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Die vorliegende Erfindung betrifft einen säurebeständigen oder säurefesten Drucksensor.
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Ein Drucksensor weist für gewöhnlich ein Gehäuse aus Kunstharz oder Kunststoff, in welches ein leitfähiges Bauteil als Anschluss eingegossen ist und ein Sensierungselement oder Sensorbauteil auf, welches auf dem Gehäuse angeordnet und mit dem leitfähigen Bauteil elektrisch verbunden ist.
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In dem Gehäuse sind das leitfähige Bauteil und das Sensierungselement mit einem Abdeckbauteil abgedeckt, welches aus einem elektrisch isolierenden Material ist, beispielsweise aus einem Gel. Beispielsweise hat bei einem Drucksensor gemäß der
US 6 512 255 B2 (entsprechend der
JP 2001 304999 A ) ein Abdeckbauteil eine Doppelschichtstruktur derart, dass ein zweites Schutzbauteil auf ein erstes Schutzbauteil aufgesetzt ist. Das erste Schutzbauteil ist aus einem Gummi auf Fluorbasis und deckt das leitfähige Bauteil und einen elektrischen Verbindungsabschnitt zwischen dem leitfähigen Bauteil und einer mit dem Sensierungselement verbundenen Verdrahtung ab. Das zweite Schutzbauteil aus einem Gel auf Fluorbasis deckt das Sensierungselement und einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Sensierungselement und einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Sensierungselement und der mit dem leitfähigen Bauteil verbundenen Verdrahtung ab. Für gewöhnlich verbindet ein Bondierungsdraht das leitfähige Bauteil und das Sensierungselement. Das erste Schutzbauteil hat einen relativ hohen Elastizitätsmodul, d. h. eine hohe Elastizität. Das zweite Schutzbauteil hat einen niedrigeren Elastizitätsmodul, d. h. eine geringere Elastizität als das erste Schutzbauteil.
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Die Überlegung hierbei ist, dass das erste Schutzbauteil zwischen dem leitfähigen Bauteil und dem Gehäuse eingeschlossene Luft daran hindert, sich auszudehnen und sich um das Abdeckbauteil herum zu bewegen, da das erste Schutzbauteil mit hoher Elastizität das leitfähige Bauteil und seinen Umfang abdeckt. Damit kann eine Verringerung der Isolationsleistung des Schutzmaterials verhindert werden.
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Weiterhin ist das Sensierungselement mit dem zweiten Schutzbauteil bedeckt, welches geringere Elastizität hat, so dass auf den Sensor aufgebrachter Druck über das zweite Schutzbauteil in geeigneter Weise auf das Sensierungselement übertragen wird. Von daher sind die Sensorcharakteristiken des Sensors insgesamt hinreichend sichergestellt.
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Weiterhin deckt das zweite Schutzbauteil den Verbindungsabschnitt zwischen dem Sensierungselement und dem Bondierungsdraht ab, der als Verdrahtung dient, so dass eine Abtrennung des Bondierungsdrahtes verhindert ist.
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Bei dem oben beschriebenen Sensor ist jedoch das zweite Schutzbauteil, welches aus einem Gel auf Fluorbasis ist, an seiner oberen Oberfläche frei, d. h. unbedeckt. Ein Fluor-Gel kann eine starke Säureeinwirkung, beispielsweise mit einem pH-Wert von weniger als 3 nicht tolerieren. Wenn daher der Sensor unter solchen Umständen eingesetzt wird, korrodiert das zweite Schutzbauteil.
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Als Ergebnis der Korrosion kann Wasser in das zweite Schutzbauteil eindringen, so dass sich die Elastizität des zweiten Schutzbauteils ändern kann. Folglich können bei einer Druckübertragung über das zweite Schutzbauteil auf das Sensierungselement Schwankungen auftreten und die Sensorcharakteristik kann sich ändern.
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Aus der
DE 100 46 017 A1 und der
DE 202 18 044 U1 ist jeweils ein Drucksensor mit einem Gehäuse, einem Sensierungselement und einem Abdeckbauteil bekannt, wobei das Abdeckbauteil sich aus einer zweiteiligen Schichtung zusammensetzt, welche das Sensierungselement umgibt.
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Ferner ist aus der
DE 101 57 402 A1 ein Drucksensor bekannt, welcher erste und zweite Schutzteile
70,
80 aufweist, wobei das erste Schutzteil zweischichtig aufgebaut und die seitliche Oberfläche des Sensorchips bedeckt, während das zweite Schutzteil
80 oberhalb des Sensorchips angeordnet ist und dazu dient zu verhindern, dass Fremdteilchen durch ein Durchgangsloch eintreten.
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Die
DE 698 09 906 T2 offenbart einen weiteren Drucksensor, welchem ein Sensorchip
26 in einer Ausnehmung von einer Schutzbeschichtung
30 bedeckt wird, die sich aus zwei aufeinander liegenden Schichten
32 und
34 zusammensetzt. Das Gehäuse wird über der Ausnehmung durch eine Membran verschlossen, wobei zwischen der Schutzbeschichtung
30 und der Membran
42 eine Luftschicht vorhanden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drucksensor zu schaffen, der eine hohe Säurebeständigkeit oder Säurefestigkeit hat, ohne dass hierbei Einbußen an den Sensorcharakteristiken gemacht werden müssen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2.
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Zur Erläuterung vorliegenden Erfindung wird ein Drucksensor beschrieben, der aufweist: ein Gehäuse, in welches ein leitfähiges Bauteil als Anschluss eingegossen ist, sowie ein Sensierungselement oder Sensorelement, welches an dem Gehäuse angeordnet und elektrisch mit dem leitfähigen Bauteil verbunden ist, und ein Abdeckbauteil, welches elektrisch isolierende Eigenschaften hat und das leitfähige Bauteil und das Sensierungselement abdeckt. Das Sensierungselement erkennt einen Druck und erzeugt abhängig von dem erkannten Druck ein elektrisches Signal. Das Abdeckbauteil hat eine Dreischichtstruktur derart, dass ein zweites Schutzbauteil auf ein erstes Schutzbauteil aufgesetzt oder hierauf gestapelt ist und eine dritte Schutzschicht die zweite Schutzschicht oder das zweite Schutzbauteil abdeckt.
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Das erste Schutzbauteil ist aus einem Gummi auf Fluorbasis und deckt das leitfähige Bauteil und einen elektrischen Verbindungsabschnitt zwischen dem leitfähigen Bauteil und einer mit dem Sensierungselement verbundenen Verdrahtung ab. Das zweite Schutzbauteil ist aus einem Gel auf Fluorbasis und deckt das Sensierungselement und einen elektrischen Verbindungsabschnitt zwischen dem Sensierungselement und einer mit dem leitfähigen Bauteil verbundenen Verdrahtung ab. Das dritte Schutzbauteil ist aus einem Material mit höherer Säurebeständigkeit als das Gel auf Fluorbasis und deckt das zweite Schutzbauteil ab.
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Das dritte Schutzbauteil mit der höheren Säurefestigkeit oder Säurebeständigkeit als das Gel auf Fluorbasis schützt eine obere Oberfläche des zweiten Schutzbauteils, welches aus dem Gel auf Fluorbasis ist.
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Weiterhin ist das Sensierungselement mit dem zweiten Schutzbauteil mit relativ niedriger Elastizität abgedeckt, so dass auf den Sensor einwirkender Druck geeignet über das zweite Schutzbauteil auf das Sensierungselement übertragen wird. Die Sensorcharakteristiken oder Sensoreigenschaften sind somit hinreichend sichergestellt.
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Der Sensor hat damit eine hohe Säurebeständigkeit oder Säurefestigkeit, ohne dass Abstriche an den Sensoreigenschaften gemacht werden müssen.
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Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Drucksensor als Beispiel, welcher nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft, jedoch deren Erläuterung dient; und
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2 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Drucksensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher eine Abwandlung des Drucksensors von 1 darstellt.
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Bezug genommen wird auf 1, wo ein Drucksensor 100 gemäß einem Beispiel zur Erläuterung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Beispielsweise sei der Drucksensor 100 ein Drucksensor im Ansaugkrümmer, der in einer Umgebung verwendet wird, wo Chemikalien vorliegen, beispielsweise Kraftstoff. Der Sensor 100 umfasst ein Gehäuse 10, ein Sensor- oder Sensierungselement 20, Anschlüsse 30, Bondierungsdrähte 40 und ein Abdeckbauteil 50.
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Das Gehäuse 10 ist aus einem Kunstharz- oder Kunststoffmaterial, beispielsweise Polyphenylensulfit (PPS), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Epoxyharz. Das Gehäuse weist einen hohlen Abschnitt 11 in seiner oberen Oberfläche auf, um das Sensierungselement 20 aufzunehmen.
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Die Anschlüsse 30 als leitfähige Bauteile sind einstückig mit dem Gehäuse 10 durch ein Einsetzgießverfahren ausgebildet und stehen von einer Bodenfläche des hohlen Abschnittes 11 teilweise vor. Die Anschlüsse 30 sind aus einem leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer.
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Die freiliegenden Abschnitte der Anschlüsse 30 sind goldbeschichtet, um als Bondierkissen zu dienen. Der Anschluss 30 hat weitere freiliegende Abschnitte (nicht gezeigt) als Bondierkissenabschnitte, um den Sensor mit einer externen Vorrichtung oder dergleichen zu verbinden.
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Das Sensierungselement 20, welches in dem hohlen Abschnitt 11 des Gehäuses 10 angeordnet ist, enthält einen Sensorchip 21 und eine Glasbasis 22 zum Halten des Sensorchips 21. Der Sensorchip 21 ist ein Halbleiterchip, der Druck erkennt und abhängig von dem erkannten Druck ein elektrisches Signal erzeugt.
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Beispielsweise erkennt der Sensorchip 21 Druck unter Verwendung des piezoresistiven Effekts. Der Sensorchip 21 weist eine Membran 21a, welche zum Zeitpunkt der Druckeinwirkung an ihrer Oberfläche verformt wird, und einen diffundierten Widerstand (nicht gezeigt) auf.
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Der Sensorchip 21 ist auf die Bodenfläche des hohlen Abschnittes 11 mittels der Glasbasis 22 beispielsweise unter Verwendung eines Klebers 23, etwa Silikongummi, angeheftet. Der Sensorchip 21 steht mit den Bondierkissen der Anschlüsse 30 über Bondierungsdrähte 40 elektrisch in Verbindung, welche aus Gold, Aluminium etc. sind.
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Somit ist das Sensierungselement 20 in dem hohlen Abschnitt 11 des Gehäuses 10 angeordnet und elektrisch mit den Anschlüssen 30 verbunden.
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Wie weiterhin in 1 zu sehen ist, ist der hohle Abschnitt 11 des Gehäuses 10 mit dem Abdeckbauteil 50 gefüllt, welches elektrisch isolierende Eigenschaften hat und das Sensierungselement 20 und die Anschlüsse 30 bedeckt. Das Abdeckbauteil 50 hat eine Dreischichtstruktur derart, dass ein zweites Schutzbauteil 52 auf ein erstes Schutzbauteil 51 gesetzt oder gestapelt ist, welches die Bodenfläche des hohlen Abschnittes 11 kontaktiert und ein drittes Schutzbauteil 53 ist auf das zweite Schutzbauteil 52 gesetzt oder gestapelt.
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Das Abdeckbauteil 50 deckt das Sensierungselement 20, die Anschlüsse 30, die Bondierungsdrähte 40, elektrische Verbindungsabschnitte, wo die Bondierungsdrähte mit dem Sensorchip 21 verbunden sind und elektrische Verbindungsabschnitte ab, wo die Bondierungsdrähte mit den Anschlüssen 30 verbunden sind. Daher sind das Sensierungselement 20, die Anschlüsse 30, die Bondierungsdrähte 40 und die elektrischen Verbindungsabschnitte vor chemischen Angriffen, elektrischen Kurzschlüssen, Korrosion etc. geschützt. Das erste Schutzbauteil 51 ist so angeordnet, dass es die Anschlüsse 30, eine Grenzfläche zwischen dem Gehäuse 10 und den Anschlüssen 30 und den elektrischen Verbindungsabschnitt, wo die Anschlüsse 30 mit den einen Enden der Bondierungsdrähte 40 verbunden sind, abdeckt. In diesem Fall liegen die Bondierungsdrähte 40 an ihren anderen Enden frei, um mit dem Sensierungselement 20 verbunden zu werden.
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Das zweite Schutzbauteil 52 liegt so, dass es eine obere Oberfläche des ersten Schutzbauteils 51 und des Sensierungselements 20 und des elektrischen Verbindungsabschnittes abdeckt, wo das Sensierungselement 20 mit den anderen Enden der Bondierungsdrähte 40 verbunden ist. Weiterhin deckt das zweite Schutzbauteil 52 diese restlichen oder anderen Enden der Bondierungsdrähte 40 ab.
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Das erste Schutzbauteil 51 ist aus einem Gummi auf Fluorbasis mit hoher Elastizität, um zu verhindern, dass Luftbläschen an einer Grenzfläche zwischen den Anschlüssen 30 und dem Gehäuse 10 entstehen. Das zweite Schutzbauteil 52 ist aus einem Gel auf Fluorbasis mit geringerer Elastizität, um Belastungen, welche auf das Sensierungselement 20 und die Bondierungsdrähte 40 wirken, auf ein Minimum zu verringern.
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Beispielsweise kann das erste Schutzbauteil 51 aus einem Fluorgummi oder Fluorsilikongummi gemacht sein, der elektrisch isolierende Eigenschaften hat und einen relativ hohen Elastizitätsmodul von 0,1 Megapascal (Mpa) oder mehr hat. Das zweite Schutzbauteil 52 kann aus einem Fluor-Gel oder Fluorsilikon-Gel sein, welches elektrisch isolierende Eigenschaften hat und einen relativ niedrigen oder niedrigeren Elastizitätsmodul derart hat, dass es 10 mehr Eindringgrade bei einem 1/4-Konus-Falltest hat, wie er in den Japanese Industrial Standards (JIS) K2220 definiert ist.
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Weiterhin ist bei dem Sensor gemäß dieser Ausführungsform das dritte Schutzbauteil 53 angeordnet, welches das zweite Schutzbauteil 52 abdeckt. Das dritte Schutzbauteil 53 ist aus einem Material, welches höhere Säurefestigkeit oder Säurebeständigkeit hat, als das Gel auf Fluorbasis.
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Beispielsweise kann das dritte Schutzbauteil 53 aus einem Gummi auf Fluorbasis, aus einem Gel auf Fluorbasis, welches Öl auf Fluorbasis enthält oder aus einem Gummi auf Fluorbasis, der Öl auf Fluorbasis enthält, sein, wobei diese genannten Materialien alle eine höhere Säurefestigkeit als Gel auf Fluorbasis haben.
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Ein Herstellungsvorgang für den Sensor 100 wird nachfolgend beschrieben.
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Ein Gehäuse 10, in welches die Anschlüsse 30 einsatzgegossen sind oder eingegossen sind, wird hergestellt. Das Sensierungselement 20 wird über den Kleber 23 an dem Gehäuse 10 angeordnet. Der Sensorchip 21 wird durch ein Drahtbondierungsverfahren mit den Anschlüssen 30 verbunden.
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Sodann wird das Abdeckbauteil 50 (d. h. werden die ersten bis dritten Schutzbauteile 51 bis 53) in den hohlen Abschnitt 11 des Gehäuses 10 eingebettet und durch eine Wärmebehandlung ausgehärtet. Bei diesem Vorgang werden das erste Schutzbauteil 51, das zweite Schutzbauteil 52 und das dritte Schutzbauteil 53 sequenziell in den hohlen Abschnitt 11 eingebettet und sie werden unabhängig oder gemeinsam ausgehärtet. Somit wird der Sensor 100 hergestellt.
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Der Sensor 100 wird derart eingebaut, dass der hohle Abschnitt 11 z. B. mit einem Motoreinlass in Verbindung steht, um den Ansaugdruck mittels des Sensierungselementes 20 zu erkennen. Der Ansaugdruck ist hierbei ein Unterdruck.
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In dem Sensor 100 ist das dritte Schutzbauteil 53, welches höhere Säurebeständigkeit als ein Gel auf Fluorbasis hat, angeordnet, um die obere Oberfläche des zweiten Schutzbauteils 52 zu schützen, welches aus einem Gel auf Fluorbasis ist. Weiterhin ist das Sensierungselement 20 mit dem zweiten Schutzbauteil 52 bedeckt, welches relativ geringe Elastizität hat, so dass ein auf den Sensor 100 wirkender Druck in passender Weise über das zweite Schutzbauteil 52 auf das Sensierungselement 20 übertragen wird. Die Sensorcharakteristiken oder Sensoreigenschaften des Sensors 100 sind somit ausreichend sichergestellt.
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Damit hat der Drucksensor 100 eine hohe Säurebeständigkeit, ohne Abstriche an den Sensoreigenschaften machen zu müssen.
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Wie oben beschrieben ist das erste Schutzbauteil 51 aus einem Gummi auf Fluorbasis und das dritte Schutzbauteil 53 ist aus einem Gummi auf Fluorbasis oder aus einem Gel auf Fluorbasis, jeweils mit einem Anteil an Öl auf Fluorbasis. Somit können das erste Schutzbauteil 51 und da dritte Schutzbauteil 53 aus dem gleichen Material sein, nämlich aus Gummi auf Fluorbasis.
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2 zeigt einen Drucksensor 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Abwandlung des Sensors 100 von 1.
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Bei dem Sensor 110 sind das erste Schutzbauteil 51 und das dritte Schutzbauteil 53 des Abdeckbauteils aus Gummi auf Fluorbasis. Wie in 2 gezeigt, sind das erste Schutzbauteil 51 und das dritte Schutzbauteil 53 aus einem einzelnen Teil gefertigt, welches das zweite Schutzbauteil 52 einschließt, das aus dem Gel auf Fluorbasis ist.
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Somit deckt das dritte Schutzbauteil 53, welches höhere Säurebeständigkeit hat als das Gel auf Fluorbasis, das zweite Schutzbauteil 52 ab, welches aus diesem Fluor-Gel ist. Damit hat der Drucksensor 110 ebenfalls verbesserte Säurefestigkeit, ohne dass Abstriche an den Sensoreigenschaften gemacht werden müssen.
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Die oben beschriebene Ausführungsform kann darüber hinaus noch auf verschiedenen anderen Wegen abgewandelt werden.
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Beispielsweise ist das Material zur Ausbildung des Gehäuses 10 nicht auf ein Harz beschränkt, solange die Anschlüsse 30 als leitfähige Bauteile in das Gehäuse 10 einsatzgegossen oder eingegossen werden können.
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Das leitfähige Bauteil ist nicht auf den Anschluss 30 beschränkt, solange das leitfähige Bauteil nahe dem Sensierungselement 20 angeordnet und mit dem Sensierungselement 20 elektrisch verbindbar ist.
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Der Typ des Sensierungselementes 20 ist nicht auf einen Halbleitermembrantyp beschränkt, der den piezoresistiven Effekt verwendet, sondern es können andere Typen angewendet werden, beispielsweise vom elektrostatischen Kapazitätstyp oder vom piezoelektrischen Elementtyp.
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Das Sensierungselement 20 und die Anschlüsse 30 können durch ein Lot, einen leitfähigen Kleber oder dergleichen an Stelle der Bondierungsdrähte verbunden werden.
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Die vorliegende Erfindung kann bei verschiedenen Sensortypen einschließlich des genannten Ansaugdrucksensors angewendet werden.
