DE4105118C1 - Miniature electrostatic pump or flow velocity sensor - has active zone protected while remainder of semiconductor device is embedded in resin mass - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her­ stellung einer Baueinheit mit einer durch ätztechnische Ver­ fahren aus einem Halbleiterwerkstoff gebildeten miniaturi­ sierten, elektrostatisch betriebenen Pumpe oder einem derarti­ gen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine solche Baueinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5.

In jüngster Zeit sind derartige neuartige, mikrominiaturi­ sierte, durch ätztechnische Verfahren aus einem Halbleiter­ werkstoff gebildete elektrostatisch betriebene Pumpen oder Sensoren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids, nachfolgend kurz Aktoren oder Sensoren genannt, ent­ wickelt worden, die einen von einem Fluid durchströmbaren, sich im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Fluids erstreckenden Durchströmungsbereich aufweisen. Derartige Aktoren sind beispielsweise in der DE 39 25 749 C1 der An­ melderin und derartige Sensoren sind in der deutschen Pa­ tentanmeldung P 40 27 704.6-52 beschrieben. Bislang fehlt es an einem geeigneten Gehäuse für einen derartigen hochem­ pfindlichen, mikrominiaturisierten, durch ätztechnische Ver­ fahren aus einem Halbleiterwerkstoff gebildeten Aktor oder Sensor, der einen von einem Fluid durchströmbaren, sich im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Fluids er­ streckenden Durchströmungsbereich aufweist.

Aus der US 32 67 859 ist ein Gehäuse für eine dielektrische Flüssigkeitspumpe bekannt, welches aus einem nichtleitenden Material, wie zum Beispiel Glas oder Kunststoff, hergestellt ist. Dieses Gehäuse ist zylindrisch ausgebildet und in ihm befinden sich die Elektroden für die dielektrische Flüssig­ keitspumpe. Der Durchströmungsbereich dieser Elektroden er­ streckt sich im wesentlichen bis zur Innenwandung des Ge­ häuses. Anschlußverbindungen in Form von Drähten sind abge­ dichtet durch die Gehäusewand nach außen geführt. Das Gehäu­ se weist einander gegenüberliegende Fluiddurchlaßöffnungen auf, an die sich nach außen erstreckende Rohrabschnitte zur Verbindung mit einer Fluidleitung anschließen. Für einen hochempfindlichen, mikrominiaturisierten, durch ätztechni­ sche Verfahren aus einem Halbleiterwerkstoff gebildeten elektrohydrodynamischen Aktor oder Sensor, der einen von einem Fluid durchströmbaren, sich im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Fluids erstreckenden Durchströmungsbe­ reich aufweist, eignet sich das bekannte Gehäuse jedoch nicht.

Aus der GB-PS 8 23 783 ist ein Herstellungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine oder einen Elektromotor bekannt, bei dem der Stator zusammen mit weiteren Teilen des Motors bzw. der Maschine, die nicht drehbeweglich sein sollen, in einem Gehäuse mit einer Vergußmasse eingegossen wird.

Aus der DE-AS 24 58 719 ist ein Ionisations-Durchflußmeßgerät bekannt, das in einem Gehäuse zwei voneinander beabstandete Metallgitterstrukuren aufweist, zwischen denen eine Injektionselektrode in Form eines Elektrodendrahtes angeordnet ist. Aus der Laufzeit injizierter Elektronen von dem Elektrodendraht zu den hierzu beabstandeten Elektrodenstrukuren kann auf die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids senkrecht zu der Elektrodenstruktur geschlossen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit mit einem mikrominiaturisierten, durch ätztechni­ sche Verfahren aus einem Halbleiterwerkstoff gebildeten Aktor oder Sensor zu schaffen, der einen Körper mit einem quer zur Fluidströmungsrichtung ausgerichteten aktiven Bereich aufweist, die eine Gehäusefunktion erfüllt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 durch die im Kennzeichen des Anspru­ ches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese Aufgabe wird ferner bei einer Baueinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 durch die im Kennzeichen des Anspruches 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Baueinheit mit miniaturisiertem, vorteilhafterweise mikrominiaturisiertem Aktor bzw. Sensor nach der Erfindung ist der unmittelbar von einem Fluid durchströmte, d. h. aktive und mit Elektroden versehene Bereich des Körpers des Aktors bzw. Sensors gegenüber dem übrigen Bereich des Körpers des Aktors oder Sensors abgedichtet. Dadurch können in dem an den Körper angrenzenden, gegenüber einem Fluid abgetrennten Bereich beispielsweise Kontakte, elektrische Anschlüsse oder auch Schaltungsbauteile vorgesehen sein, ohne daß diese Elemente mit dem Fluid in Berührung kommen oder einer Gefährdung ihrer Funktionstüchtigkeit ausgesetzt sind.

Diese Abgrenzung gegenüber dem durch den aktiven Bereich strömenden Fluid erfolgt dadurch, daß der Körper des Aktors oder Sensors in eine Vergußmasse eingegossen wird, wobei der aktive Bereich beim Vergießen vor einem Eindringen der Vergußmasse geschützt wird, so daß nach der Verfestigung der Vergußmasse bei der Verwendung der Baueinheit das Fluid durch den aktiven Bereich strömen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

In vorteilhafter Weise kann im Rahmen der Erfindung die Bau­ einheit auch mehr als einen Aktor oder Sensor enthalten. Von Vorteil ist es, wenn wenigstens ein Anschlußflansch an der Baueinheit zur Verbindung mit einer Fluidleitung vorgesehen ist, der gleichzeitig mit dem Vergießen einstückig ausgebil­ det bzw. mitgegossen wird.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand eines Aus­ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen in einer Form zum Vergießen mit einer Vergußmasse angeordneten Aktor oder Sensor; und

Fig. 2 eine Baueinheit nach der Erfindung.

In der Fig. 1 ist ein elektrohydrodynamischer Aktor 1 oder Sensor mit einem durch ätztechnische Verfahren aus einem Halbleiterwerkstoff gebildeten Körper 2 dargestellt, der in einer aus zwei Formteilen 6 und 7 gebildeten Gießform ange­ ordnet ist. Zwischen den Formteilen 6 und 7 und dem Äußeren des Körpers 2 besteht ein freier Raum 5, der mit einer Vergußmasse gefüllt wird. Im folgenden wird nur auf einen Aktor Bezug genommen, obgleich die Ausführungen in gleicher Weise auf einen Sensor zutreffen.

Der in der Gießform 6, 7 angeordnete Aktor 1 weist einen Körper 2 und einen aktiven Bereich 3 auf. In diesem aktiven Bereich 3 sind Elektroden 4 angeordnet, die hier nur schema­ tisch angedeutet dargestellt sind. Durch den aktiven Bereich 3 strömt beim Einsatz des Aktors 1 ein Fluid, welches durch geeignete Beaufschlagung der Elektroden 4 mit einem elek­ trischen Potential gepumpt wird. Nicht dargestellte An­ schlußverbindungen verlaufen innerhalb des Körpers 2 zu äußeren ebenfalls nicht dargestellten Anschlußkontakten.

Elektrische Bauteile oder auch integrierte Schaltungen mit den erforderlichen Leitungsverbindungen können in dem Körper 2 vorgesehen sein.

Für den praktischen Einsatz ist es wichtig, daß der Aktor 1 möglichst gut gegenüber Beschädigungen, mechanischen Ein­ flüssen und/oder Umwelteinflüssen geschützt ist.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, den Aktor zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, mit einer geeigneten Vergußmas­ se zu vergießen, so daß er gleichsam in einem Schutzgehäuse eingeschlossen ist. Diese Art der Umschließung des Aktors 1 gewährleistet eine weitgehend von mechanischen Spannungen frei Aufnahme und Abdichtung des hochempfindlichen, durch ätztechnische Verfahren aus einem Halbleiterwerkstoff gebil­ deten Körpers 2.

Damit die Funktionsweise des Aktors 1 nicht beeinträchtigt wird, muß der aktive Bereich 2 des Aktors 1 von der Verguß­ masse freigehalten bleiben. Die beiden Formteile 6 und 7 sind deshalb in formmäßiger Abstimmung auf die Form des Aktors mit jeweils einem inneren Vorsprung 8 bzw. 9 ausge­ bildet. Diese beiden Vorsprünge 8 und 9 kommen bei geschlos­ sener Form so zu liegen, daß sie den aktiven Bereich 3 ver­ schließen, durch den beim Betriebseinsatz ein Fluid strömt. Die Querschnittsfläche der beiden Vorsprünge 8 und 9 ist an die Querschnittsfläche des aktiven Bereiches 3 des Aktors 1 derart angepaßt, daß beim Vergießen keine Vergußmasse in den aktiven Bereich 3 eindringen kann.

