CN107743578A

CN107743578A - 具有活性钎焊的压力传感器

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Publication number: CN107743578A
Application number: CN201680031779.0A
Authority: CN
Inventors: 安德烈亚斯·罗斯贝格; 埃尔克·施密特; 马库斯·雷滕迈尔; 彼得·西格蒙德; 乌塔·库恩; 西蒙·保利; 尼尔斯·波纳特
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2018-02-27
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: WO2016198227A1; CN107743578B; EP3304019A1; DE102015108950A1; US10908044B2; EP3304019B1; US20180292282A1

Abstract

本发明涉及一种压力传感器，其包括经由活性钎焊接合部(7)连接在一起的两个主体，该活性钎焊接合部(7)通过对活性硬焊料进行活性钎焊来生产，该两个主体特别是测量膜(1)，尤其是陶瓷测量膜(1)，和基础主体(3)，特别是陶瓷基础主体(3)，所述测量膜通过施加压力且经受压力(p)而可弹性变形，该测量膜(1)和基础主体(3)通过连接测量膜(1)的外边缘(包含压力室(5))与基础主体(3)的面向测量膜(1)的前侧的外边缘的活性钎焊接合部(7)连接，压力传感器的测量特性被改进在于，活性钎焊接合部(7)具有取决于活性钎焊接合部(7)的度量和主体的材料，并且适配于至少一个主体，特别是测量膜(1)的热膨胀系数的热膨胀系数。

Description

具有活性钎焊的压力传感器

本发明涉及一种压力传感器，该压力传感器具有经由活性钎焊接合部彼此连接的两个部件，该活性钎焊接合部通过利用活性硬焊料或钎焊料进行的活性硬焊或钎焊制造，本发明尤其是涉及具有可压力接触的、依赖于压力地可弹性变形的测量膜(尤其是陶瓷测量膜)和平台(尤其是陶瓷平台)的压力传感器，该测量膜和平台通过连接测量膜(其覆盖压力室)的外边缘与平台的端部的面向测量膜的外边缘的活性硬焊料或钎焊料的接合部而被连接。本发明还涉及用于制造这种压力传感器的方法。

作为绝对压力传感器、相对压力传感器和压差传感器实现的压力传感器广泛地应用于工业测量技术的几乎所有部分中。

EP 490 807 A1描述了一种陶瓷压力传感器，其具有：

-与压力可接触的依赖于压力地可弹性变形的陶瓷测量膜，

-陶瓷平台，以及

-将测量膜(其覆盖压力室)的外边缘与平台的端部的面向测量膜的外边缘连接的活性钎焊接合部。

为了减少压力传感器内的热机械应力，尤其是在测量膜的区域中的热机械应力，对于活性钎焊接合部，优选地应用了具有与平台和测量膜的陶瓷的热膨胀系数匹配的热膨胀系数的活性硬焊料或钎焊料。为此，对于氧化铝陶瓷合适的是在EP 490 807A1中提到的由Zr-Ni合金和钛构成的三重活性硬焊料或钎焊料。

在DE 10 2012 110 618 A1中描述了一种陶瓷压力传感器，其具有经由活性钎焊接合部与陶瓷平台连接的测量膜并且对于其制造，应用了焊料或钎焊料、活性硬焊料或钎焊料的芯，在陶瓷压力传感器的面向测量膜和平台的侧面上，在每一种情形中，陶瓷压力传感器具有由活性硬焊料或钎焊料构成的涂层，其具有比焊料或钎焊芯的活性硬焊料或钎焊料低的液相温度。该涂层由锆、镍、钛和铝构成。测量膜和平台的接合在此在焊接温度下发生，在该焊接温度下，涂层润湿陶瓷，同时焊料或钎焊料芯基本上保持不变。在这种情形下，例如，应用于焊料或钎焊料芯的是由活性硬焊料或钎焊料的组成的变化确定的活性硬焊料或钎焊料，该活性硬焊料或钎焊料由锆、镍和钛构成并且具有与测量膜和平台的陶瓷的热膨胀系数尽可能相似的热膨胀系数。

然而，在活性钎焊料的情形中的热机械应力也不完全被上述措施阻止。因而，作用于测量膜上的应力导致测量膜的依赖于压力的变形的改变并且进而影响压力传感器的测量性能。经常随环境温度可变的这些应力引起测量结果的另外的温度依赖性。此外，它们可以引起依赖于环境温度和/或待测量的压力的时间变化的测量结果的迟滞，这导致可实现的测量精度的降低。

本发明的目的是提供具有改进的测量性能的压力传感器。

为此，本发明在于一种压力传感器，包括：

-经由活性钎焊接合部彼此连接的两个部件，该活性钎焊接合部通过利用活性硬焊料或钎焊料进行的活性硬焊或钎焊制造，该两个部件尤其是可接触压力的、依赖于压力地可弹性变形的测量膜，尤其是陶瓷测量膜，和平台，尤其是陶瓷平台，该测量膜和平台通过连接测量膜(其覆盖压力室)的外边缘与平台的端部的面向测量膜的外边缘的活性钎焊接合部连接，

-其中，活性钎焊接合部具有取决于活性钎焊的尺寸和部件的材料并且与部件中的至少一个，尤其是测量膜的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。

