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Title:
CORROSION PROTECTION FOR PRESSURE SENSORS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/075953
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a device with a housing and at least one electrical component, said housing containing at least one of the electrical components and being filled, at least in part, with a passivating agent. The invention also provides that the electrical component is at least partially covered by the passivating agent. The invention is characterized in that an additional material layer is applied to the passivating agent. This additional material layer enables the realization of a simple and cost-effective construction of a device that is resistant to environmental damages. This makes it possible to use electrical components in corrosive environments.

Inventors:
KUHNT WINFRIED (DE)
IHL WILFRIED (DE)
JUNGER ANDREAS (DE)
BENZEL HUBERT (DE)
MUZIC MARKUS (DE)
MUELLER LUTZ (DE)
SCHAEFER FRANK (DE)
GUENSCHEL ROLAND (DE)
HOLST MARCO (DE)
WEHRMANN FRANK (DE)
LEPIDIS POLICHRONIS (DE)
GODZIK GABRIELE (DE)
WEINERT KRISTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/050503
Publication Date:
August 18, 2005
Filing Date:
February 07, 2005
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
KUHNT WINFRIED (DE)
IHL WILFRIED (DE)
JUNGER ANDREAS (DE)
BENZEL HUBERT (DE)
MUZIC MARKUS (DE)
MUELLER LUTZ (DE)
SCHAEFER FRANK (DE)
GUENSCHEL ROLAND (DE)
HOLST MARCO (DE)
WEHRMANN FRANK (DE)
LEPIDIS POLICHRONIS (DE)
GODZIK GABRIELE (DE)
WEINERT KRISTIN (DE)
International Classes:
G01L9/00; (IPC1-7): G01L9/06
Domestic Patent References:
WO1998054556A21998-12-03
WO2003031687A22003-04-17
WO2001026136A22001-04-12
Foreign References:
US4732042A1988-03-22
US4686764A1987-08-18
US4993265A1991-02-19
FR2686692A11993-07-30
US5461922A1995-10-31
EP0736757A11996-10-09
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 214 (P - 304) 29 September 1984 (1984-09-29)
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Stuttgart, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Vorrichtung mit einem Gehäuse (250,350, 355,450) und wenigstens einem elektrischen Bauelement (110,120, 130,400, 420,430), wobei das Gehäuse (250, 350,355, 450) wenigstens eines der elektrischen Bauelemente (110, 120,130, 400,420, 430) aufweist und wenigstens teilweise mit einem Passivierungsmittel (140) befiillt ist, und wobei das elektrische Bauelement (110,120, 130,400, 420,430) wenigstens teilweise mit dem Passivierungsmittel (140) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in bzw. auf das Passivierungsmittel (140) im Gehäuse (250,350, 355,450) eine zusätzliche Materialschicht (200,300, 460) aufgebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (110, 120,130, 400,420, 430) ein mikromechanisches Sensorelement (110, 120,400) aufweist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass mittels des mikromechanischen Sensorelements (110, 120,400) eine Druckgröße und/oder eine Temperaturgröße und/oder eine Luftmasse und/oder eine Widerstandsgröße und/oder eine Konzentration wenigstens eines die Vorrichtung und/oder das mikromechanische Sensorelement (110, 120,400) umgebenden Mediums erfasst wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (110,120, 400) wenigstens einen korrosionsempfindlichen Bereich, insbesondere eine Kontaktierungsfläche oder ein Kontaktierungselement wie beispielsweise ein Bondpad und/oder ein Bonddraht (130,430), aufweist, wobei vorgesehen ist, dass dieser korrosionsempfindliche Bereich mit dem Passivierungsmittel (140) bedeckt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (200,300, 460) das Passivierungsmittel (140) von einem Umgebungsmedium trennt und/oder die Diffusionsgeschwindigkeit eines Umgebungsmediums im Passivierungsmittel (140) verringert und/oder einen korrosiven Bestandteil eines Umgebungsmediums durch eine entsprechende chemische Reaktion unschädlich macht, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Materialschicht (200, 300,460) ein korrosionsresistives und/oder wasserundurchlässiges Material aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (200,300, 460) als Membranschicht ausgebildet ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Membranschicht eine wellenförmige Oberflächenstruktur aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Passivierungsmittel (140) ein Gel, insbesondere ein Fluorsilikongel, und/oder das Material der Materialschicht (200,300, 460) Teflon oder ein Parylen aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Passivierungsmittel (140) und das Material