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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, wobei der Sensor ein Gehäuse aufweist, welches einen Innenraum aufweist, der mit einer nachgiebigen Membran gegenüber einem Umgebungsmedium des Sensors abgeschlossen ist und wobei in dem Innenraum des Gehäuses zumindest ein Sensierelement angeordnet ist und der Innenraum mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist, zur Übertragung einer Eigenschaft und/oder einer Zusammensetzung des Umgebungsmediums auf das zumindest eine Sensierelement.
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Die Erfindung betrifft weiter einen Sensor.
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Stand der Technik
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Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Sensoren anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf barometrische Drucksensoren erläutert.
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Barometrische Drucksensoren werden heutzutage in einer Vielzahl von Consumerelektronikgeräten verwendet, wie beispielsweise Smartphones und Smartwatches. Das Messsignal der Drucksensoren wird dabei unter anderem verwendet zur Höhenbestimmung, was beispielsweise eine Bestimmung des Stockwerks für Indoor-Navigation ermöglicht. Da Drucksensoren mit dem Umgebungsdruck eine Umgebungseigenschaft detektieren, muss das Sensierelement des Drucksensors einen druckübertragenden Zugang zur Umgebung haben. Diese Anforderung steht in Konflikt mit dem Ziel, das Consumerelektronikgerät wasserdicht auszuführen: die bekannten Methoden zur wasserdichten Abdichtung erlauben keine hinreichend sensitive Übertragung des Umgebungs-Drucksignals zum Sensierelement des Drucksensors.
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Zur Lösung des Problems ist es bekannt geworden, zur Druckübertragung ein Gel zu verwenden. Bei diesen Drucksensoren befindet sich das Sensierelement im Inneren eines Gehäuses. Nach erfolgter Chipmontage und Verdrahtung wird das Innere des Gehäuses mit dem Gel vergossen. Da das Gel die innere Seitenwand der Hülse dicht benetzt und da Gel selbst wasserdicht ist, ist das Sensierelement vor einem Umgebungsmedium wie beispielsweise Wasser geschützt. Die Übertragung des Drucksignals von der Umgebung zum Sensierelement erfolgt durch das Gel selbst, da dieses hinreichend nachgiebig ist, um als Übertragungsmedium zu fungieren. Die verwendeten Gele weisen allerdings enge Prozessfenster in der Verarbeitung bezüglich Mischung, Zuführung und thermischer Behandlung zum Starten der Vernetzungsreaktion auf. Darüber hinaus können Blasen im Gel in der Endanwendung, insbesondere bei schnellen Druckabfällen, entstehen, welche die Messergebnisse verfälschen. Ebenso kann eine leicht klebrige Geloberfläche im Endanwendungsfall durch Staub oder Ähnliches verschmutzt werden, was zu einer fehlerhaften Übertragung des Drucksignals führen kann.
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In Automobil- und Industrieanwendungen ist daher ein anderer Gehäusetyp für Drucksensoren bekannt geworden, der hermetisch dicht ist und anstelle von Gel eine Membran als Druckübertragungselement verwendet. Die verwendete Membran ist üblicher Weise aus Stahl und wird im letzten Montageschritt auf ein Stahlgehäuse geschweißt. Die Druckübertragung im Inneren dieses Packagetyps erfolgt über ein inkompressibles Fluid, beispielsweise Öl, mit welchem das Gehäuseinnere vor dem Membranaufschweißen vollständig gefüllt wurde. Derartige Drucksensoren sind allerdings recht groß und es können nur größere Druckunterschiede durch die wenig nachgiebige Membran übertragen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors bereit, wobei
der Sensor ein Gehäuse aufweist, welches einen Innenraum aufweist, der mit einer nachgiebigen Membran gegenüber einem Umgebungsmedium des Sensors abgeschlossen ist und wobei in dem Innenraum des Gehäuses zumindest ein Sensierelement angeordnet ist und der Innenraum mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist, zur Übertragung einer Eigenschaft und/oder einer Zusammensetzung des Umgebungsmediums auf das zumindest eine Sensierelement,
wobei wenn
- a) das Befüllen des Innenraums mit dem Übertragungsmedium vor dem Festlegen der flexiblen Membran an dem Gehäuse erfolgt, zur Festlegung der Membran eine Festlegungsverfahrenshilfseinrichtung verwendet wird, welche am Gehäuse angeordnet, insbesondere ausgebildet, wird oder an der Membran,
oder wenn - b) das Befüllen des Innenraums mit dem Übertragungsmedium nach dem Festlegen der flexiblen Membran am Gehäuse erfolgt, zumindest eine Öffnung zum fluidischen Zugang in den Innenraum im Gehäuse und/oder in einem Substrat bereitgestellt wird, zum Befüllen des Innenraums mit dem Übertragungsmedium über die zumindest eine Öffnung, wobei nach dem Befüllen des Innenraums die zumindest eine Öffnung verschlossen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Sensor, insbesondere Drucksensor, hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-11 bereit.