进一步的发展在于本发明的压力传感器，在此情形中，活性钎焊接合部的热膨胀系数和匹配的部件，尤其是测量膜的热膨胀系数之间的差异具有小于活性硬焊料或钎焊料的热膨胀系数与部件的热膨胀系数之间的差异的绝对值。

实施方式在于本发明的压力传感器，在此情形中，

-部件中的至少一个，尤其是测量膜或测量膜和平台，由氧化物陶瓷，尤其是氧化铝构成，并且

-活性硬焊料或钎焊料包含锆、镍和钛。

在上述实施方式的进一步发展中，活性硬焊料或钎焊料包含铜和/或铝。

进一步的发展在于本发明的压力传感器，在此情形中，活性钎焊接合部由具有组成Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅、Zr₆₀Ni₈Ti₂Cu₂₀Al₁₀、Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀、Zr₄₇Ni₃₅Ti₁₈、Zr₅₈Ni₂₃Ti₉Cu₁₀、Zr_52.5Ni_14.6Ti₅Cu_17.9Al₁₀、Zr₄₃Ni₃₃Ti₂₄或Zr₁₁Ni₈Ti₃₄Cu₄₇的活性硬焊料或钎焊料生产。

另外，本发明在于用于测量本发明的压力传感器的活性钎焊接合部的热膨胀系数的装置，包括：

-两个测量主体，尤其是由压力传感器的匹配部件的材料构成的两个测量主体，

--所述两个测量主体经由活性钎焊接合部彼此连接，所述活性钎焊接合部由相同的活性硬焊料或钎焊料生产，具有待测量的膨胀系数的活性钎焊接合部也由该相同的活性硬焊料或钎焊料生产，并且所述活性钎焊接合部具有与这样的活性钎焊接合部相同的尺寸，

--所述两个测量主体在相互面向的端部上具有电极，其中电极形成具有取决于其电极间隔的电容的电容器，所述电极间隔取决于活性钎焊接合部的依赖于温度的高度，

-加热装置，以及

-测量电路，所述测量电路连接到电极，所述测量电路测量在活性钎焊接合部的至少两个不同的温度下电容器的电容，并且基于其对活性钎焊接合部的高度的依赖性，尤其是基于其对活性钎焊接合部的高度的依赖性和测量的电容的温度依赖性，尤其是取决于电极的电极面积的温度依赖性的测量的电容的温度依赖性，确定活性钎焊接合部的热膨胀系数。

该装置的进一步发展在于装置，在此情形中，

-电极具有相同的构造且是圆盘形的，并且

-电极的电极面积的温度依赖性基于电极的依赖于温度的直径被考虑，其根据电极膨胀系数随温度近似线性地升高，

--其中，电极膨胀系数尤其是基于利用本发明的两个装置执行的电容测量确定的电极膨胀系数，该两个装置仅它们的电极的直径不同。

该装置的另一个进一步发展在于装置，在此情形中，电极是盘形的并且具有与活性钎焊接合部的高度相比小的盘厚度，尤其是比活性钎焊接合部的高度小10²的数量级的盘厚度。

另外，本发明在于用于制造本发明的压力传感器的方法，其中，用于制造压力传感器的活性钎焊接合部的活性硬焊料或钎焊料通过一种方法来确定，在该方法的情形中，执行至少一个测量，在该测量的情形中，确定利用活性硬焊料或钎焊料执行的活性钎焊接合部的热膨胀系数，其中该活性钎焊接合部的尺寸等于压力传感器的活性钎焊接合部的尺寸并且其中两个主体，尤其是压力传感器的匹配部件的材料的两个主体，通过所述活性钎焊接合部彼此连接。

该方法的进一步发展提供了，一个或多个测量在一种方法中执行，在该情形中，

-两个测量主体，尤其是由压力传感器的匹配部件的材料构成的两个测量主体，经由活性钎焊接合部彼此连接，所述活性钎焊接合部由活性硬焊料或钎焊料生产，具有待测量的膨胀系数的活性钎焊接合部由所述活性硬焊料或钎焊料生产，并且所述活性钎焊接合部具有与后者相同的尺寸，

--其中所述测量主体在相互面向的端部上具有电极，并且电极形成具有取决于其电极间隔的电容的电容器，所述电极间隔取决于活性钎焊接合部的依赖于温度的高度，

-所述电容器的电容在所述活性钎焊接合部的至少两个不同的温度下测量，并且基于其对所述活性钎焊接合部的高度的依赖性，尤其是基于其对所述活性钎焊接合部的高度的依赖性和测量的电容的温度依赖性，尤其是取决于电极的电极面积的温度依赖性的测量的电容的温度依赖性，确定所述活性钎焊接合部的热膨胀系数。

上一方法的进一步发展包括一种方法，在该方法的情形中，

-电极具有相同的构造且是圆盘形的，并且

--其中，所述电极膨胀系数尤其是基于利用本发明的两个装置执行的电容测量确定的电极膨胀系数，该两个装置仅它们的电极的直径彼此不同。

本发明的方法的进一步发展在于一种方法，在此情形中，生产压力传感器的活性钎焊接合部的活性硬焊料或钎焊料通过以下方式来确定，

-对于压力传感器的部件的活性钎焊，确定不同组成的适合的测试硬焊料或钎焊料，尤其是包含适合于部件的活性钎焊的初始硬焊料或钎焊料的组分的测试硬焊料或钎焊料，

-测量利用所述测试硬焊料或钎焊料生产的活性钎焊接合部的热膨胀系数，以及

-基于所测量的膨胀系数，确定测试硬焊料或钎焊料作为活性硬焊料或钎焊料，在该情形中，由此制造的活性钎焊接合部的热膨胀系数和部件中的至少一个的热膨胀系数之间的差异具有最小的绝对值。

