DE10141259A1 - Drucksensor mit einem Halbleitersensorchip - Google Patents
Drucksensor mit einem HalbleitersensorchipInfo
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Abstract
Ein Halbleitersensorchip (20) ist zwischen einem Sensorgehäuse (10) und einem Gehäuse (30) angeordnet. Ein erster Druck wird von dem Sensorgehäuse (10) eingeführt und auf die Rückseite des Sensorchips aufgebracht, während ein zweiter Druck von dem Gehäuse (30) her eingeführt wird und auf die Vorderseite des Sensorchips aufgebracht wird. Der Sensorchip (20) erfaßt eine Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck und wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Der Sensorchip (20) ist hermetisch in einem vertieften Abschnitt (11) angebracht, der in dem Sensorgehäuse (10) ausgebildet ist, indem ein Dichtmaterial (50) von Einfüllbohrungen (60), die rund um den vertieften Abschnitt ausgebildet sind, eingefüllt wird. Die Einfüllbohrungen sind zwischen den Anschlüssen (13) positioniert, die den Sensorchip mit einem äußeren Schaltkreis elektrisch verbinden, um die Vergrößerung des Drucksensors durch das Ausbilden der Einfüllbohrungen zu verhindern.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Drucksensor mit einem Halbleitersensorchip, wie z. B. ei
nen Öldrucksensor, der in einem Fahrzeug verwendet wird.
Ein Beispiel eines Drucksensors dieser Art ist in der
Druckschrift JP-A-7-243926 offengelegt. Bei diesem Druck
sensor ist ein Halbleitersensorchip mittels eines
Substrats auf einem vertieften Abschnitt angebracht, der
in einem Gehäuse ausgebildet ist. Der vertiefte Abschnitt
ist mit Öl gefüllt, um den Sensorchip zu bedecken, und
das Öl ist mit einer metallischen Dichtungsmembran herme
tisch bedeckt. Ein zu messender Druck wird auf einer Vor
derseite der Dichtungsmembran aufgebracht, und der aufge
brachte Druck wird auf den Halbleiterchip mittels des Öls
übertragen, das den Halbleiterchip bedeckt. Das heißt,
der von dem Halbleiterchip zu messende Druck wird diesem
von der Vorderseite der Dichtungsmembran her aufgebracht,
die dem Substrat des Sensorchips gegenüberliegt. Diese
Art von Drucksensor wird als Vorderseitentyp-Drucksensor
bezeichnet.
Ein Drucksensor, bei dem der zu messende Druck von
der Rückseite des Sensorchips her aufgebracht wird (ein
Rückseitentyp-Drucksensor), muß ebenso eine bestimmte
Druckmessungsanordnung erfüllen. Ein Rückseitentyp-Druck
sensor, wie er von den Erfindern als Prototyp gemacht
wurde, ist in Fig. 5 gezeigt. Fig. 5 zeigt die Vorder
seite des Sensorchips. Ein Sensorchip J2 ist in einem
vertieften Abschnitt J4 angebracht, der auf einer Endflä
che des Sensorgehäuses J1 ausgebildet ist. Vier An
schlüsse J5 sind rund um den vertieften Abschnitt J4 an
geordnet, um den Sensorchip J2 mit einem äußeren Schalt
kreis zu verbinden. Die Anschlüsse J5 sind im Sensorge
häuse J1 ausgeformt, so daß sie in eine Längsrichtung des
Sensorgehäuses von einer Endfläche des Sensorgehäuses
(der Vorderseite) in Richtung der anderen Endseite ragen.
Der Sensorchip J2 ist ein Halbleitersensorchip, der
eine Membran aufweist, und ist auf die Bodenfläche des
vertieften Abschnitts J4 mittels eines Sen
sorchipsubstrats geklebt. In dem Sensorgehäuse J1 ist ein
Durchgangsloch J6 ausgebildet, so daß ein zu messender
Druck auf die Sensorchipmembran über das Durchgangsloch
J6 aufgebracht wird. Der Sensorchip J2 ist in dem ver
tieften Abschnitt J4 angeordnet, um die Vorderseitenöff
nung des Durchgangslochs J6 hermetisch zu verschließen.
Auf diese Weise wird der Rückseitentyp-Drucksensor herge
stellt, der einen von der Rückseite des Sensorchips zuge
führten Druck erfaßt. Ferner kann die Vorderseite des
Sensorchips mit Öl und einer Dichtungsmembran der selben
Art, wie beim Drucksensor in der zuvor erwähnten Offenle
gungsschrift JP-A-7-243926 offengelegt, bedeckt werden,
und ein weiterer Druck kann von der Vorderseite des Sen
sorchips von der Dichtungsmembranseite her zugeführt wer
den. Auf diese Weise kann eine Druckdifferenz zwischen
dem Druck, der der Rückseite zugeführt wird, und dem
Druck, welcher der Vorderseite zugeführt wird, vom Druck
sensor erfaßt werden.
