DE102017209306A1 - Vorrichtung zum Schutz von Bauteilen - Google Patents

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Timo Lindemann
Daniel Haug
Frederik ANTE
Michael Knauss
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Schutz von Bauteilen, Gehäusen oder dergleichen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung, umfassend zumindest eine erste Schicht (2) und eine zweite Schicht (3), wobei die erste Schicht (2) als Membran ausgebildet ist, derart, dass diese unterhalb eines ersten Flüssigkeitsdrucks, flüssigkeitsdicht und gasdurchlässig ausgebildet ist, und wobei die zweite Schicht (3) Fluidtransportwege umfasst und derart ausgebildet ist, sodass diese oberhalb eines zweiten Flüssigkeitsdrucks zumindest flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, wobei der zweite Flüssigkeitsdruck kleiner ist als der erste Flüssigkeitsdruck.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Bauteilen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Schutz von Bauteilen, Gehäusen oder dergleichen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung.
  • Obwohl auf beliebige Flüssigkeiten anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Wasser erläutert.
  • Bekannte luftdurchlässige, wasserdichte Membranen sind auf Druckbereiche unterhalb eines bestimmten Maximaldrucks beschränkt. Nach Erreichen des Maximaldrucks wird die Membran durchlässig und Wasser dringt durch. Solche Membranen finden Anwendung u.a. in Textilien aber auch in der Technik. Dort werden wasser-resistente Membranen eingesetzt, um beispielsweise Gehäuse mit elektronischen Schaltungen bzw. Leiterplatten zu belüften und diese gleichzeitig gegen das Eindringen von Wasser zu schützen.
  • In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Schutz von Bauteilen, Gehäusen oder dergleichen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung bereit, umfassend zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht, wobei die erste Schicht als Membran ausgebildet ist, derart, dass diese unterhalb eines ersten Flüssigkeitsdrucks, flüssigkeitsdicht und gasdurchlässig ausgebildet ist, und wobei die zweite Schicht Fluidtransportwege umfasst und derart ausgebildet ist, so dass diese oberhalb eines zweiten Flüssigkeitsdrucks zumindest flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, wobei der zweite Flüssigkeitsdruck kleiner ist als der erste Flüssigkeitsdruck.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Schutz von Bauteilen, Gehäuse oder dergleichen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung dar, wobei unterhalb eines ersten Flüssigkeitsdrucks der Durchtritt einer Flüssigkeit durch eine als gasdurchlässige Membran ausgebildete Schicht verhindert wird, und wobei durch eine zweite Schicht umfassend Fluidtransportwege oberhalb eines zweiten Flüssigkeitsdrucks der Durchtritt zumindest der Flüssigkeit durch die zweite Schicht verhindert wird, und der zweite Flüssigkeitsdruck kleiner als der erste Flüssigkeitsdruck gewählt wird.
  • Mit anderen Worten wird anhand zumindest zweier Schichten eine dauerhafte Flüssigkeitsdichtheit gewährleistet, indem bei einer Erhöhung des Drucks einer Flüssigkeit zunächst die eine Schicht eine Flüssigkeitsdichtheit gewährleistet. Wird der Druck weiter erhöht, sorgt die zweite Schicht für eine Flüssigkeitsdichtheit, insbesondere bevor die andere erste Schicht aufgrund eines weiteren sich erhöhenden Drucks ihre Flüssigkeitsdichtheit verliert, also durchlässig wird.
  • Der Begriff „Fluidtransportweg“ in Bezug auf eine Schicht ist im weitesten Sinne zu verstehen und bezieht sich insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung auf eine Schicht, welche Poren, Kanäle oder dergleichen, die einen Gas- und/oder Flüssigkeitsaustausch durch die Schicht ermöglichen, aufweist.
