CN111373235A

CN111373235A - 压力测量装置

Info

Publication number: CN111373235A
Application number: CN201880075003.8A
Authority: CN
Inventors: 雷内·齐尔曼; 丹尼尔·希克斯藤森; 丹尼斯·米勒
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: CN111373235B; US20200378850A1; DE102017127704A1; EP3714246B1; WO2019101455A1; EP3714246A1; US11226249B2

Abstract

描述了一种可成本有效地生产的压力测量装置，该压力测量装置包括载架(1)、布置在载架(1)上的支撑体(3)、布置在支撑体(3)上的压力传感器(5)、第一接合部(17)以及第二接合部(19)，该第一接合部(17)包含接合材料并连接支撑体(3)与压力传感器(5)，该第二接合部(19)包含接合材料并连接支撑体(3)与载架(1)，其中压力传感器被保护以免受热机械应力，其中支撑体(3)在其面向压力传感器(5)的端面侧上具有第一沟槽(21)，该第一沟槽(21)以这样的方式设计，即，使得第一沟槽(21)在外部完全包围支撑体(3)的面向压力传感器(5)的接合表面(23)，支撑体(3)的接合表面(23)和第一接合部(17)的基部表面基本上等大，或者纯粹小于压力传感器(5)的面向第一接合部(17)的基部表面。第一沟槽(21)的宽度(b)大于或等于150μm至1mm的最小宽度，并且第一沟槽(21)的深度(t)大于或等于0.3mm至2mm的最小深度。

Description

压力测量装置

技术领域

本发明涉及一种压力测量装置，该压力测量装置包括：载架；支撑体，该支撑体被布置在载架上；压力传感器，该压力传感器被布置在支撑体上；第一接合部，该第一接合部包括连接支撑体与压力传感器的接合材料；以及第二接合部，该第二接合部包括连接支撑体和载架的接合材料。

背景技术

压力测量装置用于计量记录压力，特别是绝对压力、相对压力和压力差，并用于工业测量技术中。

在压力测量技术中，经常使用所谓的半导体压力传感器。在现有技术中，半导体传感器通常使用硅来产生，例如通过应用绝缘体上硅(SOI)技术。它们被实现为例如压力传感器芯片，该压力传感器芯片通常包括平台和布置在该平台上的测量膜。

这些压力传感器非常灵敏，并且因此通常被部署在金属壳体中，并经由充满压力传递流体的插入式压力传递装置而被供应待测量的压力。壳体和压力传感器由具有非常不同的热膨胀系数的材料制成。由于传感器安装所需的壳体和压力传感器之间的机械连接，导致可能发生热机械应力，这种热机械应力影响测量膜的传递行为，从而伴随的是降低可达到的测量精度及测量的可再现性。对于测量结果的温度相关的滞后尤其如此。

为了减少作用在压力传感器上的温度相关的应力，DE102007052364A1描述了将压力传感器片布置在陶瓷中间层上，该陶瓷中间层具有与压力传感器的半导体材料的热膨胀系数相适应的热膨胀系数。中间层经由基于弹性粘合剂的粘性结合部而被直接粘附到壳体的金属载架。作为载架的材料给定的是可伐合金(Kovar)。可伐合金的热膨胀系数为6ppm/K，与更常见且成本效益明显更高的壳体材料(诸如，例如热膨胀系数为16ppm/K的不锈刚)相比，可伐合金的热膨胀系数明显更接近于应用于压力传感器的硅的2.6ppm/K的热膨胀系数。

在所述压力测量装置的情况下，陶瓷中间层具有占地面积，该占地面积大于布置在其上的压力传感器的占地面积。其结果是，尽管中间层的热膨胀系数比较好地适应，但是在压力传感器的整个基部区域上，热机械应力确实作用在压力传感器上。

作为对此的替代方案，在现有技术中已知一些方法，在这些方法中，通过将压力传感器布置在基座(pedestal)的自由端上来实现减少作用在压力传感器上的温度相关的应力，该基座的占地面积明显小于安装在其上的压力传感器的占地面积。

因此，例如在DE102014119396A1中描述了一种压力测量装置，该压力测量装置包括载架、布置在该载架上的基座、布置在该基座上的压力传感器、连接基座与压力传感器的第一粘性结合部和连接基座与载架的第二粘性结合部。在该压力测量装置的情况下，基座被实现为单独的杆状部件或管状部件，该基座的占地面积小于安装在其上的压力传感器的占地面积，并且该基座被粘附在设置在载架中的凹部中。

然而，杆状基座或管状基座的占地面积越小，则越难以将粘合剂以足够精确的计量引入到对应的小凹部中。此外，杆状基座或管状基座的精确定向在插入到凹部中以及在执行粘性结合期间这两者的情况下都需要更加小心，因为基座的占地面积与其长度相比更小。

