formgebung der Polymerkörper zur Realisierung von Schnappverbindungen, Andruckfedern, Ausrichtungsstif ten, Führungslöchern, Verankerungen, Dichtungen, . . .;- Any shape of the polymer body for implementation of snap connections, pressure springs, alignment pin ten, guide holes, anchors, seals,. , .
- - geringere Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen und Umgebungsbedingungen aufgrund der beliebig groß einstell baren Bauelementegröße; und- Less sensitivity to contamination and Ambient conditions due to the arbitrarily large setting real component size; and
- - beliebige dreidimensionale Formung statt der für Silizium bekannten zweidimensionalen Oberflächenbearbeitung.- Any three-dimensional shape instead of that for silicon known two-dimensional surface processing.
Claims (35)
einem Polymerkörper (12), der einen mechanisch aktiven Teil (14a-14c) und einen Rahmen (18) aufweist; und
einer Metallschicht (30), die den mechanisch aktiven Teil (14a-14c) zur mechanischen Stabilisierung des selben zumindest teilweise bedeckt,
wobei ein Bereich des Polymerkörpers (12), auf dem die Metallschicht (30; 24a-24c, 28a-28d, 52) vorgese hen ist, aus einem ersten Polymermaterial besteht, das naßchemisch metallisierbar ist, und wobei ein anderer Bereich, auf dem keine Metallschicht vorgesehen ist, aus einem zweiten Polymermaterial besteht, das naßche misch nicht metallisierbar ist.1. Electromechanical component ( 10 ) with the following features:
a polymer body ( 12 ) having a mechanically active part ( 14 a- 14 c) and a frame ( 18 ); and
a metal layer ( 30 ) which at least partially covers the mechanically active part ( 14 a- 14 c) for mechanical stabilization thereof,
wherein an area of the polymer body ( 12 ) on which the metal layer ( 30 ; 24 a- 24 c, 28 a- 28 d, 52 ) is provided consists of a first polymer material which can be wet-metallized, and another area , on which no metal layer is provided, consists of a second polymer material which cannot be metallized when wet.
bei dem der mechanisch aktive Teil (14a-14c) eine Feder (14a, 14b) aufweist, die den Rahmen (18) mit ei ner über eine Biegung der Feder (14a, 14b) beweglichen Masse (14c) verbindet; und
bei dem die Metallschicht (30) die Feder abgesehen von ihren Verbindungsstellen mit dem Rahmen (18) und der Masse (14c) vollständig umgibt.2. Electromechanical component ( 10 ) according to claim 1,
in which the mechanically active part ( 14 a- 14 c) has a spring ( 14 a, 14 b), the frame ( 18 ) with ei ner over a bend of the spring ( 14 a, 14 b) movable mass ( 14 c ) connects; and
in which the metal layer ( 30 ) completely surrounds the spring, apart from its connection points with the frame ( 18 ) and the mass ( 14 c).
bei dem der Polymerkörper (12) eine Elektrodenstruktur aufweist, die eine erste Elektrodengruppe (16b) an der beweglichen Masse (14c) und eine zweite Elektroden gruppe (16a) an dem festen Rahmen (18) aufweist, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe ineinandergrei fend angeordnet sind, um als kapazitiver Sensor für eine Bewegung der Masse (14c) zu wirken,
wobei die weitere Metallschicht sowohl die erste Elek trodengruppe als auch die zweite Elektrodengruppe zu mindest teilweise bedeckt, und wobei die weitere Me tallschicht so ausgestaltet ist, daß die erste Elek trodengruppe von der zweiten Elektrodengruppe durch einen Bereich des Polymerkörpers, der keine Metalli sierung aufweist, elektrisch isoliert ist.6. Electromechanical component according to one of claims 3 to 5,
in which the polymer body ( 12 ) has an electrode structure which has a first electrode group ( 16 b) on the movable mass ( 14 c) and a second electrode group ( 16 a) on the fixed frame ( 18 ), the first group and the second group are arranged one inside the other to act as a capacitive sensor for movement of the mass ( 14 c),
wherein the further metal layer at least partially covers both the first electrode group and the second electrode group, and wherein the further metal layer is configured such that the first electrode group from the second electrode group passes through a region of the polymer body which has no metallization, is electrically insulated.
einen Gehäuseboden (40) aus Polymer; und
einen Gehäusedeckel (42) aus Polymer,
wobei der Polymerkörper (12) zwischen dem Gehäuse deckel (42) und dem Gehäuseboden (40) angeordnet ist.9. Electromechanical component according to one of the preceding claims, further comprising the following features:
a polymer case bottom ( 40 ); and
a housing cover ( 42 ) made of polymer,
wherein the polymer body ( 12 ) between the housing cover ( 42 ) and the housing base ( 40 ) is arranged.