der Materialschicht (200,300, 460) Temperaturausdehnungskoeffizienten und/oder optische Brechungsindizes aufweisen, die sich weitestgehend entsprechen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (250,350, 355,450) ein Gehäuseunterteil mit Gehäusewänden (250,350, 450) aufweist, wobei vorgesehen ist, dass das Gehäuseunterteil bis in die Bauhöhe der Gehäusewände mit dem Passivierungsmittel (140) befüllt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (250,350, 355) ein Gehäuseoberteil mit einem Gehäusedeckel (355) aufweist, wobei vorgesehen ist, dass der Gehäusedeckel (355) eine Öffnung (370) aufweist und die Materialschicht (300) auf dem Passivierungsmittel (140) fixiert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierungsfläche und/oder das elektrische Kontaktierungselement mit wenigstens einer vorgebbaren Schichtdicke des Passivierungsmittels (140) bedeckt ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Passivierungsmittel (140) über wenigstens einem Bondpad und/oder einem Bonddraht (130, 430) eine Schichtdicke von mehr als 0,2 mm aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das MateriaMer Materialschicht (200,300, 460), die dazu geeignet ist, die Diffusionsgeschwindigkeit des Umgebungsmediums bzw. die Diffusionsgeschwindigkeit von Teilsubstanzen des Mediums im Passivierungsmittel zu verringern, wenigstens ein Glimmerplättchen oder als Materialbestandteil Hydrotalcit oder Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid oder HydromagnesitlHuntit aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Materialschicht (200,300, 460), die dazu geeignet ist, korrosive Bestandteile des Mediums durch eine entsprechende Reaktion unschädlich zu machen, wenigstens aminofunktionalisierte Siloxane oder Silizane oder ein hochviskoses aminoterminiertes Silikonöl oder Mono, Dioder Trialkylamine oder Hydrotalcit oder Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid oder HydromagnesitlHuntit oder Poly (l, ldimethylsilazan) oder Polyamine oder Polyamide aufweist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Siloxane, das Poly (1, 1dimethylsilizan), die Polyamine oder die Polyamide eine Faserform in der Materialschicht aufweisen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Materialschicht (200,300, 460) eine Füllstoflkonzentration von 28 bis 50 Gewichtsprozent innerhalb des Passivierungsmittels aufweist, wobei insbesondere eine Füllstoffkonzentration von 28 bis 40 Gewichtsprozent vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung einen mikromechanischen Drucksensor zur Erfassung einer den Druck eines Umgebungsmediums oder die Druckdifferenz zweier Umgebungsmedien repräsentierenden Druckgröße, oder einen Heissluftmassensensor oder eine Generatorregelvorrichtung repräsentiert.
15. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem Gehäuse (250,350, 355,450) und wenigstens einem elektrischen Bauelement (110,120, 130,400, 420,430), wobei das Gehäuse (250,350, 355,450) wenigstens eines der elektrischen Bauelemente (110, 120,130, 400,420, 430) aufweist und wenigstens teilweise mit einem Passivierungsmittel (140) befiillt wird, und wobei das elektrische Bauelement (110, 120,130, 400,420, 430) wenigstens teilweise mit dem Passivierungsmittel (140) bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in bzw. auf das Passivierungsmittel im Gehäuse (250,350, 355,450) eine zusätzliche Materialschicht (200, 300, 460) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet dass vor dem Befüllen des Gehäuses (250,350, 355,450) mit dem Passivierungsmittel (140) auf dem elektronischen Bauelement (110, 120,400) wenigstens eine elektrische Kontaktierungsfläche und/oder ein elektrisches Kontaktierungselement erzeugt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Kontaktierungsfläche und/oder das Kontaktierungselement ein Bondpad und/oder einen Bonddraht (130,430) aufweist und/oder mit dem Passivierungsmaterial (140) bedeckt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierungsfläche und/oder das Kontaktierungselement mit wenigstens einer vorgebbaren Schichtdicke des Passivierungsmittels (140) bedeckt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Passivierungsmittel (140) über wenigstens einem Bondpad und/oder einem Bonddraht (130,430) eine Schichtdicke von mehr als 0,2 mm aufweist.
Description:
Korrosionsschutz für Drucksensoren Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Drucksensor bzw. von einem Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Drucksensors bei dem ein Sensorelement in einem Gehäuse mit einem Passivierungsmittel bedeckt wird.