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Der Begriff „Festlegungsbereich“ in Bezug auf den Begriff „Gehäuse“ ist im weitesten Sinne zu verstehen und bezieht sich insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung auf einen Abschnitt, einen Bereich oder eine Region des Gehäuses oder dergleichen, auf oder an dem ein weiteres Bauteil zur Festlegung vorgesehen ist. Der „Festlegungsbereich“ kann hierzu entsprechend ausgebildet sein, um eine Festlegung zu ermöglichen, insbesondere zu vereinfachen.
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Der Sensor und/oder das Sensierelement kann weiter als MEMS-Sensor ausgeführt sein.
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Der Begriff „Festlegungsverfahrenshilfseinrichtung“ ist im weitesten Sinne zu verstehen und kann sich insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung auf jedwede Anordnungen, Bauelemente, Ausbildungen oder dergleichen beziehen, die, wenn sie angeordnet werden, in Bezug auf das einzusetzende Festlegungsverfahren zum Festlegen zweier Bauteile aneinander, einen Vorteil ermöglichen verglichen mit dem gleichen Festlegungsverfahren ohne deren Anordnung.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass der Sensor wesentlich kleiner ausgeführt werden kann, sodass dieser in Consumerelektronikprodukten, wie Smartphones, Handys und Wearables, eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass trotz des kleineren Bauraums der Sensor eine hohe Sensitivität hinsichtlich der Übertragung von Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung eines Umgebungsmediums des Sensors, beispielsweise hinsichtlich der Druckübertragungscharakteristik, aufweist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer Weiterbildung wird die Festlegungsverfahrenshilfseinrichtung am Gehäuse in Form zumindest zweier voneinander beabstandeter Erhöhungen an einem Festlegungsbereich des Gehäuses zur Festlegung der flexiblen Membran bereitgestellt, wobei das Gehäuse in dem zumindest einen Festlegungsbereich und die flexible Membran in zumindest einem Festlegungsbereich aus Metall hergestellt werden und wobei Membran und Gehäuse in den Festlegungsbereichen aneinander mittels Widerstandsschweißen festgelegt werden. Vorteil hiervon ist, dass der Schweißstromfluss lokal, insbesondere auf die Oberseite des Gehäuses, begrenzt werden kann. Mit anderen Worten wird dieser nicht durch das Umverdrahtungssubstrat geleitet, wodurch Beschädigungen des Umverdrahtungssubstrats vermieden werden können.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird die Festlegungsverfahrenshilfseinrichtung an der flexiblen Membran in Form eines Zwischenträgers mit zumindest einer Öffnung bereitgestellt, wobei die flexible Membran am Zwischenträger so festgelegt wird, sodass diese die zumindest eine Öffnung an einer Seite des Zwischenträgers verschließt. Vorteil hiervon ist, dass mittels des Interposers oder Zwischenträgers die Membran in trockenem Zustand, also ohne dass diese während des Festlegungsbeziehungsweise Fügeprozesses auf das Gehäuse bereits mit dem Übertragungsmedium in Kontakt kommt, gefügt werden kann, was die Herstellung insgesamt vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung werden im Fall a) flexible Membran, Zwischenträger und/oder Gehäuse zumindest in einem jeweiligen Festlegungsbereich, insbesondere vollständig, aus Metall bereitgestellt. Vorteil hiervon ist, dass beispielsweise mittels zuverlässiger Schweißverfahren wie Widerstands-, Laser- und/oder Ultraschallschweißen die Membran, Zwischenträger und/oder das Gehäuse aneinander festgelegt werden können.