einen elektronischen Schaltkreis (20) zur Ansteuerung und/oder Auswertung des mechanisch aktiven Teils (14a -14c), wobei der elektronische Schaltkreis mit den Kontaktflächen durch Bonddrähte (26), durch Lötmittel, durch leitfähigen Kleber (72) oder durch Federkraft betätigte Kontakte (70) elektrisch leitend verbunden ist.14. Electromechanical component according to one of claims 7 to 13, which further has the following feature:
an electronic circuit ( 20 ) for controlling and / or evaluating the mechanically active part (14a -14c), the electronic circuit with the contact surfaces being made by means of bonding wires ( 26 ), by solder, by conductive adhesive ( 72 ) or by contacts actuated by spring force ( 70 ) is electrically conductively connected.
einen elektronischen Schaltkreis (20) zur Ansteuerung und/oder Auswertung des mechanisch aktiven Teils, der mit den Kontaktflächen durch zumindest einen Feder kontakt (62) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei der Federkontakt (62) einstückig mit dem Gehäusedeckel (42) oder dem Gehäuseboden ausgeführt ist und einen metallisierten Bereich aufweist, der sich von einem Anschlußbereich (66) des elektrischen Schaltkreises (20) zu einer Kontaktfläche auf dem Polymerkörper (12) erstreckt.15. The electromechanical component according to claim 9, further comprising:
an electronic circuit (20) for control and / or evaluation of the mechanically active part, which is electrically conductively connected to the contact surfaces by at least one spring contact (62), wherein the spring contact (62) integral with the housing cover (42) or the housing bottom and has a metallized region which extends from a connection region ( 66 ) of the electrical circuit ( 20 ) to a contact surface on the polymer body ( 12 ).
Bilden eines Polymerkörpers (12), der einen mechanisch aktiven Teil (14a-14c) und einen Rahmen (18) auf weist, wobei der Schritt des Bildens des Polymerkörpers folgende Schritte in beliebiger Reihenfolge aufweist:
Spritzgießen eines ersten Abschnitts des Polymerkörpers, der metallisiert werden soll, aus einem naßchemisch metallisierbaren ersten Polymermaterial;
Spritzgießen eines zweiten Abschnitts des Polymerkörpers (12), der nicht metallisiert werden soll, aus einem naßchemisch nicht-metallisierbaren zweiten Polymermaterial; und
Bilden einer Metallschicht (30), die den mechanisch aktiven Teil (14a-14c) zur mechanischen Stabilisie rung desselben zumindest teilweise bedeckt, durch naßchemisches Metallisieren, derart, daß lediglich Oberflächen des Polymerkörpers (12), die aus dem er sten Polymermaterial bestehen, eine Metallschicht (30, 24a-24c, 28a-28d) erhalten.21. A method for producing an electromechanical component ( 10 ) with the following steps:
Forming a polymer body ( 12 ) which has a mechanically active part ( 14 a- 14 c) and a frame ( 18 ), the step of forming the polymer body having the following steps in any order:
Injection molding a first section of the polymer body to be metallized from a first polymer material that can be metallized by wet-chemical means;
Injection molding a second section of the polymer body ( 12 ) that is not to be metallized from a second polymer material that cannot be metallized by wet chemistry; and
Forming a metal layer (30) the mechanically active part (a- 14 14 c) for the mechanical stabilization of the same at least partly tion covered by wet-chemical metallization, such that only surfaces of the polymer body (12) that it consist of the most polymer material , Get a metal layer ( 30 , 24 a- 24 c, 28 a- 28 d).
galvanisches Verstärken der naßchemisch erzeugten Me tallschicht.23. The method of claim 21, wherein the step of forming the metal layer further comprises the step of:
galvanic amplification of the wet-chemical metal layer.
Fixieren des mechanisch aktiven Teils (14a-14c) des Polymerkörpers (12) an dem Rahmen des Polymerkörpers (12) unter Verwendung einer Hilfsstruktur (34);
Anlegen eines Potentials an einen feststehenden Teil (16a) des Polymerkörpers (12);
Abscheiden eines Metalls auf den beweglichen Teil (14c) und den mechanisch aktiven Teil (14a, 14b); und
nach dem Schritt des galvanischen Verstärkens, Entfer nen der Hilfsstruktur (34).24. The method according to claim 23, wherein the galvanic amplification comprises the following steps:
Fixing the mechanically active part ( 14 a- 14 c) of the polymer body ( 12 ) to the frame of the polymer body ( 12 ) using an auxiliary structure ( 34 );
Applying a potential to a fixed part ( 16 a) of the polymer body ( 12 );
Depositing a metal on the movable part ( 14 c) and the mechanically active part ( 14 a, 14 b); and
after the galvanic amplification step, removal of the auxiliary structure ( 34 ).