该问题例如以DE102015117737A1中所述的方式，通过在特殊形成的基座上提供压力传感器而得到了解决。该基座在载架处包括基部，该基部具有比较大的占地面积，并且以具有明显小的占地面积的突出部邻接该基部，压力传感器则被布置在该突出部上。在这种情况下，基部可以例如在其朝向载架的端部上具有从外包围的凹部，该凹部接纳过量的粘合剂。

此外，DE102016107856A1描述了通过以下方式来减小支撑体和通过接合部而被安装在该支撑体上的压力传感器之间的热机械联接，即：通过规定该支撑体的与接合部直接邻接的层区域具有三维表面形貌，该三维表面形貌被这样实现，即：使得层区域的面向压力传感器的接合区域包括在层区域上的平面中分布的表面部分，其中，由这些表面部分的总和形成的总表面面积小于接合部的占地面积。这些表面部分可以例如通过沟槽彼此分离，这些沟槽通过激光辐射或通过蚀刻方法而被引入到层区域中，并且这些沟槽具有300μm至700μm的沟槽深度和10μm至100μm的沟槽宽度。

然而，这两种解决方案都具有缺点：基座或支撑体(视情况而定)是这样的组件，即：它们被制造为单独的部件，并且它们具有比较复杂的轮廓，因此它们制造复杂、费时且昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种压力测量装置，该压力测量装置具有被保护以免受热机械应力的压力传感器并且可以成本有效地生产。

为此，本发明在于一种压力测量装置，包括：

载架，

支撑体，所述支撑体被布置在载架上，

压力传感器，所述压力传感器被布置在支撑体上，

第一接合部，所述第一接合部包括连接支撑体与压力传感器的接合材料，以及

第二接合部，所述第二接合部包括连接支撑体与载架的接合材料，其特征在于，支撑体在面向压力传感器的面上具有第一沟槽，

该第一构成以如此方式实现：

即：使得所述第一沟槽在所有侧面上在外部包围支撑体的面向压力传感器的接合区域，

所述支撑体的接合区域和第一接合部的占地面积基本上等大，并且明显小于压力传感器的面向第一接合部的基部区域，

第一沟槽的宽度大于或等于150μm至1mm的最小宽度，并且

第一沟槽的深度大于或等于0.3mm至2mm的最小深度。

本发明提供了以下优点，即：通过第一接合部的相对比较小的、如在外部由第一沟槽限制的占地面积，而保护压力传感器免受热机械应力。

同时，本发明提供了以下优点，即：由于将第一接合部的占地面积的沟槽式地限制为由沟槽所包围的接合区域的大小，因此支撑体总的来说可以具有明显大于第一接合部的占地面积的占地面积。

此外，所述沟槽还提供以下优点，即：在用于生产第一接合部的接合方法期间，所述沟槽接纳在给定情况下从支撑体的接合区域和与该支撑体相对的压力传感器的基部之间的间隙向外溢出的过量的接合材料。

具有比较简单形式的大(与现有技术中使用的基座相比)的支撑体具有以下优点，即：其可以以简单、成本有效的方式生产，并且由于其尺寸和形状，可以比具有较小占地面积的伸长的基座显著更容易得多地安装在载架上。

本发明的第一进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：

中间空间形成无接合材料的中空空间，所述中间空间被布置在支撑体的从外包围第一沟槽的表面与压力传感器的相对放置的表面之间，

支撑体具有占地面积，所述占地面积大于或等于压力传感器的面向第一接合部的面的面积，并且/或者

第一接合部和/或第二接合部被实现为玻璃焊料、软焊料或粘性结合部。

本发明的第二进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：

压力传感器的占地面积为1mm²至50mm²的数量级，

支撑体的面向压力传感器的接合区域的尺寸为0.2mm²至20mm²，载架由金属或不锈钢构成，

支撑体由包括金属、不锈钢、可伐合金、因瓦合金(Invar)、陶瓷、氧化铝(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、玻璃、硼硅酸盐玻璃或硅的材料构成，

