DE4105118C1 - Miniature electrostatic pump or flow velocity sensor - has active zone protected while remainder of semiconductor device is embedded in resin mass - Google Patents
Miniature electrostatic pump or flow velocity sensor - has active zone protected while remainder of semiconductor device is embedded in resin massInfo
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Abstract
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.The present invention relates to a method for manufacturing position of a unit with a through etching Ver drive miniaturi formed from a semiconductor material based, electrostatically operated pump or such a gene sensor according to the preamble of claim 1 and a such assembly according to the preamble of claim 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.Recently, such novel microminiaturi are based on etching technology from a semiconductor material-formed electrostatically operated pumps or Sensors for determining the flow velocity of a Fluids, hereinafter referred to as actuators or sensors a fluid through which a fluid flows, essentially transverse to the direction of flow of the fluid have extending flow area. Such Actuators are, for example, in DE 39 25 749 C1 detector and such sensors are in the German Pa tent registration P 40 27 704.6-52. So far it is missing on a suitable housing for such a high sensitive, microminiaturized, by etching ver drive or formed from a semiconductor material Sensor that a fluid can flow through, located in the essentially transversely to the direction of flow of the fluid stretching flow area.
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.From US 32 67 859 is a housing for a dielectric Liquid pump known, which consists of a non-conductive Material such as glass or plastic is. This housing is cylindrical and in it are the electrodes for the dielectric liquid speed pump. The flow area of these electrodes extends essentially to the inner wall of the Ge house. Connection connections in the form of wires are abge seals out through the housing wall. The case se has opposite fluid passage openings on, to the outwardly extending pipe sections for Connect with a fluid line. For one highly sensitive, microminiaturized, by etching techni cal process formed from a semiconductor material electrohydrodynamic actuator or sensor that one of a fluid can flow through, essentially transverse to Flow direction of the fluid extending Durchströmungsbe rich, the known housing is suitable Not.
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.From GB-PS 8 23 783 is a manufacturing process for dynamoelectric machine or an electric motor known where the stator along with other parts of the motor or the machine that should not be rotatable in is cast into a housing with a potting compound.
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.From DE-AS 24 58 719 is an ionization flow meter known that two spaced apart in a housing Has metal grid structures, between which one Injection electrode in the form of an electrode wire is arranged. From the runtime of injected electrons from the electrode wire to the spaced apart Electrode structures can affect the flow rate of a fluid closed perpendicular to the electrode structure will.
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. The present invention has for its object a Unit with a microminiaturized, by etching cal process formed from a semiconductor material Actor or sensor to create a body with one active active transversely to the direction of fluid flow Has area that fulfills a housing function.
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.This object is achieved in a method for producing a structural unit according to the Oberbe handle of claim 1 by the in the characterizing part of the claim Ches 1 specified features solved.
Diese Aufgabe wird ferner bei einer Baueinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 durch die im Kennzeichen des Anspruches 5 angegebenen Merkmale gelöst.This task is also in a unit according to Preamble of claim 5 by the in the hallmark of Claim 5 specified features solved.
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. In the unit with miniaturized, advantageously microminiaturized actuator or sensor according to the invention is the fluid directly flowed through, i.e. H. active and electrodeed area of the body of the Actuator or sensor compared to the rest of the area Body of the actuator or sensor sealed. This allows in the one adjacent to the body, opposite a fluid separated area for example contacts, electrical Connections or circuit components can be provided, without these elements coming into contact with the fluid or exposed to a threat to their functionality are.
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.This differentiation from that through the active area flowing fluid takes place in that the body of the actuator or sensor is poured into a casting compound, wherein the active area when potting before penetration of the Potting compound is protected so that after the solidification of the Potting compound when using the assembly, the fluid can flow through the active area.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the subject matter of the invention are specified in the subclaims.
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.Advantageously, the construction within the scope of the invention unit can also contain more than one actuator or sensor. From It is advantageous if at least one connecting flange on the Unit provided for connection to a fluid line is, which is formed integrally with the casting at the same time det or is cast.
Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand eines Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The subject matter of the invention is based on an off management example with reference to the drawings explained. Show it:
Fig. 1 einen in einer Form zum Vergießen mit einer Vergußmasse angeordneten Aktor oder Sensor; und1 shows a in a mold for molding with a sealing compound arranged actuator or sensor. and
Fig. 2 eine Baueinheit nach der Erfindung. Fig. 2 shows an assembly according to the invention.
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. In Fig. 1, an electrohydrodynamic actuator 1 or sensor is shown with a body 2 formed by etching technology from a semiconductor material, which is arranged in a mold formed from two mold parts 6 and 7 is arranged. There is a free space 5 between the molded parts 6 and 7 and the exterior of the body 2 , which is filled with a potting compound. In the following, only one actuator is referred to, although the statements apply in the same way to a sensor.