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung werden Gehäuse und Zwischenträger und/oder Zwischenträger und Membran aneinander mittels einer Clipsverbindung und/oder mittels Ineinander Einpressen aneinander festgelegt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Festlegung aneinander. Zudem werden Wärmeeinträge in die Materialien im Festlegungsbereich, wie beispielsweise bei der Verwendung von Schweißverfahren, vermieden, was die Lebensdauer insgesamt verbessert.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung werden Gehäuse, flexible Membran und/oder Zwischenträger aus Metall oder Kunststoff hergestellt, insbesondere wobei das Gehäuse aus Metall und Zwischenträger und Membran aus Kunststoff hergestellt sind. Vorteil hiervon ist, dass damit die Flexibilität bei der Herstellung erhöht wird, da Materialien aus unterschiedlichen Materialgruppen zur Herstellung verwendet werden können.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird im Fall b) die Membran direkt an das Gehäuse gefügt, vorzugsweise mittels Spritzguss, insbesondere mittels eines Folienhinterspritzprozesses. Damit kann auf einfache und gleichzeitig zuverlässige Weise die Membran direkt mit dem Gehäuse verbunden beziehungsweise in einem einzigen Prozessschritt hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung erfolgt im Fall b) das Verschließen der zumindest einen Öffnung mittels eines Stopfens und/oder mittels lokalem Aufschmelzen, insbesondere mittels eines Laser-Reseal-Prozesses, Verkleben, Lot und/oder Crimpen. Vorteil hiervon ist ein einfaches, flexibles und gleichzeitig zuverlässiges Verschließen der zumindest einen Öffnung.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird die zumindest eine Öffnung auf der der flexiblen Membran gegenüberliegenden Seite des Gehäuses hergestellt. Damit kann eine Beschädigung der Membran einfacher vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird am Zwischenträger und/oder an einer Außenseite des Gehäuses eine Dichtung angeordnet, insbesondere angespritzt. Dies ermöglicht eine zuverlässige Abdichtung des Zwischenträgers am Gehäuse beziehungsweise des Gehäuses an einer Einbauposition in einem Consumerelektronikprodukt.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird die Membran mit einer Struktur versehen, insbesondere mit einer konvexen Struktur. Vorteil hiervon ist, dass beispielsweise die Struktur genutzt werden kann, um eine akustische Diffusionswirkung beziehungsweise Absorptionswirkung bereitzustellen, wenn Schallwellen auf die Oberfläche der Membran treffen. Eine konvex strukturierte Membran ermöglicht einen einfacheren Befüllvorgang, da damit Luftblasen beim Befüllen prozesssicher aus dem Innenraum verdrängt werden können.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Figurenliste
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Dabei zeigt in schematischer Form
- 1a, b einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt während der Herstellung;
- 2a-c eine vormontierte Baugruppe (2a) für einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, den Sensor während der Herstellung (2b) sowie den Sensor nach Fertigstellung (2c);
- 3a-c eine vormontierte Baugruppe für einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt (3a) und Draufsicht (3b) und den Sensor mit Baugruppe nach Fertigstellung (3c);
- 4 einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt (4b) und in der Draufsicht (4a),
- 5 einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
- 6 einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
- 7 einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; und
- 8 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a, b zeigt einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt während der Herstellung.