支撑体被实现为具有圆形、矩形或正方形占地面积的基本上垫圈状或盘状的形体，并且/或者

支撑体作为独立元件被直接布置在载架上，或者作为独立元件被插入到载架中的中空部中，并/或者

支撑体的高度大于或等于1mm，其中，所述高度也大于或等于第一沟槽的深度的两倍。

本发明的第三进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：

支撑体在面向载架的面上具有第二沟槽，所述第二沟槽在所有侧面上从外部包围支撑体的面向载架的接合区域，

第二接合部的占地面积基本上等于由第二沟槽所包围的接合区域，

第二沟槽的宽度大于或等于150μm至1mm的最小宽度，并且

第二沟槽的深度大于或等于0.3mm至2mm的最小深度。

本发明的第四进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：

支撑体在其面向载架的面上具有从外包围的凹部，所述凹部在支撑体的外侧向面上并且在支撑体的面向载架的面上开放，

其中，凹部在所有侧面上在外部包围支撑体的面向载架的接合区域，并且

其中，凹部的高度大于或等于0.3mm至2mm的最小高度，并且/或者凹部的宽度大于或等于150μm至1mm的最小宽度。

本发明的第五进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：

被布置在支撑体的面向压力传感器的面上的第一沟槽和/或被布置在支撑体的面向载架的面上的第二沟槽分别被实现为沟槽，所述沟槽闭合以形成环。

本发明的第六进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：

被布置在支撑体的面向载架的面上的接合区域大于或等于被布置在支撑体的面向压力传感器的面上的接合区域。

本发明的优选实施例通过以下特征来区分，这些特征包括：

第一接合部和/或第二接合部分别被实现为粘性结合部。

本发明的第七进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：

支撑体在其面向压力传感器的面上具有四个被引入到支撑体中的沟槽，并且每个沟槽沿直线从支撑体的一个外侧延伸到支撑体的相对放置的一个外侧，四个沟槽中的每个沟槽具有沟槽段，所述沟槽段平行于接合区域的外边缘中的属于该沟槽段的一个外边缘延伸，并且直接邻接该外边缘，其中，以这样的方式布置沟槽段，即：使得邻接接合区域的外边缘的四个沟槽段形成在所有侧面上在外部包围接合区域的第一沟槽，并且/或者

支撑体在其面向载架的面上具有四个被引入到支撑体中的沟槽，并且每个沟槽以直线形式从支撑体的一个外侧延伸到支撑体的相对放置的一个外侧，四个沟槽中的每个沟槽具有沟槽段，所述沟槽段平行于接合区域的外边缘中的属于该沟槽段的一个外边缘延伸，并且直接邻接该外边缘，其中，以这样的方式布置沟槽段，即：使得邻接接合区域的外边缘的四个沟槽段形成所有侧面上在外部包围接合区域的第二沟槽。

此外，本发明包括一种用于制造本发明的压力测量装置的方法，所述方法通过以下特征来区分，这些特征包括：

预制压力测量装置的载架、支撑体和压力传感器，

其中，从箔或盘的形式的起始材料彼此并行地制造出多个支撑体，这是通过以下实现的：借助于加工方法分别在各个支撑体中产生第一沟槽、第二沟槽和/或凹部，并且然后借助于分离方法分离支撑体，并且

压力测量装置是从预制出来的上述组件通过借助于接合材料执行的接合方法将所述压力测量装置的支撑体安装在所述压力测量装置的载架上，以及通过借助于接合材料执行的接合方法将所述压力测量装置的压力传感器安装在所述压力测量装置的载架上而制造出来的。

所述方法的进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：至少一种加工方法和/或分离方法是借助于用激光或超声波进行加工的切削工具或借助于锯子执行的方法。

用于制造根据第七进一步改进的压力测量装置的方法的进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：包含形成被布置在支撑体的面向压力传感器的面上的第一沟槽的沟槽段的所述沟槽和/或包含形成被布置在支撑体的面向载架的面上的第二沟槽的沟槽段的所述沟槽分别通过借助于锯子被引入的锯痕而在起始材料中产生，其中，所述锯痕从起始材料的一个外侧延伸至起始材料的相对放置的外侧。

用于制造根据第四进一步改进的压力测量装置的方法的进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：所述凹部通过借助于锯子被引入到起始材料中的锯痕而产生，其中，所述锯痕从起始材料的一个外侧延伸至起始材料的相对放置的外侧。

所述方法的另一个进一步改进通过以下特征来区分，这些特征包括：分别以如此方式形成每个压力测量装置，即：使得在执行用于产生第一接合部的接合方法期间，由包围接合区域的第一沟槽容纳在给定的情况下从支撑体的接合区域和压力传感器的相对放置的表面之间的间隙向外溢出的过量的接合材料。

用于制造压力测量装置的方法的进一步改进通过以下特征来区分，所述压力测量装置的支撑体在其面向载架的面上具有第二沟槽或凹部，这些特征包括：每个压力测量装置以如下方式形成，即：使得在用于产生第二接合部的接合方法期间，由包围接合区域的第二沟槽或由包围接合区域的凹部容纳在给定的情况下从支撑体的接合区域和载架的相对放置的表面之间的间隙向外溢出的过量的接合材料。

附图说明

现在将基于附图中的图更详细地解释本发明及其优点，在附图中示出了实施例的三个示例。在附图中相同的元件具有相同的附图标记。为了能够显示尺寸非常不同的组件，附图中的组件不总是按比例显示。

附图的图显示如下：

图1、图3和图5是本发明的压力测量装置的示例。

图2是图1的压力测量装置的支撑体；

图4是图3的压力测量装置的支撑体；

图6是图5的压力测量装置的支撑体；和

图7是面向图1至图6的支撑体中的一个支撑体的压力传感器的面的平面图。

具体实施方式

图1示出了本发明的压力测量装置的示例。压力测量装置包括载架1、布置在载架1上的支撑体3和布置在支撑体3上的压力传感器5。图2示出了图1的支撑体3的放大图。

压力传感器5是例如半导体压力传感器，例如由硅制成的压力传感器芯片。在图示的示例中，这样的压力传感器包括平台7和布置在平台7上的测量膜9，压力室11被封围在测量膜9的下方。可替选地是，替代这里示出的压力传感器5，自然地是，也可以应用具有与其不同的构造的压力传感器。