bei dem der Polymerkörper (12) derart gebildet wird, daß er Schnappverbindungen (44) aufweist;
bei dem ferner ein Polymerdeckel (42) und ein Polymer gehäuseboden (40) spritzgegossen werden, die ebenfalls Schnappverbindungen (44) haben; und
bei dem der Polymerkörper, der Polymerdeckel und der Gehäuseboden (44) zusammengepreßt werden, bis die Schnappverbindungen eingerastet sind.25. The method according to any one of claims 21 to 24,
wherein the polymer body ( 12 ) is formed such that it has snap connections ( 44 );
in which a polymer cover ( 42 ) and a polymer housing base ( 40 ) are injection molded, which also have snap connections ( 44 ); and
in which the polymer body, the polymer cover and the housing base ( 44 ) are pressed together until the snap connections are engaged.
Spritzprägen oder Heißprägen eines Polymerausgangs stoffs, um ein Prägeelement zu erhalten, das den me chanisch aktiven Teil (14a-14c) sowie geometrisch feine Strukturen des Rahmens aufweist; und
Umspritzen des Prägeelements durch Spritzgießen, um den Polymerkörper (12) zu erhalten.28. The method of claim 26, wherein the forming step comprises the following steps:
Spray embossing or hot embossing of a polymer starting material in order to obtain an embossing element which has the mechanically active part ( 14 a- 14 c) and geometrically fine structures of the frame; and
Injection molding around the embossing element in order to obtain the polymer body ( 12 ).
Spritzen eines Polymerausgangskörpers;
Spritzprägen oder Heißprägen des Polymerausgangskör pers, um den Polymerkörper zu erhalten, derart, daß der mechanisch aktive Teil (14a-14c) sowie geome trisch feine Strukturen des Rahmens durch Spritzprägen oder Heißprägen definiert sind; und
Umspritzen des Prägeelements durch Spritzgießen, um den Polymerkörper (12) zu erhalten.29. The method of claim 21, wherein the forming step comprises the following steps:
Injection of a polymer starting body;
Injection stamping or hot stamping of the polymer starting body to obtain the polymer body, such that the mechanically active part ( 14 a- 14 c) and geometrically fine structures of the frame are defined by injection stamping or hot stamping; and
Injection molding around the embossing element in order to obtain the polymer body ( 12 ).
Bestücken des elektromechanischen Bauelements (10) mit einer elektrischen Schaltung (20) durch Kleben unter Verwendung von leitfähigem Kleber (72), durch Draht bonden (26), durch Löten (60) oder durch dauerndes Ausüben eines mechanischen Drucks (62, 70) auf die elektronische Schaltung (20), um sowohl eine mechani sche als auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Polymerkörper und der elektronischen Schaltung (20) sicherzustellen.30. The method according to any one of claims 21 to 29, further comprising the step of:
Equipping the electromechanical component ( 10 ) with an electrical circuit ( 20 ) by gluing using conductive adhesive ( 72 ), by wire bonding ( 26 ), by soldering ( 60 ) or by continuously applying mechanical pressure ( 62 , 70 ) the electronic circuit ( 20 ) to ensure both a mechanical and electrical connection between the polymer body and the electronic circuit ( 20 ).
Reinigen des Polymerkörpers (12);
Tempern des Polymerkörpers (12); und
Sensibilisieren der Oberfläche des Polymerkörpers (12).31. The method according to any one of claims 21 to 30, in which the following steps are carried out before the metallization:
Cleaning the polymer body ( 12 );
Annealing the polymer body ( 12 ); and
Sensitizing the surface of the polymer body ( 12 ).
Bereitstellen eines Metallkörpers;
Umspritzen des Metallkörpers, um den Polymerkörper (12) zu bilden, derart, daß der mechanisch aktive Teil des Polymerkörpers den Metallkörper umfaßt.33. The method according to any one of claims 21 to 32, wherein the step of forming the polymer body comprises the following steps:
Providing a metal body;
Overmolding the metal body to form the polymer body ( 12 ) such that the mechanically active part of the polymer body comprises the metal body.
Formen von Ausnehmungen am mechanisch aktiven Teil oder am Rahmen, um Abstandshalter zu definieren, die ein Aneinanderhaften des mechanisch aktiven Teils (14a -14c) und des Rahmens (18) bei Bewegung und Berührung verhindern.35. The method according to any one of claims 21 to 34, wherein the step of forming the polymer body ( 12 ) comprises the following step:
Forming recesses on the mechanically active part or on the frame in order to define spacers which prevent the mechanically active part (14a -14c) and the frame ( 18 ) from sticking together when moving and touching.
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