在上述进一步发展的第一实施方式中，

-测试硬焊料或钎焊料中的至少一种仅由初始硬焊料或钎焊料的组分构成，和/或

-测试硬焊料或钎焊料中的至少一种包括补充初始硬焊料或钎焊料的组分的至少一种其它组分。

在上述进一步发展的第二实施方式中，

-部件中的至少一个由氧化物陶瓷，尤其是氧化铝构成，

-测试硬焊料或钎焊料包含组分锆、镍和钛，并且

-至少一种测试硬焊料或钎焊料仅由锆、镍和钛构成，和/或至少一种测试硬焊料或钎焊料包括锆、镍和钛和至少一种其它组分，尤其是铜或铝。

本发明的方法的进一步发展在于一种方法，在该方法的情形中，利用活性硬焊料或钎焊料，尤其是初始硬焊料或钎焊料、或测试硬焊料或钎焊料执行的活性钎焊接合部的热膨胀系数被确定，所述活性硬焊料或钎焊料具有组成Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅、Zr₆₀Ni₈Ti₂Cu₂₀Al₁₀、Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀、Zr₄₇Ni₃₅Ti₁₈、Zr₅₈Ni₂₃Ti₉Cu₁₀、Zr_52.5Ni_14.6Ti₅Cu_17.9Al₁₀、Zr₄₃Ni₃₃Ti₂₄或Zr₁₁Ni₈Ti₃₄Cu₄₇。

现在将基于附图更详细地解释本发明及其优点，在附图中显示了实施方式的示例。在附图中相同的元件用相同的附图标记提供。附图显示如下：

图1是陶瓷压力传感器；以及

图2是用于测量活性钎焊接合部的热膨胀系数的布置。

图1举例显示了压力传感器的实施方式的一部分。该压力传感器包括布置在平台3上的可用压力p加载的且依赖于压力地可弹性变形的测量膜1。测量膜1且优选地还有平台3优选地由陶瓷，例如，氧化铝(Al₂O₃)构成，并且彼此压力紧密地连接以包围压力室5。为此，测量膜1的面向平台3的外边缘借助于活性钎焊接合部7与平台3的端部的面向测量膜1的外边缘连接。因而，压力传感器由经由活性钎焊接合部7彼此连接的两个部件形成。

所示的压力传感器可以以绝对压力传感器的形式实现。在这种情形中，包围在测量膜1下方的压力室5被抽空。可替代地，压力传感器可以以相对压力传感器的形式实现，在该情形中，压力室5经由在图1中延伸穿过平台3的孔9(用虚线绘制)被供给参考压力p_ref，例如大气压。因而，在相对压力传感器的情形中，作用于测量膜1的压力p参考参考压力p_ref来记录。本发明自然地也能够关于形成为压差传感器的压力传感器来完全地类似地应用，其具有经由活性钎焊接合部与平台连接的至少一个测量膜。

压力传感器包括机电换能器，该机电换能器在计量学上用于记录测量膜1的依赖于压力的变形。换能器包括例如随测量膜1的压力相关的偏转改变的电容的至少一个电容器。电容器包括施加在面向平台3的测量膜1上的电极11和施加在面向测量膜1的平台3的端部上的对置电极13。电容器的依赖于压力的电容或其变化经由连接到电极11和对置电极13的测量电子器件(未显示)来记录并且转变成依赖于压力的测量信号，该依赖于压力的测量信号然后可用于显示、另外的处理和/或评估。

通过预制测量膜1和平台3、并且将电极11和对置电极13施加在测量膜1和平台3的相应面上，例如通过溅射沉积，来生产本发明的压力传感器。在这种情形中，通过在延伸穿过平台3的孔中插入接触针15(例如钽针)可以同时提供对置电极13的电连接，以便建立与对置电极13的导电连接。然后，测量膜1和平台3通过活性硬焊或钎焊彼此压力紧密地连接，以便包围压力室5。为此，在待由活性钎焊接合部7连接的平台3和测量膜1的相互面向的外边缘之间布置了活性硬焊料或钎焊料的焊料层。硬焊料/钎焊料层可以例如以EP 490807A1中描述的方式实现，作为硬焊料/钎焊料糊状物沉积或者以预制硬焊料/钎焊料预制件(例如，硬焊料/钎焊料的环)的形式放置在适当位置。以这种方式，可以制造大于或等于30μm的高度h的活性钎焊接合部7。根据DE 10 2010 043 119 A1描述的方法可以实现连接测量膜1和平台3的活性钎焊接合部7的较小的最小高度和与此相关的更有利于实现较高的测量精度的较小的电极间隔，在DE 10 2010 043 119 A1中焊料层借助于气相沉积被施加在接合表面中的一个上或者部分地施加在接合表面中的两者上。以这种方式，可以生产具有约10μm数量级的高度h的活性钎焊接合部7。

