DE10042734C1 - Drucksensor - Google Patents

Abstract

Für einen Drucksensor, bei dem eine mit einer Druckmeßzelle versehene Hybridbaugruppe durch Klebemittel mit dem Drucksensorgehäuse verbunden ist, wird vorgeschlagen, die Klebestelle derart auszugestalten, daß es weder bereits schon im Verlauf der Drucksensormontage noch im späteren Betrieb zu einer Verspannung der Druckmeßzelle kommt, die zu einer Verfälschung des Meßsignals oder sogar zu einer Zerstörung des Drucksensors führt. DOLLAR A Die Klebestelle ist derart ausgebildet, daß eine definierte Klebefläche und eine definierte Kleberschichtdicke eingehalten werden; zur Klebung selbst wird ein Silikonkleber verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor.

Aus der DE 196 12 964 A1 ist ein Drucksensor bekannt.

Entsprechend der bekannten Schrift weist der Drucksen­ sor ein Gehäuse [dort (20)] mit einer oftmals zylindri­ schen Form auf, das vorzugsweise aus Kunststoff be­ steht. In diesem Gehäuse ist ein Sensorelement [dort (30)] vorgesehen, welches beispielsweise als ein mit einer Membran versehener Silizium-Chip ausgebildet ist. Das Sensorelement ist auf einer Trägerplatte [dort (40)] angeordnet und beispielsweise über Bond­ drähte [dort (32)] mit Kontaktflächen auf der Träger­ platte mit dieser verbunden. Die Trägerplatte ist als Hybrid-Keramikplatte ausgebildet. Im Gehäuse ist weiter eine Montagefläche [dort (60)] vorgesehen, mit der die Trägerplatte unter Verwendung eines Kapillarklebers zur Ausbildung einer abdichtenden Klebeverbindung sehr fest verbunden ist. Auf diese Weise ist zwischen dem Gehäuse und der Trägerplatte eine nahezu monolithische Verbin­ dung hergestellt.

Wird im Rahmen seiner Verwendung der Drucksensor über eine dort z. B. in Fig. 1 gezeigte Schraubverbindung mit einer Meßstelle verbunden, wobei ein hierfür geeig­ netes Werkzeug verwendet wird, so werden vom Werkzeug auf das Gehäuse Montagekräfte übertragen; vor allem nach dem für das Dichten erforderlichen Festziehen des Drucksensors wirken Fixierungskräfte auf das Gehäuse ein, weshalb es aufgrund der geringeren Werkstoff-Fe­ stigkeit des Kunststoffes im Gehäuse zu Verformungen kommt. Bei dem Festziehen wird der O-Ring elastisch verformt, so daß er entsprechend dieser Pressung längs einer ringförmgen Auflagefläche an der Gehäusehälfte [dort (21)] anliegt. Die durch das Gewinde auf die Ge­ häusehälfte ausgeübte Zugkraft stützt sich also auf dieser ringförmigen Auflagefläche ab und verursacht die Verformung, daß sich die ursprünglich ebene Montageflä­ che [dort (60) als Teil der dortigen Gehäusehälfte (21) in der dortigen Fig. 1] in Richtung der Gewinde-Zug­ kraft konkav aufwölbt.

Bei einem Mehrfach-Drucksensor der Erfindung entspre­ chend der nachstehend erläuterten Fig. 2 wirken auf den Drucksensor Druckkräfte durch die Meßdrücke P₁ und P₂ ein. Durch die Befestigungen (24) und (25) bewirken die Druckkräfte ein konvexes Aufwölben des Drucksensor-Un­ terteiles (1) und damit auch ein Aufwölben der Flächen (23) und (23a), mit denen die Hybridbaugruppen durch Klebung verbunden sind.