Zum Schutz eines Sensors vor schädigenden Umwelteinflüssen kann das Sensorelement mit einer speziellen Passivierungsschicht bedeckt werden. Dies geschieht beispielsweise derart, dass das Sensorelement bzw. die (elektrischen und/oder mechanischen) Komponenten, die zur Erfassung und/oder Auswertung eines Sensorsignals erforderlich sind, in einem Gehäuse montiert werden und anschließend mit einem Passivierungsmittel bedeckt werden.

Üblicherweise wird diese Passivierung durch eine Verfüllung des Gehäuses erreicht. Die Verfüllung dient dabei der Passivierung des Sensorelements bzw. dem Schutz der Komponenten gegenüber Medien wie Wasser, Luft, Benzin, Salz, etc. Somit kann eine Korrosion empfindlicher Elemente des Sensors verhindert werden. Problematisch bei der Passivierung ist jedoch die Wechselwirkung des Passivierungsmittels mit dem schädigenden Medium.

Mikromechanische Drucksensoren, bei denen systembedingt der Druck von der Sensorchipvorderseite zugeführt wird, werden normalerweise durch ein Gel wie beispielsweise ein Fluorsilikongel vor Umwelteinflüssen geschützt. Dieses Gel bedeckt dabei die Oberfläche des Chips bzw. die Bonddrähte und verhindert, dass korrosive Medien mit dem Chip in Berührung kommen können. Dabei ist bei der Wahl des Gels jedoch darauf zu achten, dass das

Gel den Druck des Mediums zur Erfassung einer Druckgröße auf die Drucksensormembran im Sensorchip überträgt.

Für die Anwendung von Drucksensoren in einer stark korrosiven Umgebung, wie sie z. B. im Abgasstrang eines Fahrzeugmotors zu beobachten ist, können selbst die besten derzeit verfügbaren Gele nicht verhindern, dass mit der Zeit korrosive Bestandteile des Mediums durch das Gel diffundieren und zu einer Korrosion des Sensorelements oder anderer Komponenten auf dem Sensorchip fuhren.

Eine teure Aufbauvariante, um den Drucksensor zu schützen, besteht darin, dass das Sensorelement bestehend aus Sensorchip und Bonddrähten in eine mit Silikonöl gefüllte Kammer montiert wird, die über eine Stahlmembran Kontakt mit der Umgebung hält. Eine Änderung des Umgebungsdrucks wird über die Stahlmembran direkt an das Silikonöl und somit an das Sensorelement bzw. den Sensorchip weitergeleitet.

Um die Schutzwirkung des Passivierungsgels zu erhöhen ist bekannt, dem Passivierungsgel ein chemischer Puffer in Form von geringen Säure-und/oder Laugenmengen zuzumischen, bei der der pH-Wert im Passivierungsgel weitestgehend konstant gehalten und damit die Lebensdauer des Sensorelements verlängert wird. Werden Puffer bestehend aus einer Mischung aus Säure- und Lauge-bindenden Stoffen verwendet, so ist bei entsprechender Umgebung jeweils nur eine der beiden Bestandteile aktiv, wohingegen die andere Hälfte der Mischung zur Schutzwirkung keinen Beitrag leistet.

Vorteile der Erfindung Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung mit einem Gehäuse und wenigstens einem elektrischen Bauelement, wobei das Gehäuse wenigstens eines der elektrischen Bauelemente aufweist und wenigstens teilweise mit einem Passivierungsmittel befällt ist Weiterhin ist vorgesehen, dass das elektrische Bauelement wenigstens teilweise mit dem Passivierungsmittel bedeckt ist. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass auf das Passivierungsmittel eine zusätzliche Materialschicht aufgebracht wird. Mit dieser zusätzlichen Materialschicht kann ein einfacher und kostengünstiger Aufbau einer gegenüber

Umweltschädigungen resistiven Vorrichtung realisiert werden. Somit wird der Einsatz von elektrischen Bauelementen in korrosiven Umgebungen ermöglicht.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Bauelement ein insbesondere mikromechanisches Sensorelement aufweist. Dabei kann das mikromechanische Sensorelement sowohl eine Druckgröße, eine Temperaturgröße, eine Luftmasse, eine Widerstandsgröße und/oder eine Konzentration wenigstens eines Mediums erfassen. Günstigerweise umgibt dabei ein Medium wenigstens einen Teil der Vorrichtung und/oder des mikromechanischen Sensorelements.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch die Wahl des Passivierungsmittels in Kombination mit dem Material der zusätzlichen Materialschicht eine optimierte Versiegelung des elektrischen Bauelements bzw. des Sensorelements erreicht wird. Somit kann eine Beschädigung des Sensorelements durch korrosive Medien verhindert werden. Darüber hinaus ist durch den erfindungsgemäßen Aufbau auch der Einsatz des Drucksensors in flüssigen Medien möglich, da das Material der zusätzlichen Materialschicht derart gewählt werden kann, dass das flüssige Medium vom Passivierungsmittel getrennt wird.

