DE102020205492A1

DE102020205492A1 - Method for producing a pressure sensor device and pressure sensor device

Info

Publication number: DE102020205492A1
Application number: DE102020205492.4A
Authority: DE
Inventors: Ingo Kesel; Philipp Scheiner; Robert Kuells; Friedhelm Guenter; Joachim Friedl; Elmar Kroner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-11-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung (10) umfassend ein Bereitstellen (S1) eines Gefäßes (1), welches eine Kavität (K) mit Seitenwänden (KS) umfasst, ein Bereitstellen (S2) eines Drucksensors (2) und Anordnen des Drucksensors in der Kavität (K); ein Modifizieren (S3) einer Materialeigenschaft eines Oberflächenmaterials des Gefäßes (1), wobei das Oberflächenmaterial durch das Modifizieren lipophob oder lipophil wird; ein Befüllen (S4) der Kavität (K) mit einem Öl (3) derart, dass das Öl (3) die Seitenwände (KS) zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche (OS) bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophil ist; und ein Bereitstellen (S5) einer Membran (4) und formschlüssiges Aufbringen der Membran (4) auf die Oberfläche (OS) und auf die Oberseite (KS-O) der Seitenwände, derart dass eine Form der Membran (4) mit der Form der Oberfläche (OS) zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran (4) das Öl dicht abdeckt.The present invention creates a method for producing a pressure sensor device (10) comprising providing (S1) a vessel (1) which comprises a cavity (K) with side walls (KS), providing (S2) a pressure sensor (2) and arranging it the pressure sensor in the cavity (K); modifying (S3) a material property of a surface material of the vessel (1), the surface material becoming lipophobic or lipophilic as a result of the modification; filling (S4) the cavity (K) with an oil (3) such that the oil (3) at least partially covers the side walls (KS) and forms a surface (OS) which assumes a convex shape when the surface material of the The side walls are at least partially lipophobic or assume a concave shape if the surface material of the side walls is at least partially lipophilic; and providing (S5) a membrane (4) and form-fitting application of the membrane (4) on the surface (OS) and on the upper side (KS-O) of the side walls, such that a shape of the membrane (4) with the shape of the Surface (OS) coincides at least in areas and the membrane (4) covers the oil tightly.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung und eine Drucksensoreinrichtung.The present invention relates to a method for producing a pressure sensor device and a pressure sensor device.

Stand der TechnikState of the art

Bekannte Drucksensoren können wasserdicht ausgestaltet sein und dazu mit einem Gel verfüllt sein. Eine Druckschwankung kann auf das Gel übertragen werden und damit weiter durch das Gel an einen Drucksensor übertragen werden, welcher sich in dem Gel befinden kann. Um Verluste bei der Übertragung des Drucksignals durch das Medium, hierbei das Gel, bis zum Drucksensor verringern zu können, ist jedoch die Wahl eines solchen Mediums wünschenswert, welches möglichst wenig Dämpfung des Drucksignals bewirkt, wenn dieses durch das Medium propagiert.Known pressure sensors can be designed to be watertight and, for this purpose, be filled with a gel. A pressure fluctuation can be transmitted to the gel and thus further transmitted through the gel to a pressure sensor which can be located in the gel. In order to be able to reduce losses in the transmission of the pressure signal through the medium, in this case the gel, up to the pressure sensor, it is desirable to select a medium that causes as little damping of the pressure signal as possible when it propagates through the medium.

Bekannte Herstellungsweisen von Drucksensoren sowie die daraus resultierenden Drucksensoren ergeben üblicherweise noch eine Größe und Ausführungsform, welche noch nicht ausreichend miniaturisiert für die Verwendung in mobilen Geräten, etwa in Mobiltelefonen, sind.Known manufacturing methods of pressure sensors and the pressure sensors resulting therefrom usually result in a size and embodiment which are not yet sufficiently miniaturized for use in mobile devices, for example in cell phones.

In der EP1336086B1 wird eine Druckmesszelle mit einem Sensierelement beschrieben, das mit einer Messkammer verbunden ist. Das Sensierelement kann im Betrieb eine von einem zu messenden Druck abhängige Auslenkung erfahren. Eine Elektrode kann dabei mit einer Gegenelektrode einen Kondensator bildet, dessen Kapazität ein Maß für die Auslenkung des Sensierelements ist.In the EP1336086B1 describes a pressure measuring cell with a sensing element that is connected to a measuring chamber. During operation, the sensing element can experience a deflection that is dependent on a pressure to be measured. An electrode can form a capacitor with a counter electrode, the capacitance of which is a measure of the deflection of the sensing element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung nach Anspruch 1 und eine Drucksensoreinrichtung nach Anspruch 9.The present invention provides a method for producing a pressure sensor device according to claim 1 and a pressure sensor device according to claim 9.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung sowie eine daraus resultierende Drucksensoreinrichtung anzugeben, wobei ein Medium mit einer geringen oder nahezu keinen Dämpfung verwendet werden kann und das Medium durch eine Membran abgedeckt sein kann, über welche das Medium wasserdicht und ohne Gaseinschlüsse von der Umgebung verschlossen sein kann, wobei die Lebenszeit der Drucksensoreinrichtung erhöht werden kann, der Fügeprozess der Membran auf dem Medium vereinfacht werden kann und die Abdichtung des Mediums sowie die Übertragung des Drucksignals verbessert werden kann.The idea on which the present invention is based is to provide a method for producing a pressure sensor device and a pressure sensor device resulting therefrom, wherein a medium with little or almost no attenuation can be used and the medium can be covered by a membrane over which the medium can be conveyed can be sealed watertight and without gas inclusions from the environment, the lifetime of the pressure sensor device can be increased, the joining process of the membrane on the medium can be simplified and the sealing of the medium and the transmission of the pressure signal can be improved.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung ein Bereitstellen eines Gefäßes, welches eine Kavität mit Seitenwänden umfasst, wobei die Kavität einen Boden umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite umfassen, welche dem Boden abgewandt sind; ein Bereitstellen eines Drucksensors und ein Anordnen des Drucksensors in der Kavität und auf dem Boden; ein Modifizieren einer Materialeigenschaft eines Oberflächenmaterials des Gefäßes, wobei das Oberflächenmaterial durch das Modifizieren lipophob oder lipophil wird; ein Befüllen der Kavität mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl, derart, dass die inkompressible Flüssigkeit die Seitenwände zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophil ist; und ein Bereitstellen einer Membran und formschlüssiges Aufbringen der Membran auf die Oberfläche und auf die Oberseite der Seitenwände, derart dass eine Form der Membran mit der Form der Oberfläche zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran die inkompressible Flüssigkeit dicht abdeckt.According to the invention, in the method for producing a pressure sensor device, a vessel is provided which comprises a cavity with side walls, the cavity comprising a bottom and the side walls each comprising an upper side facing away from the bottom; providing a pressure sensor and arranging the pressure sensor in the cavity and on the floor; modifying a material property of a surface material of the vessel, the surface material becoming lipophobic or lipophilic as a result of the modification; filling the cavity with an incompressible liquid, for example an oil, in such a way that the incompressible liquid at least partially covers the side walls and forms a surface which assumes a convex shape if the surface material of the side walls is at least partially lipophobic or assumes a concave shape, if the surface material of the side walls is at least partially lipophilic; and providing a membrane and form-fitting application of the membrane to the surface and to the top of the side walls such that a shape of the membrane corresponds at least in some areas to the shape of the surface and the membrane tightly covers the incompressible liquid.