In der bekannten Schrift ist durch die Verbindung des Sensorelementes mit der Trägerplatte eine Drucksensor- Hybridbaugruppe gebildet, welche wie oben erläutert über den Kapillarkleber quasi monolithisch mit der Montagefläche des Gehäuses verbunden ist; durch diese Verbindung werden Verformungen der Montagefläche auch immer auf die Hybridbaugruppe übertragen und verspannen diese [konstruktionsbedingt nimmt die ursprünglich ebene Trägerplatte die Form der Montagefläche ein, wodurch nun auch die Trägerplatte verspannt wird].

Derartige Verspannungen der Drucksensor-Hybridbaugruppe führen zumindest zu einer Verfälschung des Sensor- Druckmeßwertes, weil sie sich auch auf das druckerfas­ sende Sensorelement übertragen [das vom Sensorelement abgegebene elektrische Signal basiert auf dem im Sen­ sorelement aufgrund der Druckbeaufschlagung erzeugten mechanischen Spannungszustand, welcher dann durch eine zusätzliche rein mechanische Verspannung verändert wird]; bei größen Verspannungen kommt es sogar zum Bruch der Trägerplatte, da die verwendete Keramik ihrer Natur entsprechend zwar biegesteif aber doch sehr spröde ausgebildet ist.

Verspannungen der Drucksensor-Hybridbaugruppe können auch bereits schon im Verlauf der Montage entstehen, wenn es während der Trägerplatten-Klebung auf der Ge­ häuse-Montagefläche mit Hilfe des Kapillarklebers durch fertigungsbedingte Maßnahmen zu einer Kraft-Einwirkung auf das Gehäuse kommt.

Aus der DE 41 07 347 A1 ist eine Halbleiterdrucksensor bekannt, bei dem der Halbleiterdrucksensorchip [dort (50)] mit einem Leiterrahmen [dort (100)] über eine in einem becherförmigen Abschnitt [dort (2)] eingebrachte Klebeschicht mit einer vorbestimmten Dicke verbunden ist. Ein Unterstüzungsvorsprung [dort (11)] dient zum Ausgleich des Zug- und Biegemomentes und ist vorzugs­ weise derart angeordnet, daß ein vorbestimmtes Biegemo­ ment an dem Drucksensor [dort (51)] des Halbleiter­ drucksensorchips [dort (50)] den Offset-Wert aufhebt, den der Halbleiterdrucksensorchip selbst aufweist.

Innerhalb des becherförmigen Abschnitts ist ein weite­ rer Vorsprung [dort (4)] zum Aufnehmen einer Drahtver­ bindung vorgesehen, welcher die Kraft aufnimmt, die vom Boden des Halbleiterdrucksensorchips während des Zeit­ punktes der Drahtverbindung durch den Druck ausgeübt wird. Mit dem Unterstützungsvorsprung [dort (11)] wird verhindert, daß Verzerrungsstreß aufgrund des Drahtauf­ nahmevorsprungs [dort (4)] übertragen wird; hierdurch wird der auf den Halbleiterdrucksensorchip [dort (50)] ausgeübtes Streß entspannt, wodurch die Meßgenauigkeit verbessert wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für einen Drucksensor nach der erstgenannten bekannten Schrift konstruktive Maßnahmen vorzusehen, die verhin­ dern, daß Verspannungen zwischen einer Drucksensor-Hy­ bridbaugruppe und der im Gehäuse des Drucksensors vor­ gesehenen Fläche, mit der die Drucksensor-Hybridbau­ gruppe klebedicht verbunden ist, auftreten können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange­ gebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteil­ hafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie auch auf Druck­ sensoren mit mehr als einem Sensorelement, d. h. für einen Sensor mit zwei und mehr Druckkanälen angewendet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Drucksensor in seiner oftmals zylindrischen Grundform mit einem Sensorelement zur Messung eines Druckes;

Fig. 2 einen Drucksensor mit zwei Sensorelementen zur Messung von zwei unterschiedlichen Drücken.

Entsprechend Fig. 1 ist für den Sensor ein Gehäuse vor­ gesehen, von dem zur besseren Übersicht nur das Ge­ häuse-Unterteil (1) dargestellt ist, welches die Ein­ richtungen für die erfindungsgemäße Klebeverbindung enthält. Die von einem Ausschnitt (6) erfaßten Bauele­ mente sind in dem Ausschnitt (7) vergrößert darge­ stellt.

Das oft und vorzugsweise als rotationssymmetrischer Körper ausgebildete Gehäuse-Unterteil (1) kann aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. Bei einer Fertigung aus einem preisgünstigen Kunststoff, einem Material, das gegenüber Metall im allgemeinen über eine geringere Biegesteifigkeit verfügt, sind die Vorteile der Erfindung besonders ausgeprägt.

Es ist ein Drucksensor-Aufnahmeteil (4) vorgesehen, welches für den Drucksensor als Druckquelle zur Messung des Drucks P₁ (22) dient, wofür der Druckanschluß (2) vorgesehen ist. Das Gehäuse-Unterteil (1) weist eine Ringnut (13) auf, in der ein O-Ring (14) eingelegt ist, so daß mit Hilfe des am hohlzylindrischen Ansatz für den Druckanschluß (2) vorgesehenen Außengewindes (3) das Gehäuse druckdicht mit dem Drucksensor-Aufnahmeteil (4) verbindbar ist.

Als Sensorelement dient eine piezoresistive Druckmeß­ zelle (5). Bei einer derartigen Meßzelle ist eine Sili­ zium-Meßmembran (17) anodisch an einen Glaskörper (18) gebondet. Die derart zusammengefügten Meßzellen-Ele­ mente (17) und (18) sind flächig auf eine, kostenbe­ dingt eckige, Keramikplatte (8) aufgeklebt. Über Bond­ drähte ist die Silizium-Meßmembran (17) mit entspre­ chenden, auf der Seite des Sensorelementes angeordneten Leiterbahnen verbunden. Über eine durch die Keramik­ platte (8) und den Glaskörper (18) durchgehende Öffnung (21) wird die Silizium-Meßmembran (17) von dem am Druckanschluß (2) anliegenden Druck beaufschlagt. Zur Abdeckung der Druckmeßzelle (5) ist eine mit einer Re­ lativdruck-Einlaßbohrung (16) ausgerüstete Schutzkappe (15) vorgesehen.

Durch die feste Verbindung der Druckmeßzelle (5) mit der Keramikplatte (8) und durch die Bond-Verbindungen ist eine Hybridbaugruppe gebildet, bei der die Keramik­ platte (8) die Trägerplatte darstellt. Weiter sind auf dieser Trägerplatte elektrische und/oder elektronische Bauteile angeordnet, welche die Meßelektronik bilden. Für eine hochintegrierte Meßelektronik ist mindestens eine Meßelektronik-Komponente (19) vorgesehen, welche z. B. aus einem integrierten Schaltkreis besteht. Zur Spannungsversorgung und zur Ausgabe des Druckmeßwertes sind an der Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) elektri­ sche Anschlüsse angebracht. Für hochintegrierte Lösun­ gen bei z. B. serieller digitaler Datenausgabe ist dies mindestens ein elektrischer Anschluß (20), welcher so­ wohl zur Spannungsversorgung als auch zur Datenübertra­ gung dient.

Der elektrische Anschluß (20) ist mit dem nicht darge­ stellten oberen Gehäuseteil verbunden, welches über mindestens einen elektrischen Anschluß verfügt, welcher z. B. wie das Anschlußelement [dort (50)] aus der DE 196 12 964 A1 in der dortigen Gehäusehälfte (22) nach der dortigen Fig. 1 ausgeführt ist.

Im Gehäuse-Unterteil (1) ist auf der Seite, welche der Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) zugewendet ist, eine durch die Größe der Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) vorgegebene Kreisfläche (9) vorgesehen; ein ver­ gleichsweise kleiner Teil der Kreisfläche (9) bildet den eigentlichen Montagebereich für die Klebung der Hy­ bridbaugruppen-Trägerplatte (8). Dieser Montagebereich wird durch eine, über der Kreisfläche (9) erhaben ab­ stehende, Auflagekontur (11) nach außen begrenzt, wel­ che im wesentlichen als ein kreisrunder Ring ausgebil­ det ist. Auf der Kreisfläche (9) ist eine weitere, als erhaben abstehend auf der Kreisfläche (9) ausgebildete Klebebegrenzungskontur (12) angeordnet, welche die in­ nere Begrenzung für den Montagebereich darstellt, und diese Kontur ist ebenfalls als im wesentlichen kreis­ runde Kontur ausgestaltet, wobei die Mittelpunkte der Auflagekontur (11) und der Klebebegrenzungskontur (12) entweder identisch sind, so daß beide Konturen konzen­ trisch zueinander liegen oder zumindest räumlich nahe beieinander liegen. Eine räumliche Nähe ist gegeben, wenn der Abstand der Mittelpunkte beider Konturen im Verhältnis zum Radius der äußeren Auflagekontur (11) vergleichsweise gering ist.

Zur Montage der Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) auf dem Gehäuse-Unterteil (1) wird zunächst mit Hilfe einer Dosiereinrichtung eine vordefinierte Menge von Kleb­ stoff in die Ringnut, welche im Gehäuse-Unterteil (1) durch die Auflagekontur (11) und die Klebebegrenzungs­ kontur (12) gebildet ist, eingefüllt. Dann wird die vormontierte Hybridbaugruppe mit ihrer der Druckmeß­ zelle (5) abgewandten Fläche bezüglich der Kreisfläche (9) des Gehäuse-Unterteiles (1) zentriert und bündig auf die Auflagekontur (11) aufgelegt, so daß der Klebstoff die erläuterte Ringnut ausfüllt und eine kleine, bei der Dosierung sicherheitshalber berücksich­ tigte Klebstoff-Restmenge in den sehr schmalen Spalt zwischen der Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) und der Klebebegrenzungskontur (12) fließen kann. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Kleberaum (10) gebildet, durch dessen ringförmige Grundfläche eine definierte Klebefläche eingehalten ist. Die Auflagekontur (11) stellt die äußere und die Klebebegrenzungskontur stellt die innere Begrenzung des ringförmigen Kleberaumes (10) dar. Die Dicke der Kleberschicht im Kleberaum (10) er­ gibt sich aus der Höhe der Auflagekontur (11) über der Kreisfläche (9); mit der Festlegung dieser Höhe ist eine definierte Kleberschichtdicke eingehalten. Auf­ grund der erläuterten Größenverhältnisse stellt die Klebefläche einen vergleichbar kleinen Teil der Fläche der Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) dar.

Die Dicke des ringförmigen Kleberaumes (10) ist anwen­ dungsabhängig; sie liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 0,3 mm und wird von dem verwendeten Kleber bestimmt.

Der erwähnte schmale Spalt zwischen Hybridbaugruppen- Trägerplatte (8) und der Klebebegrenzungskontur (12) beträgt z. B. 0,03 mm, er wird dadurch festgelegt, in­ dem die Höhe der Klebebegrenzungskontur (12) über der Kreisfläche (9) entsprechend kleiner als die Höhe der Auflagekontur (11) über der Kreisfläche (9) gewählt wird.

Für die Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) wird z. B. ein übliches Keramiksubstrat auf der Basis von Al₂O₃ eingesetzt. Der verwendete Klebstoff wird an den für das Gehäuse-Unterteil (1) verwendeten Kunststoff ange­ paßt, um eine geeignete Paarung zwischen dem Kunststoff (bzw. dem Metall) und dem Kleber herzustellen; hierbei wird vorzugsweise ein elastisch weicher Silikonkleber eingesetzt, der ausgleichend bezüglich der temperatur­ bedingten Längenänderungen der durch die Klebung zusam­ mengefügten Teile wirkt.

Bei Verwendung eines 30%-glasfaserverstärkten PBT- Kunststoffes bewährt sich als Kleber der Einkomponen­ ten-Silikonkleber TSE322 der Firmen Toshiba oder Gene­ ral Electrics.

Nach der Dosierung des Klebers und dem Auflegen der Hy­ bridbaugruppe wird die Klebung im Ofen spannungsfrei bei einer Temperatur von vorzugsweise 120°C über eine Zeit von vorzugsweise 1 bis 1,5 Stunden ausgehärtet; dann erfolgt die Abkühlung auf die Raumtemperatur.

Mit Abkühlung auf Raumtemperatur findet eine tempera­ turbedingte Volumensverringerung des Klebers statt. Durch diese Volumensverringerung entsteht eine auf die Hybridbaugruppe wirkende Zugspannung, welche von dem im ringförmigen Kleberaum (10) befindlichen Kleber an sei­ ner Grenzfläche zur Hybridbaugruppen-Trägerplatte (8) auf diese ausgeübt wird. Der große Vorteil bei der Aus­ gestaltung der Konturen (11) und (12) in Form von kon­ zentrischen Kreisringen und der zentrischen Montage der Meßzellen-Elemente (17) und (18) bezüglich der konzen­ trischen Konturen (11) und (12) besteht nun darin, daß diese Zugspannungen symmetrisch auf die Silizium-Meß­ membran (17) einwirken und diese damit nicht verspan­ nen. Aus diesem Grund ist es anzustreben, die Auflage­ kontur (11) und die Klebebegrenzungskontur (12) als zu­ einander konzentrische kreisrunde Ringe auszubilden.

Es gibt jedoch Fertigungsgesichtspunkte, die es erfor­ derlich machen, von dieser idealen Auslegung abzugehen, sei es, daß man in gewissem Rahmen von der konzentri­ schen Anordnung abgehen muß, daß eine der Konturen bei­ spielsweise eine ellipsenförmige Form aufweist, oder daß eine Kontur aus Kreis- oder Kreissehnen-Elementen zusammengesetzt ist.

Sofern durch eine derartige Ausbildung die Symmetrie der erläuterten, durch den Kleber auf die Hybridbau­ gruppe einwirkenden Zuspannung nicht wesentlich gestört wird, wird im Sinne der Erfindung eine derartige Kontur im wesentlichen als kreisrunder Ring betrachtet. Sinn­ gemäß gleiches gilt für die zentrische Anordnung der Konturen zueinander und für die konzentrische Anordnung der piezoresistiven Druckmeßzelle (5) in Bezug auf die konzentrische Ring-Anordnung.

Wie eingangs im Detail erläutert, wird bei der Schraub­ montage des Sensors im Drucksensor-Aufnahmeteil (4) über die Wirkung des O-Ringes (40) eine Zugkraft auf das Gehäuse-Unterteil (1) derart ausgeübt, daß sich die Kreisfläche (9) konkav aufwölbt.

Über das Festziehen der Befestigungseinrichtung des Drucksensors ergibt sich so eine Streßeinwirkung auf die Kreisfläche (9), die die erläuterte konkave Wölbung zu Folge hat. Grundsätzlich kann der Montagebereich an jeder Stelle der Kreisfläche (9) angeordnet sein, wenn er jedoch an einer Stelle angeordnet ist, an der die Tangente an die Wölbung waagerecht ist, so wird die Hy­ bridbaugruppen-Trägerplatte (8) nur parallel zu ihrer ursprünglich ebenen Einbaulage verschoben, und der Ein­ fluß auf die Silizium-Meßmembran (17) ist am gering­ sten.

Eine waagerechte Tangente an ein aufgrund der Streßbe­ einflussung gewölbte "Kreisfläche" (8) liegt am Extrem­ wert dieser Wölbung vor, das heißt, wenn die Wölbung ihr Maximum oder ihr Minimum erreicht.

Aufgrund der rotationssymmetrischen Geometrie des Drucksensors liegt bei der Streßeinwirkung durch die Befestigungseinrichtung in Form des Außengewindes (3) der Extremwert (in diesem Falle das Minimum) des streß­ bedingten mechanischen Auslenkweges längs der Mittelli­ nie des Drucksensors [die Punkte der ursprünglich ebe­ nen Kreisfläche (9) werden durch die Spannungskräfte um einen Auslenkweg verschoben, wobei die Verbindung der verschobenen Punkte die konkave Wölbung der Kreisfläche (9) ergibt]. Aus diesem Grund ist der Montagebereich konzentrisch zum Minimum des Streß-Auslenkweges, zur Mittellinie des Drucksensors angeordnet.

Sowohl die Öffnung (21), welche den Druckkanal vom Druckanschluß (2) zur Silizium-Meßmembran (17), dem Sensorelement, darstellt, als auch die Mittelpunkte der Auflagekontur (11) und der Klebebegrenzungskontur (12) befinden sich im wesentlichen im Bereich der Mittel­ linie des Drucksensors, längs der, wie erläutert, der Streß-Auslenkweg sein Minimum einnimmt.

Bei der Anordnung des Montagebereiches am Wölbungs-Ex­ tremwert der gewölbten Kreisfläche (9) wirken die über die ringförmige Klebefläche auf die Hybridbaugruppen- Trägerplatte (8) ausgeübten Spannungskräfte der unter Fig. 2 erläuterten Wölbung mit ihrer Krümmung rotationssymmetrisch auf diese ein, so daß auch diese Einflüsse die Silizium-Meßmembran (17) nicht meßwertverfälschend verspannen; eine solche Verspannung tritt in geringem Maß nur bei einer asymmetrischen [d. h. nicht rotationssymmetrischen] Form der Wölbung auf, was durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung des Gehäuse-Unterteils (1) verhindert ist.

Bei dem Drucksensor nach Fig. 2 ist neben der Druckmeß­ zelle (5) zur Messung des Drucks P₁ (22) eine weitere Druckmeßzelle (5a) zur Messung eines weiteren, zweiten Drucks P₂ (22a) vorgesehen. Die zur Messung des Drucks P₂ (22a) benötigten Bauelemente sind gleichartig mit denen zur Messung des Drucks P₁ (22) verwendeten Bau­ elementen; die Bezugszeichen für die Bauelemente des Drucks P₂ (22a) entsprechen denjenigen für den Druck P₁ (22) und sind zur Unterscheidung mit einem zusätzlichen "a" bezeichnet. Die Bauteile sind in großem Umfang gleichartig mit den unter Fig. 1 beschriebenen Bautei­ len, so daß im folgenden nur die Unterschiede der Bau­ elemente zu Fig. 1 beschrieben sind.

Im Gegensatz zu Fig. 1 weist das Gehäuse-Unterteil (1) nach Fig. 2 keine rotationssymmetrische Form auf, da die Hybridbaugruppen-Trägerplatten (8) und (8a) räum­ lich benachbart zueinander in entsprechenden Ausnehmun­ gen des Gehäuse-Unterteils (1) angeordnet sind. So kann die Verbindung zwischen dem Gehäuse-Unterteil (1) und dem Drucksensor-Aufnahmeteil (4) auch nicht mehr über Außengewinde an den hohlzylindrischen Ansätzen für die Druckanschlüsse (2) und (2a) erfolgen; die hohlzylin­ drischen Ansätze für die Druckanschlüsse (2) und (2a) werden statt dessen in entsprechende Aufnahmebohrungen, welche die Druckquellen für die Drücke P₁ (22) und P₂ (22a) darstellen, eingesteckt. Vor dem Einstecken sind im Drucksensor-Aufnahmeteil (4) die O-Ringe (14) und (14a) eingelegt, so daß das Gehäuse-Unterteil (1) mit dem Drucksensor-Aufnahmeteil (4) über Schraubverbindun­ gen (24) und (25) druckdicht verbindbar ist.

Mit der fehlenden Rotationssymmetrie liegt für die Hy­ bridbaugruppen-Trägerplatten (8) und (8a) kein Vorzug vor, diese als runde Platten auszuführen; je nach den für einen Drucksensor vorliegenden Fertigungsbedingun­ gen kann eine geeignete Form gewählt werden, die z. B. in einer quadratischen Platte besteht. So liegt auch wie bei Fig. 1 die Fläche (9) nicht als eine Kreisflä­ che vor, sondern die dieser Fläche in Fig. 2 entspre­ chenden Flächen (23) und (23a) sind beim gewählten Bei­ spiel von quadratischen Hybridbaugruppen-Trägerplatten (8) und (8a) ebenfalls als quadratische Flächen ausge­ staltet.

Dagegen sind die Montagebereiche, deren Begrenzungen durch die Auflagekonturen [(11) bzw. (11a)] und die Klebebegrenzungskonturen [(12) bzw. (12a)] festgelegt sind, sowie die sich daraus ergebenden ringförmigen Kleberäume [(10) bzw. (10a)] entsprechend den diesbe­ züglichen Erläuterungen zu Fig. 1 auch als im wesentli­ chen kreisrunde Strukturen ausgebildet, da der Ge­ sichtspunkt, daß eine Kleberschicht nach der Abküh­ lungsphase keine asymmetrischen Spannungen auf die Hy­ bridbaugruppen-Trägerplatten und damit auf die Sili­ zium-Meßmembrane übertragen soll, natürlich auch hier gilt. Die als Druckkanäle dienenden Öffnungen (21) und (21a) sowie die Druckmeßzellen (5) und (5a) befinden sich ebenfalls wieder im wesentlichen im Mittelpunkt der aus den jeweiligen Auflage- und Klebebegrenzungs­ konturen gebildeten Montagebereiche.

Bezüglich der mechanischen Spannungen, die im Betrieb auf den Drucksensor einwirken, gibt es einen wesentli­ chen Unterschied zu dem Drucksensor nach Fig. 1, der darin besteht, daß nicht Verformungen aufgrund von Kräften durch eine Außengewinde-Befestigung im Vorder­ grund stehen, sondern Verformungen des Gehäuse-Unter­ teiles (1) durch die Druckkräfte der Drücke P₁ (22) und P₂ (22a). Wie bereits eingangs angedeutet, bewirken diese Druckkräfte ein konvexes Aufwölben des Gehäuse- Unterteils (1) über dem Drucksensor-Aufnahmeteil (4), wobei das Gehäuse-Unterteil (1) an den Stellen der Schraubverbindungen (24) und (25) mit dem Drucksensor- Aufnahmeteil (4) fest aufliegend verbunden ist.

Das Maximum der Aufwölbung des Gehäuse-Unterteiles (1) wird - bei Annahme gleich großer Drücke P₁ und P₂ - in der Mitte zwischen den Schraubverbindungen (24) und (25) liegen. Daher sind im Unterschied zu dem Drucksen­ sor nach Fig. 1 die Druckmeßzellen (5) und (5a) sowie die Öffnung (2) bzw. (2a) nicht an der Stelle eines Ex­ tremwertes der betriebsbedingten Verformung angeordnet, weil dies bei den geometrischen Gegebenheiten des Drucksensors nach Fig. 2 gar nicht möglich ist.

Dennoch läßt sich die erfindungsgemäße Klebetechnik auch für einen Drucksensor mit zwei Sensorelementen vorteilhaft anwenden, da die im Vergleich zu den Ge­ samtabmessungen des Sensors kleinen Montagebereiche für die Druckmeßzellen (5) und (5a) die vom konvex aufge­ wölbten Gehäuse-Unterteil (1) auf diese Druckmeßzellen übertragenen Spannungen reduzieren.

