DE102017209306A1 - Device for the protection of components - Google Patents
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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. The invention relates to a device (1) for the protection of components, housings or the like from liquids and their ventilation, comprising at least a first layer (2) and a second layer (3), wherein the first layer (2) is formed as a membrane such that it is formed liquid-tight and gas-permeable below a first liquid pressure, and wherein the second layer (3) fluid transport paths and is formed so that it is at least liquid-tight above a second fluid pressure, wherein the second fluid pressure is smaller than that first fluid pressure.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Bauteilen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung.The invention relates to a device for the protection of components from liquids and their ventilation.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Schutz von Bauteilen, Gehäusen oder dergleichen vor Flüssigkeiten und zu deren Belüftung.The invention also relates to a method for the protection of components, housings or the like from liquids and their ventilation.
Obwohl auf beliebige Flüssigkeiten anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Wasser erläutert.Although applicable to any liquids, the present invention will be explained with reference to water.
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.Known air-permeable, waterproof membranes are limited to pressure ranges below a certain maximum pressure. After reaching the maximum pressure, the membrane becomes permeable and water penetrates. Such membranes are used, inter alia. in textiles but also in technology. There, water-resistant membranes are used, for example, to ventilate housings with electronic circuits or printed circuit boards and at the same time to protect them against the ingress of water.
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 one embodiment, the invention provides a device for the protection of components, housings or the like from liquids and for their ventilation, comprising at least a first layer and a second layer, wherein the first layer is formed as a membrane such that it below a first Liquid pressure, liquid-tight and gas-permeable, and wherein the second layer fluid transport paths and is formed such that it is at least liquid-tight above a second fluid pressure, wherein the second fluid pressure is smaller than the first fluid pressure.
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.In a further embodiment, the invention provides a method for the protection of components, housing or the like from liquids and their ventilation, wherein below a first liquid pressure, the passage of a liquid through a layer formed as a gas-permeable membrane is prevented, and wherein by a second layer comprising fluid transport paths above a second fluid pressure, the passage of at least the fluid through the second layer is prevented, and the second fluid pressure is selected smaller than the first fluid pressure.
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.In other words, on the basis of at least two layers, a permanent liquid tightness is ensured by first of all, when the pressure of a liquid is increased, the one layer ensures liquid tightness. If the pressure is further increased, the second layer ensures a liquid-tightness, in particular before the other first layer loses its liquid-tightness due to a further increasing pressure, ie becomes permeable.
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.The term "fluid transport path" with respect to a layer is to be understood in the broadest sense and refers in particular in the claims, preferably in the description of a layer, which pores, channels or the like, which gas and / or liquid exchange through the layer allow, has.
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.The term "first contact" with respect to a liquid is to be understood in the broadest sense, and refers in particular in the claims, preferably in the description, to the layer which faces a liquid and which first applies liquid when a liquid pressure is applied becomes. If, for example, the second layer is provided for first contact with the liquid, initially the liquid is applied to the second layer. If this is then permeable / or if it is permeable, contact of the liquid with another, for example a first layer, which is arranged on the side of the second layer which faces away from the liquid, occurs after the second layer has been applied.
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.One of the advantages achieved with this is that, in addition to the ventilation of a component, a leak-tightness over liquids is ensured over a wide pressure range. Until a first critical pressure is reached, one of the layers is gas-permeable and at the same time sealed against liquids and can vent the component or housing. Only when a critical pressure is reached, the device is then sealed against fluids.
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“.Another advantage is that the device or the method can be used extremely flexibly, for example, these can be installed or used both in the conversion / housing of electronic circuit boards, so-called "2nd level package", as well as directly for the sealing of individual electronic components, so-called "1st level Package".
Weitere Vorteile, Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar:Further advantages, further developments and embodiments of the invention are described below or are revealed by:
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.According to an advantageous development, the second layer is in particular reversibly elastically deformable, designed such that at a pressure above the second liquid pressure, the second layer is compressed. In other words, this provides a second layer which is at least partially collapsed or compressed due to a pressure above the second fluid pressure. By the Compressing the second layer, for example, pores or channels of the second layer are pressed together and the second layer is thereby at least liquid-tight, in particular gas and liquid-tight. If this is in particular reversibly elastically deformable, the pores or channels open again at pressures below the second liquid pressure and the second layer is at least again permeable to gases. Another advantage is that the second layer, or the device as a whole can be installed or used as already known membranes.