Darüber Mnaus besitzt das elektrische Bauelement, insbesondere das Sensorelement, korrosionsempfindliche Bereiche. Dies können beispielsweise Kontaktierungsflächen oder- elemente wie Bondpads und/oder Bonddrähte sein. Vorteilhafterweise sind daher wenigstens diese korrosionsempfindlichen Bereiche mit dem Passivierungsmittel bedeckt.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird durch die zusätzliche Materialschicht das Umgebungsmedium vom Passivierungsmittel getrennt. Vorteilhafterweise kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die zusätzliche Materialschicht durch eine entsprechende chemische Reaktion die korrosiven Bestandteile des Umgebungsmediums, die ansonsten die elektrischen Bauelemente angreifen würden, unschädlich macht. Eine weitere Möglichkeit, die Lebensdauer der elektronischen Bauelemente und somit die Nutzungsdauer des Sensors zu erhöhen besteht darin, mittels geeigneter Materialen die Diffusionsgeschwindigkeit der korrosiven Bestandteile des Umgebungsmediums zu verringern. Besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von korrosionsresistiven und/oder wasserundurchlässigen Materialien in der zusätzlichen Materialschicht.

Vorzugsweise ist die zusätzliche Materialschicht als Membranschicht ausgebildet, wobei vorgesehen sein kann, dass die Membranschicht eine wellenförmige Oberflächenstruktur aufweist. Diese wellenförmige Oberflächenstruktur kann eine temperaturbedingte Ausdehnung des Passivierungsmittels kompensieren, ohne dass es zu einem Riss in der Membranschicht kommt In einer Weiterbildung der Erfindung ist als Passivierungsmittel Fluorsilikongel und/oder als zusätzliche Materialschicht eine Schicht aus einem korrosionsresistiven und/oder wasserundurchlässigen Material wie beispielsweise Teflon oder einem Parylen vorgesehen.

Weiterhin ist in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Passivierungsmittel und das Material der zusätzlichen Materialschicht aufeinander angepasste Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Es ist vorgesehen, dass das Gehäuse, in dem das Sensorelement montiert ist, ein Gehäuseunterteil mit Gehäusewänden aufweist. Dabei wird vorteilhafterweise das Gehäuseunterteil bis in die Bauhöhe der Gehäusewände mit dem Passivierungsmittel befällt.

Darüber hinaus ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse eine Gehäuseoberteil mit einem Gehäusedeckel aufweist. Dieser Gehäusedeckel ist dabei vorzugsweise derart auf dem Gehäuse angebracht, dass er die zusätzliche Materialschicht auf dem Passivierungsmittel fixiert. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Gehäusedeckel erst nach dem Aufbringen der zusätzlichen Materialschicht auf das Passivierungsmittel aufgesetzt wird.

Es ist jedoch auch denkbar, dass die zusätzliche Materialschicht direkt in den Gehäusedeckel eingebracht wird und erst nach dem Aufsetzen des Gehäusedeckels auf das Gehäuseunterteil das Passivierungsmittel bedeckt.

Um eine Weiterleitung der Druckänderung des Mediums an das Sensorelement zu ermöglichen, ist in dem Gehäusedeckel eine Öffnung vorgesehen, durch die das Medium in Kontakt mit der zusätzlichen Materialschicht treten kann.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, die elektrische Kontaktierungsfläche und/oder das elektrische Kontaktierungselement mit wenigstens einer vorgebbaren Schichtdicke des Passivierungsmittels

zu bedecken. So kann beispielsweise vorgesehen sein, über wenigstens einem Bondpad und/oder einem Bonddraht das Passivierungsmittel in einer Dicke von mindestens 0,2 mm aufzubringen. Durch eine derartig vorgebbare Schichtdicke des Passivierungsmittels kann erreicht werden, dass die korrosionsauslösenden Bestandteile des Mediums nicht bzw.

Zeitverzögert zu den korrosionsempfindlichen Bereichen gelangen.

Eine Möglichkeit, die Geschwindigkeit, mit der das Medium bzw. Bestandteile des Mediums in das Passivierungsmittel eindringen, zu verringern besteht darin, als zusätzliche Materialschicht plättchenförmige Füllstoffe wie z. B. Glimmerplättchen in das Passivierungsmittel einzubringen.

Daneben ist jedoch auch der Zusatz von plättchenförmigen Füllstoffen wie Hydrotalcit, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Hydromagnesit bzw. Huntit in das Passivierungsmittel denkbar, um die Diffusiongeschwindigkeit zu verringern bzw. den Diffusionsweg zu vergrößern.

Daneben kann jedoch auch vorgesehen sein, die korrosiven Bestandteile des Mediums, die in das Passivierungsmittel eindiffundieren können, durch eine geeignete chemische Reaktion (Neutralisation oder Adsorption) unschädlich zu machen. So bieten sich beispielsweise aminofunktionalisierte Siloxane als Material der zusätzlichen Materialschicht an, bei denen die Aminopropylgruppen als Basen mit korrosiven Säuren unter Salzbindung reagieren. Säuren können ebenfalls durch Mono-, Di-oder Trialkylamine, Silazane bzw. aminoterminiertes Silikonöl oder säurebindenden Füllstoffen wie Hydrotalcit, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Hydromagnesit gebunden werden.