Wird aufgrund der Aufwölbung z. B. die Hybridbaugrup­ pen-Trägerplatte (8) nur in ihrem Winkel gegenüber der Geraden verdreht [dieser Winkel ist im wesentlichen durch die Tangente an dieser konvex gewölbten Kontur im Mittelpunkt des Montagebereiches bestimmt], so wird in erster Näherung über die Klebestelle keine meßwertver­ fälschende Spannung auf die Silizium-Meßmembran (17) ausgeübt; dagegen bewirkt ein Krümmungsanteil der Auf­ wölbung im Montagebereich auch eine Verbiegung der Hy­ bridbaugruppen-Trägerplatte (8) in sich und wirkt meß­ wertverfälschend auf die Silizium-Meßmembran (17) ein und dieser Krümmungsanteil ist aufgrund der vergleichs­ weise kleinen Meßbereiche sehr gering.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß die bei den spe­ zifizierten Drücken P₁ (22) und P₂ (220) zu erwartende Aufwölbung bei der Auslegung der Pressung für die O- Ringe (14) und (14a) und des zulässigen Werkstoffstresses der Trägerplatte zu berücksichtigen ist. Die Aufwölbung der Trägerplatte ist grundsätzlich durch geeignete konstruktive Versteifungsmaßnahmen kleinstmöglich zu halten.

Der Vollständigkeit halber sei weiter erwähnt, daß sich mit dem unter Fig. 2 beschriebenen Prinzip auch ein Drucksensor mit mehr als zwei Sensorelementen aufbauen läßt.

Claims (5)

1. Drucksensor mit folgenden Merkmalen:

• a) Es ist ein Gehäuse mit mindestens einem elek­ trischen Anschluß und einem Druckanschluß vor­ gesehen, wobei der mindestens eine Druckan­ schluß über eine Befestigungseinrichtung druck­ dicht mit einer Druckquelle verbindbar ist;
• b) es ist mindestens ein Sensorelement vorgesehen;
• c) es ist mindestens eine Trägerplatte vorgesehen, auf der mindestens eine Komponente der Meßelek­ tronik des Sensors angeordnet ist;
• d) durch eine feste Verbindung des mindestens ei­ nen Sensorelementes mit der mindestens einen Trägerplatte ist eine Hybridbaugruppe gebildet;
• e) im Gehäuse ist ein Montagebereich vorgesehen;
• f) die Hybridbaugruppe ist im Montagebereich mit dem Gehäuse über eine auf derjenigen Seite, welche dem Sensorelement abgewendet ist, ange­ ordnete Kleberschicht verbunden;
• g) die Klebefläche stellt einen vergleichbar klei­ nen Teil der Fläche der Trägerplatte für die Hybridbaugruppe dar;
• h) es ist eine definierte Kleberschichtdicke ein­ gehalten;
• i) im Montagebereich ist eine erste erhabene Kon­ tur vorgesehen;
• j) im Montagebereich ist eine zweite erhabene Kon­ tur vorgesehen;
• k) die erste erhabene Kontur ist als Auflagekontur für die Hybridbaugruppe ausgebildet, deren Höhe die Kleberschichtdicke bestimmt.
• l) es ist eine definierte Klebefläche eingehalten;
• m) die Auflagekontur stellt die äußere Begrenzung der Kleberschicht dar.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) die Kleberschicht ist in Form eines ringförmi­ gen Raumes ausgebildet;
• b) die zweite erhabene Kontur ist als Klebebegren­ zungskontur ausgebildet und stellt die in­ nere Begrenzung der ringförmigen Kleberschicht dar.

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der ringförmige Raum der Kleberschicht im wesentlichen kreisrund ausgebildet ist.

4. Drucksensor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) Die Auflagekontur ist als im wesentlichen kreisrunde Kontur ausgebildet;
• b) die Klebebegrenzungskontur ist als im wesentli­ chen kreisrunde Kontur ausgebildet;
• c) die Mittelpunkte der Auflagekontur und der Kle­ bebegrenzungskontur sind identisch oder liegen zumindest räumlich nahe zusammen.

5. Drucksensor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) In der Hybridbaugruppe ist ein Druckkanal zur Druckzuführung an das Sensorelement vorgesehen;
• b) im montierten Zustand befindet sich der Druck­ kanal im wesentlichen im Bereich der Mittel­ punktslinien von der Auflagekontur und der Klebebegrenzungskontur.