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In den 1a und 1b ist im Detail ein Sensor 1 gezeigt. Der Sensor 1 umfasst ein Umverdrahtungssubstrat 2, auf dem ein Gehäuse in Form einer Hülse 3 angeordnet ist. Hierdurch wird ein Innenraum 60 gebildet, der auf der Unterseite durch das Umverdrahtungssubstrat 2 und auf der Oberseite durch eine flexible Membran 6 verschlossen ist. In dem Innenraum 60 sind ein Sensierelement 4 und optional eine Auswerteelektronik auf dem Umverdrahtungssubstrat 2 angeordnet. Der restliche Innenraum 60 ist mit Übertragungsmedium 5, hier Öl, vollständig gefüllt.
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Im Querschnitt auf der linken und rechten Seite des Gehäuses 3 werden zwei Erhöhungen 7 durch Planeinstich angeordnet, die als sogenanntes Schweißbuckelpaar dienen. Diese sind hier auf Grund der Ausbildung des kreisrunden Gehäuses 3 ringförmig und koaxial zueinander angeordnet. Oberhalb von diesen ist die flexible Membran 6 angeordnet, die sich nicht nur über den Innenraum 60 erstreckt, sondern ebenfalls über die genannten Erhöhungen 7 auf dem Gehäuse 3. In 1b werden nun zwei Schweißelektroden, eine äußere Schweißelektrode 21 und eine innere Schweißelektrode 22 auf die flexible Membran 6 aufgesetzt, um diese mit dem Gehäuse 3 zu verschweißen. Die Abmessungen der Schweißelektroden 21, 22 sind dabei so bemessen, dass die äußere Schweißelektrode 21 mit der äußeren der beiden Erhöhungen 7 zusammenwirken kann und die innere der beiden Schweißelektroden 22 mit der inneren der beiden Erhöhungen 7. Werden nun die Schweißelektroden 21, 22 mit Strom beaufschlagt, um mittels Widerstandsschweißen die Membran 6 an dem Gehäuse 3 festzulegen, fließt ein Schweißstrom zwischen den beiden Schweißelektroden 21, 22 über die beiden Erhöhungen 7. Der Schweißstromfluss 20 ist somit lokal auf die Oberseite des Gehäuses 3 begrenzt. Mit anderen Worten wird dieser nicht durch das Umverdrahtungssubstrat 2 geleitet, wodurch Beschädigungen des Umverdrahtungssubstrats 2 vermieden werden können.
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2a-c zeigt eine vormontierte Baugruppe (2a) für einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, den Sensor während der Herstellung (2b) sowie den Sensor nach Fertigstellung (2c).
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In 2a ist eine vormontierte Baugruppe 50 für einen Sensor 1 gezeigt. Die Baugruppe 50 umfasst dabei einen Zwischenträger oder Interposer 8, auf dessen Unterseite die flexible Membran 6 für den Sensor 1 festgelegt ist. Flexible Membran 6 und Interposer 8 sind hier aus Metall hergestellt, können jedoch auch ganz oder teilweise aus Kunststoff oder dergleichen hergestellt sein. Die flexible Membran 6 ist hierbei umlaufend am äußeren Rand an dem Interposer 8 festgelegt, beispielsweise mittels Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, je nach Art der beteiligten Materialen der Fügepartner 6, 8. Weiterhin weist der Interposer 8 einen Druckzugang 10 auf der der flexiblen Membran 6 gegenüberliegenden Seite für die flexible Membran 6 auf. Der Druckzugang 10 wird hinreichend klein ausgeführt, um Verschmutzungen der flexiblen Membran 6 zu vermeiden.