Allgemein kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen insbesondere mikromechanischen Sensor, z. B. zur Erfassung einer den Druck eines Umgebungsmediums repräsentierenden Druckgröße darstellt. Darüber hinaus ist jedoch auch denkbar, dass die Vorrichtung eine relative Druckgröße zweier Medien erfasst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die Verwendung eines derartigen Drucksensors im Abgasstrom oder im Tank eines Kraftfahrzeugs möglich. Darüber hinaus ist jedoch auch denkbar, dass die Vorrichtung einen (Heiss- ) Luftmassensensor oder eine Generatorregelvorrichtung repräsentiert.

Durch eine geeignete Wahl des Passivierungsmittels bzw. der Materialien für die zusätzliche Materialschicht ist es weiterhin möglich, die Schüttelbelastung von vergelten Bonddrähten zu

verringern. So kann beispielsweise eine unflexible Sperrschicht Gel-Verschiebungsamplituden des Passivierungsgels reduzieren.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Versiegelung des Passivierungsmittels ist eine Einsparung von hermetischen bzw. spritzdichten Gehäusen möglich, die zum Schutz der Gelräume in elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen eingesetzt werden. Weiterhin kann durch eine derartige Versiegelung auch der Einsatz von ölaussschwitzenden Gelen in elektronischen Bauteilen überlegt werden, die nicht in Kontakt mit flüchtigen, ausblutenden Bestandteilen eines Passivierungsgeles kommen dürfen.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine höhere Wirksamkeit der Passivierung gegenüber der korrosiven Umgebung im Vergleich zu der Zugabe von Puffern, dh. Säure-und Lauge-bindenden Stoffen zu erkennen.

Durch Zugabe von Füllstoffen in das Passivierungsgel kann das Aufquellen des Gels durch im Abgas enthaltene Lösungsmittel reduziert werden.

Organische, säurebindende Füllstoffe mit einer an das Passivierungsgel angepassten optischen Brechzahl (z. B. die Kombination SilikongeYPolyamid) ermöglichen aufgrund geringerer optische Streuung durch kleine Brechzahlunterschiede die optische Analyse der erfmdungsgemäß vergelten Sensorelementen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnungen Figur 1 zeigt einen mikromechanischen Drucksensor in einem Gehäuse, wie er durch den Stand der Technik bekannt ist. Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, wohingegen Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Ausführungsbeispiel In Figur 1 ist ein bekannter Aufbau eines mikromechanischen Drucksensors in einem Gehäuse dargestellt. Dabei wird ein vorzugsweise mikromechanisches Sensorelement, beispielsweise aus einem Substrat 110 und einem Sensorchip 120 auf ein Trägerelement 100 aufgebracht.

Generell soll jedoch davon ausgegangen werden, dass das Sensorelement auch durch einen anderen Aufbau realisiert werden kann. Gängige Materialien für das mikromechanische Sensorelement sind dabei Halbleitermaterialien oder Stähle. Als Trägerelement 100 werden beispielsweise Keramiken oder Leiterplatten verwendet. Der Sensorchip 120 kann beispielsweise mit einer Membran 190 und einer einen vorgegebenen Druck aufweisenden Kaverne 180 ausgestattet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Substrat 110 und das Trägerelement 100 für Differenzdruckapplikationen eine Durchführung zur Membran 190 aufweist. Zwischen dem Druck in der Kaverne 180 und dem Umgebungsdruck des Sensors herrscht eine Druckdifferenz. Eine Variation des Umgebungsdrucks äußert sich dabei in einer Bewegung der Membran 190. Durch geeignete elektrische Komponenten wie beispielsweise piezoelektrische Widerstände (nicht gezeigt) auf der Membran 190 kann diese Bewegung in eine Messgröße gewandelt werden, die proportional zur auftretenden Druckdifferenz erzeugt wird. Zur Weiterleitung dieser Messgröße sind Verbindungselemente wie beispielsweise Bonddrähte 130 vorgesehen, die vom Sensorchip 120 zur weiteren Auswertung der Messgrößel,' beispielsweise auf das Trägerelement 100 geführt werden. Üblicherweise werden diese Bonddrähte 130 mittels Bondpads an dem Sensorchip 120 und/oder dem Trägerelement 100 befestigt Es ist jedoch auch denkbar, dass auf dem Sensorchip 120 und/oder auf dem Trägerelement 100 Kontaktierungsflächen vorgesehen sind, über die eine Ansteuerung des Sensorchips 120 und/oder eine Auswertung bzw. Weiterleitung der Messgröße ermöglicht werden. Zum Schutz des Sensorelements vor Beschädigung wird das Sensorelement in einem Gehäuse untergebracht. Dabei kann das Gehäuse wie in Figur 1 dargestellt, sowohl lediglich aus Gehäusewänden 150 als auch aus Gehäusewänden 150 inklusive einem Gehäusedeckel 155 bestehen. Damit das Sensorelement bzw. die Membran 190 die Druckdifferenz zur Umgebung erfassen kann, ist vorgesehen, dass der Gehäusedeckel 155 eine Öffnung 170 aufweist, durch den das Medium auf die Membran 190 wirken kann. Da die Kontaktierungsstellen der Bonddrähte und/oder die weiteren elektrischen Komponenten des Sensorelements korrosionsempfindliche Bereiche darstellen, ist vorgesehen, den Innenraum des Gehäuses 150 bzw. 155 mit einem Passivierungsmittel 140 beispielsweise einem Gel aufzufüllen. Bei der