Bei dem Gefäß kann es sich um ein Kunststoffgefäß handeln, welches vertikal vom Boden aufragende Seitenwände umfassen kann, welche die Kavität bilden können und diese ringsum umlaufen können. Der Drucksensor auf dem Boden kann vorteilhaft von allen Seitenwänden beabstandet sein.The vessel can be a plastic vessel, which can comprise side walls projecting vertically from the floor, which can form the cavity and can encircle it. The pressure sensor on the floor can advantageously be spaced from all side walls.

Das Gefäß kann dabei vorzugsweise nicht monolithisch sein, sondern ein planares Umverdrahtungssubstrat als Boden und eine torusförmige Hülse als Seitenwände umfassen. Die Montagereihe kann dann derart erfolgen, dass ein Fügen des Drucksensors und eines ASIC auf dem Umverdrahtungssubstrat, etwa durch Kleben, erfolgt, danach ein elektrisches Kontaktieren durch beispielsweise eine Drahtverbindung (Wirebonding) und ein Fügen der Hülse (Seitenwände) auf dem Umverdrahtungssubstrat durch bspw. Kleben. Danach kann die Kavität mit der inkompressiblen Flüssigkeit befüllt werden.The vessel can preferably not be monolithic, but rather comprise a planar rewiring substrate as the base and a toroidal sleeve as the side walls. The assembly row can then take place in such a way that the pressure sensor and an ASIC are joined on the rewiring substrate, for example by gluing, then electrical contact is made by, for example, a wire connection (wirebonding) and the sleeve (side walls) are joined on the rewiring substrate by, for example. Adhere. The cavity can then be filled with the incompressible liquid.

Obwohl die Ausführungen mit Öl beschrieben werden, kann bei jedem Merkmal/Ausführungsform anstatt des Öls auch allgemein eine inkompressible Flüssigkeit die gleichen Merkmale und Vorteile erfüllen und anstatt des Öls vorhanden sein.Although the embodiments are described with oil, for each feature / embodiment an incompressible fluid can also generally have the same features and advantages instead of the oil and be present instead of the oil.

Das Oberflächenmaterial kann eine Oberschicht des Gefäßes umfassen oder es kann sich auch um das Material des Gefäßes selbst handeln, wobei das Gefäß auch nur aus diesem Material geformt sein kann. Je nach Beschaffenheit des Oberflächenmaterials kann der Winkel des Öls mit der Oberfläche beeinflusst werden, wodurch eine andere Form der Oberfläche des Öls in oder über der Kavität, etwa konvex oder konkav, ausgestaltet werden kann.The surface material can comprise a top layer of the vessel or it can be also involve the material of the vessel itself, it also being possible for the vessel to be formed only from this material. Depending on the nature of the surface material, the angle of the oil with the surface can be influenced, as a result of which a different shape of the surface of the oil in or above the cavity, for example convex or concave, can be configured.

Gegenüber einer bekannten Gelfüllung kann eine erfindungsgemäße Ölfüllung mit der aufliegenden Membran einen geringeren Dämpfungsgrad aufweisen und dabei auch einen verhältnismäßig hohen Grad an Genauigkeit bieten. Die Membran kann vorteilhaft die Kavität wasserdicht verschließen. Dazu können die Seitenwände die Kavität lateral vollständig umlaufen und die Membran kann dazu die Kavität an allen Bereichen der Oberseiten der Seitenwände abschließen und die Oberseite der Seitenwände zumindest an den der Kavität zugewandten (anliegenden) Bereichen abdecken und die Kavität überdecken.Compared to a known gel filling, an oil filling according to the invention with the membrane on top can have a lower degree of damping and also offer a relatively high degree of accuracy. The membrane can advantageously close the cavity in a watertight manner. For this purpose, the side walls can laterally completely surround the cavity and the membrane can for this purpose close off the cavity at all areas of the upper sides of the side walls and cover the upper side of the side walls at least in the areas facing (adjacent) to the cavity and cover the cavity.

Eine durch das Verfahren herstellbare Drucksensoreinrichtung kann, beispielsweise als MEMS Bauteil, in einem Mobiltelefon (Smartphone) oder einer Uhr oder anderen Geräten eingebaut werden und dort zur Druckmessung, Navigation (Indoor, oder outdoor) oder zur Positionsbestimmung (Tracking, etwa im Fitnessbereich) genutzt werden. Die Aufbau- und Verbindungskonzepte können für hochpräzise und wasserdichte sowie anwenderorientierte Drucksensoren ein Differenzierungsmerkmal darstellen.A pressure sensor device that can be produced using the method can be installed, for example as a MEMS component, in a mobile phone (smartphone) or a clock or other devices and used there for pressure measurement, navigation (indoor or outdoor) or for position determination (tracking, e.g. in the fitness area) will. The construction and connection concepts can represent a differentiating feature for high-precision, watertight and user-oriented pressure sensors.

Mittels der Membran kann vorteilhaft das Innere der Kavität wasserdicht verschlossen werden und Druckschwankungen vom Außenbereich vorteilhaft auch einfach auf das Öl und somit auf den Drucksensor übertragen werden. Die Ölfüllung kann dann im Innenraum der Kavität und innerhalb der Membran dann vorteilhaft die Weiterleitung der Druckschwankung an den Drucksensor übernehmen. Dazu sollten möglichst wenige Lufteinschlüsse (Gaseinschlüsse) zwischen Öl und Membran vorhanden sein, um das Drucksignal innerhalb der Kavität nicht zu modifizieren, da Gaseinschlüsse eine viel höhere Kompressibilität aufweisen können als Öl. Das Öl kann auch durch eine andere Flüssigkeit oder ein Ölgemisch ersetzt werden, es muss lediglich eine hohe Inkompressibilität aufweisen. Das Ölvolumen kann vorteilhaft wasserdicht und abgedichtet gegen Gaseintritt verschlossen werden.By means of the membrane, the inside of the cavity can advantageously be closed in a watertight manner and pressure fluctuations from the outside area can advantageously also be easily transmitted to the oil and thus to the pressure sensor. The oil filling can then advantageously take over the transmission of the pressure fluctuation to the pressure sensor in the interior of the cavity and within the membrane. For this purpose, there should be as few air inclusions (gas inclusions) as possible between the oil and the membrane so as not to modify the pressure signal within the cavity, since gas inclusions can have a much higher compressibility than oil. The oil can also be replaced by another liquid or an oil mixture, it just has to be highly incompressible. The oil volume can advantageously be closed in a watertight manner and sealed against gas entry.

Die Membran kann vorteilhaft mit einem serientauglichen und robusten sowie kostengünstiges Fügeverfahren auf das Öl aufgebracht werden.The membrane can advantageously be applied to the oil using a robust and cost-effective joining process that is suitable for series production.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Drucksensoreinrichtung als mikroelektromechanisches Bauteil ausgeformt.According to a preferred embodiment of the method, the pressure sensor device is shaped as a microelectromechanical component.

Das mikroelektromechanische Bauteil kann zwei Chips umfassen, vorzugsweise die Drucksensoreinrichtung als einen Chip und einen ASIC als Ansteuer- und Auswerteelektronik als zweiten Chip.The microelectromechanical component can comprise two chips, preferably the pressure sensor device as one chip and an ASIC as control and evaluation electronics as the second chip.

Eine derartige Herstellungsvariante kann vorteilhaft in Mikrobauweise und mit entsprechenden MEMS Werkzeugen erfolgen.Such a manufacturing variant can advantageously be implemented in a micro-construction and with corresponding MEMS tools.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Membran lipophil und wird parallel zur Oberfläche auf diese zu bewegt.According to a preferred embodiment of the method, the membrane is lipophilic and is moved towards the surface parallel to the latter.