在引入或施加焊料层之后，由平台3、硬焊料/钎焊料层和测量膜1形成的总布置在真空下被加热到高于活性硬焊料或钎焊料的熔化温度的硬焊/钎焊温度，并且保持在那里持续一段时间，尤其是5分钟至15分钟的时间。可替代地，可以使用在DE 10 2011 005 665A1中描述的活性硬焊或钎焊方法，在此情形中，硬焊料/钎焊料层利用激光辐射在真空下完全熔化。

在硬焊/钎焊温度下，活性硬焊料或钎焊料的活性组分与陶瓷反应。在这种情形中，由于陶瓷的减少，在陶瓷与活性硬焊料或钎焊料之间形成了机械强度高的化学连接。由于该化学反应，在每一种情形中，在面向测量膜1和平台3的活性钎焊接合部7的侧面上形成了连接层17，该连接层17关于其组成以及也关于其特性两者与用于接合部的活性硬焊料或钎焊料不同。连接层17具有几微米数量级的涂层厚度，尤其是2μm至3μm数量级。尤其是在具有相对较小的高度h的活性钎焊料7的情形中，尤其是10μm至30μm数量级的高度h，连接层的厚度因而代表接合部7的高度h的不可忽略的部分。

由于由化学反应引起的变化，接合部7根据其尺寸和与接合部7连接的部件的材料具有与用于其制造的活性硬焊料或钎焊料的热膨胀系数不同的热膨胀系数。在这种情形中，这两个热膨胀系数之间的差别越大，接合部7中的连接层17的占比越大。

因此，例如，包含具有Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅的原子百分比的组成的锆、镍和钛的活性硬焊料或钎焊料在30℃至125℃的温度范围内具有11ppm/K的热膨胀系数，而连接氧化铝(Al₂O₃)的两个部件并且具有25mm的内径以及30μm的高度h和3.6mm的宽度b的矩形横截面的由该活性硬焊料或钎焊料制成的环形接合部7在该温度范围内具有8.7ppm/K的热膨胀系数。氧化铝(Al₂O₃)陶瓷具有7ppm/K至8ppm/K数量级的热膨胀系数。利用Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅实现的活性钎焊接合部7此处具有非常匹配这些陶瓷的膨胀系数，而使用的活性硬焊料或钎焊料Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅的膨胀系数明显偏离陶瓷的膨胀系数。

尽管在用于制造活性钎焊接合部7的目前工艺水平下应用了多种活性硬焊料或钎焊料(其具有匹配部件的热膨胀系数的膨胀系数)，但是在本发明的压力传感器的情形中，代替此，应用了一种活性硬焊料或钎焊料，在这种情形中，利用该活性硬焊料或钎焊料生产的活性钎焊接合部7具有匹配部件中的至少一个的热膨胀系数的热膨胀系数。根据本发明，活性钎焊接合部7因而具有借助于一种活性硬焊料或钎焊料制造的活性钎焊接合部7，其在焊接或钎焊的状态下产生尽可能与经由该活性钎焊接合部7连接的部件中的至少一个的热膨胀系数相似的热膨胀系数。

因此，在本发明的压力传感器的情形中，活性钎焊接合部7的热膨胀系数和匹配部件的热膨胀系数之间的绝对差值小于活性硬焊料或钎焊料的热膨胀系数与该部件的热膨胀系数之间的绝对差值。

如果测量膜1和平台3具有不同的热膨胀系数，则该匹配主要是测量膜1的膨胀系数，因为对测量膜1起作用的热机械应力相比对平台3起作用的应力以更强的度量使压力传感器的测量性能降级。

活性硬焊料或钎焊料的热膨胀系数可以例如通过膨胀计测量来确定，其中活性硬焊料或钎焊料的主体被夹在膨胀计中，并且其纵向延伸作为温度的函数来测量。

类似地，而且，活性钎焊接合部7的高度h的依赖于温度的高度变化可以作为活性钎焊接合部7的热膨胀系数的度量而被考虑。这可以基本上基于经由活性钎焊接合部7连接的两个部件的组合的高度变化的温度依赖性、活性钎焊接合部7的高度、两个部件的高度和例如通过膨胀计测量单独确定的部件的热膨胀系数来确定。在压力传感器的情形中，然而在这种情形中存在可能出现的热机械应力变形(尤其是相对薄的测量膜1的可能出现的热机械应力变形)可导致在确定活性钎焊接合部7的膨胀系数中的测量误差的问题。