Wahl des Passivierungsmittels 140 ist darauf zu achten, dass alle korrosionsempfindlichen Bereiche ausreichend abgedeckt werden, so dass sie vor dem ggf. korrosiven Medium geschützt werden. Darüber hinaus ist das Passivierungsmittel 140 derart zu wählen, dass es einerseits so weich ist, dass es keine mechanischen Verspannungen auf der Sensormembran 190 hervorruft, andererseits jedoch auch den Umgebungsluftdruck, der in Richtung 160 wirkt, direkt an die Membran 190 weiterleitet.

In stark korrosiven Umgebungen wie beispielsweise im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors kann selbst das beste derzeit erhältliche Passivierungsgel den Drucksensorchip nicht ausreichend vor Korrosion schützen. Daher wird zusätzlich zu dem passivierenden Gel eine weitere Materialschicht direkt auf dem Gel aufgebracht, wie es in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist.

In Figur 2 ist das Gehäuse eines Drucksensors dargestellt, welches lediglich durch eine Gehäusewände 250 realisiert wird. Wie bereits in Figur 1 gezeigt, werden das Sensorelement und die Bonddrähte 130 mit einem Passivierungsmittel 140 bedeckt. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass alle Elemente sowohl des Sensorelements als auch der Verbindungselemente vollständig bedeckt sind, wobei das keine Notwendigkeit darstellt. Lediglich die Bedeckung der iorrosionsempfindlichen Bereiche stellt eine notwendige Maßnahme dar.'Vorteilhafterweise ist dabei eine Mindestdicke der Bedeckung vorgesehen, um eine ausreichenden Schutz der korrosionsempfindlichen Bereiche vor den korrosionsauslösenden Bestandteilen des Umgebungsmediums zu ermöglichen. Auf das so in das Gehäuse 250 eingebrachte Passivierungsmittel 140 wird anschließend eine zusätzliche Materialschicht 200 aufgebracht, die vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Passivierungsmittels 140 bedeckt. Dies kann beispielsweise in Form einer Membran erfolgen. Mit einer derartigen Bedeckung des Passivierungsmittels 140 wird verhindert, dass das Medium in Kontakt mit dem Passivierungsmittel 140 kommt. Bei der Wahl des Materials der zusätzlichen Materialschicht 200 ist darauf zu achten, dass die Schicht 200 ausreichend flexibel ist, um den Umgebungsdruck direkt auf das Gel weiterzuleiten. Aus diesem Grund ist es auch vorteilhaft, wenn sich zwischen Gel und Membran keine Luft mehr befindet, da sich ansonsten die eingeschlossene Luft bei Temperaturerhöhungen ausdehnen und zu einem ungewollten und störenden Drucksignal führen könnte. Weiterhin sollte das Material der Schicht 200 so gewählt werden, dass es keine korrosiven Medien aber auch kein Wasser durchlässt, wobei die Membran selbst den Medien

und einer temperaturbedingten Ausdehnung des Passivierungsmittels 140 standhalten muss.

Durch eine entsprechende Oberflächenstrukturierung der Schicht 200, beispielsweise durch ein Wellenmuster, ist ebenfalls eine Kompensation der temperaturbedingten Ausdehnung des Passivierungsmittels 140 möglich.

Als mögliches Material für die Schicht 200 bietet sich aufgrund seiner günstigen Eigenschaften Teflon an. Weiterhin kann in einer besonders geeigneten Ausführungsform die Schicht 200 aus einem Parylen ausgeführt sein oder ein solches enthalten. Unter Parylenen werden substituierte oder unsubstituierte Polyparaxylole oder Poly [2,2]-Paracyclophane verstanden. Als Substituenten kommen insbesondere Halogene wie Fluor, Chlor und Brom in Betracht, wobei die Parylene mono-, di-, tri-oder tetrasubstituiert sein können. Die Schicht 200 wird vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 1 bis 50 pm ausgeführt.