Bei der in der Fig. 5 gezeigten Drucksensorstruktur
ist es notwendig, einen Rand des Sensorchips J2 und die
Öffnung des Durchgangslochs J6 hermetisch abzudichten, um
einen Druckverlust über den Rand zu vermeiden. Zu diesem
Zweck ist es wirkungsvoll, den Raum J7 zwischen dem Sen
sorchip J2 und den Innenwänden des vertieften Abschnitts
J4 mit einem Dichtmaterial wie z. B. Kunstharz zu befül
len. Jedoch muß der Raum J7 ausreichend groß sein, um den
Zwischenraum J7 wirkungsvoll mit einem viskosen Dichtma
terial zu befüllen. Der vertiefte Abschnitt J4 kann, wie
mit der gepunkteten Linie in Fig. 5 gezeigt, vergrößert
werden. Wenn jedoch der vertiefte Abschnitt J4 vergrößert
ist, müssen die Anschlüsse J5 weiter nach außen verlegt
werden. Das hat jedoch das Problem zur Folge, daß die Ge
samtgröße des Sensorgehäuses J1 vergrößert werden muß.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der er
wähnten Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegen
den Erfindung ist es, einen verbesserten Drucksensor be
reitzustellen, bei dem ein zu messender Druck einer Rück
seite des Sensorchips über ein Durchgangsloch zugeführt
wird, das in einem Sensorgehäuse ausgebildet ist, und bei
dem ein Sensorchip hermetisch mit dem Durchgangsloch ver
bunden ist, ohne daß die Drucksensorgröße zunimmt. Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1
bzw. 2 angegebenen Merkmale.
Der Drucksensor ist aus einem zylindrischen Sensorge
häuse und einem weiteren Gehäuse zusammengesetzt, die
beide miteinander durch bördeln eines Endes des Gehäuses
verbunden werden. Ein vertiefter Abschnitt ist auf einer
längslaufenden Endfläche des Sensorgehäuses ausgebildet,
wo das Sensorgehäuse mit dem anderen Gehäuse gekoppelt
ist. Ein Halbleitersensorchip, der eine Vorderseite und
eine Rückseite aufweist, wird in dem vertieften Abschnitt
angebracht, so daß die Vorderseite dem Gehäuse gegenüber
liegt. Ein erster Druck wird auf die Rückseite des Sen
sorchips über das Durchgangsloch aufgebracht, das in dem
Sensorgehäuse ausgebildet ist. Ein zweiter Druck, der von
dem Gehäuse zugeführt wird, wird auf die Vorderseite des
Sensorchips mittels Öl aufgebracht, das lediglich die
Vorderseite bedeckt. Der Sensorchip erfaßt eine Druckdif
ferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Drck, und wan
delt die erfaßte Druckdifferenz in ein elektrisches Si
gnal um.
Der Sensorchip muß hermetisch in dem vertieften Ab
schnitt angebracht werden, so daß der erste Druck nicht
auf die zweite Druckseite entweicht. Zu diesem Zweck wird
ein Dichtmaterial in einen Zwischenraum zwischen einer
Seitenwand des vertieften Abschnittes und einer Umfangs
seite des Sensorchips gefüllt. Um den vertieften Ab
schnitt herum ist eine Vielzahl von Löchern ausgebildet,
um das Dichtmaterial einzufüllen. Die Füllöcher sind zwi
schen den Anschlüssen angeordnet, die den Sensorchip mit
einem äußeren Schaltkreis elektrisch verbinden. Auf diese
Weise werden die Auffüllöcher ohne Vergrößerung des Sen
sorgehäuses ausgebildet.
Vorzugsweise wird der vertiefte Abschnitt in einer
rechteckigen Form ausgebildet, und die Auffüllöcher wer
den an den vier Ecken des rechteckigen vertieften Ab
schnitts ausgebildet. Auf diese Weise wird das Dichtmate
rial gleichmäßig und mit wenig Reibung in den Füllraum
gefüllt. Der Sensorchip wird hermetisch auf dem Sensorge
häuse angebracht, um zu verhindern, daß der erste Druck
auf die zweite Druckseite entweicht. Ferner wird das
Fülloch abgeschrägt, um es an der Außenseite zu vergrö
ßern. Das Dichtmaterial fließt mit noch weniger Reibung
entlang der Abschrägung in den Füllraum.
