WO2018046535A1 - Micromechanical pressure sensor - Google Patents

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WO2018046535A1
WO2018046535A1 PCT/EP2017/072332 EP2017072332W WO2018046535A1 WO 2018046535 A1 WO2018046535 A1 WO 2018046535A1 EP 2017072332 W EP2017072332 W EP 2017072332W WO 2018046535 A1 WO2018046535 A1 WO 2018046535A1
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WO
WIPO (PCT)
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pressure sensor
micromechanical pressure
media access
protective device
siphon structure
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/072332
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German (de)
French (fr)
Inventor
Timo Lindemann
Joachim Fritz
Mike Schwarz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0654—Protection against aggressive medium in general against moisture or humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0636—Protection against aggressive medium in general using particle filters

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical pressure sensor.
  • the invention further relates to a method for producing a micromechanical pressure sensor.
  • Micromechanical pressure sensors in which a pressure difference is measured as a function of a deformation of a sensor membrane are known, for example from DE 10 2004 006 197 A1. In the operation of the known micromechanical pressure sensors, this can cause problems that occur over time external deposits on the sensor membrane, whereby an operating characteristic of the pressure sensors may be degraded.
  • micromechanical pressure sensor comprising:
  • At least one protective device for minimizing the effect of external particles and / or external moisture on the sensor membrane.
  • the object is achieved with a method for producing a micromechanical pressure sensor, comprising the steps:
  • micromechanical pressure sensor Preferred embodiments of the micromechanical pressure sensor are the subject of dependent claims.
  • a preferred embodiment of the micromechanical pressure sensor is characterized in that the protective device is designed as a siphon structure of the media access. In this way, an easily deployable and efficiently acting protective device for the micromechanical pressure sensor is realized.
  • micromechanical pressure sensor A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor is characterized in that the protective device has a heating element arranged in a defined proximity to the media access.
  • the protective device has a heating element arranged in a defined proximity to the media access.
  • a further advantageous development of the micromechanical pressure sensor is characterized in that the heating element is arranged at least partially around a defined region of the siphon structure. As a result, moisture that has already penetrated into the media access can be evaporated faster.
  • a further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the protective device has an adhesive layer arranged in a defined proximity to the media access. In this way, a further protective mechanism is provided, with which external particles adhere or adhere to the adhesive layer and are thereby prevented from penetrating into the media access or at a further penetration in the media access.
  • a further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the adhesive layer is arranged at least in sections in a defined region of the siphon structure. Thereby, the protective effect of the siphon structure can be increased efficiently.
  • micromechanical pressure sensor is characterized in that the following geometric conditions are met: with the parameters: ⁇ clear width of a lower section of the siphon structure tp clear width of an upper section of the siphon structure tG level difference between an upper level of the lower
  • Particles in the media access and a further penetration of particles and moisture within the media access can be minimized.
  • the protective device has at least one capacitor structure arranged in a defined proximity to the media access. In this way an alternative protective mechanism in the form of electrostatic forces is provided which can bind the particles.
  • micromechanical pressure sensor provides that the protective device has a media-permeable layer arranged on the media access. In this way, an alternative way of protecting the sensor membrane is provided.
  • a further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the media access with the protection device in one
  • the protective device can be advantageously realized in different ways.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a micromechanical
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an embodiment of a
  • Fig. 3 is a detail view of the arrangement of Fig. 2; 4 is a schematic detail view of a further embodiment of the micromechanical pressure sensor;
  • Fig. 5 is a detail view of the arrangement of Fig. 4.
  • a central idea of the present invention is the provision of an improved micromechanical pressure sensor which is less sensitive and thus more robust to external environmental influences. This is achieved by a protective device that effectively prevents or minimizes the penetration of external particles or external moisture to the sensitive sensor membrane.
  • Penetrate pressure sensor settle on this and aggregate over time in a disadvantageous manner.
  • Fig. 1 shows a problem of a micromechanical pressure sensor according to the prior art.
  • the pressure sensor 100 is preferably a low-pressure sensor, for example for use in mobile terminals or barometric altimeters for measuring pressures in the range of about 0.3 bar to about 1, 4 bar. It is also conceivable that the pressure sensor 100 is designed as a medium or high pressure sensor, for example for use in the automotive sector.
  • FIG. 1 Shown is a cross-sectional view through a micromechanical pressure sensor 100 with a media access 10, which expands over a sensor membrane 20, so that a media or air exchange can take place. Below the sensor membrane 20, a cavity 21 can be seen. By means of an arrow, an influence of an externally acting media pressure P, for example in the form of air pressure, is indicated. Recognizable are particles 1 (eg dust particles) and elements of moisture 2 (eg in the form of water), which pass through the media access 10 and advance to the sensitive sensor membrane 20 and can be deposited thereon disadvantageously. As a result, a disadvantageous influence on the sensor membrane 20 can take place over time, as a result of which unwanted false signals or incorrect measurements of the micromechanical pressure sensor 100 are brought about. Fig.
  • particles 1 eg dust particles
  • elements of moisture 2 eg in the form of water
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view through an embodiment of a proposed micromechanical pressure sensor 100.
  • External particles 1 may adhere to an adhesive layer 13 in a low-lying portion of the siphon structure 1 1 and be prevented from penetrating to the sensor membrane 20.
  • Heating element 12 are evaporated with the moisture entering the media access 10 2 or an evaporation process of moisture penetrated 2 can be accelerated.
  • a heating element 12 is arranged in the high-lying portion of the siphon structure 1 1
  • the integrated heater structure in the form of the heating element 12 is to prevent the ingress of moisture by the moisture is evaporated by a corresponding heating of the heating element 12 and a condensation of moisture is prevented.