压力测量装置可以被实现为压力差测量装置、相对压力测量装置或表压或绝对压力测量装置。

为了记录压力差，测量膜9的第一面被供应第一压力p₁，并且测量膜9的第二面经由在图1中以虚线示出的压力传递线13被供应第二压力p₂，该压力传递线13延伸穿过载架1、支撑体3和平台7并且进入到压力室11中。在该形式的实施例的情况下，作用在测量膜9上的并且由第一压力p₁和第二压力p₂产生的待测量的压力差Δp引起测量膜9的偏转，该偏转取决于该压力差。

为了记录相对压力，测量膜9的第一面被供应待测量的压力p，而测量膜9的第二面被馈送参考压力p_ref(例如环境压力)而不是第二压力p₂，参考该参考压力p_ref，作用在第一面上的压力p将被测量出来。在该形式的实施例的情况下，作用在测量膜9上的压力p和参考压力p_ref之间的压力差引起测量膜9的偏转，该偏转取决于待测量的相对压力。

为了记录绝对压力，被封围在测量膜9下方的压力室11被抽空。在这种情况下，不存在压力传递线13，并且作用在测量膜9的第一面上的压力p引起测量膜9的偏转，该偏转取决于待测量的绝对压力。

在所有三种情况下，由此产生的测量膜9的偏转借助于机电换能器被记录下来，并被转换成电输出信号，然后该电输出信号可用于进一步处理和/或评估。例如，压阻换能器可以用作换能器，该压阻换能器包括布置在测量膜9上或布置在测量膜9中的传感器元件15，例如连接在一起以形成电阻测量桥的压阻元件。

支撑体3借助于接合材料构成的第一接合部17与压力传感器5连接，并且借助于接合材料构成的第二接合部19与载架1连接。在这种情况下，取决于接合材料的选择，第一接合部17和/或第二接合部19可被实现为玻璃焊料、软焊料或粘性结合部。优选地是，两个接合部17、19中的至少一个接合部是粘性结合部。在特别优选的实施例形式中，两个接合部17、19都是粘性结合部。为了制造粘性结合部，特别合适的是基于环氧树脂的粘合剂、热塑性粘合剂或诸如，例如硅树脂橡胶的硅树脂粘合剂。

粘性结合部提供了以下优点，即：粘性结合部比可替选的可使用的接合部(诸如，例如玻璃焊料或软焊料)明显更有弹性。因此，它们能够更好地适应或减少由于载架1和支撑体3或支撑体3和压力传感器5的热膨胀系数不同而产生的应力，否则这些应力可能会被传递到压力传感器5，尤其是传递到其测量膜9。此外，粘性结合部使更广范围的不同材料的载架1和支撑体3或支撑体3和压力传感器5连接在一起。

独立于用于制造接合部17、19的接合方法的选择，载架1在其耐压性方面优选地是由具有高弹性模量的材料构成，而在其比较大的体积方面优选地是由成本有效的材料构成。特别适合于此的是金属，例如不锈钢。

关于压力测量装置的特殊要求，支撑体3的材料可以从多种不同的材料中选择。为此，要考虑的是金属，尤其是不锈钢、可伐合金或因瓦合金、陶瓷(尤其是氧化铝(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化铝(AlN))、玻璃(尤其是硼硅酸盐玻璃)和含硅材料。但是，在这种情况下，在给定情况下，接合方法的选择可能呈现出对材料的选择的限制。

根据本发明，支撑体3在其面向压力传感器5的面上具有沟槽21，该沟槽21在所有侧面上在外部围绕支撑体3的面向压力传感器5的接合区域23。沟槽21被以如此方式构造，即：使得支撑体3的接合区域23与第一接合部17的占地面积基本上等大，并且明显小于压力传感器5的面向第一接合部17的基部区域。为此，槽21的宽度b大于或等于150μm至1mm的最小宽度，深度t大于或等于0.3mm至2mm的最小深度。

沟槽21的宽度b和深度t的这种尺寸设计实现了：在被执行以用于制造第一接合部17的总接合方法期间，沟槽21将第一接合部17的占地面积以如此方式限制为接合区域23的尺寸，即：使得中间空间25形成了无接合材料的中空空间，其从外包围沟槽21，并且该中间空间被布置在支撑体3的表面和压力传感器5的与此相对放置的表面之间。

在这种情况下，沟槽21防止：为了制造第一接合部17而引入到位于支撑体3的接合区域23和压力传感器5的与该接合区域23相对放置的面之间的间隙中并且在接合方法期间变成流体的或粘性的接合材料可以传播到中间空间25中。同时，通过沟槽21的宽度b和深度t的尺寸设计确保了沟槽21是足够大的，以至于在给定情况下容纳在接合方法期间从间隙向外溢出的过量的接合材料。因此，在整个接合方法期间，沟槽21形成不能被接合材料越过的屏障。