Alternativ kann der Sensorchip nur den ersten Druck
erfassen, der auf der Rückseite des Sensorchips aufge
bracht wird, indem die zweite Druckzufuhr von der Gehäu
seseite her beseitigt wird. In diesem Fall wirkt der
Drucksensor wie ein Absolutdrucksensor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Sensorchip
hermetisch auf dem Sensorgehäuse angebracht, ohne den
Drucksensor zu vergrößern.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es unter
anderem, einen kompakten Drucksensor bereitzustellen, der
eine Druckdifferenz zwischen Drücken erfaßt, die auf bei
den Seiten des Sensorchips aufgebracht werden.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vor
liegenden Erfindung ergeben sich aus der illustrativ und
nicht einschränkend zu verstehenden Beschreibung bevor
zugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeich
nung. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt des Drucksensors gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt eines Sensorgehäuses, wie er
in dem in Fig. 1 gezeigten Drucksensor verwendet wird,
auf welchem ein Sensorchip angebracht wird;
Fig. 3A eine Draufsicht, die eine Endfläche des Sen
sorgehäuses zeigt, auf welcher der Sensorchip angebracht
ist, betrachtet von der in Fig. 2 gezeigten Richtung A;
Fig. 3B einen Teilquerschnitt, der den vertieften Ab
schnitt des Sensorgehäuses zeigt, in welchem der Sen
sorchip angeordnet ist, entlang der Linie IIIB-IIIB, wie
sie in Fig. 3A gezeigt ist;
Fig. 3C eine schematische Ansicht, welche die Fluß
richtungen des Dichtmaterials während der Befüllung in
den vertieften Abschnitt zeigt;
Fig. 4 einen Teilquerschnitt, der einen Prozeß des
Befüllens des Dichtmaterials in den vertieften Abschnitt
zeigt; und
Fig. 5 eine Draufsicht, die eine Endfläche des Sen
sorgehäuses eines Prototyp-Drucksensors zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Er
findung wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 beschrie
ben. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Drucksensor S1 aus
einem Sensorgehäuse 10, auf welchem ein Sensorchip 20 an
gebracht ist, und einem Gehäuse 30 zusammengesetzt. Das
Sensorgehäuse 10 und das Gehäuse 30 sind durch Bördeln
eng miteinander verbunden. Der Drucksensor S1 wird be
nutzt, um einen Motoröldruck zu erfassen, der durch eine
im Gehäuse 30 ausgebildete Druckzufuhrbohrung 32 zuge
führt wird.
Zunächst wird ein Sensorgehäuse 10, auf dem ein Sen
sorchip 20 angebracht ist, im wesentlichen unter Bezug
nahme auf Fig. 2 beschrieben. Das Sensorgehäuse 10 ist
zylindrischen durch Formen eines Kunstharzmaterials wie
z. B. PPS (Polyphenylensulfid) oder PBT
(Polybutylenterephthalat) ausgebildet. Ein vertiefter Ab
schnitt 11, der eine Tiefe von ungefähr 2,5 mm bis 3,0 mm
aufweist, ist auf einer der Endflächen des Sensorgehäuses
10 ausgebildet. In dem Sensorgehäuse 10 ist ein Durch
gangsloch 12 ausgebildet, das den vertieften Abschnitt 11
mit einer Außenseite des Sensorgehäuses 10 verbindet. Ein
atmosphärischer Druck wird dem vertieften Abschnitt 11
über das Durchgangsloch 12 zugeführt. Der Sensorchip 20
ist in dem vertieften Abschnitt 11 angeordnet, um das
Durchgangsloch 12 zu schließen, das an der Bodenseite des
vertieften Abschnittes 11 eine Öffnung aufweist (wie bes
ser in den Fig. 3A und 3B gesehen werden kann).
Eine Vorderseite (eine Oberseite in Fig. 2) und eine
Rückseite (eine Unterseite in Fig. 2) des Sensorchips 20
nimmt die jeweiligen darauf aufgebrachten Drücke auf, er
faßt eine Druckdifferenz zwischen den zwei Drücken und
wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Wie in Fig.
3B gezeigt, ist der Sensorchip 20 aus einer Membran 21,
die aus einem Halbleitermaterial wie Silizium hergestellt
ist, und einem Substrat 22, das aus einem Material wie
Glas hergestellt ist, zusammengesetzt. Die Membran 21 und
das Substrat 22 sind miteinander durch Anodenschweißen
oder dergleichen verbunden. Der Sensorchip 20 ist, wie in
Fig. 3A gezeigt, rechteckig. Das Substrat 22 ist auf die
Bodenseite des vertieften Abschnitts 11 mit einem Kleb
stoff wie z. B. Silikongummi geklebt. Das Substrat 22
weist ein mittiges Loch auf, welches den durch das Durch
gangsloch 12 eingeführten Druck auf die Rückseite der
Membran 21 aufgebracht. Die Rückseite der Membran 21 wird
auch als Rückseite des Sensorchips 20 bezeichnet.
Die Anschlüsse 13, die den Sensorchip 20 mit einem
äußeren Schaltkreis elektrisch verbinden, sind, wie in
Fig. 2 gezeigt, in das Sensorgehäuse 10 eingebettet, und
um den vertieften Abschnitt 11, wie in Fig. 3A gezeigt,
angeordnet. In dieser Ausführungsform werden vier An
schlüsse 13 bereitgestellt, die jeweiligen Anschlüsse
werden z. B. als Anschluß zur Eingabe eines Signals an den
Sensorchip 20, zur Ausgabe eines Sensorsignals, zur Er
dung und zur Einstellung eines Signals benutzt. Der Sen
sorchip 20 ist über Drähte 14, die durch Drahtbonden aus
gebildet werden, elektrisch mit den Anschlüssen 13 ver
bunden, wie in Fig. 2 gezeigt. Jedes vordere Ende der An
schlüsse 13 ist an dem Sensorgehäuse 10 mit einem Dicht
material 15 wie z. B. Silikongummi befestigt.