为了测量活性钎焊接合部7的热膨胀系数，因此，优选地应用了图2中显示的装置。该装置具有经由活性钎焊接合部7’彼此连接的两个测量主体19，该两个测量主体19由压力传感器的部件的材料(这里因而优选地为测量膜1的陶瓷)构成，对此应出现匹配。为制造连接测量主体19的活性钎焊接合部7’应用了与也用于制造膨胀系数将被测量的活性钎焊接合部7相同的活性硬焊料或钎焊料。此外，连接测量主体19的活性钎焊接合部7’具有与膨胀系数将被测量的活性钎焊接合部7相同的尺寸。活性钎焊接合部7’被确切地体现为压力传感器的活性钎焊接合部，作为具有高度h和宽度b的矩形横截面的闭环的形式的活性钎焊接合部7’。测量主体19中的每一个在其面向另一个测量主体19的端部上具有电极21。两个电极21彼此平面平行地布置并且形成电容器，该电容器的电容与电极21之间的间隔成反比。电极间隔取决于活性钎焊接合部7’的高度h并且因此根据活性钎焊接合部7’的热膨胀系数随温度T改变。膨胀系数的测量通过借助于加热装置23(例如，炉)将活性钎焊接合部7’加热到至少两个不同的温度并且根据活性钎焊接合部7’的温度测量电容器的电容来实现。为此，电极21经由延伸穿过测量主体19的接触针15连接到测量电路25，该测量电路25确定在至少两个不同的温度下电容器的电容，并且基于根据温度测量的电容并且基于它们对活性钎焊接合部7’的同样依赖于温度的高度h的依赖性来确定活性钎焊接合部7’的热膨胀系数。

基于电容来确定活性钎焊接合部7’的热膨胀系数被依赖于温度的测量误差烦扰，在该温度下测量电容。该测量误差尤其是依赖于测量的电容的温度依赖性。

为此的一个原因是测量主体19和与测量主体19连接的电极21的热膨胀。这导致电极21的有效电极面积和同时还有电容器的电容根据温度变化的事实。

该测量误差优选地通过在确定膨胀系数时考虑电极21的电极面积的大小的温度依赖性而被减小。

在这种情形中，在温度T测量的电容器的电容C是：

C(T)＝εA(T)/h(T)

其中，ε是填充电容器的介质的介电常数，A(T)是电极21的依赖于温度的电极面积且h(T)是活性钎焊接合部7’的依赖于温度的高度。

如果应用两个相同构造的圆盘形电极21，则依赖于温度的电极面积A(T)为：

A(T)＝π/4d(T)²

其中d(T)是电极21的依赖于温度的直径，其近似地为：D(T)＝[1+α_E(T-T₀)]d(T₀)，其中α_E是电极膨胀系数。

活性钎焊接合部7’的依赖于温度的高度h(T)为：

h(T)＝[1-α_AHL(T-T₀)]h(T₀)

其中α_AHL是活性钎焊接合部7’的热膨胀系数并且h(T₀)是在温度T₀下活性钎焊接合部7’的高度h。

由此，基于在温度T和温度T₀测量的电容C(T)、C(T₀)的比率C(T)/C(T₀)，考虑依赖于温度的电极面积A(T)，活性钎焊接合部7’的热膨胀系数α_AHL如下：

如从该方程式明显的，电极膨胀系数α_E可以例如通过利用第二装置进行参考测量来确定，该第二装置不同于此处描述的装置仅在于其电极21具有另一个直径d。因为两个装置的相同活性钎焊接合部7’的热膨胀系数α_AHL相同，通过设定利用两个装置确定的活性钎焊接合部7’的热膨胀系数α_AHL相同，在每一种情形中，根据在温度T和温度T₀测量的电容C(T)、C(T₀)和电极膨胀系数α_E，可以确定电极21的电极膨胀系数α_E。该电极膨胀系数α_E可以随后用于利用具有形式相同且材料相同的电极21和形式相同且材料相同的测量主体19的装置进行的活性钎焊接合部7’的膨胀系数的任何数量的其它测量。

电极21是盘形的并且优选地具有与活性钎焊接合部7’的高度相比非常小的盘厚度。优选地，电极21具有小于活性钎焊接合部7’的高度的10²的数量级的盘厚度。关于具有大于或等于30μm的高度的活性钎焊接合部7’，例如，电极21可以被施加成具有小于或等于十分之一或十分之几微米的盘厚度。这样薄的电极21提供以下优点：盘厚度的依赖于温度的变化对活性钎焊接合部7’的热膨胀系数的测量的测量精度的影响微乎其微。

测量主体19优选地是相对大的主体。以这种方式，确保了测量主体19是在宽温度范围内稳定的形式，并且尤其是避免了由热机械应力引起的测量主体19的偏转。为此，例如，可以应用盘形的测量主体19，该盘形的测量主体19具有明显大于测量膜1的厚度的厚度，即，结构高度。

本发明的压力传感器的制造优选地通过首先基于压力传感器的活性钎焊接合部7的尺寸确定活性硬焊料或钎焊料来进行，其在焊接或钎焊状态下具有与部件(尤其是测量膜1)的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。为此，应用了一种方法，在此情形中，执行至少一个测量，在此情形中，确定利用活性硬焊料或钎焊料执行的活性钎焊接合部7’的热膨胀系数，其中活性钎焊接合部7’的尺寸等于压力传感器的活性钎焊接合部7的尺寸并且两个主体，尤其是压力传感器的匹配部件的材料的两个主体，通过活性钎焊接合部7’彼此连接。一个或多个测量优选地以上述方式执行。

在焊接或钎焊状态下具有与陶瓷的热膨胀系数匹配的热膨胀系数的活性硬焊料或钎焊料可以被确定，例如通过将适合于压力传感器的部件的活性钎焊的之前已知的初始硬焊料或钎焊料的组分考虑为初始点来确定。适合于陶瓷(尤其是氧化铝)的活性钎焊的初始焊料或钎焊料例如为上面提到的包含组分锆、镍和钛的焊料。