将接合部17的占地面积限制到由沟槽21所包围的接合区域23的尺寸，如由沟槽21实现和确保的那样，提供了以下优点，即：支撑体3整体上可以具有明显大于接合区域23的占地面积，而不会由此增大接合部17的占地面积。因此，支撑体3可以直接具有大于或等于压力传感器的面向第一接合部17的基部的面积的占地面积。比较简单地形成的较大(与现有技术中使用的基座相比)的支撑体3提供以下优点，即：该支撑体3能够以简单的成本有效的方式生产出来并且能够以简单的成本有效的方式被安装到载架1上。

半导体压力传感器通常具有在1mm²到50mm²的数量级中的占地面积，其尺寸取决于测量范围和测量灵敏度。在具有正方形占地面积的压力传感器5的情况下，这对应于1mm至约7mm的边长。结合具有这种尺寸的压力传感器5，取决于压力传感器5的占地面积的尺寸，支撑体3的接合区域23可以具有例如0.2mm²至20mm²的尺寸。如果接合区域23是正方形的，则这对应于约0.5mm至约4.5mm的边长。

在形成为压力差测量系统的压力测量装置的情况下以及还在形成为相对压力测量装置的压力测量装置的情况下，接合区域23被减小了延伸穿过第一接合部17的压力传递线13的截面面积。

通过第一接合部17的与压力传感器5的基部区域相比较小的占地面积，实现了压力传感器5与支撑体3之间的比较高质量的热机械分离。在这种情况下，能够经由第一接合部17传递到压力传感器5的热机械应力越低，支撑体3的接合区域23就越小，并且伴随的是，第一接合部17的占地面积也越小。

此外，能够经由第一接合部17传递到压力传感器5的热机械应力越小，第一接合部17的层厚度就越大，并且第一接合部17的弹性也越大。第一接合部17的层厚度越大，自然地是，沟槽21的宽度b和深度t也应该设定得越大，以便安全地确保沟槽21在给定情况下能够完全容纳从间隙溢出的过量的接合材料。

可选地是，支撑体3可以在其面向载架1的面上具有第二沟槽27，该第二沟槽27在所有侧面上在外部包围支撑体3的面向载架1的接合区域29。图3示出了配备有这样的支撑体3的压力测量装置的示例，并且图4示出了图3的支撑体3。以上对于布置在面向压力传感器5的面中的沟槽21的宽度b和深度t的说明对于面向载架1的第二沟槽27对应地成立。

第二沟槽27实现了将连接支撑体3和载架1的第二接合部19的占地面积限制到明显小于支撑体3的基部区域的面积。这样，实现了降低载架1和支撑体3之间的热机械联接，这继而实现了提高使压力传感器5免受施加在其上的热机械应力的保护。

由于连接载架1与支撑体3的第二接合部19与压力传感器5被隔开支撑体3的高度H，并且由于此，第二接合部19仅仅以明显较小的程度对施加在压力传感器5上的热机械应力负责，因此布置在支撑体3的面向载架1的面上的且由第二沟槽27所包围的接合区域29可以直接具有大于或等于布置在支撑体3的面向压力传感器5的面上的接合区域23的尺寸。

可替代地是，连接支撑体3和载架1的第二接合部19的占地面积也可以可选地是通过以下方式被限制的，即，在支撑体3的面向载架3的面上设置从外包围的凹部31，该凹部31在外侧向表面上并且在面向载架1的面上开放，并且在所有侧面上从外部包围支撑体3的面向载架1的接合区域33。图5示出了配备有这种支撑体3的压力测量装置的示例，并且图6示出了图5的支撑体3。

在这种情况下，优选地是，凹部31的高度h1大于或等于0.3mm至2mm的最小高度。可替选地是或补充地是，优选地是，凹部31的宽度b1大于或等于150μm至1mm的最小宽度。

在图1至图6中作为示例示出的支撑体3可被实现为例如具有圆形、矩形或正方形的占地面积的基本上垫圈形的形体，第一沟槽21被引入到支撑体3的面向压力传感器5的面中。

第一沟槽21可以被实现为例如环形沟槽21。因此，在平面图中，第一沟槽21例如可以实现为例如平面视图中的椭圆形、圆形、四边形(尤其是菱形的、矩形的或正方形的环)，该第一沟槽21在所有侧面上在外部包围相应的椭圆形、圆形、四边形(特别是菱形、矩形或方形)的接合区域23。