An dem anderen Ende des Sensorgehäuses 10 ist ein An
schlußabschnitt 16 ausgebildet. Der Anschlußabschnitt 16
dient dazu, die Anschlüsse 13 an einen äußeren Schalt
kreis (einer in ein Fahrzeug eingebauten elektronischen
Steuereinheit (ECU)) über einen Kabelbaum (nicht darge
stellt) anzuschließen. Die Datenübertragung zwischen dem
Sensorchip 20 und dem äußeren Schaltkreis wird über die
Drähte 14 und die Anschlüsse 13 durchgeführt.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird nachfolgend die Gesamt
struktur des Drucksensors S1 beschrieben. Das Gehäuse 30,
das aus einem Material wie z. B. galvanisiertem Kohlen
stoffstahl hergestellt ist, beinhaltet einen Gehäusekör
per 31 und einen Rand 36, um das Gehäuse 30 mit dem Sen
sorgehäuse 10 durch Kraftverformung, z. B. Bördeln zu ver
binden. Der Gehäusekörper 31 beinhaltet eine Druckzufuhr
bohrung 32 zum Einführen von Motoröl in den Drucksensor
S1, und ein Gewinde 33 zur Montage des Drucksensors S1 an
einen Öltank. Eine Dichtmembran 34, die an einem Halte
element 35 befestigt ist, ist zwischen dem Gehäuse 30 und
dem Sensorgehäuse 10 angeordnet, um die obere Öffnung der
Druckzufuhrbohrung 32 hermetisch abzuschließen. Die
Dichtmembran 34 wird aus einer dünnen Metallplatte wie
z. B. einer SUS-Platte hergestellt, und das Halteelement
35 wird aus einem metallischen Material wie z. B. SUS her
gestellt. Ein äußerer Rand des Halteelements 35 wird an
den Gehäusekörper 31 geschweißt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden das Gehäuse 30 und das
Sensorgehäuse 10 durch z. B. Bördeln des Rands 36 eng mit
einander verbunden. Zwischen der Dichtmembran 34 und der
Endfläche des Sensorgehäuses 10 wird eine Druckerfas
sungskammer 40 ausgebildet. Die Druckerfassungskammer 40
ist mit Öl 41 gefüllt, wie z. B. fluoridischem Öl, das zum
Übertragen des von der Druckzufuhrbohrung 32 eingeführten
Druckes an die Vorderseite des Sensorchips 20 dient. Das
Öl 41 bedeckt die Vorderseite des Sensorchips 20 und wird
von der Dichtmembran 34 in der Druckerfassungskammer 40
gehalten.
Eine O-Ring-Nut 42 umgibt die Druckerfassungskammer
40. Ein O-Ring 43 ist in der Nut 42 angeordnet und zwi
schen dem Sensorgehäuse 10 und der Dichtmembran 34 im
Preßsitz angeordnet, um die Druckerfassungskammer 40 her
metisch abzudichten.
Der wie oben beschrieben aufgebaute Drucksensor S1,
erfaßt eine Differenz zwischen zwei Drücken auf folgende
Weise. Der Drucksensor S1 ist fest mit einer Rohrleitung
des Motoröltanks verbunden, um das Motoröl in den Druck
sensor S1 über die Druckzufuhrbohrung 32 einzuführen. An
dererseits wird ein atmosphärischer Druck (ein erster
Druck) in den Drucksensor S1 über das Durchgangsloch 12
eingeführt und auf die Rückseite des Sensorchips 20 auf
gebracht. Der Öldruck (ein zweiter Druck) wird über die
Druckzufuhrbohrung 32 eingeführt und an die Dichtmembran
34 angelegt und beaufschlagt die Vorderseite des Sen
sorchips 20 über das Öl 41 in der Druckerfassungskammer
40. Der Sensorchip 20 wandelt die Druckdifferenz zwischen
dem ersten Druck und dem zweiten Druck in ein elektri
sches Signal um. Das elektrische Signal wird an den äuße
ren Schaltkreis (elektrische Steuereinheit) über die
Drähte 14 und die Anschlüsse 13 ausgegeben. Daher wirkt
der Drucksensor S1 als ein relativer Drucksensor und er
faßt den Öldruck relativ zum atmosphärischen Druck.