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.The actuator 1 arranged in the casting mold 6 , 7 has a body 2 and an active region 3 . In this active area 3 electrodes 4 are arranged, which are only schematically indicated here. A fluid flows through the active area 3 when the actuator 1 is used , which fluid is pumped by suitably acting on the electrodes 4 with an electrical potential. At connection connections, not shown, run inside the body 2 to external connection contacts, also not shown.
Elektrische Bauteile oder auch integrierte Schaltungen mit den erforderlichen Leitungsverbindungen können in dem Körper 2 vorgesehen sein.Electrical components or also integrated circuits with the required line connections can be provided in the body 2 .
Für den praktischen Einsatz ist es wichtig, daß der Aktor 1 möglichst gut gegenüber Beschädigungen, mechanischen Ein flüssen und/oder Umwelteinflüssen geschützt ist.For practical use it is important that the actuator 1 is protected as well as possible against damage, mechanical influences and / or environmental influences.
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.In the context of the invention it is provided to shed the actuator at least partially, preferably entirely, with a suitable Vergußmas se, so that it is enclosed in a protective housing, as it were. This type of enclosure of the actuator 1 ensures that the highly sensitive body 2 , which is largely free of mechanical stresses, is sealed by etching techniques from a semiconductor material.
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.So that the operation of the actuator 1 is not impaired, the active area 2 of the actuator 1 must be kept free from the sealing compound. The two molded parts 6 and 7 are therefore in formal coordination with the shape of the actuator, each with an inner projection 8 and 9 forms out. These two projections 8 and 9 come to lie in closed form so that they close the active area 3 , through which a fluid flows during operation. The cross-sectional area of the two projections 8 and 9 is adapted to the cross-sectional area of the active area 3 of the actuator 1 in such a way that no potting compound can penetrate into the active area 3 during casting.
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.One of the projections 8 and 9 or both can be formed in such a way that there is a connection to the fluid lines to be connected to the actuator 1 . For example, the jumps 8 and 9 can be designed with a step such that when the actuator 1 is cast from its outer surface, a section with a larger diameter than the active area is present in the area for fluid passage, ie there is an annular shoulder. This section can take up an end section of a fluid line to be connected.
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.For casting, the actuator 1 is arranged between the two molded parts 6 and 7 in the manner shown in FIG. 1. The molded part 7 is formed with a pouring opening 10 through which a potting compound 11 , for. B. a suitable casting resin is brought.
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. FIG. 2 shows a hydrodynamic structural unit of the invention with the schematically represented actuator 1 and the potting compound 11 surrounding it in the shape of a housing. It can be seen that the active area 3 is left free.
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.Injection molding is a suitable method for casting. In the form shown in Fig. 1, the two mold parts 6 and 7 are reusable. With a suitable training of the shape or the corresponding molded parts, at least one connecting piece for a fluid line can also be molded at the same time. If at the same time a connection piece is poured for the fluid inlet and for the fluid outlet, the overall result is a very compact and easy-to-use unit.
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.But it is also possible to use cover or locking elements instead of providing the protrusions that can only be used once are because they are e.g. B. destroyed when removed.
Claims (7)
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.1. A process for producing a structural unit with a miniaturized, electrostatically operated pump or such a sensor formed by etching processes from a semiconductor material or such a sensor for determining the flow velocity of a fluid, with a body ( 2 ) having an active region directed transversely to the direction of fluid flow ( 3 ), characterized in
that the active area ( 3 ) of the body ( 2 ) of the pump or the sensor is covered with blocking elements ( 8 , 9 ) against the penetration of a potting compound ( 11 ),
that the body ( 2 ) of the pump or the sensor is at least partially covered with a casting compound ( 11 ),
that the locking elements ( 8 , 9 ) are removed to expose the active area ( 3 ), and
that at least one connecting piece for connecting the assembly to a fluid line is formed simultaneously with the potting with the potting compound ( 11 ).
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.5. A unit with a miniaturized, electrostatically operated pump or such a sensor formed by etching processes from a semiconductor material and having a body ( 2 ) with an active region ( 3 ) oriented transversely to the fluid flow direction, characterized in that
that the body ( 2 ) of the pump or the sensor with the exception of the active region ( 3 ) is at least partially surrounded by a casting compound ( 11 ), and
that the assembly has at least one cast during casting with the sealing compound ( 11 ) for connecting the assembly to the United connection with a fluid line.
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1991
- 1991-02-19 DE DE19914105118 patent/DE4105118C1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |