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Die Erfindung bezieht sich auf einen Drucksensor, in dem ein Erfassungschip bzw. Sensing-Chip zum Erfassen von Druck in einem aus Harz geformten Gehäuse vorgesehen ist, wobei er von einem Schutzmaterial bedeckt ist.
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Derartige Drucksensoren sind bereits bekannt, wie beispielsweise der in der Druckschrift
JP 2002-221462 A vorgeschlagene. Wie in dieser Literatur offenbart ist, umfasst ein derartiger Drucksensor ein aus Harz geformtes Gehäuse, einen Erfassungschip bzw. Sensing-Chip, der in dem Gehäuse zur Druckerfassung vorgesehen ist, und ein Schutzmaterial zum Bedecken und Schützen des in dem Gehäuse vorgesehenen Erfassungschips.
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Ein derartiger Drucksensor verwendet als Schutzmaterial ein weiches Material, wie z. B. ein Gel, um den Drucksensor vor der äußeren Umgebung zu schützen. Ein derartiger Drucksensor ist so beschaffen, dass durch das Schutzmaterial an den Erfassungschip eine zu erfassende bzw. messende Druckkraft angelegt wird, um eine Messung durchzuführen.
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Ein derartiger Drucksensor erzeugt jedoch während eines Temperatur- oder Druckzyklusses in dem Schutzmaterial Blasen, wodurch bei den Druckübertragungseigenschaften zu dem Erfassungschip durch das Schutzmaterial Veränderungen verursacht werden, die zu problematischen Veränderungen der Sensoreigenschaften führen.
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Die Erfinder untersuchten den Vorgang, wie die Blasen in dem Schutzmaterial erzeugt werden. Unter Bezugnahme auf 8, die einen typischen Querschnitt dieses derartigen herkömmlichen Drucksensors zeigt, wird der Vorgang erklärt.
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Inmitten derartiger herkömmlicher Drucksensoren zeigt die Figur insbesondere einen Drucksensor des Relativdrucktyps, bei dem eine hintere Fläche eines Erfassungschips abgedichtet ist.
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Ein Erfassungschip bzw. Sensing-Chip 20 weist vordere und hintere Flächen 20a und 20b auf, an die Druckkräfte P1 bzw. P2 angelegt werden, und er ist in einem Gehäuse 10 fest angeordnet, so dass die hintere Fläche 20b einer Chipanbringung bzw. Chiphalterung 11 des Gehäuses 10 zugewandt ist. In einer Fläche 11b der Chipanbringung 11 des Gehäuses 10 ist ein Druckeinleitungsloch bzw. Druckzuführloch 16 zum Einleiten bzw. Zuführen der Druckkraft P2 zu der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 ausgeformt.
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Das Gehäuse 10 ist mit einer zylindrischen Wandung 17 versehen, die sich von der Fläche 11b der Chipanbringung 11 so erstreckt, dass sie das Druckeinleitungsloch 16 entlang eines Umfangs davon einschließt.
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Ein Innenraum, der durch die zylindrische Wandung 17 gebildet wird, die von der Fläche 11b der Chipanbringung 11 hervorsteht, bildet eine Schutzmaterialeinspritzkammer 18. Das Druckeinleitungsloch 16 und die Schutzmaterialeinspritzkammer 18 sind mit einem Schutzmaterial 40 gefüllt, wie z. B. einem weichen Gel, das als Druckübertragungsmittel dient. Die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 wird von dem Schutzmaterial 40 abgedichtet.
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Die erste Druckkraft P1 in einem solchen Drucksensor des Relativdrucktyps (der im Folgenden als „Relativdrucksensor” bezeichnet wird) wird auf die vordere Fläche 20a des Erfassungschips aufgebracht, und die zweite Druckkraft P2 wird durch das Schutzmaterial 40 auf die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 aufgebracht.
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Der Erfassungschip 20 gibt auf der Grundlage eines Differenzdrucks zwischen den aufgebrachten Druckkräften P1 und P2 ein elektrisches Erfassungssignal aus. Das Erfassungssignal ist dafür ausgelegt, dass es durch eine Verbindungsverdrahtung 30 und durch einen Leiter 15 zu einer externen Einheit bzw. Baugruppe ausgegeben wird.
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Weil das Gehäuse 10 eines derartigen Drucksensors durch Harzformen (moulding a resin) ausgeformt ist, können kleine Risse, wie z. B. ein in 8 gezeigter Mikroriss K, verursacht werden, wenn das Gehäuse 10 ausgeformt wird. Es ist wahrscheinlich, dass ein solcher Riss K an einer Ecke 18a verursacht wird, wo in dem Gehäuse 10 besonders die Neigung besteht, dass eine Spannung bzw. Belastung konzentriert auftritt
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Der Riss K wächst beispielsweise mit einem Temperaturzyklus. Anschließend wird z. B. durch einen Druckzyklus ermöglicht, dass durch den Riss K in das Gehäuse 10 Luft eindringt, die in dem Schutzmaterial 40 Blasen erzeugt, wie z. B. eine in 8 dargestellte Blase L.
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Im Kontext offenbart die Druckschrift
DE 101 57 402 A1 einen Drucksensor mit einem Gehäuse, einem Erfassungschip, und einem Schutzmaterial, das in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass es den Erfassungschip zu dessen Schutz bedeckt. Das Schutzmaterial beinhaltet ein erstes Schutzmaterial und ein zweites Schutzmaterial, wobei das zweite Schutzmaterial das erste Schutzmaterial bedeckt und das erste Schutzmaterial härter als das zweite Schutzmaterial ist.
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Ferner offenbart die Druckschrift
DE 10 2005 035 172 A1 einen Drucksensor mit einer Ausgestaltung eines Gehäuses derart, dass Vertiefungen auf der Oberfläche des Gehäuses um einen Öffnungsquerschnitt herum ausgebildet sind.
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Schließlich ist aus der Druckschrift
DE 101 41 259 A1 ein Drucksensor bekannt, bei dem ein Gehäuse eine Ecke aufweist, die mit einem Schutzmaterial in Kontakt steht, wobei die Ecke abgerundet ist oder einen stumpfen Winkel aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drucksensor zu schaffen, der einen Druckerkennungserfassungschip aufweist, der sich in einem aus Harz geformten Gehäuse befindet und von einem Schutzmaterial bedeckt ist, wobei der Drucksensor an einem Abschnitt des Gehäuses, der mit dem Schutzmaterial in Kontakt steht, das Auftreten von Rissen soweit wie möglich verhindern kann, und der in dem Fall, dass an dem Abschnitt des Gehäuses, der mit dem Schutzmaterial in Kontakt steht, Risse verursacht werden, die Produktion von Blasen in dem Schutzmaterial soweit wie möglich verhindern kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Um eine Lösung der obigen Aufgabe zu erzielen, widmeten sich die Erfinder verschiedenen Untersuchungen. Die Untersuchungen enthüllten, dass es wahrscheinlich ist, dass in einem aus Harz geformten Gehäuse Risse an gewinkelten bzw. spitzen Ecken des Gehäuses auftreten. Es wird in Erwägung gezogen, dass dies daher rührt, dass eine Spannung gewöhnlich an den Ecken des Gehäuses konzentriert auftritt.
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Grundlegend können spitze Ecken, die gewöhnlich Risse erzeugen, im Wesentlichen dadurch beseitigt werden, dass die Ecken des aus Harz geformten Gehäuses, die sich mit dem Schutzmaterial in Kontakt befinden, abgerundet sind und dass jede der Ecken einen Kurvenradius von 0,5 mm oder mehr aufweist.
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Demgemäß kann bei einem Drucksensor, in dem ein Erfassungschip zum Erfassen von Druck in dem aus Harz geformten Gehäuse angeordnet und von dem Schutzmaterial umgeben und durch dieses geschützt ist, an Abschnitten des Gehäuses, die mit dem Schutzmaterial in Kontakt stehen, das Auftreten von Rissen soweit wie möglich verhindert werden.
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Auch ein stumpfer Winkel von 135° oder mehr der Ecken des aus Harz geformten Gehäuses, die mit dem Schutzmaterial in Kontakt stehen, kann die Konzentrierung der Belastung bzw. Spannung an den Ecken abschwächen, die gewöhnlich Risse erzeugt.
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Daher kann bei einem Drucksensor, welcher den Erfassungschip zum Erfassen von Druck aufweist, der in dem Gehäuse angeordnet und mit dem Schutzmaterial bedeckt und von diesem geschützt ist, das Auftreten von Rissen an den Abschnitten des aus Harz geformten Gehäuses, die mit dem Schutzmaterial in Kontakt stehen, soweit wie möglich verhindert werden.
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Die Erfinder untersuchten insbesondere das Problem, das Eintreten von Luft in das Schutzmaterial durch Risse in dem Fall zu verhindern, in dem solche Risse an den Ecken verursacht worden sind, welche gewöhnlich in dem aus Harz geformten Gehäuse Risse erzeugen.