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Der Interposer 8 wird nun auf die Oberseite des Gehäuses 3 des Sensors 1 gesetzt. Vorab wurde der Innenraum 60 des Gehäuses 3 mit Übertagungsmedium 5 vollständig gefüllt. Mittels entsprechender Schweißelektroden 21, 22, wobei die äußere Schweißelektrode 21 an einer Oberseite des Gehäuses 3 anliegt und die innere Schweißelektrode 22 an der Oberseite des Interposers 8, wird nun der Interposer 8 mit dem Gehäuse 3 verbunden. Der Schweißstrom 20 zwischen den beiden Schweißelektroden 21, 22 verläuft über das Gehäuse 3 und den Interposer 8, also im Wesentlichen im oberen Bereich des Sensors 1. Das Schweißen kann mittels Widerstandsschweißen, wie hier gezeigt, oder auch mittels Laserschweißen entsprechend der Ausbildung der beteiligten Materialien der Fügepartner, erfolgen. Mittels des in den 2a-c beschriebenen Verfahrens anhand des Interposers 8 kann die flexible Membran 6 in trockenem Zustand, also ohne dass diese während des Festlegungsbeziehungsweise Fügeprozesses auf das Gehäuse 3 bereits mit dem Übertragungsmedium 5 in Kontakt kommt, gefügt werden.
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3a-c zeigt eine vormontierte Baugruppe für einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt (3a) und Draufsicht (3b) und den Sensor mit Baugruppe nach Fertigstellung (3c).
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In 3a und 3b ist eine vormontierte Baugruppe 50 für einen Sensor 1 gezeigt. Die Baugruppe 50 umfasst dabei einen Zwischenträger oder Interposer 8, auf dessen Unterseite die flexible Membran 6 für den Sensor 1 festgelegt ist. Flexible Membran 6 und Interposer 8 sind hier aus Kunststoff hergestellt, können jedoch auch ganz oder teilweise aus Metall oder dergleichen hergestellt sein. Die flexible Membran 6 ist hierbei umlaufend am äußeren Rand an dem Interposer 8 festgelegt, beispielsweise mittels Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, je nach Art der beteiligten Materialen der Fügepartner. Weiterhin weist der Interposer 8 zumindest einen Druckzugang 10 auf der der flexiblen Membran 6 gegenüberliegenden Seite für die flexible Membran 6 auf. An der Außenseite des Interposers 8 ist weiter eine umlaufende Dichtung 11 angeordnet. Mögliche Verfahren zur Festlegung der Membran 6 am Interposer 8 sind Ultraschallschweißen oder Folienhinterspritzen. Die Dichtung 11 kann mittels Spritzguss angespritzt werden und beispielsweise aus Silikon hergestellt sein.
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Der Interposer 8 ist in der 3 ringförmig ausgeführt, wobei im Inneren eine rechtwinklige Verstrebung 8' angeordnet ist, die vier Druckzugangsöffnungen für die flexible Membran 6 bereitstellt. In 3c ist nun der Interposer 8 der 3 in das hier aus Metall hergestellte Gehäuse 3 des Sensors 1 eingepresst beziehungsweise eingeklipst gezeigt. Vor dem Einpressen beziehungsweise Einklipsen wurde der Innenraum 60 des Gehäuses 3 vollständig mit dem Übertragungsmedium 5 befüllt.
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4 zeigt einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt (4b) und in der Draufsicht (4a).
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In den 4a und 4b ist im Wesentlichen ein Sensor 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zum Sensor 1 gemäß 1 ist beim Sensor 1 gemäß 4 nun eine Ausführungsform gezeigt, bei der die flexible Membran 6 vor dem Befüllen des Innenraums des Gehäuses 3 mit Übertragungsmedium 5 festgelegt wurde. Weiterhin ist am Gehäuse 3 eine umlaufende Dichtung 11 angeordnet.