  • Fig. 2 further arranged in the low-lying region of the siphon structure 1 1 adhesive or adhesive layer 13 on which the particles 1 adhere and are prevented from penetrating to the sensor membrane 20.
  • the adhesive layer 13 may alternatively or additionally be in the immediate vicinity of
  • FIG. 2 realizes different protective effects in the form of the siphon structure 1 1, the heating element 12 and the adhesion layer 13. It is also conceivable, however, that only a single one of the named elements is provided as the protective device.
  • a second media access 10a can also be seen in FIG. 2, a heating element 12a.
  • a defined number of more than two media accesses 10, 10a are each provided with at least one of the described protective devices, which advantageously supports the fact that when laying one of the Media access 10, 10a with external particles 1 and / or external humidity 2 is still sufficient protection for the sensor membrane 20 is realized. A long-term cheap Operating behavior of the micromechanical pressure sensor 100 is supported in this way.
  • Fig. 3 shows the arrangement of Fig. 2 in a higher level of detail. It can be seen that particles 1 and moisture 2 adhere to the adhesion layer 13 and thereby realize a protective effect for the sensor membrane 20. Visible are qualitative size ratios of the proposed siphon structure 1 1, wherein a dimension tH denotes a clear width or clear height of a lower or low-lying portion of the siphon structure 1 1. t.G denotes a level difference between an upper edge of the lower portion of the siphon structure 11 and a lower portion of a connecting channel of the siphon structure 11. A dimension tp represents a clear width or clear height of the upper or uppermost
  • Section of the siphon structure 1 1.
  • the siphon structure 1 1 provides a low-lying area of sufficient volume so that external particles 1 and / or external moisture 2 can be collected therein. Furthermore, a distance between the low-lying portion of the siphon structure 1 1 and the high-lying portion of the siphon structure 1 1 should be sized so that any external particles 1 and / or external moisture 2 can not overcome this barrier and thus can not reach the membrane area.
  • the following geometric dimensions of the siphon structure 1 1 should be realized for an efficient protective effect of the sensor membrane 20: t H > t P (1) t G > t P (2) with the parameters: tH clear width of a lower section of the siphon structure t P clear width an upper portion of the siphon structure tG level difference between an upper level of the lower
  • the heating element 12 may, for example, consist of current-carrying lines and / or be formed of high-resistance diffusion regions.
  • micromechanical pressure sensor 100 Comprises an adhesion layer 13 arranged directly on the surface of the media access 10, wherein, optionally, a heating element 12 can also be formed directly on the surface of the media access 10.
  • the principle of electrostatics can be used, whereby the heating element 12 is not only used for heating, but is also used as a capacitor with electrodes at different electrical potentials. In this way, a simultaneous realization of a heating element 12 and a capacitor structure is advantageously possible. Corresponding diffusion regions can form the capacitor with which electrostatic forces can be generated which absorb or bind the external particles 1.
  • FIG. 4 shows a detailed view of a corresponding embodiment of a micromechanical pressure sensor 100.
  • a capacitor with two electrodes 30, 31 arranged on both sides of the media access 10 can be seen.
  • Electrodes 30, 31 acts an electric field with corresponding electrostatic effects, so that external particles 1 (not shown) adhere to the upper electrode 30.
  • Fig. 5 shows a top view of the structure of Fig. 4. It can be seen an upper electrode 30 having a serpentine electrical supply line 30a. In this way, an electric voltage with a suitable voltage level can be applied to the upper electrode 30. Visible is a lower electrode 31, which is preferably at ground potential, whereby between the upper Electrode 30 and the lower electrode 31 forms an electric field with electric field lines from the upper electrode 30 to the lower electrode 31. As a result, an electrostatic effect can be generated with which the external particles 1 are attracted and thus fixed in the region of the entrance of the media access 10 and thus made harmless to the sensor membrane 20.
  • the upper electrode 30 can also be provided as a heating element.
  • An embodiment of the micromechanical pressure sensor 100 which is not shown in FIGS., Provides a protective layer over the media access 10, which sufficiently protects the sensor membrane 20 from penetrating external particles 1 and nevertheless allows dynamics for sufficient pressure supply to the sensor membrane 20.
  • a porous material or a single-layer material is conceivable, which is permeable to media or air, for example in the form of GORE TM membrane, graphene layers or organic materials.
  • the implementation of the above-mentioned protective devices can be carried out in a cap structure or in an ASIC cap of the micromechanical pressure sensor 100, whereby advantageously different realization possibilities for the protective device are possible.
  • FIG. 6 shows a basic sequence of a method for producing a micromechanical pressure sensor 100.
  • a step 200 at least one media access 10 is provided.
  • a step 210 a sensor membrane 20 is provided.
  • a step 220 provision of at least one protective device 1 1, 12, 13 is carried out in such a way that an impact of external particles 1 and / or external moisture 2 on the sensor membrane 20 can be minimized by means of the protective device 1 1, 12, 13.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

The invention relates to a micromechanical pressure sensor (100), comprising: - at least one media access (10; 10a) for a sensor membrane (20); and at least one protective device (11; 12; 13) for minimizing an effect of external particles (1) and/or external humidity (2) on the sensor membrane (20).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Mikromechanischer Drucksensor  Micromechanical pressure sensor
Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Drucksensor. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Drucksensors. The invention relates to a micromechanical pressure sensor. The invention further relates to a method for producing a micromechanical pressure sensor.
Stand der Technik State of the art
Mikromechanische Drucksensoren, bei denen eine Druckdifferenz in Abhängigkeit von einer Verformung einer Sensormembran gemessen wird, sind bekannt, beispielsweise aus DE 10 2004 006 197 A1 . Im Betrieb der bekannten mikromechanischen Drucksensoren können dadurch Probleme auftreten, dass im Laufe der Zeit externe Ablagerungen an der Sensormembran auftreten, wodurch eine Betriebscharakteristik der Drucksensoren verschlechtert sein kann. Micromechanical pressure sensors in which a pressure difference is measured as a function of a deformation of a sensor membrane are known, for example from DE 10 2004 006 197 A1. In the operation of the known micromechanical pressure sensors, this can cause problems that occur over time external deposits on the sensor membrane, whereby an operating characteristic of the pressure sensors may be degraded.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mikromechanischen Drucksensor mit verbessertem Betriebsverhalten bereit zu stellen. It is therefore an object of the present invention to provide a micromechanical pressure sensor with improved performance.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem mikromechanischen Drucksensor, aufweisend: The object is achieved according to a first aspect with a micromechanical pressure sensor, comprising:
- wenigstens einen Medienzugang für eine Sensormembran; und  at least one media access for a sensor membrane; and
wenigstens eine Schutzeinrichtung zum Minimieren einer Einwirkung von externen Partikeln und/oder externer Feuchte auf die Sensormembran.  at least one protective device for minimizing the effect of external particles and / or external moisture on the sensor membrane.
Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Schutzwirkung für die empfindliche In this way, a protective effect for the sensitive
Sensormembran des mikromechanischen Drucksensors realisiert. Fehlsignale können auf diese Weise weitgehend vermieden werden, wodurch eine Sensor membrane of the micromechanical pressure sensor realized. false signals can be largely avoided in this way, creating a
Betriebscharakteristik des Drucksensors verbessert ist. Operating characteristic of the pressure sensor is improved.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Drucksensors, aufweisend die Schritte: According to a second aspect, the object is achieved with a method for producing a micromechanical pressure sensor, comprising the steps:
Bereitstellen wenigstens eines Medienzugangs;  Providing at least one media access;
Bereitstellen einer Sensormembran; und  Providing a sensor membrane; and
Bereitstellen wenigstens einer Schutzeinrichtung derart, dass mittels der Schutzreinrichtung eine Einwirkung von externen Partikeln und/oder externer Feuchte auf die Sensormembran minimierbar ist.  Providing at least one protective device such that by means of the protective device, an effect of external particles and / or external moisture on the sensor membrane can be minimized.
Bevorzugte Ausführungsformen des mikromechanischen Drucksensors sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen. Preferred embodiments of the micromechanical pressure sensor are the subject of dependent claims.
Eine bevorzugte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors zeichnet sich dadurch aus, dass die Schutzeinrichtung als eine Siphonstruktur des Medienzugangs ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine einfach bereitzustellende und effizient wirkende Schutzeinrichtung für den mikromechanischen Drucksensor realisiert. A preferred embodiment of the micromechanical pressure sensor is characterized in that the protective device is designed as a siphon structure of the media access. In this way, an easily deployable and efficiently acting protective device for the micromechanical pressure sensor is realized.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors zeichnet sich dadurch aus, dass die Schutzeinrichtung ein in definierter Nähe zum Medienzugang angeordnetes Heizelement aufweist. Vorteilhaft ist dadurch unterstützt, dass Feuchte schneller verdampft werden kann. A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor is characterized in that the protective device has a heating element arranged in a defined proximity to the media access. Advantageously supported by the fact that moisture can be evaporated faster.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors zeichnet sich dadurch aus, dass das Heizelement wenigstens teilweise um einen definierten Bereich der Siphonstruktur angeordnet ist. Dadurch kann bereits in den Medienzugang eingedrungene Feuchtigkeit schneller verdampft werden. A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor is characterized in that the heating element is arranged at least partially around a defined region of the siphon structure. As a result, moisture that has already penetrated into the media access can be evaporated faster.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors sieht vor, dass die Schutzeinrichtung eine in definierter Nähe zum Medienzugang angeordnete Haftschicht aufweist. Auf diese Weise wird ein weiterer Schutzmechanismus bereitgestellt, mit dem externe Partikel an der Haftschicht ankleben bzw. anhaften und dadurch an einem Eindringen in den Medienzugang bzw. an einem weiteren Vordringen im Medienzugang gehindert werden. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors sieht vor, dass die Haftschicht wenigstens abschnittsweise in einem definierten Bereich der Siphonstruktur angeordnet ist. Dadurch kann die Schutzwirkung der Siphonstruktur auf effiziente Weise erhöht werden. A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the protective device has an adhesive layer arranged in a defined proximity to the media access. In this way, a further protective mechanism is provided, with which external particles adhere or adhere to the adhesive layer and are thereby prevented from penetrating into the media access or at a further penetration in the media access. A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the adhesive layer is arranged at least in sections in a defined region of the siphon structure. Thereby, the protective effect of the siphon structure can be increased efficiently.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors zeichnet sich dadurch aus, dass folgende geometrische Bedingungen erfüllt sind:
Figure imgf000005_0001
mit den Parametern: ^ lichte Weite eines unteren Abschnitts der Siphonstruktur tp lichte Weite eines oberen Abschnitts der Siphonstruktur tG Niveauunterschied zwischen einer oberen Ebene des unteren A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor is characterized in that the following geometric conditions are met:
Figure imgf000005_0001
with the parameters: ^ clear width of a lower section of the siphon structure tp clear width of an upper section of the siphon structure tG level difference between an upper level of the lower
Abschnitts der Siphonstruktur und einer unteren Ebene des oberen Abschnitts der Siphonstruktur  Section of the siphon structure and a lower level of the upper portion of the siphon structure
Auf diese Weise werden für die Siphonstruktur günstige geometrische Abmessungen realisiert, mit denen ein Eindringen von schädlichen Feuchte bzw. In this way, favorable geometric dimensions are realized for the siphon structure, with which a penetration of harmful moisture or
Partikeln in den Medienzugang bzw. ein weiteres Vordringen von Partikeln und Feuchte innerhalb des Medienzugangs minimiert werden kann. Particles in the media access and a further penetration of particles and moisture within the media access can be minimized.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors sieht vor, dass die Schutzeinrichtung wenigstens eine in definierter Nähe zum Medienzugang angeordneten Kondensatorstruktur aufweist. Auf diese Weise wird ein alternativer Schutzmechanismus in Form von elektrostatischen Kräften bereitgestellt, die die Partikel binden können. A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the protective device has at least one capacitor structure arranged in a defined proximity to the media access. In this way an alternative protective mechanism in the form of electrostatic forces is provided which can bind the particles.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors sieht vor, dass die Schutzeinrichtung eine auf den Medienzugang angeordnete mediendurchlässige Schicht aufweist. Auf diese Weise wird eine alternative Möglichkeit zum Schützen der Sensormembran bereitgestellt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Drucksensors sieht vor, dass der Medienzugang mit der Schutzeinrichtung in einem A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the protective device has a media-permeable layer arranged on the media access. In this way, an alternative way of protecting the sensor membrane is provided. A further advantageous development of the micromechanical pressure sensor provides that the media access with the protection device in one
Kappenwafer oder in einem ASIC-Wafer des Drucksensors ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Schutzeinrichtung vorteilhaft auf unterschiedliche Weisen realisiert werden. Cap wafer or formed in an ASIC wafer of the pressure sensor. In this way, the protective device can be advantageously realized in different ways.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu ausgeführt. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind. In den Figuren zeigt: The invention will be described below with further features and advantages with reference to several figures in detail. Same or functionally identical elements have the same reference numerals. The figures are particularly intended to illustrate the principles essential to the invention and are not necessarily to scale. For better clarity, it can be provided that not all the figures in all figures are marked. In the figures shows:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines mikromechanischen Fig. 1 is a cross-sectional view of a micromechanical
Drucksensors gemäß Stand der Technik; Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines  Pressure sensor according to the prior art; Fig. 2 is a cross-sectional view of an embodiment of a
mikromechanischen Drucksensors;  micromechanical pressure sensor;
Fig. 3 eine Detailansicht der Anordnung von Fig. 2; Fig. 4 eine prinzipielle Detailansicht einer weiteren Ausführungsform des mikromechanischen Drucksensors; Fig. 3 is a detail view of the arrangement of Fig. 2; 4 is a schematic detail view of a further embodiment of the micromechanical pressure sensor;
Fig. 5 eine Detailansicht der Anordnung von Fig. 4; und Fig. 5 is a detail view of the arrangement of Fig. 4; and
Fig. 6 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform eines 6 shows a basic sequence of an embodiment of a
Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen  Method for producing a micromechanical
Drucksensors.  Pressure sensor.
Beschreibung von Ausführungsformen Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten mikromechanischen Drucksensors, der gegenüber externen Umwelteinflüssen weniger empfindlich und damit robuster ist. Erreicht wird dies durch eine Schutzeinrichtung, die in effektiver Weise ein Vordringen von externen Partikeln bzw. externer Feuchte an die empfindliche Sensormembran weitgehend unterbindet bzw. minimiert. Description of embodiments A central idea of the present invention is the provision of an improved micromechanical pressure sensor which is less sensitive and thus more robust to external environmental influences. This is achieved by a protective device that effectively prevents or minimizes the penetration of external particles or external moisture to the sensitive sensor membrane.
Mit dem vorgeschlagenen Drucksensor wird mit unterschiedlichen technischen Schutzmechanismen, die einzeln oder kombiniert realisiert sein können, weitgehend verhindert, dass Partikel und Feuchte zum Membranbereich des With the proposed pressure sensor is with different technical protection mechanisms, which can be implemented individually or combined, largely prevented that particles and moisture to the membrane area of the
Drucksensors vordringen, sich auf diesem ablagern und im Laufe der Zeit in nachteiliger Weise aggregieren. Penetrate pressure sensor, settle on this and aggregate over time in a disadvantageous manner.
Fig. 1 zeigt ein Problem eines mikromechanischen Drucksensors gemäß Stand der Technik. Der Drucksensor 100 ist vorzugsweise ein Niederdrucksensor, beispielweise zur Anwendung in mobilen Endgeräten oder barometrischen Höhenmessgeräten zur Messung von Drücken im Bereich von ca. 0,3 bar bis ca. 1 ,4 bar. Denkbar ist aber auch, dass der Drucksensor 100 als ein Mittel- oder Hochdrucksensor ausgebildet ist, beispielsweise für den Einsatz im Automotive- Bereich. Fig. 1 shows a problem of a micromechanical pressure sensor according to the prior art. The pressure sensor 100 is preferably a low-pressure sensor, for example for use in mobile terminals or barometric altimeters for measuring pressures in the range of about 0.3 bar to about 1, 4 bar. It is also conceivable that the pressure sensor 100 is designed as a medium or high pressure sensor, for example for use in the automotive sector.
Dargestellt ist eine Querschnittsansicht durch einen mikromechanischen Drucksensor 100 mit einem Medienzugang 10, der sich über einer Sensormembran 20 aufweitet, damit ein Medien- bzw. Luftaustausch stattfinden kann. Unterhalb der Sensormembran 20 ist eine Kavität 21 erkennbar. Mittels eines Pfeils wird ein Einfluss eines extern wirkenden Mediendrucks P, z.B. in Form von Luftdruck angedeutet. Erkennbar sind Partikel 1 (z.B. Staubpartikel) und Elemente von Feuchte 2 (z.B. in Form von Wasser), die durch den Medienzugang 10 gelangen und zur empfindlichen Sensormembran 20 vordringen und sich auf dieser in nachteiliger weise ablagern können. Dadurch kann im Laufe der Zeit eine nachteilige Beeinflussung der Sensormembran 20 stattfinden, wodurch unerwünschte Fehlsignale bzw. Fehlmessungen des mikromechanischen Drucksensors 100 bewirkt werden. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform eines vorgeschlagenen mikromechanischen Drucksensors 100. Man erkennt einen Medienzugang 10, der eine Siphon struktur 1 1 aufweist. Externe Partikel 1 (nicht dargestellt) können in einem tiefliegenden Abschnitt der Siphonstruktur 1 1 an einer Haftschicht 13 anhaften und an einem Vordringen zur Sensormembran 20 gehindert werden. Shown is a cross-sectional view through a micromechanical pressure sensor 100 with a media access 10, which expands over a sensor membrane 20, so that a media or air exchange can take place. Below the sensor membrane 20, a cavity 21 can be seen. By means of an arrow, an influence of an externally acting media pressure P, for example in the form of air pressure, is indicated. Recognizable are particles 1 (eg dust particles) and elements of moisture 2 (eg in the form of water), which pass through the media access 10 and advance to the sensitive sensor membrane 20 and can be deposited thereon disadvantageously. As a result, a disadvantageous influence on the sensor membrane 20 can take place over time, as a result of which unwanted false signals or incorrect measurements of the micromechanical pressure sensor 100 are brought about. Fig. 2 shows a cross-sectional view through an embodiment of a proposed micromechanical pressure sensor 100. One recognizes one Media access 10, which has a siphon structure 1 1. External particles 1 (not shown) may adhere to an adhesive layer 13 in a low-lying portion of the siphon structure 1 1 and be prevented from penetrating to the sensor membrane 20.
Erkennbar ist im tiefliegenden Abschnitt der Siphonstruktur 1 1 ferner ein Visible is in the low-lying portion of the siphon structure 1 1 also a
Heizelement 12, mit dem in den Medienzugang 10 eingedrungene Feuchte 2 verdampft werden bzw. ein Verdampfungsprozess von eingedrungener Feuchte 2 beschleunigt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass ein Heizelement 12 im hochliegenden Abschnitt der Siphonstruktur 1 1 angeordnet istHeating element 12, are evaporated with the moisture entering the media access 10 2 or an evaporation process of moisture penetrated 2 can be accelerated. Alternatively or additionally, it is also conceivable that a heating element 12 is arranged in the high-lying portion of the siphon structure 1 1
(nicht dargestellt). Die integrierte Heizerstruktur in Form des Heizelements 12 soll das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern, indem die Feuchte über eine entsprechende Erwärmung des Heizelements 12 verdampft wird bzw. eine Kondensation von Feuchtigkeit verhindert wird. (not shown). The integrated heater structure in the form of the heating element 12 is to prevent the ingress of moisture by the moisture is evaporated by a corresponding heating of the heating element 12 and a condensation of moisture is prevented.
Man erkennt in Fig. 2 ferner eine im tiefliegenden Bereich der Siphonstruktur 1 1 angeordnete Klebe- bzw. Haftschicht 13, auf der die Partikel 1 anhaften und an einem Vordringen zur Sensormembran 20 gehindert werden. Die Haftschicht 13 kann alternativ oder zusätzlich in unmittelbarer Nähe desIt can be seen in Fig. 2 further arranged in the low-lying region of the siphon structure 1 1 adhesive or adhesive layer 13 on which the particles 1 adhere and are prevented from penetrating to the sensor membrane 20. The adhesive layer 13 may alternatively or additionally be in the immediate vicinity of
Medienzugangs 10 strukturiert und aufgebracht werden. Media access 10 are structured and applied.
Somit realisiert die Ausführungsform von Fig. 2 unterschiedliche Schutzwirkungen in Form der Siphonstruktur 1 1 , des Heizelements 12 und der Haft- schicht 13. Denkbar ist aber auch, dass als Schutzeinrichtung lediglich ein einziges der genannten Elemente vorgesehen ist. Thus, the embodiment of FIG. 2 realizes different protective effects in the form of the siphon structure 1 1, the heating element 12 and the adhesion layer 13. It is also conceivable, however, that only a single one of the named elements is provided as the protective device.
Erkennbar ist in Fig. 2 ferner ein zweiter Medienzugang 10a einem Heizelement 12a. In nicht in Figuren dargestellten alternativen Varianten des mikromecha- nischen Drucksensors 100 ist auch denkbar, dass eine definierte Anzahl von mehr als zwei Medienzugängen 10, 10a mit jeweils wenigstens einer der beschriebenen Schutzeinrichtungen ausgestattet sind, wodurch vorteilhaft unterstützt ist, dass bei einer Verlegung einer der Medienzugänge 10, 10a mit externen Partikeln 1 und/oder externer Feuchte 2 immer noch ein ausreichender Schutz für die Sensormembran 20 realisiert ist. Ein langfristiges günstiges Betriebsverhalten des mikromechanischen Drucksensors 100 ist auf diese Weise unterstützt. A second media access 10a can also be seen in FIG. 2, a heating element 12a. In alternative variants of the micromechanical pressure sensor 100, which are not illustrated in FIGS. 1, it is also conceivable that a defined number of more than two media accesses 10, 10a are each provided with at least one of the described protective devices, which advantageously supports the fact that when laying one of the Media access 10, 10a with external particles 1 and / or external humidity 2 is still sufficient protection for the sensor membrane 20 is realized. A long-term cheap Operating behavior of the micromechanical pressure sensor 100 is supported in this way.
Fig. 3 zeigt die Anordnung von Fig. 2 in einem höheren Detaillierungsgrad. Man erkennt, dass Partikel 1 und Feuchte 2 an der Haftschicht 13 anhaften und dadurch eine Schutzwirkung für die Sensormembran 20 realisieren. Erkennbar sind qualitative Größenverhältnisse der vorgeschlagenen Siphonstruktur 1 1 , wobei eine Abmessung tH eine lichte Weite bzw. lichte Höhe eines unteren bzw. tiefliegenden Abschnitts der Siphonstruktur 1 1 bezeichnet. t.G bezeichnet einen Niveauunterschied zwischen einer Oberkante des unteren Abschnitts der Siphonstruktur 1 1 und eines unteren Abschnitts eines Verbindungskanals bzw. hochliegenden Abschnitts der Siphonstruktur 1 1 . Eine Abmessung tp repräsentiert eine lichte Weite bzw. lichte Höhe des oberen bzw. hochliegenden Fig. 3 shows the arrangement of Fig. 2 in a higher level of detail. It can be seen that particles 1 and moisture 2 adhere to the adhesion layer 13 and thereby realize a protective effect for the sensor membrane 20. Visible are qualitative size ratios of the proposed siphon structure 1 1, wherein a dimension tH denotes a clear width or clear height of a lower or low-lying portion of the siphon structure 1 1. t.G denotes a level difference between an upper edge of the lower portion of the siphon structure 11 and a lower portion of a connecting channel of the siphon structure 11. A dimension tp represents a clear width or clear height of the upper or uppermost
Abschnitts der Siphonstruktur 1 1. Section of the siphon structure 1 1.
Die Siphonstruktur 1 1 stellt einen tiefliegenden Bereich mit ausreichendem Volumen bereit, sodass darin externe Partikel 1 und/oder externe Feuchte 2 gesammelt werden können. Ferner sollte ein Abstand zwischen der tiefliegen Abschnitt der Siphonstruktur 1 1 und dem hochliegenden Abschnitt der Siphonstruktur 1 1 derart dimensioniert sein, sodass etwaige externe Partikel 1 und/oder externe Feuchte 2 diese Barriere nicht überwinden können und somit nicht zum Membranbereich gelangen können. The siphon structure 1 1 provides a low-lying area of sufficient volume so that external particles 1 and / or external moisture 2 can be collected therein. Furthermore, a distance between the low-lying portion of the siphon structure 1 1 and the high-lying portion of the siphon structure 1 1 should be sized so that any external particles 1 and / or external moisture 2 can not overcome this barrier and thus can not reach the membrane area.
Folgende geometrische Abmessungen der Siphonstruktur 1 1 sollten für eine effiziente Schutzwirkung der Sensormembran 20 realisiert sein: tH > tP (1 ) tG > tP (2) mit den Parametern: tH lichte Weite eines unteren Abschnitts der Siphonstruktur tP lichte Weite eines oberen Abschnitts der Siphonstruktur tG Niveauunterschied zwischen einer oberen Ebene des unterenThe following geometric dimensions of the siphon structure 1 1 should be realized for an efficient protective effect of the sensor membrane 20: t H > t P (1) t G > t P (2) with the parameters: tH clear width of a lower section of the siphon structure t P clear width an upper portion of the siphon structure tG level difference between an upper level of the lower
Abschnitts der Siphonstruktur und einer unteren Ebene des oberen Abschnitts der Siphonstruktur Section of the siphon structure and a lower level of the upper portion of the siphon structure
Das Heizelement 12 kann beispielsweise aus stromführenden Leitungen bestehen und/oder aus hochohmigen Diffusionsgebieten ausgebildet sein. The heating element 12 may, for example, consist of current-carrying lines and / or be formed of high-resistance diffusion regions.
Eine nicht in Figuren dargestellte Ausführungsform des mikromechanischen Drucksensors 100 umfasst eine direkt an der Oberfläche des Medienzugangs 10 angeordnete Haftschicht 13, wobei optional auch noch ein Heizelement 12 direkt an der Oberfläche des Medienzugangs 10 ausgebildet sein kann. An embodiment of the micromechanical pressure sensor 100, which is not shown in FIGS., Comprises an adhesion layer 13 arranged directly on the surface of the media access 10, wherein, optionally, a heating element 12 can also be formed directly on the surface of the media access 10.