源自这些的是以不同百分比包含初始硬焊料或钎焊料的组分的测试硬焊料或钎焊料。然后，对于一系列测试硬焊料或钎焊料，在每一种情形中，由此制造的活性钎焊接合部7’的热膨胀系数被测量并且组成被确定，在此情形中，活性钎焊接合部7’的热膨胀系数最接近待焊接或钎焊的部件的热膨胀系数。

在这种情形中，多种测试硬焊料或钎焊料可以被考虑，其仅包含初始硬焊料或钎焊料的组分，并且在测试硬焊料或钎焊料之间以不同百分比具有这些组分。

可替代地或补充地，可以得到包含初始硬焊料或钎焊料的组分和用于膨胀系数的指定增加或降低的至少一种其它组分K的测试硬焊料或钎焊料。关于包含锆、镍和钛的初始硬焊料或钎焊料，为此适合于作为其它组分K的尤其是铜和/或铝。

因而，例如，组成(100-X)％[Zr_aNi_bTi_c]+X％K的四材料系统具有随另外的组分K的百分比X升高而下降的热膨胀系数，其中a、b和c提供初始硬焊料或钎焊料的以原子百分比计的组成，并且K指代其它组分，该其它组分此处由铜或铝构成。类似地，同样，锆和镍、钛、铜和铝的五材料系统可以作为一种合金被输出，其中第一部分(100-Y)％[Zr_aNi_bTi_c]具有初始硬焊料或钎焊料的组成，并且第二部分Y％[Cu_dAl_e]包含组分铜和铝，其中a、b、c提供初始硬焊料或钎焊料的以原子百分比计的组成，并且d和e提供以原子百分比计的第二部分的组成。而且，该五材料系统具有取决于变量Y和第二部分的组成d、e的热膨胀系数，其中初始值取决于初始硬焊料或钎焊料的组成，并且热膨胀系数随变量Y和第二部分的组成d、e而变化。

为了示出以上述方式可实现的热膨胀系数的范围，为了选择包含不同百分比的锆、镍和钛的测试硬焊料或钎焊料以及包含不同百分比的锆、镍和钛以及铜和/或铝的测试硬焊料或钎焊料，下表给出了对于利用这些测试硬焊料或钎焊料制造的并且连接氧化铝(Al₂O₃)的两个测量主体19的内径为25mm且具有高度h＝30μm和宽度b＝3.6mm的矩形横截面的环形活性钎焊接合部7’在30℃至125℃的温度范围中以上述方式测量的热膨胀系数α_AHL。

组成	α_AHL
		Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅	8.7ppm/K
Zr₆₀Ni₈Ti₂Cu₂₀Al₁₀	11.4ppm/K
		Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀	8.8ppm/K
Zr₄₇Ni₃₅Ti₁₈	11.6ppm/K
		Zr₅₈Ni₂₃Ti₉Cu₁₀	14.4ppm/K
Zr_52.5Ni_14.6Ti₅Cu_17.9Al₁₀	12.2ppm/K
		Zr₄₃Ni₃₃Ti₂₄	9.3ppm/K
Zr₁₁Ni₈Ti₃₄Cu₄₇	19.9ppm/K

而且，尽管本发明在此利用示例以连接氧化铝的测量膜1与氧化铝的平台3的活性钎焊接合部7的压力传感器进行了描述，但是本发明自然地也可以完全类似地应用于经由活性钎焊接合部彼此连接的氧化铝或其它材料的压力传感器的其它部件。因而，同样在这种情形中，提供了在焊接或钎焊状态下具有与部件的热膨胀系数匹配的热膨胀系数的活性硬焊料或钎焊料。在这种情形中，上述解释相应地适用，其中取决于活性钎焊接合部(其膨胀系数待被测量)的形式，用于测量膨胀系数的装置的两个测量主体19甚至可以经由具有活性钎焊接合部的尺寸的两个或更多个活性钎焊接合部连接，其膨胀系数待被测量，并且以它们实现测量主体19和布置在其上的电极21的平面平行定向这样的方式布置在测量主体19之间。

因为用于表中的上述氧化铝的测试硬焊料或钎焊料跨过8.7ppm/K至19.9ppm/K的极大范围的热膨胀系数，所以它们尤其是适合作为用于利用本发明的方法对于具有不同热膨胀系数的多种材料在每一种情形中确定活性硬焊料或钎焊料的初始点，在此情形中，由此执行的活性钎焊接合部具有与待焊接或钎焊的部件的热膨胀系数最佳匹配的热膨胀系数。

在这种情形中，上述测试硬焊料或钎焊料在由此制造的连接部件的相关材料的两个测量主体19的活性钎焊接合部7’的合适的膨胀系数的情形中可以被直接地应用为用于相应材料的活性硬焊或钎焊的活性硬焊料或钎焊料，或者被考虑为初始硬焊料或钎焊料，基于此，然后，利用上述方法，确定活性硬焊料或钎焊料，在此情形中，由此制造的活性钎焊接合部具有与部件的材料的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。