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.According to a further advantageous development, the second layer comprises swellable material, in particular in the fluid transport paths, such that upon contact with a liquid the swellable material swells and closes the fludite transport paths for sealing against the liquid. In other words, for example, water enters pores of the second layer, the swellable material comes in contact with the liquid and swells up. The concomitant increase in volume of the second layer closes the pores of the second layer and the second layer is thereby in particular sealed against liquids, for example against water and possibly also in addition gases. The swelling process can be reversible: If the second layer is no longer in contact with the liquid, for example by drying the environment of the second layer, the liquid absorbed by the swellable material can be released again; the pores open again and the device is again gas permeable. Another advantage here is also that the second layer or the device as a whole can be installed or used as already known membranes. The swellable material may also act indirectly on the fluid transport paths. If, for example, partial channels are used, which are closed on one side, liquid can enter into them with an appropriate arrangement and swell in this arranged swellable material. The resulting increase in volume can then indirectly close off the fluid transport paths by these non-swellable material, in the region of the fluid transport paths, in particular reversibly compresses or deforms them. The fluid transport paths may for this purpose have a suitable structure or course, for example meander-shaped, Z-shaped or the like.
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.According to a further advantageous refinement, the second layer has deformable microstructures, in particular reversibly deformable microstructures, which are designed to seal fluid transport passages of the second layer at least partially in a liquid-tight manner above a specific pressure of a liquid acting on them. In other words, in this way microstructures, for example hair structures in channels or pores of the second layer can be compressed by a liquid present at the microstructures to form a sealing layer. By compressing these microstructures, the pores or channels are closed and the second layer is at least liquid-tight, in particular gas and liquid-tight above a certain liquid pressure. Again, the microstructures can be formed reversibly elastically deformable, so that they at pressures below the specific liquid pressure in their original, d. H. open position, go back or relax. The second layer is thereby at least again gas-permeable. Another advantage here is also that the second layer or the device as a whole can be installed or used as already known membranes.
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.According to a further advantageous development, the first layer is arranged on the second layer and the first layer is provided for initial contact with the liquid. In this way, the second layer can be largely protected from the liquid at pressures below the first liquid pressure.
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.According to a further advantageous development, the second layer is arranged on the first layer and the second layer is provided for initial contact with the liquid. One of the advantages achieved with this is that the liquid itself can be used for sealing the second layer, for example by swelling or the like.
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.According to a further advantageous development, the first layer and the second layer can be connected or connected to one another in a material-locking manner, in particular by means of a laminating, gluing or welding process. In this way, a simple and simultaneous reliable cohesive connection between the two layers can be provided.
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.According to a further advantageous development, a modulus of elasticity of the first layer is greater than a modulus of elasticity of the second layer. In this way, the first layer remains largely stable with respect to the second layer and forms a defined delimitable layer.
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
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the subclaims, from the drawings, and from associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.Preferred embodiments and embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components or elements.
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.
-
1a ), b) a device according to a first embodiment of the present invention; -
2a b) a device according to a second embodiment of the present invention; and -
3a ), b) a device according to a third embodiment of the present invention. -
1a ), b) show a device according to a first embodiment of the present invention.
Die Vorrichtung
In
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
Die Vorrichtung
Das die Poren bzw. Kanäle
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme des quellenden Materials
In
In den
In einer weiteren Ausführungsform kann jedoch die Anordnung der Schichten umgekehrt sein, d.h. - analog zur Fig. la bzw. 1b kann die erste Schicht
Die Vorrichtung
Die Kanäle
Die Mikrostrukturen
Darüber hinaus ist es auch möglich beispielsweise in der zweiten Schicht
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.
- - Reliable sealing of components and / or housings against liquids,
- simple manufacture,
- - cost-effective manufacturability,
- simple implementation of the device,
- - with reversibly deformable training long life,
- - high flexibility in terms of various applications. Applications for embodiments of the present invention for sealing the housing, electronic assemblies, sensors, microphones and the like, can be found in the automotive electronics (eg controls) but also in the field of consumer electronics, such as cell phones, computers, electronic components such Media sensors, for example for pressure, gas or the like or even microphones, etc.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102004036035 A1 [0020]DE 102004036035 A1 [0020]
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DE102017209306.4A DE102017209306A1 (en) | 2017-06-01 | 2017-06-01 | Device for the protection of components |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0266204A2 (en) * | 1986-10-31 | 1988-05-04 | Kingston Technologies, Inc. | Pressure dependent anisotropic transport membrane system |
DE102004036035A1 (en) | 2003-12-16 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Method for producing a semiconductor component and a semiconductor component, in particular a membrane sensor |
-
2017
- 2017-06-01 DE DE102017209306.4A patent/DE102017209306A1/en active Pending
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