Es ist beim als relativer Drucksensor wirkenden
Drucksensor S1 wichtig, einen Druckverlust von der Rück
seite an die Vorderseite des Sensorchips 20 zu verhin
dern. Mit anderen Worten muß der Sensorchip 20 hermetisch
an die Bodenseite des vertieften Abschnitts 11 gebondet
werden. Jedoch neigt der den Sensorchip 20 an die Boden
seite des vertieften Abschnitts 11 anheftende Klebstoff
dazu, sich auf der Bodenseite ungleich zu verteilen, wo
durch er Druckverlust verursacht. Die vorliegende Erfin
dung stellt eine einzigartige Struktur bereit, um fehler
frei Druckverlust zu vermeiden. Details des Aufbaus zur
Vermeidung von Druckverlust werden nachstehend beschrie
ben.
Fig. 3A zeigt eine Vorderseite des Sensorgehäuses 10,
in welchem der Sensorchip 20 angeordnet ist (betrachtet
aus der in Fig. 2 gezeigten Richtung A). Fig. 3B zeigt
einen Querschnitt entlang der in Fig. 3A gezeigten Linie
IIIB-IIIB. Ein Dichtmaterial 50 wird in einen Zwischen
raum zwischen den Umfangsseiten des Sensorchips 20 und
die Seitenwände des vertieften Abschnitts 11 gefüllt. Das
Dichtmaterial wird im flüssigen Zustand in den Zwischen
raum gefüllt und danach ausgehärtet. Als Dichtmaterial 50
kann ein Kunstharzmaterial wie z. B. Silikongummi verwen
det werden, das bei Raumtemperatur aushärtet.
Wie in Fig. 3A gezeigt, werden rund um den vertieften
Abschnitt 11 Einfüllbohrungen 60 ausgebildet, um das
Dichtmaterial 50 in den vertieften Abschnitt 11 zu fül
len. Der Sensorchip 20 ist ebenso wie der vertiefte Ab
schnitt 11 rechteckig, der somit der Form des Sensorchips
20 entspricht. Vier Einfüllbohrungen 60 sind an den je
weiligen Ecken des vertieften Abschnitts 11 ausgebildet,
so daß jede Einfüllbohrung 60 zwischen zwei benachbarten
Anschlüssen 13 positioniert ist. Wie in Fig. 3B gezeigt,
beinhaltet die Einfüllbohrung 60 eine Abschrägung 61,
welche die Einfüllbohrung 60 an der Außenseite vergrö
ßert, und einen geraden Abschnitt 62, der von der äußer
sten Stelle der Abschrägung 61 nach oben geht.
Das Dichtmaterial 50 wird in den vertieften Abschnitt
11 von der Einfüllbohrung 60 in der folgenden Weise ein
gefüllt. Nachdem der Sensorchip 20 auf die Bodenwand des
vertieften Abschnitts 11 geklebt wurde, wird das Dichtma
terial 50 von einer Düse K befüllt, die, wie in Fig. 4
gezeigt, an dem geraden Abschnitt 62 ausgerichtet ist. Um
den Sensorchip 20 während der Bearbeitung des Einfüllens
des Dichtmaterials 50 an der richtigen Position auf der
Bodenwand zu halten, kann der Sensorchip 20 durch Unter
druck angesaugt werden, der vom Durchgangsloch 12 her an
gelegt wird. Das von der Düse K eingespritzte Dichtmate
rial 50, fließt entlang der Abschrägung 61 und füllt den
Zwischenraum zwischen der Umfangsseite des Sensorchips 20
und der Seitenwand des vertieften Abschnitts 11, wie in
den Fig. 3A und 3B gezeigt. Da das Dichtmaterial 50
von den Einfüllbohrungen 60 kommt, die an den vier Ecken
des vertieften Abschnitts 11 positioniert sind, fließt
das Dichtmaterial 50 mit wenig Reibung entlang der Seiten
des vertieften Abschnitts 11, wie in Fig. 3C gezeigt. Da
nach wird das Dichtmaterial 50 bei Raumtemperatur ausge
härtet. Alternativ kann das Dichtmaterial 50 durch Heizen
oder Bestrahlung mit Licht ausgehärtet werden. So wird
der Sensorchip 20 auf dem Sensorgehäuse 10 montiert, das
damit eine Sensorgehäuseunterbaugruppe bildet, wie in
Fig. 2 gezeigt.
Dann wird die Unterbaugruppe wie in Fig. 2 gezeigt
positioniert (die Vorderseite ist oben), und eine vorbe
stimmte Menge an Öl 41 wie z. B. fluoridischem Öl oder
dergleichen wird von der Oberseite in den oberen Zwi
schenraum des Sensorgehäuses 10 gefüllt. Andererseits
wird das Halteelement 35, das die Membran 34 hält, an
seinem gesamten Umfang, wie in Fig. 1 gezeigt, an das Ge
häuse geschweißt. Dann wird das Gehäuse 30 an der Ober
seite des Sensorgehäuses 10 plaziert, und das Gehäuse 30
und der Sensor 10 werden teleskopartig aneinander gekop
pelt. Dann wird das mit dem Gehäuse 30 gekoppelte Sensor
gehäuse 10 in eine Vakuumkammer gestellt, um die Luft aus
der Druckerfassungskammer 40 zu saugen.