在这种情形中，所提到的测试硬焊料或钎焊料中的每一种优选地作为活性硬焊料或钎焊料被应用，或者作为初始硬焊料或钎焊料被应用，以便确定用于部件的活性钎焊的活性硬焊料或钎焊料，其热膨胀系数位于表中对于用于由此执行的活性钎焊接合部的特定测试硬焊料或钎焊料所列出的热膨胀系数的区间内。

对此举例，对于具有在11.0ppm/K的数量级的热膨胀系数的氧化锆陶瓷主体，优选地，Zr₆₀Ni₈Ti₂Cu₂₀Al₁₀或Zr₄₇Ni₃₅Ti₁₈被用作活性硬焊料或钎焊料，或者作为初始硬焊料或钎焊料，而对于在7ppm/K至8ppm/K的数量级的热膨胀系数的氧化铝陶瓷主体，优选地使用Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅或Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀。对于具有位于氧化锆和氧化铝的热膨胀系数之间的热膨胀系数的由包含氧化锆和氧化铝的分散陶瓷制成的部件，取决于膨胀系数的大小，使用Zr₆₀Ni₈Ti₂Cu₂₀Al₁₀、Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀、Zr₄₇Ni₃₅Ti₁₈、Zr₄₃Ni₃₃Ti₂₄或Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅作为活性硬焊料或钎焊料或者作为初始硬焊料或钎焊料。对于由具有在6ppm/K至8ppm/K范围的热膨胀系数的材料(比如，例如，氧化钛(TiO₂)或皂石)制成的部件，取决于热膨胀系数的大小，适合于作为活性硬焊料或钎焊料或作为初始硬焊料或钎焊料的尤其是Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅或Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀。

1 测量膜

3 平台

5 压力室

7 活性钎焊接合部

9 孔

11 电极

13 对置电极

15 接触针

17 连接层

19 测量主体

21 电极

23 加热系统

25 测量电路

Claims

1.一种压力传感器，包括：

-经由活性钎焊接合部(7)彼此连接的两个部件，所述活性钎焊接合部(7)通过利用活性硬焊料或钎焊料进行的活性硬焊或钎焊制造，所述两个部件尤其是可接触压力(p)的、依赖于压力地可弹性变形的测量膜(1)，尤其是陶瓷测量膜(1)，和平台(3)，尤其是陶瓷平台(3)，所述测量膜(1)和所述平台(3)通过将覆盖压力室(5)的所述测量膜(1)的外边缘与所述平台(3)的端部的面向所述测量膜(1)的外边缘连接的活性钎焊接合部(7)连接，

-其中，所述活性钎焊接合部(7)具有取决于所述活性钎焊接合部(7)的尺寸和所述部件的材料并且与所述部件中的至少一个，尤其是所述测量膜(1)的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，在该情形中，所述活性钎焊接合部(7)的热膨胀系数和匹配的部件，尤其是所述测量膜(1)的热膨胀系数之间的差异具有小于所述活性硬焊料或钎焊料的热膨胀系数与所述部件的热膨胀系数之间的差异的绝对值。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其中

-所述部件中的至少一个，尤其是所述测量膜(1)，或尤其是所述测量膜(1)和所述平台(3)，由氧化物陶瓷，尤其是氧化铝构成，并且

-所述活性硬焊料或钎焊料包含锆、镍和钛。

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其中

所述活性硬焊料或钎焊料包含铜和/或铝。

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其中所述活性钎焊接合部由具有组成Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅、Zr₆₀Ni₈Ti₂Cu₂₀Al₁₀、Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀、Zr₄₇Ni₃₅Ti₁₈、Zr₅₈Ni₂₃Ti₉Cu₁₀、Zr_52.5Ni_14.6Ti₅Cu_17.9Al₁₀、Zr₄₃Ni₃₃Ti₂₄或Zr₁₁Ni₈Ti₃₄Cu₄₇的活性硬焊料或钎焊料生产。

6.一种用于测量根据权利要求1所述的压力传感器的活性钎焊接合部(7)的热膨胀系数的装置，包括：

-两个测量主体(19)，尤其是由所述压力传感器的匹配部件的材料构成的两个测量主体，

--所述两个测量主体(19)经由活性钎焊接合部(7’)彼此连接，所述活性钎焊接合部(7’)由相同的活性硬焊料或钎焊料生产，具有待测量的膨胀系数的活性钎焊接合部(7)也由该相同的活性硬焊料或钎焊料生产，并且所述活性钎焊接合部(7’)具有与所述活性钎焊接合部(7)相同的尺寸，

--所述两个测量主体(19)在相互面向的端部上具有电极(21)，其中所述电极(21)形成具有取决于其电极间隔的电容的电容器，所述电极间隔取决于所述活性钎焊接合部(7’)的依赖于温度的高度(h)，

-加热装置(23)，以及

-测量电路(25)，所述测量电路(25)连接到所述电极(21)，所述测量电路(25)测量在所述活性钎焊接合部(7’)的至少两个不同的温度下所述电容器的电容，并且基于其对所述活性钎焊接合部(7’)的高度(h)的依赖性，尤其是基于其对所述活性钎焊接合部(7’)的高度(h)的依赖性和测量的电容(C(T)、C(T0))的温度依赖性，尤其是取决于所述电极(21)的电极面积(A(T))的温度依赖性的测量的电容(C(T)、C(T0))的温度依赖性，确定所述活性钎焊接合部(7’)的热膨胀系数。