Einer der Vorsprünge 8 und 9 oder auch beide können so aus­ gebildet werden, daß sich eine Verbindung mit an den Aktor 1 anzuschließenden Fluidleitungen ergibt. So können die Vor­ sprünge 8 und 9 mit einer Stufe derart ausgebildet sein, daß bei vergossenem Aktor 1 von dessen äußerer Oberfläche her gesehen im Bereich für den Fluiddurchtritt ein Abschnitt mit einem größeren Durchmesser als der aktive Bereich vorliegt, d. h. es ergibt sich eine Ringschulter. Dieser Abschnitt kann einen Endabschnitt einer zu verbindenden Fluidleitung auf­ nehmen.

Zum Vergießen wird der Aktor 1 in der in Fig. 1 gezeigten Weise zwischen den beiden Formteilen 6 und 7 angeordnet. Der Formteil 7 ist mit einer Eingußöffnung 10 ausgebildet, durch die eine Vergußmasse 11, z. B. ein geeignetes Gießharz ein­ gebracht wird.

Fig. 2 zeigt eine hydrodynamische Baueinheit der Erfindung mit dem schematisch dargestellten Aktor 1 und der ihn gehäu­ seförmig umgebenden Vergußmasse 11. Es ist zu erkennen, daß der aktive Bereich 3 freigelassen ist.

Als Verfahren zum Vergießen eignet sich das Spritzgußver­ fahren. Bei der in Fig. 1 gezeigten Form sind die beiden Formteile 6 und 7 wiederverwendbar. Bei geeigneter Ausbil­ dung der Form bzw. der entsprechenden Formteile läßt sich auch gleichzeitig mindestens ein Anschlußstutzen für eine Fluidleitung mitformen. Wird für den Fluidzutritt und für den Fluidaustritt gleichzeitig je ein Anschlußstutzen mitge­ gossen, so erhält man insgesamt eine sehr kompakte und gut handhabbare Baueinheit.

Es ist aber auch möglich, Abdeckungs- oder Sperrelemente statt der Vorsprünge vorzusehen, die nur einmal verwendbar sind, da sie z. B. bei ihrem Entfernen zerstört werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit mit einer durch ätztechnische Verfahren aus einem Halbleiterwerk­ stoff gebildeten miniaturisierten, elektrostatisch be­ triebenen Pumpe oder einem derartigen Sensor zur Bestim­ mung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids, mit einem Körper (2) mit einem quer zur Fluidströmungsrichtung aus­ gerichteten aktiven Bereich (3), dadurch gekennzeichnet,
daß der aktive Bereich (3) des Körpers (2) der Pumpe oder des Sensors gegenüber dem Eindringen einer Vergußmasse (11) mit Sperrelementen (8, 9) abgedeckt wird,
daß der Körper (2) der Pumpe oder des Sensors mit einer Vergußmasse (11) zumindest teilweise überdeckt wird,
daß die Sperrelemente (8, 9) entfernt werden, um den aktiven Bereich (3) freizulegen, und
daß mindestens ein Anschlußstutzen zur Verbindung der Baueinheit mit einer Fluidleitung gleichzeitig mit dem Vergießen mit der Vergußmasse (11) ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektrisches mit der Pumpe oder dem Sensor elektrisch verbundenes Bauelement gemeinsam mit dem Körper (2) vergossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Pumpe oder ein Sensor in einer Bauein­ heit vorgesehen und vergossen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Sperrelemente nach innen weisende Vorsprünge (8, 9) einer Gießform (6, 7) verwendet werden, in der der Körper (2) der Pumpe oder des Sensors zum Vergießen an­ geordnet wird.

5. Baueinheit mit einer durch ätztechnische Verfahren aus einer Halbleiterwerkstoff gebildeten miniaturisierten, elektrostatisch betriebenen Pumpe oder einem derartigen Sensor, der einen Körper (2) mit einem quer zur Fluid­ strömungsrichtung ausgerichteten aktiven Bereich (3) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Körper (2) der Pumpe oder des Sensors mit Aus­ nahme des aktiven Bereiches (3) zumindest teilweise von einer Vergußmasse (11) umgeben ist, und
daß die Baueinheit mindestens einen beim Vergießen mit der Vergußmasse (11) gegossenen Anschlußstutzen zur Ver­ bindung der Baueinheit mit einer Fluidleitung aufweist.

6. Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektrisches mit der Pumpe oder dem Sensor elektrisch verbundenes Bauelement vorgesehen und von der Vergußmasse (11) eingeschlossen ist.

7. Baueinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß mehr als eine Pumpe oder ein Sensor in einer Bauein­ heit vorgesehen und vergossen ist.