Die Membran kann selbst ein lipophiles Material, mit anderen Worten ein öl- oder fettanziehendes Material umfassen oder durch eine Vorbehandlung lipophil verändert werden.The membrane itself can comprise a lipophilic material, in other words an oil- or fat-attracting material, or it can be changed lipophilically by a pretreatment.

Die Membran kann eine Festigkeit aufweisen und sich beispielsweise planar erstrecken und auf die Oberfläche des Öls zubewegt werden. Ist die Oberfläche des Öls dabei beispielsweise konvex ausgeformt, mit anderen Worten falls diese einen Buckel aufweist, welcher sich vertikal über die Kavität hinausstrecken kann, kann somit der Buckel zuerst mit der Membran in physischen Kontakt gebracht werden und nachträglich derart an die Form des Buckels in den lateral umliegenden Bereichen angeschmiegt werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Lufteinschluss zwischen Membran und Oberfläche des Öls verringert oder sogar vermieden werden.The membrane can have a strength and can, for example, extend in a planar manner and be moved towards the surface of the oil. If the surface of the oil is convex, for example, in other words if it has a hump which can extend vertically beyond the cavity, the hump can thus first be brought into physical contact with the membrane and subsequently in this way to the shape of the hump be snuggled into the laterally surrounding areas. In this way, an air inclusion between the membrane and the surface of the oil can advantageously be reduced or even avoided.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zum Modifizieren der Materialeigenschaft des Oberflächenmaterials des Gefäßes zumindest bereichsweise eine Plasmabehandlung des Oberflächenmaterials und wodurch das Oberflächenmaterial lipophob wird.According to a preferred embodiment of the method, in order to modify the material property of the surface material of the vessel, a plasma treatment of the surface material is carried out at least in certain areas and as a result of which the surface material becomes lipophobic.

Das Modifizieren kann beispielsweise auf den Innenwänden der Seitenwände oder auf den Oberseiten der Seitenwände erfolgen, vorteilhaft ringsum um die Kavität herum. Durch die lipophobe Eigenschaft, mit anderen Worten öl- oder fettabweisend, kann der Grenzwinkel des Öls gegenüber den Seitenwänden derart verändert werden, dass die Oberfläche des Öls sich konvex gegenüber der Öffnungsrichtung der Kavität erstrecken kann und sich beispielsweise vertikal über die Seitenwände erstrecken kann wenn die Grenzfläche zwischen Öl und Seitenwand etwa an der Oberfläche anliegt oder unterhalb der Oberseiten der Seitenwände bleiben kann wenn die Grenzfläche zwischen Öl und Seitenwand an der Innenseite der Seitenwand ansetzt. Durch die Plasmabehandlung kann das Öl mit der Kontaktoberfläche an der Seitenwand vorteilhaft einen Grenzwinkel (Kontaktwinkel) von größer als 90° bilden. Die Seitenwände können bis zu einer Höhe lipophil sein und darüber lipophob. Wenn das Öl nun ein größeres Volumen einnimmt, als die Kavität unterhalb dieser Höhe, kann sich ein konvexer Buckel über diese Höhe hinaus bilden. Wenn das Öl ein kleineres Volumen einnimmt, ein konkaver Buckel, das Öl sich an der Seitenwand bis zur Grenze zwischen lipophil und lipophob hinauf ziehen.The modification can take place, for example, on the inner walls of the side walls or on the upper sides of the side walls, advantageously all around the cavity. Due to the lipophobic property, in other words oil or fat repellent, the critical angle of the oil with respect to the side walls can be changed in such a way that the surface of the oil can extend convexly opposite the opening direction of the cavity and, for example, can extend vertically over the side walls when the The interface between the oil and the side wall is approximately in contact with the surface or can remain below the top of the side walls if the interface between the oil and the side wall is attached to the inside of the side wall. As a result of the plasma treatment, the oil can advantageously form a critical angle (contact angle) of greater than 90 ° with the contact surface on the side wall. The side walls can be lipophilic up to a height and lipophobic above. If the oil now takes up a larger volume than the cavity below it Height, a convex hump can form above this height. When the oil takes up a smaller volume, a concave hump, the oil pulls itself up the side wall to the border between lipophilic and lipophobic.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Menge der inkompressiblen Flüssigkeit, etwa eines Öls, in die Kavität eingefüllt, so dass sich die Oberfläche vertikal über die Seitenwände hinaus erstreckt und eine konvexe Form bildet.According to a preferred embodiment of the method, a first amount of the incompressible liquid, for example an oil, is poured into the cavity so that the surface extends vertically beyond the side walls and forms a convex shape.

Die Menge der inkompressiblen Flüssigkeit kann vorteilhaft exakt dosiert werden, beispielsweise durch Mikrodispensiermethoden.The amount of incompressible liquid can advantageously be dosed exactly, for example using microdispensing methods.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zum Modifizieren der Materialeigenschaft des Oberflächenmaterials des Gefäßes zumindest bereichsweise eine Silanisierung des Oberflächenmaterials und wodurch das Oberflächenmaterial lipophil wird, wobei die Oberseiten der Seitenwände durch eine Plasmabehandlung lipophob ausgestaltet werden und die restlichen Bereiche der Seitenwände lipophil ausgestaltet werden.According to a preferred embodiment of the method, in order to modify the material properties of the surface material of the vessel, the surface material is silanized at least in some areas, making the surface material lipophilic, the upper sides of the side walls being made lipophobic by a plasma treatment and the remaining areas of the side walls being made lipophilic.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein derartiger Kontaktwinkel zwischen dem Öl und der Seitenwand an deren Innenseite erzielt werden, dass sich die Oberfläche des Öls über die Innenseite bis zu der Oberseite der Seitenwand nach oben ziehen kann und die Oberseite durch deren lipophobe Eigenschaft vorteilhaft jedoch nicht benetzen kann. Auf diese Weise kann eine konkave Oberfläche des Öls innerhalb der Kavität ausgeformt werden.Such a configuration can achieve such a contact angle between the oil and the side wall on its inside that the surface of the oil can pull up over the inside to the top of the side wall and advantageously not wet the top due to its lipophobic property can. In this way, a concave surface of the oil can be formed within the cavity.

Durch die Silanbehandlung kann das Öl mit der Kontaktoberfläche an der Seitenwand vorteilhaft einen Grenzwinkel (Kontaktwinkel) von kleiner als 90° bilden.As a result of the silane treatment, the oil can advantageously form a critical angle (contact angle) of less than 90 ° with the contact surface on the side wall.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Membran zuerst auf die Oberseiten der Seitenwände aufgebracht, derart dass sich die Membran geradlinig über die Kavität erstreckt und in weiterer Folge ein Loch über der Kavität in die Membran eingebracht wird und danach die Membran an die konkave Oberfläche der inkompressiblen Flüssigkeit angeschmiegt wird und danach das Loch wieder verschlossen wird.According to a preferred embodiment of the method, the membrane is first applied to the upper sides of the side walls in such a way that the membrane extends in a straight line over the cavity and subsequently a hole is made over the cavity in the membrane and then the membrane is attached to the concave surface of the incompressible liquid is snuggled and then the hole is closed again.

Durch das Ausformen des Lochs kann beim Anschmiegen der Membran an die Oberfläche des Öls vorteilhaft die Luft zwischen Membran und Öl herausgedrückt werden und danach das Loch wieder wasserdicht verschlossen werden.By shaping the hole, when the membrane nestles against the surface of the oil, the air between the membrane and the oil can advantageously be pressed out and then the hole can be closed again in a watertight manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Aufbringen der Membran auf die Oberseiten der Seitenwände ein Halteelement auf den Seitenwänden und der Membran im Bereich der Seitenwände angeordnet.According to a preferred embodiment of the method, after the membrane has been applied to the upper sides of the side walls, a holding element is arranged on the side walls and the membrane is arranged in the region of the side walls.