Daraufhin werden das Sensorgehäuse 10 und das Gehäuse
30 stark aneinander gedrückt, so daß die Druckerfassungs
kammer 40 durch den O-Ring 42, der zwischen dem Sensorge
häuse 10 und dem Halteelement 35 angeordnet ist, fest ab
gedichtet wird. Dann wird der Rand des Gehäuses 30 gebör
delt oder sonstwie kaltverformt, um das Sensorgehäuse 10
und das Gehäuse 30 fest miteinander zu verbinden. Somit
ist der in Fig. 1 gezeigte Drucksensor fertiggestellt.
Der Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung er
reicht schafft u. a. die nachfolgenden Vorteile.
Da die Einfüllbohrungen 60 rund um den vertieften Ab
schnitt 11 ausgebildet werden, wird das Dichtmaterial 50
richtig in den Zwischenraum zwischen die Seitenwand des
vertieften Abschnitts 11 und der Umfangsseite des Sen
sorchips 20 gefüllt, wodurch eine gute Abdichtung zwi
schen der Rück- und Vorderseite des Sensorchips 20 ver
wirklicht wird. Da die Einfüllbohrungen 60 zwischen den
Anschlüssen 13 ausgebildet sind, ist es nicht notwendig,
die Anschlüsse 13 nach außen zu bewegen. Dementsprechend
kann der Drucksensor S1 kompakt gehalten werden. Da der
Raum, in dem das Öl 41 eingefüllt wird, nicht vergrößert
wird, indem die Einfüllbohrungen 60 vorgesehen werden,
erhöht sich die benötigte Menge an Öl 41 nicht. Wenn näm
lich eine größere Menge an Öl 41 benutzt wird, verändern
sich die Sensorcharakteristiken in einem höheren Ausmaß
entsprechend der Temperaturveränderungen, da die Druck
übertragungscharakteristik aufgrund der höheren Wärmeka
pazität des Öls 41 sehr von den Temperaturveränderungen
beeinflußt wird. Daher kann die Temperaturabhängigkeit
des Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung niedri
ger gehalten werden.
Da die Einfüllbohrungen 60 an vier Ecken des vertief
ten Abschnitts 11 ausgebildet werden, kann das Dichtmate
rial 50 mit weniger Reibung in den Zwischenraum zwischen
die Seitenwand des vertieften Abschnitts 11 und der Um
fangsseite des Sensorchips 20 gefüllt werden. Es ist mög
lich, die Einfüllbohrungen 60 an den Seiten des vertief
ten Abschnitts 11 auszubilden. Aber in diesem Fall kann
das Dichtmaterial 50 nicht ausreichend an die Eckab
schnitte des Sensorchips 20 gebracht werden, da das
Dichtmaterial 50 nicht ausreichend in die Eckabschnitte
kriecht. Da das Dichtmaterial 50 von den Einfüllbohrungen
60 eingefüllt wird, die an den Ecken positioniert sind,
fließt in der obigen Ausführungsform das Dichtmaterial 50
mit wenig Reibung oder Widerstand von den Ecken zu den
anderen Orten, wie in Fig. 3C gezeigt. Darüberhinaus wird
das Dichtmaterial 50 ausreichend an die Ecken des Sen
sorchips 20 gebracht. Zusätzlich wird verhindert, daß ein
Teil des Dichtmaterials 50 an den Anschlüssen 13 am Ende
des Einfüllprozesses in einer fadenartigen Form klebt, da
die Einfüllbohrungen zwischen den Anschlüssen positio
niert sind.
Da die Abschrägung 61 in der Einfüllbohrung 60 ausge
bildet ist, fließt das Dichtmaterial 50 entlang der Ab
schrägung 61 mit wenig Reibung oder Widerstand, und es
kann gleichzeitig an der Menge des Dichtmaterials 50 ge
spart werden, die zur Befüllung des Zwischenraums benö
tigt wird. Da der gerade Abschnitt 62 an der äußersten
Position der Abschrägung 61 hervorsteht, kann die Ein
fülldüse K leicht an dem geraden Abschnitt 62 ausgerich
tet werden. Ferner verhindert der gerade Abschnitt 62,
daß das Dichtmaterial 50 austritt.
Eine Stufe 63 mit der Tiefe "h" wird am oberen Ende
der Einfüllbohrung 60 bereitgestellt, wie in Fig. 3B ge
zeigt. Die Stufe 63 verhindert ferner, daß das Dichtmate
rial 50 aus dem befüllten Zwischenraum austritt und an
der Dichtmembran 34 festklebt. Wenn das Dichtmaterial an
der Dichtmembran 34 festklebt, wird die Druckübertragung
von der Dichtmembran an den Sensorchip 20 nachteilig be
einflußt. Die Stufe 63 führt obige Funktionalität aus,
wenn die Tiefe "h" ungefähr 50 µm beträgt.