如果接合区域23被实现为具有四个外边缘的四边形的接合区域23，则支撑体3可以可替选的是在其面向压力传感器5的面上具有四个沟槽35，该四个沟槽35被引入到支撑体3中，并且每个沟槽35分别以直线方式从支撑体3的一个外侧横跨整个支撑体延伸至支撑体3的相对的一个外侧，其中每个沟槽35具有沟槽段37，该沟槽段37与接合区域23的外边缘中的一个外边缘平行地延伸并且直接邻接该外边缘。图7示出了这种支撑体3的面向压力传感器5的面的平面图。在那里，邻接接合区域23的外边缘的四个沟槽段37一起形成沟槽21，该沟槽21在所有侧面上从外包围接合区域23，如图7中虚线所示。

自然地是，在给定的情况下已存在的第二沟槽27以及由第二沟槽从外部包围的接合区域29也可以以此方式类似地被实现。

可替选地是或补充地是，支撑体3可以作为独立元件被布置在载架1上。这提供以下优点，即：由于载架1和支撑体3的不同热膨胀系数而可能产生的热机械应力可以在支撑体3的整个高度H上消散掉。因此，支撑体3优选具有大于或等于1mm的高度H，其中，高度H同时大于或等于第一沟槽21的深度t的两倍。

支撑体3可以被直接地布置在载架1的平面的外端面上。可替选地是，载架1可以在其面向压力传感器5的面上具有中空部39，支撑体3作为独立元件被插入到该中空部中。通过示例在图1，图3和图5中示出的这种变型提供了整体上更低且更紧凑的构造的形式的优点，通过这种构造的形式，除了其它方面之外，实现了可以使壳体(未示出)的内部明显更小，其中载架1上的压力传感器5被引入到该壳体中。以这种方式，压力传递流体的体积减小，其中，视情况而定，测量膜9的外侧经由压力传递流体而在壳体的内部中被供应待测量的压力p或被供应待测量的第一压力p1。

优选地是，本发明的压力测量装置通过首先预制载架1、支撑体3和压力传感器5来生产。

支撑体3的制造优选以如此方式进行，即：使得从箔或盘的形式的起始材料彼此平行地制造出多个支撑体3。

为此，各个支撑体3的第一沟槽21，以及在给定情况下的第二沟槽27或凹部31，是借助于加工方法来生产的，并且然后各个支撑体3借助于分离方法而彼此分离。

适合作为加工方法和/或分离方法的是例如借助于基于激光或超声波的切削工具实现的方法。利用这些工具，沟槽21以及在给定情况下存在的第二沟槽27或在给定情况下存在的凹部31可以被生产出具有几乎任何形式，并且支撑体3可以被生产出具有与起始材料分离的几乎任何占地面积。利用这些方法，还可以在针对相对压力测量系统或压力差测量系统的支撑体3中补充地生产出延伸穿过支撑体3的横穿的压力传递线13。

为了制造第一沟槽21和/或第二沟槽27(所述沟槽每个分别包围四边形的接合区域23和29)，视情况而定，可替选地是，可以使用加工方法，在该加工方法中，沟槽35通过借助于锯子被引入到起始材料中的锯痕而产生，该沟槽35包含形成沟槽21、27且平行于接合表面23、29延伸的沟槽段37，该锯痕从起始材料的一个边缘延伸到起始材料的相对的边缘。与借助于用激光或超声波进行加工的切削工具而实现的可替选的可应用的加工方法相比，该加工方法提供以下优点，即：可以在更多数目的支撑体3中非常快得多并且更成本有效地生产出包围接合表面23、29的沟槽27。

类似地是，同样为了制造凹部31(凹部31中的每个凹部包围四边形接合区域33)，可以使用加工方法，在该加工方法中，凹部31通过借助于锯子被引入到起始材料中的锯痕而产生，其中该锯痕从起始材料的一个边缘延伸到起始材料的相对的边缘。这提供以下优点，即：可以在更多数目的支撑体3中非常快得多并且更成本有效地生产出凹部31。

接下来，使在起始材料中产生的支撑体3分离。在制造具有凹部31的支撑体3的情况下，自然地是，仅仅支撑体3的剩余高度H减去凹部31的高度h1仍然需要移除。

为了分离具有四边形形状的支撑体3(例如具有矩形或正方形占地面积的支撑体3)，替代借助于用激光或超声波进行加工的切削工具而实现的分离方法，可以可替选地是使用以下分离方法，在该分离方法中，通过沿着支撑体3的外边缘进行锯切来分离支撑体3。这提供以下优点，即：与使用借助于激光或超声波进行加工的切削工具的情况(其中每个支撑体3需要从起始材料中单独释放)相比，用锯切可以更快且更成本有效地完成多个支撑体3的分离。

然后，压力测量装置通过如下步骤由预制的组件制造：借助于接合方法将压力测量装置的支撑体3安装在压力测量装置的载架1上，并且借助于接合方法将压力测量装置的压力传感器5安装在压力测量装置的支撑体3上。为此，可以使用从微系统技术已知的、采用接合材料的接合方法，例如软钎焊方法\玻璃钎焊方法或粘性结合方法。

在这种情况下，在被实现用于产生第一接合部17的接合方法期间，由包围接合区域23的沟槽21容纳在给定情况下从压力传感器5和支撑体3之间的间隙向外溢出的过量的接合材料。