Als Passivierungsmittel werden bevorzugt Silikongele beispielsweise auf der Basis von Polydimethylsiloxan (PDMS) oder Polyphenylmethylsiloxan eingesetzt oder (per) fluorierte Silikongele wie beispielsweise perfluoriertes PDMS. Weiterhin sind Gelsysteme auf der Basis von gegebenenfalls (per) fluorierten Polyethern oder von Vinylpolymeren, die Vernetzer mit hydridischen Siloxaneinheiten, Füllstoffe, gegebenenfalls Thixotropiemittel, Haftvermittler, Inhibitoren und Katalysatoren enthalten, geeignet.

Entgegen der Darstellung in Figur 2 kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Passivierungsmittel 140 bis zur maximalen Höhe der Gehäusewände 250 verfüllt werden kann.

Dabei ist jedoch zu beachten, dass die zusätzliche Schicht 200 die gesamte Oberfläche des Passivierungsmittels 140 abzudecken hat, um einen optimalen. Schutz bzw. eine optimale Versiegelung zu bieten. Eine Möglichkeit, wie eine derartige Abdeckung erreicht werden kann, ist in Figur 3 dargestellt. In dieser Darstellung wird das bereits aus den Figuren 1 und 2 bekannte Sensorelement mit dem Passivierungsmittel 140 bis auf die Höhe der Gehäusewände 350 aufgefüllt. Anschließend wird auf das so verfiillte Gehäuse eine zusätzliche Materialschicht 300 aufgebracht, die neben dem Passivierungsmittel 140 auch Teile der Gehäusewände 350 abdeckt. Die Überlappung der Abdeckung der Gehäusewände 350 durch die Materialschicht 300 ist notwendig, um Randeffekte zu verhindern, die bei einer ungenügenden Abdeckung des Passivierungsmittels im Bereich 390 erzeugt werden könnten. Diese Randeffekte könnten sonst im ungünstigsten Fall zu einem eindringen des Mediums in das Passivierungsmittel 140 und zu einer Beschädigung des Sensorelements führen. Nach dem Aufbringen der Schicht 300 kann

optional abschließend ein als Deckel 355 konzipiertes Gehäuseoberteil fest aufgebracht werden, der die Schicht 300 auf dem Gehäuseunterteil 350 einklemmt und fixiert. Falls notwendig, kann der Deckel 355 mit dem Gehäuseunterteil 300 verschweißt oder verklebt werden. Eine Öffnung 370 im Deckel 355 ermöglicht es, den Druck des Mediums in Richtung 160 auf die Membran 190 wirken zu lassen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die zusätzliche Schicht 300 direkt in den Deckel 355 eingebracht, bevor der Deckel auf das mit dem Passivierungsmittel 140 verfiillte Gehäuseunterteil 350 aufgebracht wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Drucksensors ist der Sensor sowohl für gasförmige als auch für flüssige Medien geeignet. Hier bietet die zusätzliche Materialschicht 200 bzw. 300 einen Schutz, den das Passivierungsmittel alleine nicht bieten kann. Dadurch können beispielsweise oberflächenmikromechanisch hergestellte Drucksensoren in flüssigen Medien verwendet werden.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches den Schutz eines Sensorelements 400, einer Auswerteschaltung 420 sowie einer Bondverbindung 430 dargestellt.

Üblicherweise wird das Sensorelement 400 mit Hilfe eines Klebers oder eines Lots 410 auf das Trägerelement 100 aufgebracht. Eine Gehäusewand 450 bzw. ein Gelring ermöglicht das Auffüllen des Innenraums bzw. das Bedecken des Sensorelements 400 mit einem entsprechenden Passivierungsmittel 140, wobei die zusätzliche Materialschicht 460 gemäß Figur 4 direkt in das Passivierungsmittel 140 eingebracht werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit, dass zunächst das Passivierungsmittel 450 aufgefüllt wird, bevor die zusätzliche Materialschicht 460 eingebracht wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass auf das noch nicht erstarrte Passivierungsmittel 140 ein Plättchen aufgebracht wird, welches während des Aushärtungsprozesses versinkt. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass das Plättchen lediglich auf der Oberfläche des Passivierungsmittels 140 gelegt wird und dort verbleibt Darüber hinaus besteht die Möglichkeit die zusätzliche Materialschicht 460 durch ein Einmischen des zusätzlichen Materials in das Passivierungsmittel 140 zu erzeugen. So kann beispielsweise während des Aushärtens oder einer weiteren speziellen Behandlung des Sensors eine Vernetzung der eingebrachten Materialien erreicht werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass entsprechende Lösungsmittel bei einer Eindiffusion des Materials für die

zusätzliche Materialschicht während der Herstellung des Sensors verwendet werden. Alternativ kann das zusätzliche Material in das mittels des Passivierungsgels erzeugte Netzwerk einpolymerisiert werden. Insgesamt sind FüUstoftkonzentrationen des zusätzlichen Materials von 28 bis 50 Gewichtsprozent denkbar. In besonderen Fällen kann auch eine Gesamtfüllstoffkonzentration von 28 bis 40 Gewichtsprozent vorgesehen sein.