Das Halteelement kann vorteilhaft auf die Membran im Bereich der Oberseite der Seitenwände aufgesetzt werden und die Membran zusätzlich an den Seitenwänden fixieren. Der Innenbereich der Kavität über der Membran kann vorteilhaft frei sein von dem Halteelement.The holding element can advantageously be placed on the membrane in the area of the upper side of the side walls and additionally fix the membrane on the side walls. The inner area of the cavity above the membrane can advantageously be free of the holding element.

Erfindungsgemäß umfasst die Drucksensoreinrichtung ein Gefäß, welches eine Kavität mit Seitenwänden umfasst, wobei die Kavität einen Boden umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite umfassen, welche dem Boden abgewandt sind, wobei ein Oberflächenmaterial des Gefäßes zumindest bereichsweise lipophob und/der lipophil ist; einen Drucksensor, welcher in der Kavität und auf dem Boden angeordnet ist, wobei die Kavität mit einer inkompressiblen Flüssigkeit derart gefüllt ist, dass die inkompressible Flüssigkeit die Seitenwände zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände (Innenwände) zumindest bereichsweise lipophil ist; und eine Membran, welche formschlüssig auf der Oberfläche und auf der Oberseite der Seitenwände aufliegt, derart dass eine Form der Membran mit einer Form der Oberfläche zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran die inkompressible Flüssigkeit dicht abdeckt.According to the invention, the pressure sensor device comprises a vessel which comprises a cavity with side walls, the cavity comprising a bottom and the side walls each comprising a top side facing away from the bottom, a surface material of the vessel being at least partially lipophobic and / which is lipophilic; a pressure sensor which is arranged in the cavity and on the bottom, the cavity being filled with an incompressible liquid in such a way that the incompressible liquid at least partially covers the side walls and forms a surface which assumes a convex shape when the surface material of the side walls is at least partially lipophobic or assumes a concave shape if the surface material of the side walls (inner walls) is at least partially lipophilic; and a membrane which rests positively on the surface and on the upper side of the side walls such that a shape of the membrane corresponds at least in some areas to a shape of the surface and the membrane tightly covers the incompressible liquid.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Drucksensoreinrichtung sind die Oberseiten der Seitenwände horizontal oder schräg.According to a preferred embodiment of the pressure sensor device, the upper sides of the side walls are horizontal or inclined.

Die horizontalen Oberseiten können ein Aufbringen und Fixieren einer Membran an den Seitenwänden vorteilhaft vereinfachen. Die Ausbildung von schrägen Seitenwänden kann vorteilhaft eine Ausformung einer konvexen Oberseite vereinfachen.The horizontal upper sides can advantageously simplify the application and fixing of a membrane to the side walls. The formation of inclined side walls can advantageously simplify the formation of a convex upper side.

Die Drucksensoreinrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The pressure sensor device can also be distinguished by the features mentioned in connection with the method and its advantages, and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained below with reference to the in the schematic figures of Drawing illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigen:

1a - c jeweils einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine konvexe Oberflächenform des Öls in der Kavität sowie ein Aufbringen einer Membran auf die Oberfläche des Öls und auf die Seitenwände;
2a - e jeweils einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine konkave Oberflächenform des Öls in der Kavität sowie ein Aufbringen einer Membran auf die Oberfläche des Öls und auf die Seitenwände;
3 einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Show it:

1a - c each a schematic cross section of a pressure sensor device according to an embodiment of the present invention for a convex surface shape of the oil in the cavity and an application of a membrane to the surface of the oil and to the side walls;
2a - e each a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention for a concave surface shape of the oil in the cavity and an application of a membrane to the surface of the oil and to the side walls;
3 a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention;
4th a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention; and
5 a block diagram of method steps of the method for producing a pressure sensor device according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols denote identical or functionally identical elements.

1a - c zeigen jeweils einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine konvexe Oberflächenform des Öls in der Kavität sowie ein Aufbringen einer Membran auf die Oberfläche des Öls und auf die Seitenwände. 1a - c each show a schematic cross section of a pressure sensor device according to an embodiment of the present invention for a convex surface shape of the oil in the cavity and an application of a membrane to the surface of the oil and to the side walls.

Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung 10 erfolgt zuerst ein Bereitstellen S1 eines Gefäßes 1, welches eine Kavität K mit Seitenwänden umfasst, wobei die Kavität K einen Boden KB umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite KS-O umfassen, welche dem Boden KB abgewandt sind. Dazu erfolgt (danach oder währenddessen) ein Bereitstellen eines Drucksensors 2 und Anordnen des Drucksensors in der Kavität K und auf dem Boden KB. In weitere Folge erfolgt ein Modifizieren einer Materialeigenschaft eines Oberflächenmaterials des Gefäßes 1, wobei das Oberflächenmaterial durch das Modifizieren an der Oberseite der Seitenwände lipophob und beispielsweise an den Innenseiten der Seitenwände lipophil wird. Nach einem Befüllen S4 der Kavität K mit einem Öl 3, kann das Öl 3 die Seitenwände KS zumindest teilweise bedecken und eine Oberfläche OS bildet, welche eine konvexe Form annehmen kann, da das Oberflächenmaterial der Seitenwände an deren Oberseite das Öl abweist (lipophob ist) und diese daher nicht durch das Öl benetzt werden, das Öl kann so nicht lateral über die Ecken hinauswandern. Mit einem Überfüllen des Volumens der Kavität kann dann die Oberfläche OS des Öls sich innerhalb der Öffnung der Kavität vertikal über die Seitenwände hinaus erstrecken und eine konvexe Oberfläche bezüglich der Öffnung der Kavität bilden. Eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft wie in der 1a dargestellt erzielt werden.In the method for manufacturing a pressure sensor device 10 provision is made first S1 of a vessel 1 , which is a cavity K with side walls, the cavity K a floor KB comprises and the side walls each have a top KS-O include which the floor KB are turned away. For this purpose, a pressure sensor is provided (after or during this time) 2 and placing the pressure sensor in the cavity K and on the floor KB . In a further sequence, a material property of a surface material of the vessel is modified 1 , the surface material becoming lipophobic due to the modification on the upper side of the side walls and, for example, lipophilic on the inner sides of the side walls. After a filling S4 the cavity K with an oil 3 , the oil can 3 the side walls KS at least partially cover and a surface OS forms, which can assume a convex shape, since the surface material of the side walls on the upper side repels the oil (is lipophobic) and these are therefore not wetted by the oil, so the oil cannot migrate laterally over the corners. When the volume of the cavity is overfilled, the surface can then OS of the oil extend vertically beyond the side walls within the opening of the cavity and form a convex surface with respect to the opening of the cavity. Such a configuration can be advantageous as in the 1a can be achieved.

In weiterer Folge kann ein Bereitstellen S5 einer Membran 4 erfolgen und weiterhin ein formschlüssiges Aufbringen der Membran 4 auf die Oberfläche OS und auf die Oberseite KS-O der Seitenwände erfolgen, derart dass eine Form der Membran 4 mit der Form der Oberfläche OS zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran 4 das Öl dicht abdeckt. Gemäß der 1a kann die Membran 4 lipophil sein und parallel zur Oberfläche OS auf diese zu bewegt werden, vorteilhaft planar ausgeprägt. Die Membran 4 kann gemäß der 1b die obere höchste Ausprägung der konvexen Oberfläche des Öls zuerst erreichen und danach lateral nach außen hin, in alle Richtungen, an die Form der Oberfläche des Öls angeschmiegt werden und somit Gas oder Luft zwischen Öl und Membran lateral herausdrücken. Gemäß der 1c kann dann die Membran 4 in weiterer Folge die Oberseiten der Seitenwände erreichen und fix mit diesen verbunden, etwa gefügt, werden. Die Prozessschritte der 1a bis 1c zeigen mit anderen Worten einen Fügeprozess der Membran 4 auf der Oberseite des Öls und auf den Oberseiten der Seitenwände. Die Membran 4 kann bei Aufbringen vorteilhaft gerade und gespannt sein und im gespannten Zustand auf das Öl zubewegt werden. Die Membran 4 kann bei anschmiegen durch Kapilarkräfte an die Form der Oberfläche des Öls angepasst werden und dadurch Luft- oder Gaseinschlüsse vermieden werden und beim Anschmiegen das Gas lateral zwischen Öl und Membran herausgedrückt werden. Durch die lipophile Eigenschaft der Membran 4 kann diese Kapillarwirkung und das Anschmiegen noch verbessert werden da das Öl die Membran gut benetzen kann. Nach dem vollständigen Auflegen kann ein Fügen an den Seitenwänden erfolgen, wodurch eine wasserdichte und druckfeste Verbindung der Membran mit dem Gefäß erzielt werden kann.Subsequently, a provision can be made S5 a membrane 4th take place and a form-fitting application of the membrane 4th on the surface OS and on top KS-O the side walls are made such that a shape of the membrane 4th with the shape of the surface OS at least partially coincides and the membrane 4th covers the oil tightly. According to the 1a can the membrane 4th be lipophilic and parallel to the surface OS are moved towards this, advantageously pronounced planar. The membrane 4th can according to the 1b Reach the upper, highest expression of the convex surface of the oil first and then laterally outwards, in all directions, to cling to the shape of the surface of the oil, thus laterally pushing out gas or air between the oil and the membrane. According to the 1c can then the membrane 4th subsequently reach the upper sides of the side walls and fixedly connected to them, for example joined. The process steps of the 1a until 1c in other words show a joining process of the membrane 4th on top of the oil and on the tops of the sidewalls. The membrane 4th can advantageously be straight and tensioned when applied and moved towards the oil in the tensioned state. The membrane 4th Can be adapted to the shape of the surface of the oil by capillary forces when nestling, thus avoiding air or gas inclusions and when nestling the gas is pushed out laterally between the oil and membrane. Due to the lipophilic properties of the membrane 4th This capillary effect and the snuggling can be improved because the oil can wet the membrane well. After the complete placement, the side walls can be joined, whereby a watertight and pressure-resistant connection of the membrane to the vessel can be achieved.

Das Öl kann den Drucksensor 2 auch noch seitlich umgeben.The oil can hit the pressure sensor 2 also surrounded on the sides.

Das Modifizieren kann durch eine Plasmabehandlung des Oberflächenmaterials an der Oberseite der Seitenwände erfolgen, wodurch das Oberflächenmaterial dort hydrophil/lipophob wird. Die Innenseiten können silanisiert werden und hydrophob/lipophil werden.The modification can take place by plasma treatment of the surface material on the upper side of the side walls, as a result of which the surface material becomes hydrophilic / lipophobic there. the Inside can be silanized and become hydrophobic / lipophilic.

Der Herstellungsprozess kann etwa durch eine seitlich angebrachte Kamera kontrolliert werden. Die Menge des Öls kann durch eine Mikrodispersion genau dosiert und etwa durch die Kamera beobachtet werden, wodurch die Höhe des konvexen Buckels beeinflusst werden kann.The manufacturing process can be controlled by a camera attached to the side, for example. The amount of oil can be precisely dosed by a microdispersion and observed, for example, by the camera, whereby the height of the convex hump can be influenced.

Nach dem Befestigen der Membran 4 an den Seitenwänden kann ein wasserdichter Abschluss erzielt sein und wenig oder keine Gaseinschlüsse zwischen Membran und Öl vorhanden sein und damit die Drucksensoreinrichtung 10 fertiggestellt sein. Dabei kann die Membran 4 formschlüssig auf der Oberfläche OS und auf der Oberseite KS-O der Seitenwände aufliegen, derart dass eine Form der Membran 4 mit einer Form der Oberfläche OS zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran 4 das Öl dicht abdeckt.After attaching the membrane 4th A watertight seal can be achieved on the side walls and little or no gas inclusions can be present between the membrane and the oil, and thus the pressure sensor device 10 be completed. The membrane can 4th form-fitting on the surface OS and on the top KS-O the side walls rest in such a way that a shape of the membrane 4th with a shape of the surface OS at least partially coincides and the membrane 4th covers the oil tightly.

Um einen Gaseinschluss am Übergang zwischen dem Gefäß 1, also der Seitenwand und dem Öl, beispielsweise einen Kunststoffgefäß, zu verringern oder zu vermeiden, kann vorteilhaft der Winkel zwischen der Oberseite der Seitenwand und dem Öl bevorzugt kleiner als 45°, besonders bevorzugt kleiner als 20° und sehr bevorzugt kleiner als 10° sein. Hierbei kann sich der Winkel auf eine Tangente an die Oberfläche des Öls am Eckpunkt der Oberseite der Seitenwand und der Erstreckungsrichtung der Oberseite der Seitenwand selbst beziehen. Die Membran kann dann vollständig auf dem Kunststoffgefäß und auf dem Öl aufgelegt sein. Die Membran 4 kann eine lipophile Folie umfassen.Around a gas lock at the transition between the vessel 1 To reduce or avoid the side wall and the oil, for example a plastic vessel, the angle between the top of the side wall and the oil can advantageously be less than 45 °, particularly preferably less than 20 ° and very preferably less than 10 ° . Here, the angle can relate to a tangent to the surface of the oil at the corner point of the top of the side wall and the direction of extension of the top of the side wall itself. The membrane can then be placed completely on the plastic vessel and on the oil. The membrane 4th may comprise a lipophilic film.

Des Weiteren kann eine partielle Oberflächenmodifikation der Membran und/oder der Seitenwände erfolgen, beispielsweise eine Plasmabehandlung, an jenen Positionen, an welchen die Membran mit den Gefäß (Seitenwänden) in Kontakt kommt. Dies kann für die Verbesserung der Verbindung zwischen Membran und Seitenwand von Vorteil sein.Furthermore, a partial surface modification of the membrane and / or the side walls can take place, for example a plasma treatment, at those positions at which the membrane comes into contact with the vessel (side walls). This can be advantageous for improving the connection between the membrane and the side wall.

Durch die Plasmaaktivierung kann die Haftung von Klebstoff für das Fügen der Membran auf aktivierten Oberflächen verbessert werden. Für andere Fügeverfahren zum Fügen der Membran auf die Seitenwände, wie beispielsweise Reibschweißen, kann eine gezielte Mikrostrukturierung der Oberfläche der Seitenwände erfolgen. Dabei kann eine Änderung der Topografie etwa durch Aufrauen erfolgen.Plasma activation can improve the adhesion of adhesive for joining the membrane to activated surfaces. For other joining methods for joining the membrane to the side walls, such as friction welding, the surface of the side walls can be microstructured in a targeted manner. The topography can be changed, for example, by roughening.

Obwohl das Gefäß 1 in den Figuren einstückig gezeigt ist, kann dieses auch als Boden ein Umverdrahtungssubstrat umfassen und eine ringförmige Hülle, welche die Seitenwände darstellen kann und auf dem Umverdrahtungssubstrat gefügt werden kann (dies gilt für den gesamten Rahmen der Anmeldung/Beschreibung).Although the vessel 1 is shown in one piece in the figures, this can also include a redistribution substrate as the bottom and an annular casing which can represent the side walls and can be joined to the redistribution substrate (this applies to the entire scope of the application / description).

2a - e zeigen jeweils einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine konkave Oberflächenform des Öls in der Kavität sowie ein Aufbringen einer Membran auf die Oberfläche des Öls und auf die Seitenwände. 2a - e each show a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further exemplary embodiment of the present invention for a concave surface shape of the oil in the cavity and an application of a membrane to the surface of the oil and to the side walls.

Die Abfolge der 2a bis 2e zeigt eine alternative Ausführung der Drucksensoreinrichtung 10 bei deren Herstellung, wobei die Oberseite OS des Öls hinsichtlich der Öffnung der Kavität eine konkave Form aufweist.The sequence of 2a until 2e shows an alternative embodiment of the pressure sensor device 10 in their manufacture, with the top OS of the oil has a concave shape with respect to the opening of the cavity.

Das Bereitstellen des Gefäßes 1 mit den Seitenwänden und deren Oberseiten kann vorteilhaft jenem Verfahren aus den 1a bis 1c entsprechen, wobei ebenso der Drucksensor 2 auf den Boden KB der Kavität K angeordnet werden kann. Die Kavität K kann in einer Draufsicht in deren Öffnungsrichtung vorteilhaft rund sein, ebenso in allen Ausführungen der anderen Figuren. Die Ausführung der 2a - 2e unterscheidet sich in der konkaven Form der Oberseite des Öls, in der Füllmenge des Öls in die Kavität und in der Ausformung und Herstellung der Membran 4 von dem Verfahren und dem resultierenden Erzeugnis aus den 1a - 1c.The provision of the vessel 1 with the side walls and their tops can be advantageous to that method from the 1a until 1c correspond with the pressure sensor 2 on the ground KB the cavity K can be arranged. The cavity K can advantageously be round in a plan view in the opening direction thereof, as well as in all embodiments of the other figures. The execution of the 2a - 2e differs in the concave shape of the upper side of the oil, in the filling quantity of the oil in the cavity and in the shape and manufacture of the membrane 4th of the process and the resulting product from the 1a - 1c .

Nach der 2a kann in das bereitgestellte Gefäß 1 eine geringere Menge Öl 3 in die Kavität K eingebracht werden, als im Falle der 1a. In einer Vorbehandlung können die Innenseiten der Seitenwände lipophil ausgebildet werden. Die Oberseite der Seitenwände kann lipophob ausgebildet werden und kann vorteilhaft nicht von Öl benetzt werden. Dabei kann die Oberfläche des Öls konkav sein, also einen Tiefpunkt der Wölbung zum Mittelpunkt der Kavität hin aufweisen, und dazu das Oberflächenmaterial der Seitenwände an der Oberseite lipophob sein und die Innenwände der Seitenwände lipophil sein. Dabei kann jedoch auch auf die lipophobe Eigenschaft der Oberseiten der Seitenwände verzichtet werden.After 2a can in the provided container 1 a lesser amount of oil 3 into the cavity K than in the case of 1a . In a pretreatment, the insides of the side walls can be made lipophilic. The top of the side walls can be made lipophobic and advantageously cannot be wetted by oil. The surface of the oil can be concave, that is, have a low point of the curvature towards the center of the cavity, and the surface material of the side walls on the top side can be lipophobic and the inner walls of the side walls are lipophilic. However, the lipophobic property of the upper sides of the side walls can also be dispensed with.

Das Öl 3 kann sich dann in der Kavität an den Innenseiten der Seitenwände nach oben ziehen, etwa bis zur Ecke (Übergang zur Oberseite der Seitenwand) und somit einen Meniskus und eine konkave Form der Oberfläche des Öls 3 bilden.The oil 3 can then pull itself upwards in the cavity on the inside of the side walls, approximately to the corner (transition to the top of the side wall) and thus a meniscus and a concave shape of the surface of the oil 3 form.

Wenn die Oberfläche OS des Öls 3 in der Kavität ausgebildet ist, kann in einem weiteren Schritt die Membran 4 auf diese aufgebracht werden. Dazu kann die Membran 4 wiederum als Folie geradlinig gespannt werden und der Kavität aus deren Öffnungsrichtung angenähert werden. Die Membran 4 kann ähnlich dem Verfahren aus der 1a - 1c lipophil sein. Die Membran 4 kann nach der 2b zuerst mit den Oberseiten der Seitenwände in Kontakt gebracht werden und durch ein Fügen mit diesen fest verbunden werden. Die Kavität K kann dabei bereits von der Membran 4 überdeckt werden. In einem weiteren Schritt kann gemäß der 2c ein Loch L über der Kavität K in die Membran 4 eingebracht werden, etwa mittig über der Kavität oder an einer anderen Stelle, so dass ein Gas zwischen dem Öl und der Membran 4 durch das Loch hinausströmen kann wenn die Membran 4 im Schritt der 2d an die konkave Oberfläche OS des Öls angeschmiegt wird. Auf diese Weise kann die Membran 4 auf das Öl direkt aufgelegt werden, wobei wenig oder keine Gaseinschlüsse zwischen der Membran 4 und dem Öl übrigbleiben. Im Schritt der 2e kann das Loch L wieder verschlossen werden, vorzugsweise gas- und wasserdicht. Das Loch L kann im Schritt der 2c beispielsweise mit einer Nadel in die Membran 4 eingebracht werden. Die Membran 4 kann an der Unterseite, also der Kavität K zugewandt, lipophil sein und an der Oberseite, also der Kavität K abgewandt, lipophob sein. Das Anschmiegen der Membran 4 an das Öl 3 kann gemäß der 2d durch Kapillarkräfte unterstützt oder nur durch diese ausgelöst werden, wonach sich die Membran 4 dann dem Meniskus anpassen kann. Zum Verschließen des Lochs L kann nach der 2e beispielsweise ein flüssiges lipophobes Monomer auf und in das Loch aufgebracht werden und anschließend ausgehärtet oder vernetzt (gehärtet) werden. Es können jedoch auch andere Methoden zum Verschließen des Lochs angewandt werden, etwa Methoden zum Flicken. Das Gehäuse 1 kann wiederum ein Kunststoffgefäß umfassen. Um ein Entweichend des Gases (oder der Luft) aus dem Zwischenraum der Membran und des Öls durch das Loch möglichst schnell zu gestalten, kann ein Winkel zwischen einer Oberseite der Seitenwände und dem Öl bevorzugt kleiner als 45°, besonders bevorzugt kleiner als 20° und sehr bevorzugt kleiner als 10° sein. Hierbei kann sich der Winkel auf eine Tangente an die Oberfläche des Öls am Eckpunkt der Oberseite der Seitenwand und der Erstreckungsrichtung der Oberseite der Seitenwand selbst beziehen.When the surface OS of the oil 3 is formed in the cavity, the membrane can in a further step 4th be applied to this. The membrane can do this 4th are again stretched in a straight line as a film and the cavity is approached from its opening direction. The membrane 4th can be similar to the procedure from the 1a - 1c be lipophilic. The membrane 4th can after the 2 B are first brought into contact with the tops of the side walls and are firmly connected to them by joining. The cavity K can already be removed from the membrane 4th are covered. In a further step, according to the 2c a hole L above the cavity K into the membrane 4th be introduced, approximately in the middle above the cavity or at another point, so that a gas between the oil and the membrane 4th can flow out through the hole if the membrane 4th in the step of the 2d to the concave surface OS of the oil is snugly. In this way the membrane can 4th be placed directly on the oil, with little or no gas inclusions between the membrane 4th and what remains of the oil. In the step of the 2e the hole L can be closed again, preferably gastight and watertight. The hole L can be in the step 2c for example with a needle into the membrane 4th be introduced. The membrane 4th can on the underside, i.e. the cavity K facing, be lipophilic and on the top, i.e. the cavity K turned away, be lipophobic. The nestling of the membrane 4th to the oil 3 can according to the 2d supported by capillary forces or only triggered by them, after which the membrane 4th can then adapt to the meniscus. To close the hole L can after 2e For example, a liquid lipophobic monomer can be applied to and into the hole and then cured or crosslinked (hardened). However, other methods of closing the hole, such as mending methods, can be used. The case 1 can in turn comprise a plastic vessel. In order to allow the gas (or air) to escape from the space between the membrane and the oil through the hole as quickly as possible, an angle between an upper side of the side walls and the oil can preferably be less than 45 °, particularly preferably less than 20 ° and very preferably smaller than 10 °. Here, the angle can relate to a tangent to the surface of the oil at the corner point of the top of the side wall and the direction of extension of the top of the side wall itself.