  • Der Begriff „Erstkontakt“ in Bezug auf eine Flüssigkeit ist im weitesten Sine zu verstehen und bezieht sich insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung auf diejenige Schicht, die einer Flüssigkeit zugewandt ist und die als erstes, wenn ein Flüssigkeitsdruck anliegt, mit Flüssigkeit beaufschlagt wird. Ist beispielsweise die zweite Schicht zum Erstkontakt mit der Flüssigkeit vorgesehen, liegt zunächst die Flüssigkeit an der zweiten Schicht an. Wird diese dann durchlässig/oder ist diese durchlässig, kommt es erst nach dem Beaufschlagen der zweiten Schicht zu einem Kontakt der Flüssigkeit mit einer weiteren, bspw. einer ersten Schicht, welche auf der Seite der zweiten Schicht angeordnet ist, die der Flüssigkeit abgewandt ist.
  • Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass neben der Belüftung eines Bauelements eine Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten über einen großen Druckbereich gewährleistet ist. Bis zum Erreichen eines ersten kritischen Drucks ist eine der Schichten gasdurchlässig und gleichzeitig dicht gegenüber Flüssigkeiten und kann das Bauelement oder Gehäuse lüften. Erst bei Erreichen eines kritischen Drucks wird dann die Vorrichtung gegenüber Fluiden abgedichtet.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung bzw. das Verfahren äußerst flexibel einsetzbar ist, beispielsweise können diese dabei sowohl in der Umbauung / Gehäuse von elektronischen Leiterplatten, sogenanntes „2nd level Package“, eingebaut bzw. eingesetzt werden, als auch direkt zur Abdichtung von einzelnen elektronischen Bauelementen, sogenanntes „1st level Package“.
  • Weitere Vorteile, Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar:
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zweite Schicht insbesondere reversibel elastisch verformbar, ausgebildet derart, dass bei einem Druck oberhalb des zweiten Flüssigkeitsdrucks die zweite Schicht komprimiert wird. Mit anderen Worten wird dadurch eine zweite Schicht zur Verfügung gestellt, welche zumindest teilweise aufgrund eines Drucks oberhalb des zweiten Flüssigkeitsdrucks kollabiert bzw. zusammengedrückt wird. Durch das Komprimieren der zweiten Schicht werden beispielsweise Poren oder Kanäle der zweiten Schicht zusammengepresst und die zweite Schicht wird hierdurch zumindest flüssigkeitsdicht, insbesondere gas- und flüssigkeitsdicht. Ist diese insbesondere reversibel elastisch verformbar, öffnen sich die Poren oder Kanäle bei Drücken unterhalb des zweiten Flüssigkeitsdrucks wieder und die zweite Schicht wird zumindest wieder durchlässig für Gase. Ein weiterer Vorteil ist, dass die zweite Schicht, bzw. die Vorrichtung insgesamt wie bereits bekannte Membranen verbaut bzw. verwendet werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die zweite Schicht quellbares Material, insbesondere in den Fluidtransportwegen auf, derart, dass bei Kontakt mit einer Flüssigkeit das quellbare Material aufquillt und die Fluditransportwege zur Abdichtung gegenüber der Flüssigkeit verschließt. Mit anderen Worten tritt beispielsweise Wasser in Poren der zweiten Schicht ein, kommt das quellbare Material in Kontakt mit der Flüssigkeit und quillt auf. Die damit einhergehende Volumenvergrößerung der zweiten Schicht schließt die Poren der zweiten Schicht und die zweite Schicht wird hierdurch insbesondere dicht gegenüber Flüssigkeiten, beispielsweise gegenüber Wasser und ggf. auch zusätzlich Gasen. Der Quellprozess kann reversibel ausgebildet sein: Steht die zweite Schicht nicht mehr in Kontakt mit der Flüssigkeit, beispielsweise durch Abtrocknen der Umgebung der zweiten Schicht, kann die durch das quellbare Material aufgenommene Flüssigkeit wieder abgegeben werden; die Poren öffnen sich wieder und die Vorrichtung wird insgesamt wieder gasdurchlässig. Ein weiterer Vorteil ist hier ebenfalls, dass die zweite Schicht bzw. die Vorrichtung insgesamt wie bereits bekannte Membranen verbaut bzw. verwendet werden kann. Das quellbare Material kann ebenfalls indirekt auf die Fluidtransportwege wirken. Werden beispielsweise teilweise Kanäle genutzt, die einseitig verschlossen sind, kann bei entsprechender Anordnung Flüssigkeit in diese eintreten und in diesen angeordnetes quellbares Material aufquellen. Die dadurch eintretende Volumenvergrößerung kann dann indirekt die Fluidtransportwege verschließen, indem diese nicht quellbares Material, im Bereich der Fluidtransportwege diese insbesondere reversibel zudrückt bzw. verformt. Die Fluidtransportwege können hierfür eine geeignete Struktur bzw. Verlauf aufweisen, beispielsweise mäanderförmig, Z-förmig oder dergleichen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die zweite Schicht verformbare Mikrostrukturen, insbesondere reversibel verformbare Mikrostrukturen, auf, die ausgebildet sind, oberhalb eines bestimmten auf sie einwirkenden Drucks einer Flüssigkeit, Fluidtransportkanäle der zweiten Schicht zumindest teilweise flüssigkeitsdicht zu verschließen. Mit anderen Worten können auf diese Weise Mikrostrukturen, beispielsweise Haarstrukturen in Kanälen oder Poren der zweiten Schicht durch eine an den Mikrostrukturen anstehenden Flüssigkeit zu einer dichtenden Schicht zusammengedrückt werden. Durch das Zusammendrücken dieser Mikrostrukturen werden die Poren bzw. Kanäle geschlossen und die zweite Schicht wird zumindest flüssigkeitsdicht, insbesondere gas- und flüssigkeitsdicht oberhalb eines bestimmten Flüssigkeitsdrucks. Auch hier können die Mikrostrukturen reversibel elastisch verformbar ausgebildet werden, so dass sie bei Drücken unterhalb des bestimmten Flüssigkeitsdrucks in ihre ursprüngliche, d. h. offene Position, zurückgehen bzw. relaxieren. Die zweite Schicht wird dadurch zumindest wieder gasdurchlässig. Ein weiterer Vorteil ist hier ebenfalls, dass die zweite Schicht bzw. die Vorrichtung insgesamt wie bereits bekannte Membranen verbaut bzw. verwendet werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die erste Schicht auf der zweiten Schicht angeordnet und die erste Schicht zum Erstkontakt mit der Flüssigkeit vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich die zweite Schicht weitestgehend vor der Flüssigkeit bei Drücken unterhalb des ersten Flüssigkeitsdrucks schützen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die zweite Schicht auf der ersten Schicht angeordnet und die zweite Schicht ist zum Erstkontakt mit der Flüssigkeit vorgesehen. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass die Flüssigkeit selbst zum Verschließen der zweiten Schicht genutzt werden kann, beispielsweise durch Aufquellen oder dergleichen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die erste Schicht und die zweite Schicht stoffschlüssig miteinander verbindbar oder verbunden, insbesondere mittels eines Laminier-, Klebe- oder Schweißverfahrens. Auf diese Weise ist eine einfache und gleichzeitige zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Schichten bereitstellbar.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Elastizitätsmodul der ersten Schicht größer als ein Elastizitätsmodul der zweiten Schicht. Auf diese Weise bleibt die erste Schicht gegenüber der zweiten Schicht weitestgehend stabil und bildet eine definierte abgrenzbare Schicht.