Alternativ oder zusätzlich kann anstelle der Haftschicht 13 das Prinzip der Elektrostatik angewendet werden, wodurch das Heizelement 12 nicht nur zum Heizen verwendet wird, sondern zusätzlich auch als Kondensator mit Elektroden auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen genutzt wird. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine gleichzeitige Realisierung eines Heizelements 12 und einer Kondensatorstruktur möglich. Entsprechende Diffusionsgebiete können den Kondensator ausbilden, mit dem elektrostatische Kräfte generiert werden können, die die externen Partikel 1 absorbieren bzw. binden. Alternatively or additionally, instead of the adhesive layer 13, the principle of electrostatics can be used, whereby the heating element 12 is not only used for heating, but is also used as a capacitor with electrodes at different electrical potentials. In this way, a simultaneous realization of a heating element 12 and a capacitor structure is advantageously possible. Corresponding diffusion regions can form the capacitor with which electrostatic forces can be generated which absorb or bind the external particles 1.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht einer entsprechenden Ausführungsform eines mikromechanischen Drucksensors 100. Erkennbar ist ein zu beiden Seiten des Medienzugangs 10 angeordneter Kondensator mit zwei Elektroden 30, 31 . 4 shows a detailed view of a corresponding embodiment of a micromechanical pressure sensor 100. A capacitor with two electrodes 30, 31 arranged on both sides of the media access 10 can be seen.
Zwischen den Elektroden 30, 31 wirkt ein elektrisches Feld mit entsprechenden elektrostatischen Effekten, sodass externe Partikel 1 (nicht dargestellt) an der oberen Elektrode 30 anhaften. Between the electrodes 30, 31 acts an electric field with corresponding electrostatic effects, so that external particles 1 (not shown) adhere to the upper electrode 30.
Erkennbar sind zwei Kondensatorstrukturen 30, 31 , denkbar ist jedoch auch eine andere Anzahl von Kondensatorstrukturen im Bereich des Medienzugangs 10. Visible are two capacitor structures 30, 31, but also a different number of capacitor structures in the area of the media access 10 is conceivable.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Struktur von Fig. 4. Man erkennt eine obere Elektrode 30, die eine serpentinenartige elektrische Zuleitung 30a aufweist. Auf diese Weise kann eine elektrische Spannung mit geeigneter Spannungshöhe an die obere Elektrode 30 angelegt werden. Erkennbar ist eine untere Elektrode 31 , die vorzugsweise auf Massepotential liegt, wodurch sich zwischen der oberen Elektrode 30 und der unteren Elektrode 31 ein elektrisches Feld mit elektrischen Feldlinien von der oberen Elektrode 30 zur unteren Elektrode 31 ausbildet. Im Ergebnis ist dadurch eine elektrostatische Wirkung erzeugbar, mit der die externen Partikel 1 angezogen und damit im Bereich des Eingangs des Medienzu- gangs 10 fixiert und damit für die Sensormembran 20 unschädlich gemacht werden. Fig. 5 shows a top view of the structure of Fig. 4. It can be seen an upper electrode 30 having a serpentine electrical supply line 30a. In this way, an electric voltage with a suitable voltage level can be applied to the upper electrode 30. Visible is a lower electrode 31, which is preferably at ground potential, whereby between the upper Electrode 30 and the lower electrode 31 forms an electric field with electric field lines from the upper electrode 30 to the lower electrode 31. As a result, an electrostatic effect can be generated with which the external particles 1 are attracted and thus fixed in the region of the entrance of the media access 10 and thus made harmless to the sensor membrane 20.
Die obere Elektrode 30 kann dabei auch als ein Heizelement vorgesehen sein. The upper electrode 30 can also be provided as a heating element.
Eine nicht in Figuren dargestellte Ausführungsform des mikromechanischen Drucksensors 100 sieht eine Schutzschicht über dem Medienzugang 10 vor, die die Sensormembran 20 ausreichend vor eindringenden externen Partikeln 1 schützt und dennoch eine Dynamik zur ausreichenden Druckversorgung der Sensormembran 20 ermöglicht. Für diese Variante der Schutzeinrichtung ist ein poröses Material oder ein einlagiges Material denkbar, welches medien- bzw. luftdurchlässig ist, beispielsweise in Form von GORE™-Membran, Graphen- Schichten oder organischen Materialien. An embodiment of the micromechanical pressure sensor 100, which is not shown in FIGS., Provides a protective layer over the media access 10, which sufficiently protects the sensor membrane 20 from penetrating external particles 1 and nevertheless allows dynamics for sufficient pressure supply to the sensor membrane 20. For this variant of the protective device, a porous material or a single-layer material is conceivable, which is permeable to media or air, for example in the form of GORE ™ membrane, graphene layers or organic materials.
Die Realisierung der oben genannten Schutzeinrichtungen kann in einer Kappenstruktur oder auch in einer ASIC-Kappe des mikromechanischen Drucksensors 100 erfolgen, wodurch vorteilhaft unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten für die Schutzeinrichtung möglich sind. The implementation of the above-mentioned protective devices can be carried out in a cap structure or in an ASIC cap of the micromechanical pressure sensor 100, whereby advantageously different realization possibilities for the protective device are possible.
Fig. 6 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Drucksensors 100. FIG. 6 shows a basic sequence of a method for producing a micromechanical pressure sensor 100.
In einem Schritt 200 wird wenigstens ein Medienzugang 10 bereitgestellt. In einem Schritt 210 wird eine Sensormembran 20 bereitgestellt. In a step 200, at least one media access 10 is provided. In a step 210, a sensor membrane 20 is provided.