Beim Fügen der Membran 4 auf die Seitenwände, nach den 1c und 2b können verschiedene Ansätze und Verfahren verfolgt und angewandt werden. Beispielsweise können Kontaktflächen an der Membran und/oder den Seitenwänden vor dem Fügen mit einem Plasma behandelt werden und anschließend durch ein Anpressen aneinander gefügt werden. Des Weiteren kann das (Kunststoff)Gefäß 1 und/oder die Membran 4 derart beschaffen sein, dass ein finales Vernetzen zwischen den beiden Fügepartnern durch einen externen Stimulus (etwa durch UV-Einwirkung) zu einer festen Verbindung führen kann. Des Weiteren können aber auch andere gängige Verfahren zum Fügen von Kunststoffen verwendet werden, etwa mittels Temperatureinwirkung oder Ultraschalleinwirkung.When joining the membrane 4th on the side walls, after the 1c and 2 B different approaches and procedures can be followed and applied. For example, contact surfaces on the membrane and / or the side walls can be treated with a plasma before joining and then joined by pressing them against one another. Furthermore, the (plastic) vessel 1 and / or the membrane 4th be designed in such a way that a final crosslinking between the two parts to be joined by an external stimulus (e.g. by exposure to UV) can lead to a permanent connection. In addition, other common methods for joining plastics can also be used, for example by means of the action of temperature or the action of ultrasound.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention.

In der 3 ist eine fertiggestellte Drucksensoreinrichtung 10 dargestellt, bei welcher die Kavität mit der Membran 4 ähnlich der 2e verschlossen ist, mit dem Unterschied, dass auf der Oberseite der Seitenwände und auf der dort befestigten Membran 4 ein Halteelement 5 aufgebracht sein kann, welches die Membran 4 auf den Seitenwänden fixieren und befestigen kann. Das Halteelement 5 kann die Kavität K dabei ringsum umlaufen und deren Öffnung frei lassen. Das Halteelement 5 kann auch nur als ein Hilfsmittel zum Fügen dienen und danach wieder von den Seitenwänden entfernt werden. Das Halteelement 5 kann als ein Klemmring ausgeführt sein. Die Fügestelle zwischen Membran und Seitenwänden kann dabei durch einen Kraftschluss fixiert werden.In the 3 is a completed pressure sensor device 10 shown in which the cavity with the membrane 4th similar to the 2e is closed, with the difference that on the top of the side walls and on the membrane attached there 4th a retaining element 5 can be applied, which the membrane 4th can fix and fasten on the side walls. The holding element 5 can the cavity K run around it and leave the opening free. The holding element 5 can also only serve as an aid for joining and then be removed again from the side walls. The holding element 5 can be designed as a clamping ring. The joint between the membrane and the side walls can be fixed by a force fit.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4th shows a schematic cross section of a pressure sensor device according to a further embodiment of the present invention.

Die 4 zeigt ein mit Öl 3 verfülltes Gefäß 1 mit Seitenwänden, ähnlich etwa der 1a, bei welcher das Öl 3 eine konvexe Oberfläche ausbilden kann. Das Gefäß kann dabei gleich dem Gefäß aus der 1a ausgeformt und behandelt sein, lediglich mit dem Unterschied, dass die Oberseiten der Seitenwände schräg nach oben zeigen können. Dadurch kann vorteilhaft eine konvexe Ölform mit einem großen Kontaktwinkel zur Seitenwand realisiert werden und ein gaseinschlussfreies Anschmiegen einer Membran an das Öl vereinfacht und verbessert werden.the 4th shows one with oil 3 filled vessel 1 with side walls, similar to the 1a at which the oil 3 can form a convex surface. The vessel can be the same as the vessel from the 1a be shaped and treated, with the only difference that the upper sides of the side walls can point upwards at an angle. As a result, a convex oil shape with a large contact angle to the side wall can advantageously be realized and a membrane that nestles against the oil without gas inclusions can be simplified and improved.

In ähnlicher Weise könnte auch für eine konkave Ölform etwa die Ausführung des Gefäßes 1 aus der 2a verändert werden, lediglich mit dem Unterschied, dass die Seitenwände schräg dem Inneren der Kavität zulaufen würden um die konkave Form zu unterstützen, also entgegen der Neigung wie in 4 gezeigt.The design of the vessel could also be done in a similar way for a concave oil shape 1 from the 2a can be changed, with the only difference that the side walls would run obliquely to the interior of the cavity to support the concave shape, i.e. against the inclination as in 4th shown.

5 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 shows a block diagram of method steps of the method for producing a pressure sensor device according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 eines Gefäßes, welches eine Kavität mit Seitenwänden umfasst, wobei die Kavität einen Boden umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite umfassen, welche dem Boden abgewandt sind; ein Bereitstellen S2 eines Drucksensors und Anordnen des Drucksensors in der Kavität und auf dem Boden. Des Weiteren erfolgt ein Modifizieren S3 einer Materialeigenschaft eines Oberflächenmaterials des Gefäßes, wobei das Oberflächenmaterial durch das Modifizieren lipophob oder lipophil wird; ein Befüllen S4 der Kavität mit einem Öl derart, dass das Öl die Seitenwände zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophil ist. Des Weiteren erfolgt ein Bereitstellen S5 einer Membran und ein formschlüssiges Aufbringen der Membran auf die Oberfläche und auf die Oberseite der Seitenwände, derart dass eine Form der Membran mit der Form der Oberfläche zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran das Öl dicht abdeckt.In the method for producing a pressure sensor device, provision takes place S1 a vessel which comprises a cavity with side walls, wherein the cavity comprises a bottom and the side walls each comprise a top side facing away from the bottom; a providing S2 a pressure sensor and placing the pressure sensor in the cavity and on the floor. Modification also takes place S3 one Material property of a surface material of the vessel, the surface material becoming lipophobic or lipophilic as a result of the modification; a filling S4 the cavity with an oil in such a way that the oil at least partially covers the side walls and forms a surface which assumes a convex shape if the surface material of the side walls is at least partially lipophobic or assumes a concave shape if the surface material of the side walls is at least partially lipophilic . Furthermore, a provision takes place S5 a membrane and a form-fitting application of the membrane to the surface and to the top of the side walls, such that a shape of the membrane corresponds at least in some areas to the shape of the surface and the membrane tightly covers the oil.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 1336086 B1 [0004]EP 1336086 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung (10) umfassend die Schritte: - Bereitstellen (S1) eines Gefäßes (1), welches eine Kavität (K) mit Seitenwänden (KS) umfasst, wobei die Kavität (K) einen Boden (KB) umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite (KS-O) umfassen, welche dem Boden (KB) abgewandt sind; - Bereitstellen (S2) eines Drucksensors (2) und Anordnen des Drucksensors in der Kavität (K) und auf dem Boden (KB); - Modifizieren (S3) einer Materialeigenschaft eines Oberflächenmaterials des Gefäßes (1), wobei das Oberflächenmaterial durch das Modifizieren lipophob oder lipophil wird; - Befüllen (S4) der Kavität (K) mit einer inkompressiblen Flüssigkeit (3) derart, dass die inkompressible Flüssigkeit (3) die Seitenwände (KS) zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche (OS) bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophil ist; und - Bereitstellen (S5) einer Membran (4) und formschlüssiges Aufbringen der Membran (4) auf die Oberfläche (OS) und auf die Oberseite (KS-O) der Seitenwände, derart dass eine Form der Membran (4) mit der Form der Oberfläche (OS) zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran (4) die inkompressible Flüssigkeit dicht abdeckt.A method for producing a pressure sensor device (10) comprising the steps: - Providing (S1) a vessel (1) which comprises a cavity (K) with side walls (KS), wherein the cavity (K) comprises a base (KB) and the side walls each comprise a top (KS-O), which facing away from the ground (KB); - Providing (S2) a pressure sensor (2) and arranging the pressure sensor in the cavity (K) and on the floor (KB); - Modifying (S3) a material property of a surface material of the vessel (1), the surface material becoming lipophobic or lipophilic as a result of the modification; - Filling (S4) the cavity (K) with an incompressible liquid (3) in such a way that the incompressible liquid (3) at least partially covers the side walls (KS) and forms a surface (OS) which assumes a convex shape when the The surface material of the side walls is at least partially lipophobic or assumes a concave shape if the surface material of the side walls is at least partially lipophilic; and - Providing (S5) a membrane (4) and form-fitting application of the membrane (4) on the surface (OS) and on the top (KS-O) of the side walls, so that a shape of the membrane (4) with the shape of the surface (OS) coincides at least in some areas and the membrane (4) tightly covers the incompressible liquid.

Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Drucksensoreinrichtung (10) als mikroelektromechanisches Bauteil (MEMS) ausgeformt wird.Procedure according to Claim 1 , in which the pressure sensor device (10) is formed as a microelectromechanical component (MEMS).

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Membran (4) lipophil ist und parallel zur Oberfläche (OS) auf diese zu bewegt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , in which the membrane (4) is lipophilic and is moved towards the surface (OS) parallel to it.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem zum Modifizieren (S3) der Materialeigenschaft des Oberflächenmaterials des Gefäßes (1) zumindest bereichsweise eine Plasmabehandlung des Oberflächenmaterials erfolgt und dadurch das Oberflächenmaterial lipophob wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 in which, in order to modify (S3) the material property of the surface material of the vessel (1), a plasma treatment of the surface material is carried out at least in some areas and the surface material becomes lipophobic as a result.

Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem eine erste Menge der inkompressiblen Flüssigkeit, etwa ein Öl, in die Kavität (K) eingefüllt wird, so dass sich die Oberfläche (OS) vertikal über die Seitenwände hinaus erstreckt und eine konvexe Form bildet.Procedure according to Claim 4 , in which a first amount of the incompressible liquid, such as an oil, is poured into the cavity (K) so that the surface (OS) extends vertically beyond the side walls and forms a convex shape.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem zum Modifizieren (S3) der Materialeigenschaft des Oberflächenmaterials des Gefäßes (1) zumindest bereichsweise eine Silanisierung des Oberflächenmaterials erfolgt und dadurch das Oberflächenmaterial lipophil wird, wobei die Oberseiten (KS-O) der Seitenwände durch eine Plasmabehandlung lipophob ausgestaltet werden und die restlichen Bereiche der Seitenwände lipophil ausgestaltet werden.Method according to one of the Claims 1 until 3 , in which, to modify (S3) the material property of the surface material of the vessel (1), the surface material is at least partially silanized and the surface material becomes lipophilic as a result, the upper sides (KS-O) of the side walls being made lipophobic by a plasma treatment and the remaining ones Areas of the side walls are made lipophilic.

Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Membran (4) zuerst auf die Oberseiten (KS-O) der Seitenwände aufgebracht wird, derart dass sich die Membran (4) geradlinig über die Kavität (K) erstreckt und in weiterer Folge ein Loch (L) über der Kavität (K) in die Membran (4) eingebracht wird und danach die Membran (4) an die konkave Oberfläche (OS) der inkompressiblen Flüssigkeit angeschmiegt wird und danach das Loch wieder verschlossen wird.Procedure according to Claim 6 , in which the membrane (4) is first applied to the upper sides (KS-O) of the side walls in such a way that the membrane (4) extends in a straight line over the cavity (K) and subsequently a hole (L) over the cavity (K) is introduced into the membrane (4) and then the membrane (4) is nestled against the concave surface (OS) of the incompressible liquid and then the hole is closed again.

Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem nach dem Aufbringen der Membran (4) auf die Oberseiten (KS-O) der Seitenwände ein Halteelement (5) auf den Seitenwänden und der Membran (4) im Bereich der Seitenwände angeordnet wird.Procedure according to Claim 7 , in which, after the membrane (4) has been applied to the upper sides (KS-O) of the side walls, a holding element (5) is arranged on the side walls and the membrane (4) is arranged in the area of the side walls.

Drucksensoreinrichtung (10) umfassend: - ein Gefäß (1), welches eine Kavität (K) mit Seitenwänden (KS) umfasst, wobei die Kavität (K) einen Boden (KB) umfasst und die Seitenwände jeweils eine Oberseite (KS-O) umfassen, welche dem Boden (KB) abgewandt sind, wobei ein Oberflächenmaterial des Gefäßes (1) zumindest bereichsweise lipophob und/der lipophil ist; - einen Drucksensor (2), welcher in der Kavität (K) und auf dem Boden (KB) angeordnet ist, wobei die Kavität (K) mit einer inkompressiblen Flüssigkeit (3) derart gefüllt ist, dass die inkompressible Flüssigkeit (3) die Seitenwände (KS) zumindest teilweise bedeckt und eine Oberfläche (OS) bildet, welche eine konvexe Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophob ist oder eine konkave Form annimmt, wenn das Oberflächenmaterial der Seitenwände zumindest bereichsweise lipophil ist; und - eine Membran (4), welche formschlüssig auf der Oberfläche (OS) und auf der Oberseite (KS-O) der Seitenwände aufliegt, derart dass eine Form der Membran (4) mit einer Form der Oberfläche (OS) zumindest bereichsweise übereinstimmt und die Membran (4) die inkompressible Flüssigkeit dicht abdeckt.Pressure sensor device (10) comprising: - A vessel (1) which comprises a cavity (K) with side walls (KS), wherein the cavity (K) comprises a base (KB) and the side walls each include a top side (KS-O) which corresponds to the base (KB ) are turned away, wherein a surface material of the vessel (1) is at least partially lipophobic and / which is lipophilic; - A pressure sensor (2) which is arranged in the cavity (K) and on the bottom (KB), the cavity (K) being filled with an incompressible liquid (3) in such a way that the incompressible liquid (3) hits the side walls (KS) is at least partially covered and forms a surface (OS) which assumes a convex shape when the surface material of the side walls is at least partially lipophobic or assumes a concave shape when the surface material of the side walls is at least partially lipophilic; and - A membrane (4) which positively rests on the surface (OS) and on the top (KS-O) of the side walls, such that a shape of the membrane (4) coincides at least in some areas with a shape of the surface (OS) and the The membrane (4) tightly covers the incompressible liquid.

Drucksensoreinrichtung (10) nach Anspruch 9, bei welcher die Oberseiten (KS-O) der Seitenwände horizontal oder schräg sind.Pressure sensor device (10) Claim 9 , in which the tops (KS-O) of the side walls are horizontal or inclined.