Der oben beschriebene Drucksensor S1 erfaßt eine
Druckdifferenz zwischen dem an der Rück- und Vorderseite
des Sensorchips 20 aufgebrachten Drucks. Der Drucksensor
S1 kann als Absolutdrucksensor benutzt werden, der den
auf der Rückseite des Sensorchips 20 aufgebrachten Druck
erfaßt. In diesem Fall wird der zu messende Druck auf der
Rückseite des Sensorchips 20 über das Durchgangsloch 12
aufgebracht. Die selben oben beschriebenen Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden in ähnlicher Form bei einem
Absolutdrucksensor erhalten. Obwohl die Einfüllbohrungen
60 mit dem vertieften Abschnitt 11 in der oben beschrie
benen Ausführungsform verbunden sind, können die Einfüll
bohrungen 60 von dem vertieften Abschnitt 11 getrennt
sein und über zusätzliche Passagen, die im Sensorgehäuse
10 ausgebildet werden, verbunden sein.
Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die
vorstehend genannte bevorzugte Ausführungsformen be
schrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich,
daß Änderungen in Form und Detail gemacht werden können,
ohne den Bereich der Erfindung, wie er in den anliegenden
Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.
Claims (8)
1. Ein Drucksensor mit:
einem zylindrischen Sensorgehäuse (10), das ei nen an einem Längsende ausgebildeten vertieften Ab schnitt (11) aufweist, wobei der vertiefte Abschnitt mit einer äußeren Druckquelle über ein Durchgangsloch (12) in Verbindung steht, das im Sensorgehäuse ausge bildet ist;
einem Sensorchip (20), der in dem vertieften Abschnitt angeordnet ist, um einen von der äußeren Druckquelle zugeführten Druck aufzunehmen;
einer Vielzahl von Anschlüssen (13), die rund um den vertieften Abschnitt zur elektrischen Verbin dung des Sensorchips mit einem äußeren Schaltkreis angeordnet sind;
einem Dichtmaterial (50), das in den Zwischen raum zwischen einer Seitenwand des vertieften Ab schnitts (11) und einer Umfangsseite des Sensorchips (20) zur hermetischen Schließung des Durchgangslochs mit dem Sensorchip eingebracht ist; und
einer Vielzahl von Einfüllbohrungen (60) zur Füllung des Dichtmaterials in den Zwischenraum, wobei jede Einfüllbohrung in einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Anschlüssen (13) ausgebildet ist.
einem zylindrischen Sensorgehäuse (10), das ei nen an einem Längsende ausgebildeten vertieften Ab schnitt (11) aufweist, wobei der vertiefte Abschnitt mit einer äußeren Druckquelle über ein Durchgangsloch (12) in Verbindung steht, das im Sensorgehäuse ausge bildet ist;
einem Sensorchip (20), der in dem vertieften Abschnitt angeordnet ist, um einen von der äußeren Druckquelle zugeführten Druck aufzunehmen;
einer Vielzahl von Anschlüssen (13), die rund um den vertieften Abschnitt zur elektrischen Verbin dung des Sensorchips mit einem äußeren Schaltkreis angeordnet sind;
einem Dichtmaterial (50), das in den Zwischen raum zwischen einer Seitenwand des vertieften Ab schnitts (11) und einer Umfangsseite des Sensorchips (20) zur hermetischen Schließung des Durchgangslochs mit dem Sensorchip eingebracht ist; und
einer Vielzahl von Einfüllbohrungen (60) zur Füllung des Dichtmaterials in den Zwischenraum, wobei jede Einfüllbohrung in einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Anschlüssen (13) ausgebildet ist.
2. Ein Drucksensor mit:
einem zylindrischen Sensorgehäuse (10), das ei nen an einem Längsende ausgebildeten vertieften Ab schnitt (11) aufweist, wobei der vertiefte Abschnitt mit einer ersten Druckquelle über ein in dem Sensor gehäuse ausgebildetes Durchgangsloch (12) in Verbin dung steht;
einem Sensorchip (20), der eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei der Sensorchip in dem vertieften Abschnitt angebracht ist, so daß die Rück seite den ersten Druck aufnimmt, der von der ersten Druckquelle zugeführt wird;
Öl (41), das in dem vertieften Abschnitt be reitgestellt ist, um die Vorderseite des Sensorchips zu bedecken;
einer Vielzahl von Anschlüssen (13), die rund um den vertieften Abschnitt angeordnet sind, um den Sensorchip mit einem äußeren Schaltkreis elektrisch zu verbinden;
einer Einrichtung (30 etc.) zur Zuführung eines zweiten Drucks einer zweiten Druckquelle an das Öl (41), das die Vorderseite des Sensorchips (20) be deckt, wobei der zweite Druck auf die Vorderseite des Sensorchips (20) über das Öl aufgebracht wird, so daß der Sensorchip (20) eine Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Drücken erfaßt;
einem Dichtmaterial (50), das in einen Zwi schenraum zwischen einer Seitenwand des vertieften Abschnitts (11) und einer Umfangsseite des Sen sorchips (20) gefüllt wird zum hermetischen Schließen das Durchgangslochs (12) mit dem Sensorchip; und
einer Vielzahl von Einfüllbohrungen (60) zur Füllung des Dichtmaterials (50) in den Zwischenraum, wobei jede Einfüllbohrung in einem Zwischenraum zwi schen zwei benachbarten Anschlüssen (13) ausgebildet ist.