  • Grundsätzlich lässt sich die beanspruchte Erfindung auch im Rahmen von mikromechanischen Membransensoren realisieren. Hierzu wird die Membran mittels gängiger mikromechanischer Techniken erzeugt, wie beispielsweise epitaktischem Wachstum, Opferschichtätzen oder der Verwendung von porösem Silizium, wie in der DE 10 2004 036035 A1 über die Zwischenerzeugung eines n-Gitters beschrieben. Hierbei kann die Membran derart prozessiert werden, dass sie semidurchlässig für Flüssigkeiten und/oder Gase wird, wenn ein ausreichend hoher Flüssigkeits- und/oder Gasdruck angelegt wird. Die zweite erfindungsgemäße Schicht mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften, d.h. Durchlass eines Flüssigkeits- und/oder Gasstroms unterhalb eines zweiten Flüssigkeits- oder Gasdrucks, kann dabei ebenfalls mittels mikromechanischer Techniken erzeugt werden. Hier ist denkbar, dass die zweite Schicht mittels einer weiteren epitaktisch Schicht gegebenenfalls mittels Maskentechniken erzeugt wird. Ebenfalls ist denkbar, die zweite Schicht aus einem Substrat unterhalb der Membran zu erzeugen, gegebenenfalls mittels Opferschichtechnik. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Substrat selber die zweite Schicht bildet. Erfindungsgemäß wird diese zweite mikromechanische Schicht gemeinsam mit der Membran oberhalb eines Hohlraums oder einer Kaverne erzeugt. Diese zweite mikromechanische Schicht kann dabei kompressibel sein, um im komprimierten die Durchgänge durch diese zweite Schicht zu verschließen. Alternativ ist denkbar, dass die mikromechanischen Durchgänge durch die zweite Schicht durch Gas- oder Flüssigkeitseinlagerungen aufquellen und einen weiteren Durchgang im Wesentlichen zu verhindern. Beide Realisierungen lassen sich beispielsweise durch eine poröse Halbleiterschicht, z.B. durch poröses Silizium erreichen. Hierbei werden durch die Verbindungen von Poren einzelne Durchgänge von einer zur anderen Seite der zweiten Schicht gebildet. Die Porengröße und somit das Ausmaß des Durchlasses lassen sich durch die entsprechenden Parameter bei der Erzeugung des porösen Halbleitermaterials einstellen.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
  • Dabei zeigen in schematischer Form:
    • 1a), b) eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2a), b) eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 3a), b) eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 1a), b) zeigen eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Vorrichtung 1 besteht hier beispielsweise aus einer herkömmlichen „atmungsaktiven“ Membran 2 als erster Schicht und einer weichen offen porösen Schicht - zweite Schicht 3 -, auf welcher die erste Schicht 2 mittels eines Laminierverfahrens aufgebracht ist. Hierbei können die Poren 4 der zweiten Schicht 3 ein dreidimensionales zusammenhängendes Poren-Gewebe bilden. Alternativ können sie, wie in 1 gezeigt, aus entsprechend geformten Kanälen 4 bestehen. Die Kanäle 4 können z.B. schlangenförmig und/oder auch zick-zack-förmig ausgebildet sein. Darüber hinaus sind auch andere Ausbildungen als Kombination hiervon denkbar, beispielsweise mäanderförmige Kanäle oder dergleichen.
  • In 1a) ist der Fall eines an der Vorrichtung 1 anliegenden Flüssigkeitsdrucks P unterhalb eines kritischen Drucks PKRIT gezeigt. Bei P < PKRIT sind Poren/Kanäle 4 offen und die Vorrichtung 1 insgesamt gasdurchlässig. In 1b) ist nun der Fall eines Drucks P oberhalb des kritischen Drucks PKRIT gezeigt. Der anliegende Druck P, bspw. Wasserdruck 5, drückt die weichere zweite Schicht 3 zusammen. Dabei werden die Poren/Kanäle 4 in der zweiten Schicht 3 geschlossen und die zweite Schicht 3 wird undurchlässig für Fluide, selbst wenn die obige Membran 2 dann durchlässig für Flüssigkeiten würde.
  • Mit anderen Worten: Liegt ein äußerer Druck an, z.B. durch Wasser, wird die zweite Schicht durch den anliegenden Druck zusammengedrückt und die Poren/Kanäle 4 kollabieren. Dabei werden die Poren/Kanäle 4 zusammengedrückt und schließen dicht. Somit wird die zweite Schicht 3 ab einem kritischen Druck PKRIT dicht. Dieser Druck liegt unter dem Druck, ab dem die Membran, also die erste Schicht 2, selbst undicht wird, also für Flüssigkeiten durchlässig wird. Vermindert sich der Druck wieder, also P < PKRIT relaxiert eine reversibel ausgebildete zweite Schicht 3 und die Kanäle 4 öffnen sich wieder.
  • 2a), b) zeigen eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Vorrichtung 1 besteht aus einer herkömmlichen „atmungsaktiven“ Membran 2 als erster Schicht und einer offen porösen Schicht als zweite Schicht 3. In dieser Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist die zweite Schicht 3 auf die atmungsaktive Membran 2 auflaminiert und ist damit für den Erstkontakt mit der Flüssigkeit vorgesehen.
  • Das die Poren bzw. Kanäle 4 dieser zweiten Schicht 3 umgebende Material 7 kann Flüssigkeit aufnehmen und die Poren 4 durch die Flüssigkeitsaufnahme bedingte Volumenvergrößerung verschließen. Im abtrocknenden Zustand wird dann die Flüssigkeit wieder abgegeben. Um Restflüssigkeit zwischen den beiden Schichten 2, 3 zu vermeiden, ist vorzugsweise das quellende Material 7 der zweiten Schicht 3 mit möglichst geringem Abstand zur atmungsaktiven Membran 2 angeordnet werden.
  • Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme des quellenden Materials 7 der zweiten Schicht 3 beeinflusst die zulässige Geschwindigkeit der Flüssigkeitsdruckänderung. Je schneller eine Flüssigkeitsaufnahme durch das quellbare Material 7 und damit ein Aufquellen und Verschließen der Poren 4 möglich ist, desto schneller kann die Vorrichtung gegen ein Ansteigen des Flüssigkeitsdrucks abgedichtet werden.
  • In 2a) ist der trockene Zustand der Vorrichtung 1 gezeigt, d.h. die Poren 4 sind offen und durchlässig. In 2b) ist nun der Fall von eintretender Flüssigkeit in die Poren bzw. Kanäle 4 gezeigt: Das Material 7 der zweiten Schicht 3 quellt auf und die Poren 4 sind spätestens bei einem Druck P > PKRIT geschlossen und damit die gesamte Vorrichtung 1 flüssigkeits- und gasdicht. Unterhalb des kritischen Drucks sind die Kanäle 4 geöffnet, allerdings dichtet die erste Schicht 2 hier gegen eine Flüssigkeit ab, ermöglicht aber ein Belüften eines beispielsweise unter der ersten Schicht 2 angeordneten Bauteils.
  • In den 2a) bzw. 2b) ist die zweite Schicht 3 für den Kontakt mit einer Flüssigkeit vorgesehen und die erste Schicht 2 ist unter der zweiten Schicht 3 angeordnet, d.h. die erste Schicht ist nicht für den Kontakt mit der Flüssigkeit vorgesehen.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann jedoch die Anordnung der Schichten umgekehrt sein, d.h. - analog zur Fig. la bzw. 1b kann die erste Schicht 2 zum Erstkontakt mit der Flüssigkeit vorgesehen sein. Sobald die erste Schicht 2 dann auf Grund eines Drucks einer Flüssigkeit P > PKRIT durchlässig für die Flüssigkeit wird, kommt das quellbare Material 7 in der zweiten Schicht 3 in Kontakt mit der Flüssigkeit und beginnt aufzuquellen. Die Kanäle 4 werden dadurch verschlossen und die zweite Schicht 3 ist nun gas- und flüssigkeitsdicht. In diesem Fall ist der Druck P dann höher als der maximal zulässige Druck PKRIT, ab dem die erste Schicht 2 wasserdurchlässig wird. Wird der Druck P wieder niedriger, trocknet das quellbare Material 7 in der zweiten Schicht 3 wieder ab und die Kanäle 4 der zweiten Schicht 3 öffnen sich wieder wodurch die beiden Schichten 2, 3 und mithin die Vorrichtung 1 wieder gas durchlässig bzw. „atmungsaktiv“ werden.
  • 3a), b) zeigen eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Vorrichtung 1 besteht aus einer herkömmlichen „atmungsaktiven“ Membran 2 als erster Schicht und einer offen porösen Schicht, zweite Schicht 3, wobei die zweite Schicht 3 auf die erste Schicht 2 auflaminiert ist; die zweite Schicht 3 zeigt damit Richtung Flüssigkeit.
  • Die Kanäle 4 der zweiten Schicht 3 sind mikrostrukturiert, z.B. mit Haarstrukturen 6. Diese Mikrostrukturen 6 werden durch anliegenden Flüssigkeitsdruck zu einer dichtenden Schicht zusammengepresst (siehe 2b)) und verschließen damit die Poren bzw. Kanäle 4 der zweiten Schicht 3. Ohne anliegendes Druckgefälle durch eine an diesem anstehende Flüssigkeit relaxieren die Mikrostrukturen 6 und die Poren 4 werden wieder geöffnet.