类似地是，在制造压力测量装置(其支撑体3在该支撑体的面向载架1的面上具有第二沟槽27或凹部31)的情况下，在被实现用于制造第二接合部19的接合方法期间，由包围接合区域23的沟槽27或包围接合区域23的凹部31容纳在给定情况下从被封围在支撑体3的面向载架1的接合区域29与载架1之间的间隙向外溢出的过量的接合材料。

附图标记列表

1 载架

3 支撑体

5 压力传感器

7 平台

9 测量膜

11 压力室

13 压力传递线

15 传感器元件

17 第一接合部

19 第二接合部

21 沟槽

23 接合区域

25 中间空间

27 沟槽

29 接合区域

31 凹部

33 接合区域

35 沟槽

37 沟槽段

39 中空部

Claims

1.压力测量装置，包括

载架(1)，

支撑体(3)，所述支撑体被布置在所述载架(1)上，

压力传感器(5)，所述压力传感器被布置在所述支撑体(3)上，

第一接合部(17)，所述第一接合部包括连接所述支撑体(3)与所述压力传感器(5)的接合材料，以及

第二接合部(19)，所述第二接合部包括连接所述支撑体(3)与所述载架(1)的接合材料，

其特征在于，所述支撑体(3)在面向压力传感器(5)的面上具有第一沟槽(21)，

所述第一沟槽以这样的方式实现，

即：使得所述第一沟槽(21)在所有侧面上在外部包围所述支撑体(3)的面向压力传感器(5)的接合区域(23)，

所述支撑体(3)的所述接合区域(23)和所述第一接合部(17)的占地面积基本上等大，并且明显小于所述压力传感器(5)的面向第一接合部(17)的基部区域，并且

所述第一沟槽(21)的宽度(b)大于或等于150μm至1mm的最小宽度，并且

所述第一沟槽(21)的深度(t)大于或等于0.3mm至2mm的最小深度。

2.根据权利要求1中所述的压力测量装置，其特征在于：

中间空间(25)形成无接合材料的中空空间，所述中间空间被布置在所述支撑体(3)的从外包围所述第一沟槽(21)的表面与所述压力传感器(5)的相对放置的表面之间，，

所述支撑体(3)具有占地面积，所述占地面积大于或等于所述压力传感器(5)的面向所述第一接合部(17)的面的面积，并且/或者

所述第一接合部(17)和/或所述第二接合部(19)被实现为玻璃焊料、软焊料或粘性结合部。

3.根据权利要求1至2中所述的压力测量装置，其特征在于：

所述压力传感器(5)的占地面积为1mm²至50mm²的数量级，

所述支撑体(3)的面向所述压力传感器(5)的接合区域(23)的尺寸为0.2mm²至20mm²，

所述载架(1)由金属或不锈钢构成，

所述支撑体(3)由包括金属、不锈钢、可伐合金、因瓦合金，陶瓷、氧化铝(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、玻璃、硼硅酸盐玻璃或硅的材料构成，

所述支撑体(3)被实现为具有圆形、矩形或正方形的占地面积的基本上垫圈状或盘状的形体，并且/或者

所述支撑体(3)作为独立元件被直接布置在所述载架(1)上，或者作为独立元件被插入到所述载架(1)中的中空部(39)中，并且/或者

所述支撑体(3)的高度(H)大于或等于1mm，其中，所述高度(H)也大于或等于所述第一沟槽(21)的深度(t)的两倍。

4.根据权利要求1至3中所述的压力测量装置，其特征在于：

所述支撑体(3)在面向载架(1)的面上具有第二沟槽(27)，所述第二沟槽在所有侧面上在外部包围所述支撑体(3)的面向载架(1)的接合区域(29)，

所述第二接合部(19)的占地面积基本上等于由所述第二沟槽(27)包围的所述接合区域(29)，

所述第二沟槽(27)的宽度(b)大于或等于150μm至1mm的最小宽度，并且

所述第二沟槽(27)的深度(t)大于或等于0.3mm至2mm的最小深度。

5.根据权利要求1至3中所述的压力测量装置，其特征在于：

所述支撑体(3)在其面向载架(1)的面上具有从外包围的凹部(31)，所述凹部在所述支撑体(3)的外侧向表面上并且在所述支撑体(3)的面向所述载架(1)的面上开放，

其中，所述凹部(31)在所有侧面上在外部包围所述支撑体(3)的面向所述载架(1)的接合区域(33)，并且

其中，所述凹部(31)的高度(h1)大于或等于0.3mm至2mm的最小高度，并且/或者所述凹部(31)的宽度(b1)大于或等于150μm至1mm的最小宽度。

6.根据权利要求1至5中所述的压力测量装置，其特征在于：被布置在所述支撑体(3)的面向所述压力传感器(5)的面上的所述第一沟槽(21)和/或被布置在所述支撑体(3)的面向所述载架(1)的面上的所述第二沟槽(27)分别被实现为沟槽，所述沟槽闭合以形成环(21、27)。