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Gemäß einer grundlegenden Idee der Erfindung ist ein Drucksensor vorgesehen mit: einem Gehäuse, das aus Harz hergestellt und eckig ausgebildet ist; einem Erfassungschip, der in dem Gehäuse angebracht ist, um den an den Erfassungschip angelegten Druck zu erfassen; und einem Schutzmaterial, das in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass es den Erfassungschip zu dessen Schutz bedeckt, wobei die Ecke mit dem in dem Gehäuse befindlichen Schutzmaterial in Kontakt steht, worin das Schutzmaterial bzw. proaktive Material aus einem ersten Schutzmaterial, das so angeordnet ist, dass es mit der Ecke in Kontakt steht, und aus einem zweiten Schutzmaterial, das einerseits so angeordnet ist, dass es das erste Schutzmaterial bedeckt bzw. umgibt, das andererseits so ausgeformt ist, dass es weicher ist als das erste Schutzmaterial, und das ferner mit dem Erfassungschip in Kontakt stehend angeordnet ist, besteht; und einem Dammabschnitt, der von dem Gehäuse hervorsteht bzw. vorsteht, um zu verhindern, dass das erste Schutzmaterial zu dem zweiten Schutzmaterial verschoben wird.
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Somit weist das Schutzmaterial eine zweischichtige bzw. zweilagige Struktur auf, die aus dem vergleichsweise harten ersten Schutzmaterial, das aus einem Material, das eine Penetrationszahl von 30 oder weniger und eine Dicke von 0,1 mm oder mehr aufweist, oder aus einem Material, das eine Penetrationszahl von 40 oder weniger und eine Dicke von 0,2 mm oder mehr aufweist, hergestellt ist, und aus dem vergleichsweise weichen zweiten Schutzmaterial besteht. In dieser Struktur ist das erste Schutzmaterial so vorgesehen, dass es mit der Ecke des Gehäuses in Kontakt steht. Daher kann in dem Fall, dass an der Ecke Risse verursacht wurden, das vergleichsweise harte erste Schutzmaterial unterdrücken, dass durch die Risse Luft eindringt.
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In diesem Modus der Erfindung lässt auch der Dammabschnitt, der an dem Gehäuse vorgesehen ist, das Eintreten des vergleichsweise weichen zweiten Schutzmaterials in das Druckeinleitungsloch zu dem Erfassungschip hin zu, so dass es mit dem Erfassungschip in Kontakt gelangt und diesen abdichtet. Demgemäß kann die zu erfassende bzw. zu messende Druckkraft wie in den herkömmlichen Drucksensoren durch das weiche zweite Schutzmaterial zu dem Erfassungschip übertragen werden, sodass die Erfassungsfunktion wie bei den herkömmlichen Drucksensoren beibehalten werden kann.
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Gemäß der Erfindung kann daher in dem Drucksensor, der den Erfassungschip zum Erfassen von Druck aufweist, der in dem Gehäuse angeordnet und von dem Schutzmaterial umgeben und durch dieses geschützt ist, die Erzeugung von Blasen in dem Schutzmaterial in dem Fall soweit wie möglich verhindert werden, dass an den Abschnitten des aus Harz geformten Gehäuses, die mit dem Schutzmaterial in Kontakt stehen, Risse verursacht worden sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor gemäß einem ersten erklärenden Beispiel darstellt;
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2 eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor gemäß einer Modifikation des ersten Beispiels darstellt;
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3 eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor gemäß einem zweiten erklärenden Beispiel darstellt;
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4 eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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5 eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse einer Studie aufzeigt, die hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Dicke und Härte eines ersten Schutzmaterials und einer Erzeugung von Blasen durchgeführt wurde;
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6 eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor als eine Modifikation der Ausführungsform darstellt;
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7 eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor als andere Modifikation der Ausführungsform darstellt; und
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8 eine Querschnittsansicht eines typischen herkömmlichen Drucksensors.
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Im Folgenden werden einige nicht Teil der Erfindung bildende, jedoch erklärende Beispiele und eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass überall in den Beispielen und der Ausführungsform den identischen oder gleichen Komponenten oder Abschnitten die gleichen Bezugszeichen gegeben wurden, um eine Erklärung wegzulassen.
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Ein Drucksensor gemäß einem ersten Beispiel kann, ist aber nicht darauf beschränkt, bei einem Sensor zum Erfassen von Druck eines Abgases verwendet werden, wobei der Sensor eine der Komponenten ist, die ein Abgasreinigungssystem (DPF-(Dieselpartikelfilter-)System) beispielsweise für einen Dieselmotor von Fahrzeugen bilden.
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor 100 gemäß dem ersten Beispiel darstellt.
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In 1 ist ein Gehäuse 10, welches, den Körper des Drucksensors 100 bildet, aus einem Harz oder dergleichen, wie z. B. PBT (Polybutylenterephtalat) und PPS (Polyphenylensulfid), hergestellt.
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Das Gehäuse 10 wird hauptsächlich aus einer Chipanbringung bzw. Chiphalterung 11 zum Anbringen bzw. Halten eines Erfassungschips 20, der später beschrieben wird, aus ersten und zweiten Druckeinleitungsabschnitten bzw. Druckzuführabschnitten 12 und 13, die in die Chipanbringung 11 an ihren oberen und unteren Flächen 11a bzw. 11b integriert sind, und aus einem Verbinder 14 gebildet.
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Mit anderen Worten, die ersten und zweiten Druckeinleitungsabschnitte 12 und 13 werden in dem Inneren des Gehäuses 10 durch die Chipanbringung 11 gebildet. Die Bauteile 11 bis 14 können einstückig ausgeformt sein, oder sie können einzeln ausgeformt sein und anschließend beispielsweise durch Adhäsion bzw. Ankleben eingefügt bzw. eingebaut werden.
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Der erste Druckeinleitungsabschnitt 12 ist auf der Seite der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 vorgesehen, und er ist dafür geeignet, dass durch eine darin ausgeformte Öffnung 12a der Seite der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 eine erste Druckkraft P1 zugeführt wird. Der zweite Druckeinleitungsabschnitt 13 ist auf der Seite der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 vorgesehen, und er ist dafür geeignet, dass durch eine darin ausgeformte Öffnung 13a der Seite der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 eine zweite Druckkraft P2 zugeführt wird.
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Der Verbinder 14 sorgt für eine elektrische Verbindung zwischen dem Drucksensor 100 und einer externen Einheit bzw. Baugruppe. Ein Leiter 15, wie z. B. ein Anschluss, ist in dem Gehäuse 10 durch Insert Moulding ausgeformt. Der Leiter 15 ist aus einem leitenden Material, wie z. B. Kupfer oder einer Legierung 42 bzw. 42 Alloy, hergestellt, wobei er in dem Verbinder 14 teilweise freiliegend ist, um den Drucksensor 100 und eine externe Baugruppe elektrisch zu verbinden.
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Der Erfassungschip 20 ist in dem Gehäuse 10 so untergebracht, dass er an der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 angeordnet ist. Der Erfassungschip 20 ist als ein Erfassungsteil ausgestaltet, das ein elektrisches Signal auf einem Niveau erzeugt, welches einem angelegten Druck entspricht.
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Der Erfassungschip 20 ist aus einem Halbleitersubstrat, wie z. B. einem Siliziumhalbleiter, hergestellt. Der Sensor 20 weist eine Membran 21 oder einen dünnen Dehnungsabschnitt, die bzw. der in seiner vorderen Fläche 20a (der oberen Fläche in 1) ausgeformt ist, und eine Aussparung, die in seiner hinteren Fläche 20b (der unteren Fläche in 1) durch anisotropes Ätzen oder dergleichen ausgeformt ist, um die Membran 21 zu gliedern bzw. zu strukturieren, auf.
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Mit anderen Worten, der Erfassungschip 20 ist ein Halbleitermembranchip, bei dem die Aussparung in der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 ausgeformt ist und die Membran 21 als Dehnungsabschnitt in der vorderen Fläche 20a entgegengesetzt zu der Aussparung ausgeformt ist.
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Der Erfassungschip 20 nimmt die Druckkräfte P1 und P2 durch seine vorderen und hinteren Flächen 20a bzw. 20b auf. Anschließend dehnt eine Differenzkraft zwischen den Druckkräften P1 und P2 die Membran 21, so dass eine Brückenschaltung, die beispielsweise aus einem in der Membran 21 ausgeformten Widerstand hergestellt ist, auf der Grundlage der Dehnung ein Signal ausgeben kann.
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In den Erfassungschip 20 ist beispielsweise durch Anodenbonden durch die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 eine Auflagefläche bzw. Befestigungsfläche 22 integriert, die aus Glas oder dergleichen hergestellt ist. Der Erfassungschip 20 ist durch die Auflagefläche 22 und einen Adhäsionsabschnitt 23 zur Unterbringung und Befestigung in dem Gehäuse 10 an der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 befestigt.
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Somit ist der Erfassungschip 20 an dem Gehäuse 10 derart befestigt, dass die hintere Fläche 20b dem Gehäuse 10 zugewandt ist. Ein Haftmittel bzw. Klebstoff, welches bzw. welcher den Adhäsionsabschnitt 23 bildet bzw. gliedert, kann ein weiches Haftmittel, wie z. B. ein auf Silikon basierendes Haftmittel oder ein auf Fluorsilikon basierendes Haftmittel, beinhalten, das höchstwahrscheinlich nicht zulässt, dass die thermische Beanspruchung des Adhäsionsabschnitts 23 die Sensoreigenschaften beeinflusst.
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In der Auflagefläche 22 ist ein Loch (ein Durchgangsloch) 22a ausgeformt. Ferner ist in der Chipanbringung 11 ein Druckeinleitungsloch bzw. Druckzuführloch 16 ausgeformt, das auf das Loch 22a der Auflagefläche 22 ausgerichtet ist. Das Druckeinleitungsloch 16 ist ein Durchgangsloch, das von der oberen Fläche 11a zu der unteren Fläche 11b durch die Chipanbringung 11 hindurch verläuft.
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Insbesondere ist das Druckeinleitungsloch 16 an der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 durch den Erfassungschip 20 blockiert bzw. gesperrt, wodurch der Erfassungschip 20 sowohl auf der Seite der oberen Fläche 11a als auch auf der Seite der unteren Fläche 11b einen Raum bildet.
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Wie in 1 gezeigt ist, liegt ein Endabschnitt des Leiters 15, der in dem Gehäuse 10 durch Insert Moulding ausgeformt ist, auf der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 frei.
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In dem Gehäuse 10 ist der Erfassungschip 20 durch eine Verbindungsverdrahtung 30, die aus Gold, Aluminium oder dergleichen hergestellt ist, mit dem freiliegenden Abschnitt des Leiters 15 elektrisch verbunden. Somit ist der Erfassungschip 20 dafür geeignet, dass er durch die Verbindungsverdrahtung 30 und den Leiter 15 mit einer externen Baugruppe elektrisch verbunden ist, so dass beispielsweise eine Signalausgabe durchgeführt werden kann.
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Das Druckeinleitungsloch 16 ist vorgesehen, um der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 eine Druckkraft zuzuführen. Die untere Fläche 11b der Chipanbringung 11 wird als eine Fläche bzw. Oberfläche des Gehäuses 10 verwendet bzw. hergenommen. Demgemäß kann es so gesehen werden, dass das Druckeinleitungsloch 16 an einer Fläche des Gehäuses 10 vorgesehen ist.
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Das Gehäuse 10 ist mit einer zylindrischen Wandung 17 versehen, die von der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 oder von einer Fläche des Gehäuses 10 so hervorsteht, dass sie das Druckeinleitungsloch 16 entlang eines Umfangs davon bedeckt bzw. umgibt. Die zylindrische Wandung 17 ist mit der Chipanbringung 11 einstückig ausgeformt.
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In dem gegenwärtigen Beispiel bildet ein Innenraum, der von der zylindrischen Wandung 17 und der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 gebildet wird, eine Schutzmaterialeinspritzkammer 18. Das Druckeinleitungsloch 16, die Schutzmaterialeinspritzkammer 18 und das Loch 22a der Auflagefläche 22 sind mit einem Schutzmaterial 40 gefüllt. Von diesen Löchern bilden die Schutzmaterialeinspritzkammer 18 und das Loch 22a der Auflagefläche 22 einen Aussparungsabschnitt.
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Der Erfassungschip 20 ist durch das Schutzmaterial 40 geschützt. Das gegenwärtige Beispiel sieht den Drucksensor 100 als Relativdrucksensor vor, bei dem die hintere Fläche des Erfassungschips 20 abgedichtet ist. Insbesondere wird die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 durch das Schutzmaterial 40 abgedichtet. Genauer gesagt wird der Abschnitt der hinteren Fläche 20b, der durch das Schutzmaterial abgedichtet wird, durch das Schutzmaterial 40 geschützt.
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Daher kann das Schutzmaterial 40, welches die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 abdichtet, ein Eindringen bzw. Eintreten von Fremdsubstanzen in das Druckeinleitungsloch 16 verhindern. Dadurch wird verhindert, dass bei dem Erfassungschip 20 die Störung auftritt, dass seine Eigenschaften verändert werden, was durch das Anhaften von Fremdstoffen an der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 verursacht werden würde. Ferner können auch andere Störungen verhindert werden, wie z. B. eine Blockierung des Druckeinleitungslochs 16, was durch gefrorene Tautropfen verursacht werden würde, und ein Brechen des Erfassungschips 20, was durch die Volumenausdehnung verursacht werden würde, welche auf die gefrorenen Tautropfen zurückgeführt wird.
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Materialien, die für das Schutzmaterial 40 verwendet werden, umfassen zwar, sind aber nicht darauf beschränkt, Fluorgele, Silikongele und Fluorsilikongele. Insbesondere dort, wo der Druck von Abgas gemessen wird, ist es wünschenswert, dass als Schutzmaterial 40 ein Fluorgel verwendet wird, das eine gute Säurewiderstandsfähigkeit aufweist, weil das Kondensat von Abgas, das mit Stickstoffoxiden oder Schwefeloxiden verschmolzen eine starke Säure ausbildet.
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Die Struktur bzw. der Aufbau des Drucksensors 100 gemäß dem gegenwärtigen Beispiel ist dahingehend einmalig, dass jede der Ecken 18a und 18b des Gehäuses 10, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen, abgerundet ausgeformt ist. Insbesondere wie in 1 gezeigt ist, sind die Ecken 18a und 18b, die sich mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt befinden, an einer Innenfläche bzw. Innenseite der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 jeweils abgerundet ausgeformt.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist die Ecke 18a zwischen der zylindrischen Wandung 17 und der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 vorgesehen, und die Ecke 18b ist an dem Eingang des Druckeinlasslochs 16 in der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 vorgesehen, wobei beide Ecken abgerundet sind. Diese abgerundeten Ecken 18a und 18b können schnell dadurch ausgeformt werden, dass eine Form zum Harzgießen des Gehäuses 10 geändert wird.
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Die Erfinder untersuchten das Verhältnis zwischen einem Kurvenradius R der Ecken
18a und
18b und einer Erzeugung von Blasen. Insbesondere beinhalteten die Untersuchungen Versuche, bei welchen ein Temperatur- und Druckzyklustest verwendet wurde, bei dem ein Temperaturzyklus und ein Druckzyklus simultan angewendet wurden. In der folgenden Tabelle 1, welche die Ergebnisse der Versuche aufzeigt, stellt das Zeichen „X” dar, dass Blasen erzeugt wurden, und das Zeichen „O” stellt dar, dass keine Blasen erzeugt wurden. Tabelle 1
| R(mm) | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
| Blasen | X | X | O | O | O | O |
O: es wurden keine Blasen erzeugt
X: es wurden Blasen erzeugt
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Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wurden Blasen dann erzeugt, wenn der Kurvenradius R der Ecken 18a und 18b bei 0,3 mm oder 0,4 mm lag, und es wurden keine Blasen erzeugt, wenn der Kurvenradius R bei 0,5 mm oder mehr lag. Wenn Blasen erzeugt wurden, war die Rate bzw. die Menge im Vergleich zu dem herkömmlichen Drucksensor ausreichend klein. Daher kann die abgerundete Form der Ecken 18a und 18b an sich so gesehen werden, dass sie den Effekt hervor bringt, die Erzeugung von Blasen zu unterdrücken. Unterdessen konnte die abgerundete Ecke mit einem Kurvenradius von 0,5 mm oder mehr sicherstellen, dass eine Blasenerzeugung verhindert wird. Demgemäß kann ein verwendeter Kurvenradius R von 0,5 mm oder mehr für die Ecken 18a und 18b zuverlässig verhindern, dass Blasen erzeugt werden. Die Studie über die Blasenerzeugung wurde durchgeführt, wobei für die Ecken 18a und 18b ein Kurvenradius von bis zu 0,8 mm enthalten war. Der Grund dafür ist der, dass ein größerer Kurvenradius R der Ecken 18a und 18b gegebenenfalls erforderlich macht, dass die Chipanbringung 11 und die zylindrische Wandung 17 größer sein müssen. Um zu verhindern, dass diese Bauteile größer werden, kann der Kurvenradius R vorzugsweise bei 0,8 mm oder weniger liegen.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist der Drucksensor 100 so ausgestaltet, dass die erste Druckkraft P1, wie z. B. ein atmosphärischer Druck, welcher dem ersten Druckeinlassabschnitt 12 zugeführt wird, an die vordere Fläche 20a des Erfassungschips 20 angelegt wird, und dass die zweite Druckkraft P2, wie z. B. ein Abgasdruck, der von dem Druckeinleitungsloch 176 durch das Schutzmaterial 40 dem zweiten Druckeinlassabschnitt 13 zugeführt wird, an die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 angelegt wird.
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Die Membran 21 in dem Erfassungschip 20 wird durch einen Differenzdruck zwischen dem Druck von der Seite der vorderen Fläche 20a und dem Druck von der Seite der hinteren Fläche 20b gedehnt, wodurch ein elektrisches Signal, das dem Dehnungsniveau entspricht, von dem Erfassungschip 20 ausgegeben wird. Das elektrische Signal ist so ausgelegt, dass es durch die Verbindungsverdrahtung 30 und den Leiter 15 zu einer externen Baugruppe ausgegeben wird.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zu Herstellung des Drucksensors 100 beschrieben. Als erstes wird der Leiter 15 durch Insert Moulding ausgeformt. Anschließend wird das Gehäuse 10 hergestellt, wobei die Chipanbringung 11, die Druckeinlassabschnitte 12 und 13 und der Verbinder 14 integriert werden. Das Gehäuse 10 kann durch Moulding schnell ausgeformt werden.
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Anschließend wird der Erfassungschip 20 hergestellt, auf dessen vordere und hintere Flächen 20a und 20b Druckkräfte aufgebracht werden. Der Erfassungschip 20 und die Aufnahmefläche 22 werden durch Anodenbonden oder dergleichen gebondet.
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Der Erfassungschip 20, der mit der Aufnahmefläche 22 kombiniert ist, ist an der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 des Gehäuses 10 fest angebracht, so dass die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 dem Druckeinleitungsloch 16 zugewandt ist. Anschließend werden der Erfassungschip 20 und der Leiter 15 mittels Verdrahtung gebondet, so dass dazwischen eine elektrische Verbindung erzielt werden kann.
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Daraufhin wird das Schutzmaterial 40 von der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 des Gehäuses 10 eingefüllt. Insbesondere wird das Schutzmaterial 40 durch die Schutzmaterialeinspritzkammer 18 in das Loch 22a der Auflagefläche 22 und in das Druckeinleitungsloch 16 gespritzt und gefüllt, worauf ein Vakuumentlüften bzw. Vacuum Deaeration zum Verhindern einer Blasenerzeugung, ein Erwärmen und ein Aushärten folgen. Somit kann der in 1 gezeigte Zustand erzielt werden.
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Wenn das Einfüllen des Schutzmaterials 40 beendet ist, ist der Drucksensor 100 des in 1 gezeigten gegenwärtigen Beispiels fertiggestellt.
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Das gegenwärtige Beispiel liefert den Drucksensor 100, welcher das aus Harz geformte Gehäuse 10, den Erfassungschip 20 zum Druckerfassen, der in dem Gehäuse 10 vorgesehen ist, und das Schutzmaterial 40 zum Umgeben und Schützen des Erfassungschips 20 in dem Gehäuse 10 umfasst. Die Ecken 18a und 18b, welche mit dem Schutzmaterial 40 des Gehäuses 10 in Kontakt stehen, sind jeweils abgerundet ausgeformt.
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Insbesondere weist der Drucksensor 100 gemäß dem gegenwärtigen Beispiel den Aufbau auf, wie er durch die folgenden Punkte 1) bis 4) bestimmt wird.
- 1) Der Erfassungschip 20 zum Druckerfassen, der die vorderen und hinteren Flächen 20a und 20b aufweist, auf die Druckkräfte aufgebracht werden, ist in dem Gehäuse 10 fest angeordnet, so dass die hintere Fläche 20b der Chipanbringung 11 des Gehäuses 10 zugewandt ist.
- 2) Die untere Fläche 11b der Chipanbringung 11 oder eine Fläche des Gehäuses 10 ist mit dem Druckeinleitungsloch 16 zum Einleiten bzw. Zuführen von Druck zu der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 ausgeformt.
- 3) Die zylindrische Wandung 17 ist so vorgesehen, dass sie von der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 hervorsteht, so dass sie das Druckeinleitungsloch 16 entlang seines Umfangs umgibt.
- 4) Der Innenraum, der durch die zylindrische Wandung 17 und die untere Fläche 11b gebildet wird, ist als Schutzmaterialeinspritzkammer 18 vorgesehen, die zusammen mit dem Druckeinleitungsloch 16 und dem Loch 22a mit dem Schutzmaterial 40 gefüllt ist, so dass die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 abgedichtet ist.
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Der Aufbau, der durch die obigen Punkte 1) bis 4) geschaffen wird, bildet den Relativdrucksensor 100, in welchem die hintere Fläche des Erfassungschips 20 abgedichtet ist.
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Der Relativdrucksensor 100 gemäß dem gegenwärtigen Beispiel ist darin mit der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 versehen, deren Ecken 18a und 18b, die an ihrer Innenfläche bzw. Innenseite und in Kontakt mit dem Schutzmaterial 40 vorgesehen sind, jeweils abgerundet ausgeformt sind, wobei der Kurvenradius R 0,5 mm oder mehr beträgt.