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Die flexible Membran 6 kann dabei vor dem Befüllen mit inkompressiblem Fluid als Übertragungsmedium 5 direkt an das Gehäuse 3 gefügt werden. Dies kann bereits bei der Herstellung des Gehäuses 3 geschehen, wenn das Gehäuse 3 als Spritzgussteil ausgeführt ist: in diesem Fall kann durch den Prozess Folienhinterspritzen das Gehäuse 3 direkt an eine in der Spritzgusskavität befindliche flexible Membran 6 gespritzt werden. Alternativ sind Fügeverfahren wie Ultraschallschweißen, Laserschweißen, etc. denkbar, die dann jeweils im trockenen Zustand durchgeführt werden können.
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Um den Innenraum 60 nun befüllen zu können, ist links und rechts der flexiblen Membran 6 jeweils eine Zugangsöffnung 15 zum Innenraum 60 angeordnet. Über diese erfolgt die Befüllung des Innenraums 60 mit Übertragungsmedium 5. Hierbei kann eine der beiden Zugangsöffnungen 15 als Entlüftungsöffnung dienen.
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Nachdem der Befüllvorgang abgeschlossen ist, werden die Zugangsöffnungen 15 mit einem Verschlusselement 16 desselben abgedichtet beziehungsweise hermetisch verschlossen. Mögliche Verfahren hierfür sind beispielsweise das Einpressen eines Stopfens oder lokales Aufschmelzen per Laser („reseal“) sowie Crimpen oder andere umformende Ansätze.
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5 zeigt einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
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In der 5 ist im Wesentlichen ein Sensor 1 gemäß 4 gezeigt. Im Unterschied zum Sensor 1 gemäß 4 ist beim Sensor 1 gemäß 5 nun eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Zugangsöffnungen 15 für den Innenraum nicht im Bereich der Membran 6 im oberen Teil des Gehäuses 3 angeordnet sind, sondern im Umverdrahtungssubstrat 2 seitlich des Sensierelements 4 im Bereich der Unterseite des Gehäuses 3. Gegebenenfalls sind auch noch seitliche Aussparungen 18 im unteren inneren Teil des Gehäuses 3 im Bereich der Zugangsöffnungen 15 angeordnet, um das Befüllen zu erleichtern und/oder um das Gehäuse möglichst kompakt ausführen zu können.
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Dies kann vorteilhaft sein, da dadurch die wirksame Fläche der Membran größer ausgeführt werden kann, was sich positiv auf die Druckübertragungscharakteristik auswirkt. Mögliche Verfahren zum Verschließen der umverdrahtungssubstratsseitigen Zugangsöffnungen 15 nach Befüllen sind beispielsweise das Einpressen eines Verschlusselements 16 oder das lokale Aufschmelzen der Keramik per Laser („reseal“) oder das Verschließen mit Klebstoff oder Lot.
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6 zeigt einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
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In 6 ist im Wesentlichen ein Sensor 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zum Sensor 1 gemäß 1 sind beim Sensor 1 gemäß 6 der Einfachheit halber die Zugangsöffnungen 15 beziehungsweise die Erhöhungen 17 weggelassen. Wesentlich ist hier, dass die flexible Membran 6 mit einer Strukturierung 30 versehen ist im Gegensatz zu den Ausführungsformen der 1-5, bei denen die flexible Membran 6 flach ausgeführt worden ist.
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Diese Strukturierung 30 kann mit jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ganz oder teilweise kombiniert oder angewendet werden. Die Strukturierung 30 der flexiblen Membran 6 ermöglicht eine Wirkung der flexiblen Membran 6 als akustischer Diffusor. Dies kann von Vorteil sein, da es in Consumerelektronikgeräten üblich ist, den Drucksensor in der Nähe eines Mikrofons und/oder Lautsprechers zu verbauen, denn mittels der Strukturierung können ungewollte akustische Wechselwirkungen zwischen Drucksensor und Lautsprecher/Mikrofon zumindest reduziert, wenn nicht unterdrückt werden.