  • Die Mikrostrukturen 6 sind hierbei so ausgebildet, dass diese in einem möglichen Druckarbeitsbereich eines geschützten Bauteils nicht geschlossen sind. Der Flüssigkeitsdruck kann insbesondere in einer endlichen zu spezifizierenden Zeit aufgebaut werden, um einen besonders zuverlässigen mechanischen Verschluss durch ein Druckgefälle zu ermöglichen.
  • 3a) zeigt den trockenen Zustand der Vorrichtung 1. Hierbei sind Poren 4 offen und gasdurchlässig. Bei eintretender Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, verschließen die Mikrostrukturen 6 die Poren 4 - wie in 3b) -; die Poren 4 sind hierbei spätestens bei P > PKRIT geschlossen. Die Vorrichtung 1 ist damit flüssigkeits- und gasdicht. Unterhalb des kritischen Drucks sind die Mikrostrukturen 6 zwar geöffnet, die erste Schicht 2 ist dabei allerdings flüssigkeitsdicht und gasdurchlässig, so dass ein Belüften eines beispielsweise unter der ersten Schicht 2 angeordneten Bauteils möglich ist.
  • Darüber hinaus ist es auch möglich beispielsweise in der zweiten Schicht 3 sowohl Mikrostrukturen 6 als auch quellbares Material 7 anzuordnen. Ebenso ist es möglich, mehr als zwei Schichten anzuordnen, welche bspw. gemäß den Prinzipien der 2 und/oder der 3 ausgebildet sind, also mit Mikrostrukturen 6 und/oder mit quellbarem Material 7 versehen sind.
  • Zusammenfassend weist zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
    • - Zuverlässiges Abdichten von Bauteilen und/oder Gehäusen gegenüber Flüssigkeiten,
    • - einfache Herstellbarkeit,
    • - kostengünstige Herstellbarkeit,
    • - einfache Implementierung der Vorrichtung,
    • - bei reversibel verformbarer Ausbildung hohe Lebensdauer,
    • - hohe Flexibilität hinsichtlich verschiedener Anwendungsbereiche. Anwendungen für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Abdichtung der Gehäuse, elektronischen Baugruppen, Sensoren, Mikrofone und dergleichen, finden sich in der Automotiv-Elektronik (z.B. bei Steuerelementen) aber auch im Bereich Consumer-Elektronik, z.B. Handys, Computer, elektronische Bauelemente, wie z.B. Mediensensoren, beispielsweise für Druck, Gas oder dergleichen oder auch Mikrofone, etc.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004036035 A1 [0020]

Claims (13)

  1. Vorrichtung (1) zum Schutz von Bauteilen, Gehäusen oder dergleichen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung, umfassend zumindest eine erste Schicht (2) und eine zweite Schicht (3), wobei die erste Schicht (2) als Membran ausgebildet ist, derart, dass diese unterhalb eines ersten Flüssigkeitsdrucks, flüssigkeitsdicht und gasdurchlässig ausgebildet ist, und wobei die zweite Schicht (3) Fluidtransportwege umfasst und derart ausgebildet ist, sodass diese oberhalb eines zweiten Flüssigkeitsdrucks zumindest flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, wobei der zweite Flüssigkeitsdruck kleiner ist als der erste Flüssigkeitsdruck.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Schicht (3) elastisch verformbar, insbesondere reversibel, ausgebildet ist, derart dass bei einem Druck oberhalb des zweiten Flüssigkeitsdrucks die zweite Schicht (3) komprimiert wird.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Schicht (3) quellbares Material (7) insbesondere in den Fluidtransportwegen (4) aufweist, derart dass bei Kontakt mit einer Flüssigkeit (5) das quellbare Material (7) aufquillt und die Fluidtransportwege (4) zur Abdichtung gegenüber der Flüssigkeit (5) oberhalb des zweiten Flüssigkeitsdrucks verschließt.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei die zweite Schicht (3) verformbare Mikrostrukturen (6), insbesondere reversibel verformbare Mikrostrukturen, aufweist, die ausgebildet sind, oberhalb eines bestimmten auf sie einwirkenden Drucks einer Flüssigkeit Fluidtransportwege (4) der zweiten Schicht (3) zumindest teilweise flüssigkeitsdicht zu verschließen.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die erste Schicht (2) auf der zweiten Schicht (3) angeordnet ist und die erste Schicht (2) zum Erstkontakt mit der Flüssigkeit (5) vorgesehen ist,
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 3 oder 4, wobei die zweite Schicht (3) auf der ersten Schicht (2) angeordnet ist und die zweite Schicht (3) zum Erstkontakt mit der Flüssigkeit (5) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei die erste Schicht (2) und die zweite Schicht (3) stoffschlüssig miteinander verbindbar oder verbunden sind, insbesondere mittels eines Laminier-, Klebe- oder Schweißverfahrens.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch einem der Ansprüche 1-7, wobei ein Elastizitätsmodul der ersten Schicht größer ist als ein Elastizitätsmodul der zweiten Schicht.
  9. Verfahren zum Schutz von Bauteilen, Gehäusen oder dergleichen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung, wobei unterhalb eines ersten Flüssigkeitsdrucks der Durchtritt einer Flüssigkeit (5) durch eine als gasdurchlässige Membran ausgebildete erste Schicht (2) verhindert wird, und wobei durch eine zweite Schicht (3), umfassend Fluidtransportwege, oberhalb eines zweiten Flüssigkeitsdrucks der Durchtritt zumindest der Flüssigkeit (5) durch die zweite Schicht (3) verhindert wird, und der zweite Flüssigkeitsdruck kleiner ist als der erste Flüssigkeitsdruck gewählt wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei bei Anliegen eines Drucks oberhalb des zweiten Flüssigkeitsdrucks an zumindest eine der Schichten (2, 3) die zweite Schicht (3), insbesondere reversibel, komprimiert wird und die Fluidtransportwege (4) der zweiten Schicht (3) durch die Kompression verschlossen werden und/oder bei Eintritt einer Flüssigkeit in die zweite Schicht (3) in der zweiten Schicht quellbares Material (3) reversibel aufquillt und die Fluidtransportwege (4) der zweiten Schicht (3) verschlossen werden und/oder wobei bei Eintritt einer Flüssigkeit in die zweite Schicht (3) Mikrostrukturen (6) in den Fluidtransportwegen (4) der zweiten Schicht (3) verschlossen werden.
  11. Mikromechanisches Herstellverfahren für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zum Schutz von mikromechanischen Bauelementen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung, wobei mittels mikromechanischer Verfahren • eine erste Schicht (2) aus einem Halbleitermaterial zur Bildung einer Membran und • eine zweite Schicht (3) aus einem Halbleitermaterial auf der Membran erzeugt wird, wobei die erste Schicht (2) derart ausgebildet wird, dass sie unterhalb eines ersten Flüssigkeitsdrucks, flüssigkeitsdicht und gasdurchlässig ausgebildet ist, und wobei die zweite Schicht (3) derart ausgebildet wird, dass sie Fluidtransportwege umfasst und oberhalb eines zweiten Flüssigkeitsdrucks zumindest flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, wobei der zweite Flüssigkeitsdruck kleiner ist als der erste Flüssigkeitsdruck.
  12. Mikromechanisches Herstellverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidtransportwege mittels einer Porösifizierung des Halbleitermaterials in der zweiten Schicht erzeugt werden.
  13. Mikromechanisches Herstellverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Schicht auf einem Halbleitersubstrat aufgebracht werden und dass eine an die Membran und/oder die zweite Schicht angrenzende Kaverne im Substrat erzeugt wird, insbesondere mittels Opferschichtätzung oder porösem Ätzen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0266204A2 (de) * 1986-10-31 1988-05-04 Kingston Technologies, Inc. Druckabhängiges System mit anisotropen Transportmembran
DE102004036035A1 (de) 2003-12-16 2005-07-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Membransensor

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