einem zylindrischen Sensorgehäuse (10), das ei nen an einem Längsende ausgebildeten vertieften Ab schnitt (11) aufweist, wobei der vertiefte Abschnitt mit einer ersten Druckquelle über ein in dem Sensor gehäuse ausgebildetes Durchgangsloch (12) in Verbin dung steht;
einem Sensorchip (20), der eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei der Sensorchip in dem vertieften Abschnitt angebracht ist, so daß die Rück seite den ersten Druck aufnimmt, der von der ersten Druckquelle zugeführt wird;
Öl (41), das in dem vertieften Abschnitt be reitgestellt ist, um die Vorderseite des Sensorchips zu bedecken;
einer Vielzahl von Anschlüssen (13), die rund um den vertieften Abschnitt angeordnet sind, um den Sensorchip mit einem äußeren Schaltkreis elektrisch zu verbinden;
einer Einrichtung (30 etc.) zur Zuführung eines zweiten Drucks einer zweiten Druckquelle an das Öl (41), das die Vorderseite des Sensorchips (20) be deckt, wobei der zweite Druck auf die Vorderseite des Sensorchips (20) über das Öl aufgebracht wird, so daß der Sensorchip (20) eine Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Drücken erfaßt;
einem Dichtmaterial (50), das in einen Zwi schenraum zwischen einer Seitenwand des vertieften Abschnitts (11) und einer Umfangsseite des Sen sorchips (20) gefüllt wird zum hermetischen Schließen das Durchgangslochs (12) mit dem Sensorchip; und
einer Vielzahl von Einfüllbohrungen (60) zur Füllung des Dichtmaterials (50) in den Zwischenraum, wobei jede Einfüllbohrung in einem Zwischenraum zwi schen zwei benachbarten Anschlüssen (13) ausgebildet ist.
3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß
eine Dichtmembran (34) zum Einschließen des darin enthaltenen Öls (41) vorgesehen ist, so daß der zweite Druck an die Dichtmembran zugeführt wird und an das Öl übertragen wird; und
eine Stufe (63) rund um jede Einfüllbohrung (60) bereitgestellt ist zum Verhindern, daß das Dichtmaterial (50) aus dem vertieften Abschnitt (11) in Richtung der Dichtmembran (34) austritt.
eine Dichtmembran (34) zum Einschließen des darin enthaltenen Öls (41) vorgesehen ist, so daß der zweite Druck an die Dichtmembran zugeführt wird und an das Öl übertragen wird; und
eine Stufe (63) rund um jede Einfüllbohrung (60) bereitgestellt ist zum Verhindern, daß das Dichtmaterial (50) aus dem vertieften Abschnitt (11) in Richtung der Dichtmembran (34) austritt.
4. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einfüllbohrungen (60) rund um den
vertieften Abschnitt (11) an vier Positionen in glei
chen Abständen angeordnet sind.
5. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß
der vertiefte Abschnitt (11) und der Sensorchip (20) in einer Draufsicht rechteckig sind und der Sen sorchip in dem vertieften Abschnitt positioniert ist, so daß die Seiten des Sensorchips parallel mit den Seiten des vertieften Abschnitts sind; und
die Einfüllbohrungen (60) an vier Kanten des vertieften Abschnitts (11) ausgebildet sind.
der vertiefte Abschnitt (11) und der Sensorchip (20) in einer Draufsicht rechteckig sind und der Sen sorchip in dem vertieften Abschnitt positioniert ist, so daß die Seiten des Sensorchips parallel mit den Seiten des vertieften Abschnitts sind; und
die Einfüllbohrungen (60) an vier Kanten des vertieften Abschnitts (11) ausgebildet sind.
6. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einfüllbohrung (60) eine Abschrä
gung (61) beinhaltet, welche die Einfüllbohrung in
Richtung einer Öffnung der Einfüllbohrung nach außen
erweitert.
7. Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einfüllbohrung (60) ferner einen geraden Ab
schnitt (62) beinhaltet, der von einer äußersten Po
sition der Abschrägung (61) vertikal hervorsteht.
8. Drucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einfüllbohrung (60) eine Abschrägung (61) be
inhaltet, die die Einfüllbohrung nach außen in Rich
tung der Öffnung der Einfüllbohrung vergrößert.
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