In einem Schritt 220 wird ein Bereitstellen wenigstens einer Schutzeinrichtung 1 1 , 12, 13 derart durchgeführt, dass mittels der Schutzreinrichtung 1 1 , 12, 13 eine Einwirkung von externen Partikeln 1 und/oder externer Feuchte 2 auf die Sensormembran 20 minimierbar ist. Obwohl die Erfindung vorgehend anhand von konkreten Anwendungsbeispielen beschrieben worden ist, kann der Fachmann vorgehend auch nicht oder nur teilweise offenbarte Ausführungsformen der Erfindung realisieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. In a step 220, provision of at least one protective device 1 1, 12, 13 is carried out in such a way that an impact of external particles 1 and / or external moisture 2 on the sensor membrane 20 can be minimized by means of the protective device 1 1, 12, 13. Although the invention has been described above by means of concrete examples of application, the person skilled in the art can realize previously or only partially disclosed embodiments of the invention without deviating from the gist of the invention.

Claims

Ansprüche claims
1 . Mikromechanischer Drucksensor (100), aufweisend: 1 . Micromechanical pressure sensor (100), comprising:
- wenigstens einen Medienzugang (10; 10a) für eine Sensormembran (20); und - at least one media access (10, 10a) for a sensor membrane (20); and
- wenigstens eine Schutzeinrichtung (1 1 ; 12; 13) zum Minimieren einer - At least one protective device (1 1; 12; 13) to minimize a
Einwirkung von externen Partikeln (1 ) und/oder externer Feuchte (2) auf die Sensormembran (20).  Influence of external particles (1) and / or external moisture (2) on the sensor membrane (20).
2. Mikromechanischer Drucksensor (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung als eine Siphonstruktur (1 1 ) des 2. Micromechanical pressure sensor (100) according to claim 1, characterized in that the protective device as a siphon structure (1 1) of the
Medienzugangs (10) ausgebildet ist.  Media access (10) is formed.
3. Mikromechanischer Drucksensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3. Micromechanical pressure sensor (100) according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung ein in definierter Nähe zum  in that the protective device is in a defined proximity to the
Medienzugang (10) angeordnetes Heizelement (12) aufweist.  Media access (10) arranged heating element (12).
4. Mikromechanischer Drucksensor (100) nach Anspruch 3, dadurch 4. Micromechanical pressure sensor (100) according to claim 3, characterized
gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) wenigstens teilweise um einen definierten Bereich der Siphonstruktur (1 1 ) angeordnet ist.  in that the heating element (12) is arranged at least partially around a defined area of the siphon structure (11).
5. Mikromechanischer Drucksensor (100) nach einem der vorhergehenden 5. Micromechanical pressure sensor (100) according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung eine in definierter Nähe zum Medienzugang (10) angeordnete Haftschicht (13) aufweist.  Claims, characterized in that the protective device has a defined in close proximity to the media access (10) arranged adhesive layer (13).
6. Mikromechanischer Drucksensor (100) nach Anspruch 5, dadurch 6. micromechanical pressure sensor (100) according to claim 5, characterized
gekennzeichnet, dass die Haftschicht (13) wenigstens abschnittsweise in einem definierten Bereich der Siphonstruktur (1 1 ) angeordnet ist.  in that the adhesive layer (13) is arranged at least in sections in a defined region of the siphon structure (11).
7. Mikromechanischer Drucksensor (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 7. Micromechanical pressure sensor (100) according to one of claims 2 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass folgende geometrische Bedingungen erfüllt sind: tH > tP characterized in that the following geometric conditions are met: t H > t P
tG > tP mit den Parametern: t G > t P with the parameters:
^ lichte Weite eines unteren Abschnitts der Siphonstruktur (1 1 ) tp lichte Weite eines oberen Abschnitts der Siphonstruktur (1 1 ) tG Niveauunterschied zwischen einer oberen Ebene des unteren Clear width of a lower section of the siphon structure (1 1) tp Clear width of an upper section of the siphon structure (1 1) tG Level difference between an upper level of the lower one
Abschnitts der Siphonstruktur und einer unteren Ebene des oberen Abschnitts der Siphonstruktur  Section of the siphon structure and a lower level of the upper portion of the siphon structure
Mikromechanischer Drucksensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung wenigstens eine in definierter Nähe zum Medienzugang (10) angeordnete Kondensatorstruktur (30, 31 ) aufweist. Micromechanical pressure sensor (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective device has at least one capacitor structure (30, 31) arranged in a defined proximity to the media access (10).
Mikromechanischer Drucksensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung eine auf dem Medienzugang (10) angeordnete mediendurchlässige Schicht aufweist. Micromechanical pressure sensor (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective device has a media-permeable layer arranged on the media access (10).
Mikromechanischer Drucksensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienzugang (10) mit der Schutzeinrichtung (1 1 ; 12; 13) in einem Kappenwafer oder in einem ASIC- Wafer des Drucksensors (100) ausgebildet ist. Micromechanical pressure sensor (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the media access (10) with the protective device (1 1; 12; 13) in a cap wafer or in an ASIC wafer of the pressure sensor (100) is formed.
Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Drucksensors (100), aufweisend die Schritte: A method of manufacturing a micromechanical pressure sensor (100), comprising the steps of:
Bereitstellen wenigstens eines Medienzugangs (10);  Providing at least one media access (10);
Bereitstellen einer Sensormembran (20); und  Providing a sensor membrane (20); and
Bereitstellen wenigstens einer Schutzeinrichtung (1 1 ; 12; 13) derart, dass mittels der Schutzeinrichtung (1 1 ; 12; 13) eine Einwirkung von externen Partikeln (1 ) und/oder externer Feuchte (2) auf die Sensormembran (20) minimierbar ist.  Providing at least one protective device (1 1, 12, 13) in such a way that an impact of external particles (1) and / or external moisture (2) on the sensor membrane (20) can be minimized by means of the protective device (1; ,
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