7.根据权利要求1至6中所述的压力测量装置，其特征在于：被布置在所述支撑体(3)的面向所述载架(1)的面上的所述接合区域(29、33)大于或等于被布置在所述支撑体(3)的面向所述压力传感器(5)的面上的所述接合区域(23)。

8.根据权利要求1至7中所述的压力测量装置，其特征在于：所述第一接合部(17)和/或所述第二接合部(19)分别被实现为粘性结合部。

9.根据权利要求1至8中所述的压力测量装置，其特征在于：

所述支撑体(3)在其面向压力传感器(5)的面上具有被引入到所述支撑体(3)中的四个沟槽(35)，并且每个沟槽沿直线从所述支撑体(3)的一个外侧延伸到所述支撑体(3)的相对放置的一个外侧，每个沟槽具有沟槽段(37)，所述沟槽段平行于所述接合区域(23)的外边缘中的属于所述沟槽段的一个外边缘延伸并直接邻接该外边缘，其中，以这样的方式布置所述沟槽段(37)，即：使得邻接所述接合区域(23)的所述外边缘的四个沟槽段(37)形成在所有侧面上在外部包围所述接合区域(23)的所述第一沟槽(21)，并且/或者

所述支撑体(3)在其面向载架(1)的面上具有被引入到所述支撑体(3)中的四个沟槽(35)，并且每个沟槽沿直线从所述支撑体(3)的一个外侧延伸到所述支撑体(3)的相对放置的一个外侧，每个沟槽具有沟槽段(37)，所述沟槽段平行于所述接合区域(29)的外边缘中的属于所述沟槽段的一个外边缘延伸并直接邻接该外边缘，其中，以这样的方式布置所述沟槽段(37)，即：使得邻接所述接合区域(29)的所述外边缘的四个沟槽段(37)形成在所有侧面上在外部包围所述接合区域(29)的所述第二沟槽(27)。

10.用于制造根据权利要求1至9中所述的压力测量装置的方法，其特征在于：

预制所述压力测量装置的所述载架(1)、所述支撑体(3)和所述压力传感器(5)，

其中，从箔或盘的形式的起始材料彼此并行地制造出多个支撑体，这是通过以下实现的：借助于加工方法分别在各个所述支撑体中产生所述沟槽(21)、所述第二沟槽(27)和/或所述凹部(31)，并且然后借助于分离方法分离所述支撑体(3)，并且

所述压力测量装置是从已预制出来的上述组件通过借助于接合材料执行的接合方法将所述压力测量装置的支撑体(3)安装在所述压力测量装置的载架(1)上并且通过借助于接合材料执行的接合方法将所述压力测量装置的压力传感器(5)安装在所述压力测量装置的支撑体(3)上而制造出来的。

11.根据权利要求10中所述的方法，其特征在于：至少一种加工方法和/或所述分离方法是借助于用激光或超声波进行加工的切削工具或借助于锯子执行的方法。

12.根据权利要求10至11中所述的用于制造根据权利要求9所述的压力测量装置的方法，其特征在于：

包含形成被布置在所述支撑体(3)的面向所述压力传感器(5)的面上的所述第一沟槽(21)的所述沟槽段(37)的所述沟槽(35)和/或包含形成被布置在所述支撑体(3)的面向所述载架(1)的面上的所述第二沟槽(27)的所述沟槽段(37)的所述沟槽(35)分别通过借助于锯子被引入的锯痕而在所述起始材料中产生，其中，所述锯痕从所述起始材料的一个外侧延伸至所述起始材料的相对放置的外侧。

13.根据权利要求10至12中所述的用于制造所述权利要求5所述的压力测量装置的方法，其特征在于：

所述凹部(31)通过借助于锯子被引入到所述起始材料中的锯痕而产生，其中，所述锯痕从所述起始材料的一个外侧延伸至所述起始材料的相对放置的外侧。

14.根据权利要求10至13中所述的方法，其特征在于：

分别以这样的方式来形成每个压力测量装置，即：使得在被执行以用于产生所述第一接合部(17)的所述接合方法期间，由包围所述接合区域(23)的所述第一沟槽(21)容纳在给定的情况下从所述支撑体(3)的所述接合区域(23)与所述压力传感器(5)的相对放置的表面之间的间隙向外溢出的过量的接合材料。

15.根据权利要求10至14中所述的用于制造压力测量装置的方法，所述压力测量装置的支撑体(3)在其面向载架(1)的面上具有所述第二沟槽(27)或凹部(31)，其特征在于：以这样的方式来形成每个压力测量装置，即：使得在被执行以用于产生所述第二接合部(19)的所述接合方法期间，由包围所述接合区域(29)的所述第二沟槽(27)或由所述凹部(31)容纳在给定的情况下从所述支撑体(3)的所述接合区域(29)与所述载架(1)的相对放置的表面之间的间隙向外溢出的过量的接合材料。