7.根据权利要求6所述的装置，其中

-所述电极(21)具有相同的构造其是圆盘形的，并且

-所述电极(21)的电极面积(A(T))的温度依赖性基于所述电极(21)的依赖于温度的直径(d(T))被考虑，所述电极(21)的依赖于温度的直径(d(T))根据电极膨胀系数(α_E)随温度近似线性地升高，

--其中，所述电极膨胀系数(α_E)尤其是基于利用根据权利要求6所述的两个装置执行的电容测量确定的电极膨胀系数(α_E)，所述两个装置仅它们的电极(21)的直径不同。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述电极(21)是盘形的并且具有与所述活性钎焊接合部(7’)的高度(h)相比小的盘厚度，尤其是比所述活性钎焊接合部(7’)的高度(h)小10²的数量级的盘厚度。

9.一种用于制造根据权利要求1所述的压力传感器的方法，其中，用于制造所述压力传感器的活性钎焊接合部(7)的活性硬焊料或钎焊料通过一种方法来确定，在该方法的情形中，执行至少一个测量，在该测量的情形中，确定利用活性硬焊料或钎焊料执行的活性钎焊接合部(7’)的热膨胀系数(α_AHL)，其中所述活性钎焊接合部(7’)的尺寸等于所述压力传感器的活性钎焊接合部的尺寸并且其中两个主体，尤其是所述压力传感器的匹配部件的材料的两个主体，通过所述活性钎焊接合部(7’)彼此连接。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，一个或多个测量以下述方法执行，在该情形中，

-两个测量主体(19)，尤其是由所述压力传感器的匹配部件的材料构成的两个测量主体，经由活性钎焊接合部(7’)彼此连接，所述活性钎焊接合部(7’)由活性硬焊料或钎焊料生产，具有待测量的膨胀系数的活性钎焊接合部(7)由所述活性硬焊料或钎焊料生产，并且所述活性钎焊接合部(7’)具有与所述活性钎焊接合部(7)相同的尺寸，

--其中，所述测量主体(19)在相互面向的端部上具有电极(21)，并且所述电极(21)形成具有取决于其电极间隔的电容的电容器，所述电极间隔取决于所述活性钎焊接合部(7’)的依赖于温度的高度(h)，

-所述电容器的电容(C(T)、C(T0))在所述活性钎焊接合部(7’)的至少两个不同的温度下测量，并且基于其对所述活性钎焊接合部(7’)的高度(h)的依赖性，尤其是基于其对所述活性钎焊接合部(7’)的高度(h)的依赖性和测量的电容(C(T)、C(T0))的温度依赖性，尤其是取决于所述电极(21)的电极面积(A(T))的温度依赖性的测量的电容(C(T)、C(T0))的温度依赖性，确定所述活性钎焊接合部(7’)的热膨胀系数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

-所述电极(21)具有相同的构造且是圆盘形的，并且

--其中，所述电极膨胀系数(α_E)尤其是基于利用根据权利要求6所述的两个装置执行的电容测量确定的电极膨胀系数(α_E)，所述两个装置仅它们的电极(21)的直径彼此不同。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，生产所述压力传感器的所述活性钎焊接合部(7)的所述活性硬焊料或钎焊料通过以下方式来确定，

-对于所述压力传感器的所述部件的活性钎焊，确定不同组成的适合的测试硬焊料或钎焊料，尤其是包含适合于所述部件的活性钎焊的初始硬焊料或钎焊料的组分的测试硬焊料或钎焊料，

-测量利用所述测试硬焊料或钎焊料生产的活性钎焊接合部(7’)的热膨胀系数，以及

-基于所测量的膨胀系数，确定测试硬焊料或钎焊料作为活性硬焊料或钎焊料，在该情形中，由此制造的所述活性钎焊接合部(7’)的热膨胀系数和所述部件中的至少一个的热膨胀系数之间的差异具有最小的绝对值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

-所述测试硬焊料或钎焊料中的至少一种仅由所述初始硬焊料或钎焊料的组分构成，和/或

-所述测试硬焊料或钎焊料中的至少一种包括补充所述初始硬焊料或钎焊料的组分的至少一种其它组分(K)。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，

-所述部件中的至少一个由氧化物陶瓷，尤其是氧化铝构成，

-所述测试硬焊料或钎焊料包含组分锆、镍和钛，并且

15.根据权利要求9或12所述的方法，其中，利用活性硬焊料或钎焊料，尤其是初始硬焊料或钎焊料、或测试硬焊料或钎焊料执行的活性钎焊接合部(7’)的热膨胀系数(α_AHL)被确定，所述活性硬焊料或钎焊料具有组成Zr₆₃Ni₂₂Ti₁₅、Zr₆₀Ni₈Ti₂Cu₂₀Al₁₀、Zr_54.5Ni₈Ti_7.5Cu₂₀Al₁₀、Zr₄₇Ni₃₅Ti₁₈、Zr₅₈Ni₂₃Ti₉Cu₁₀、Zr_52.5Ni_14.6Ti₅Cu_17.9Al₁₀、Zr₄₃Ni₃₃Ti₂₄或Zr₁₁Ni₈Ti₃₄Cu₄₇。