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7 zeigt einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
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In 7 ist im Wesentlichen ein Sensor 1 gemäß 6 gezeigt. Im Unterschied zum Sensor 1 gemäß 6 weist die flexible Membran 6 beim Sensor 1 gemäß 7 eine Strukturierung 30 in Form einer konvexen Vorwölbung 40 auf.
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Diese Vorwölbung 40 dient dazu, Luftblasen im Innenraum 60 zu vermeiden, die bei Anordnung einer flachen flexiblen Membran 6 auf das bereits mit Übertragungsmedium 5 befüllte Gehäuse 3 entstehen können. Durch die konvexe Formgebung 40 der flexiblen Membran 6 kann sichergestellt werden, dass die initiale Benetzung der flexiblen Membran 6 mit bereits im Innenraum 60 des Gehäuses 3 befindlichen Übertragungsmedium 5 während des Fügevorgangs im Zentralbereich der flexiblen Membran 6 erfolgt. Im Zuge des weiteren Fügens wird sich von dort ausgehend die Benetzungsfront in radialer Richtung bis zum Rand der flexiblen Membran 6 ausbreiten. Durch den radialen Verlauf der Benetzungsfront wird sichergestellt, dass Luftblasen nach außen verdrängt werden und somit nicht im Innenraum 60 des Gehäuses 3 verbleiben.
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8 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 8 sind Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Sensors gezeigt. Hierbei weist der Sensor ein Gehäuse auf, welches einen Innenraum aufweist, der mit einer nachgiebigen Membran gegenüber einem Umgebungsmedium des Sensors abgeschlossen ist und wobei in dem Innenraum des Gehäuses zumindest ein Sensierelement angeordnet ist und der Innenraum mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist, zur Übertragung einer Eigenschaft und/oder einer Zusammensetzung des Umgebungsmediums auf das zumindest eine Sensierelement.
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Im Fall a) erfolgt das Befüllen des Innenraums mit dem Übertragungsmedium vor dem Festlegen der flexiblen Membran an dem Gehäuse, wobei zur Festlegung der Membran eine Festlegungsverfahrenshilfseinrichtung bereitgestellt wird (Schritt A1), welche am Gehäuse angeordnet, insbesondere ausgebildet, wird (Schritt A2) oder an der Membran angeordnet wird (Schritt A3).
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Im alternativen Fall b) erfolgt das Befüllen des Innenraums mit dem Übertragungsmedium nach dem Festlegen der flexiblen Membran am Gehäuse, in dem zumindest eine Öffnung zum fluidischen Zugang in den Innenraum im Gehäuse und/oder in einem Substrat, bereitgestellt wird (Schritt B1) zum Befüllen (Schritt B2) des Innenraums mit dem Übertragungsmedium über die zumindest eine Öffnung, wobei nach dem Befüllen des Innenraums die zumindest eine Öffnung verschlossen wird (Schritt B3).
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden kurz tabellarisch dargestellt, wobei die Ausführungsformen der 1-8 ebenfalls in den folgenden Tabellen mit aufgeführt sind.
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In einer Ausführungsform kann das Gehäuse eine Öffnung aufweisen, die zur Befüllung des Innenraums des Gehäuses mit Übertragungsmedium, insbesondere Öl, dient. Die Öffnung kann an der Gehäuseoberseite angeordnet sein und wird anschließend durch die Membran verschlossen.
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In einer Ausführungsform kann das Gehäuse mindestens zwei Öffnungen zum Befüllen des Innenraums des Gehäuses aufweisen. Diese können sich beispielsweise alle an der Gehäuseoberseite zum Druckzugang und zur Befüllung mit Öl angeordnet sein oder diese können auch alle an der Gehäuseunterseite im Umverdrahtungssubstrat angeordnet sein oder zumindest eine auf der Gehäuseoberseite und die weiteren Öffnungen im Umverdrahtungssubstrat oder umgekehrt.
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In einer Ausführungsform kann die Membran direkt auf das Gehäuse gefügt werden.