Die zusätzliche Materialschicht 460 am Beispiel der Figur 4 kann derart gewählt werden, dass sie den Diffusionsweg der korrosiven Bestandteile des Mediums, die in das Passivierungsmittel eindringen und die korrosionsempfindlichen Bereiche zerstören, verlängert. Dies geschieht dadurch, dass das dafür gewählte Material die Diffusionsgeschwindigkeit herabsetzt. Für eine derartige Verlängerung des Diffusionswegs der korrosiven Bestandteile bieten sich plättchenförmige Füllstoffe wie Glimmerplättchen oder auch Materialien wie Hydrotalcit, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Hydromagnesit oder Huntit an. Dabei liegt mit dem Magnesiumhydroxid ein hochtemperaturbeständiges nicht-toxisches Flammschutzmittel vor, welches gleichzeitig als Säurebinder agiert. Das Hydrotalcit kann als schichtförmiges, basisches Magnesium-Aluminium-Hydroxy-Carbonat eingesetzt werden. Alle erwähnten diffusionwegverlängernden Füllstoffe mit Ausnahme der Glimmerplatten sind gleichzeitig Basen (jedoch keine Puffer), die eindiffundierende Säuren neutralisieren. Auch inerte, upartikelförmige Füllstoffe wie z. B. Silicapartikel (Aerosil) wirken bei höheren Füllstoffgehalten diffusionwegverlängernd.

Eindiffundierende korrosive Agenzien, vor denen die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente geschützt werden müssen, können beispielsweise - Salzsäure, - Salpetersäure, Schwefelsäure, - Carbonsäuren, Alkohole, - Aldehyde oder - Ammoniak enthalten. Dabei können die Agenzien sowohl gasförmig oder als Kondensat den Sensor angreifen.

Neben der Verlängerung des Diffusionswegs kann auch vorgesehen sein, die zusätzliche Materialschicht mit einem Material auszubilden, welches die korrosiven Agenzien bzw.

Bestandteile des Mediums mittels einer chemischen Reaktion unschädlich macht. Da die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente vorwiegend von säurehaltigen Bestandteilen des Mediums angegriffen werden, ist in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, die Materialschicht und/oder das Passivierungsmittel mit basischen Verbindungen anzureichern. Dies erfolgt beispielsweise, indem aminofunktionalisierte Siloxane verwendet werden, wobei die dabei enthaltenen Aminopropylgruppen mit der Säure unter einer Salzbildung reagieren. Vorteilhaft dabei ist auch, dass aminofunktionalisierte Siloxane bei der Herstellung in das Passivierungsmittel einpolymerisiert werden können. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von hochviskosem aminoterminiertem Silikonöl, welches ebenfalls Säuren als Salze bindet. Eine ähnliche Funktion weisen Silazane wie Fluorochem PS112, ein quervernetztes Poly (1, 1-dimethylsilazan) auf.

Neben den bisher aufgeführten Materialien für die zusätzliche Materialschicht 200,300 bzw.

460 können auch Acetamide wie Bis/trimethylsily) acetamid verwendet werden, die mit Alkoholen, Phenolen und Säuren reagieren können. Eine ähnliche Wirkung wird mit Carbamaten wieN, 0-Bis (trimethylsilyl) erzielt. Darüber hinaus sind jedoch auch organische Basen wie Polyethylenimin, Polyamine oder Polyamide (PA 6. 6, PA11, PA6, PA3. 6, etc) als Bestandteile der zusätzlichen Materialschicht denkbar. Dabei können die genannten Verbindungen auch in Faserform eingebracht werden.

Die Füllstoffe Hydrotalcit, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Hydromagnesit und Calciumcarbonat sind neben ihrer diffusionswegverlängernden Wirkung auch als Säurebinder wirksam.

Mögliche Schutzschichten können durch Plasmapolymerisation siliziumorganischer Substanzen, vorzugsweise Hexamethyldisilazan (HMDS-N), Hexamethyldisiloxan (HMDS-O),<BR> Hexamethyldisilan wus), Bis-(lrimethylsilyl) methan, Decamethylcyclopentasiloxan, Octamethyltrisiloxan, Dimethylcyclosiloxane div. Kettenlänge, Methylphenylcyclosiloxane div.

Kettenlänge, Dimethyldimethoxysilan, kurzkettigen Perfluorpolyethern, Octamethylcyclotetrasilazan, Octaphenylcyclotetrasiloxan oder Parylene gebildet werden.