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In einer Ausführungsform kann die Membran zunächst auf einen Interposer gefügt werden und anschließend wird der mit der Membran versehene Interposer auf das Gehäuse gefügt.
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle die verschiedene Fügearten der Membran und verschiedene Materialien von Membran, Gehäuse und gegebenenfalls Interposer wiedergibt.
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle die verschiedene Fügeverfahren mit den Fügepartnern Membran, Gehäuse und Interposer in Abhängigkeit des Materials der Fügepartner wiedergibt.
| Fügeverfahren | Fügepartner 1 [Material] | Fügepartner 2 [Material] |
| Widerstandschweißen | Membran [Metall] | Gehäuse [Metall] |
| Laserschweißen | Membran [Metall] | Gehäuse [Metall] |
| Ultraschallschweißen | Membran [Metall] | Gehäuse [Metall] |
| Widerstandschweißen | Membran [Metall] | Interposer [Metall] |
| Laserschweißen | Membran [Metall] | Interposer [Metall] |
| Ultraschallschweißen | Membran [Metall] | Interposer [Metall] |
| Widerstandschweißen | Interposer [Metall] | Gehäuse [Metall] |
| Laserschweißen | Interposer [Metall] | Gehäuse [Metall] |
| Ultraschallschweißen | Interposer [Metall] | Gehäuse [Metall] |
| Clipsen/Einpressen | Membran [Metall] | Interposer [Metall] |
| Laserschweißen | Membran [Kunststoff] | Interposer [Kunststoff] |
| Ultraschallschweißen | Membran [Kunststoff] | Interposer [Kunststoff] |
| Clipsen/Einpressen | Interposer [Kunststoff] | Gehäuse [Kunststoff] |
| Laserschweißen | Interposer [Kunststoff] | Gehäuse [Kunststoff] |
| Ultraschallschweißen | Interposer [Kunststoff] | Gehäuse [Kunststoff] |
| Laserschweißen | Membran [Kunststoff] | Gehäuse [Kunststoff] |
| Ultraschallschweißen | Membran [Kunststoff] | Gehäuse [Kunststoff] |
| Clipsen/Einpressen | Interposer [Kunststoff] | Gehäuse [Metall] |
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle, die verschiedene Schritte zum Anordnen einer Membran beziehungsweise Folie auf dem Gehäuse wiedergibt.
| Ansatz | Prozessreihenfolge |
| a) | 1. Membran auf Interposer fügen |
| 2. Gehäuse mit Übertragungsmedium in Form von inkompressiblem Fluid befüllen |
| 3. Mit Membran bestückten, Interposer auf Gehäuse fügen |
| b) | 1. Membran auf Interposer fügen |
| 2. Mit Membran bestückten, Interposer auf Gehäuse fügen |
| 3. Gehäuse mit Übertragungsmedium in Form von inkompressiblem Fluid befüllen |
| 4. Befüllöffnung verschließen |
| c) | 1. Gehäuse mit Übertragungsmedium in Form von in- |
| kompressiblem Fluid befüllen |
| 2. Membran auf Gehäuse fügen |
| d) | 1. Membran auf Gehäuse fügen |
| 2. Gehäuse mit Übertragungsmedium in Form von inkompressiblem Fluid befüllen |
| | 3. Befüllöffnung verschließen |
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Oben genannte Ausführungsformen lassen sich ganz oder teilweise miteinander kombinieren.
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Zusammenfassend kann zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile und/oder zumindest eines der folgenden Merkmale ermöglichen oder bereitstellen:
- - Einfache kostengünstige und flexible Anordnungen der Membran am Gehäuse
- - Flexible Befüllmöglichkeiten je nach vorgegebenen Bedingungen und Materialien
- - Hohe Zuverlässigkeit, Vermeidung von Verschmutzungen der Membran und von Luftblasen im Sensor
- - Erheblich verkleinerter Bauraum
- - Anwendung in Consumerelektronikprodukten
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