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Gemäß dem gegenwärtigen Beispiel sind die Abschnitte des aus Harz geformten Gehäuses 10, die sich mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt befinden, d. h. die Ecken 18a und 18b der Schutzmaterialeinspritzkammer 18, jeweils abgerundet, um spitze bzw. gewinkelte Ecken im Wesentlichen zu beseitigen, durch die sonst gewöhnlich an der Kammer 18 Risse verursacht werden würden.
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Somit kann in dem Drucksensor 100, der den Erfassungschip 20 zum Druckerfassen aufweist, welcher in dem Gehäuse 10 angeordnet ist und von dem Schutzmaterial 40 umgeben und durch dieses geschützt ist, oder insbesondere in dem Relativdrucksensor 100 mit dem Erfassungschip 20, dessen hintere Fläche abgedichtet ist, das Auftreten von Rissen an den Abschnitten des aus Harz geformten Gehäuses 10, welche mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen, soweit wie möglich verhindert werden.
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Der Drucksensor 100 gemäß dem gegenwärtigen Beispiel ist mit der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 versehen, die eine Vielzahl von Ecken 18a und 18b aufweist, die an ihrer Innenfläche und in Kontakt stehend mit dem Schutzmaterial 40 vorgesehen sind, und alle von der Vielzahl von Ecken 18a und 18b sind abgerundet.
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Unter der Vielzahl von Ecken 18a und 18b kann auch nur eine abgerundet sein, bei die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass sie Risse verursacht. Vorzugsweise sind jedoch alle von der Vielzahl von Ecken 18a und 18b abgerundet, so dass spitze Ecken vollständig beseitigt werden können.
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Wie oben beschrieben kann unter der Vielzahl von Ecken 18a und 18b, welche mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen, nur eine abgerundet sein. Dieser Aufbau kann auch den Vorteil haben, dass das Auftreten von Rissen verhindert wird.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Relativdrucksensor 110 gemäß einer Modifikation des ersten Beispiels darstellt.
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Der Drucksensor 110 gemäß dieser Modifikation umfasst auch das aus Harz geformte Gehäuse 10, den in dem Gehäuse 10 vorgesehenen Erfassungschip 20 zum Erfassen von Druck und das Schutzmaterial 40 zum Umgeben bzw. Bedecken und Schützen des in dem Gehäuse 10 vorgesehenen Erfassungschips 20. Die Ecke 18a des Gehäuses 10, welche sich in der Innenfläche der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 und in Kontakt mit dem Schutzmaterial 40 befindet, ist abgerundet ausgeformt.
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Wie in 2 gezeigt ist, weist die gegenwärtige Modifikation auch den Aufbau auf, der durch die obigen Punkte 1) bis 4) bestimmt ist, um den Relativdrucksensor 110 zu bilden.
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In der gegenwärtigen Modifikation ist die abgerundete Gestalt nicht allen Ecken 18a und 18b gegeben, sondern nur der Ecke 18a zwischen der zylindrischen Wandung 17 und der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11.
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Die durch die Erfinder gemachten Untersuchungen zeigten, dass unter den Ecken 18a und 18b der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 Risse gewöhnlich insbesondere an der Ecke 18a zwischen der zylindrischen Wandung 17 und der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 oder einer Fläche des Gehäuses 10, welche die Kammer 18 bildet bzw. gliedert, verursacht werden.
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Somit kann die abgerundete Form der Ecke 18a mit dem Kurvenradius R von 0,5 mm oder mehr wie in dem Drucksensor 110 der gegenwärtigen Modifikation auch das Auftreten von Rissen an dem Abschnitt des Gehäuses 10, welcher mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt steht, soweit wie möglich verhindern.
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3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Relativdrucksensors 200 gemäß einem zweiten Beispiel.
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Der Drucksensor 200 des gegenwärtigen Beispiels umfasst auch das aus Harz geformte Gehäuse 10, den in dem Gehäuse 10 vorgesehenen Erfassungschip 20 zum Druckerfassen und das Schutzmaterial 40 zum Umgeben und Schützen des in dem Gehäuse 10 vorgesehenen Erfassungschips 20. Wie in 3 gezeigt ist, weist das gegenwärtige Beispiel auch den Aufbau auf, wie er durch die obigen Punkte 1) bis 4) bestimmt wird, um den Relativdrucksensor 200 zu bilden.
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Wie in 3 gezeigt ist, sind in dem Drucksensor 200 gemäß dem gegenwärtigen Beispiel für Abschnitte des Gehäuses 10, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen, d. h. die Ecken 18a und 18b, die in der Innenfläche der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 angeordnet sind und mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen, stumpfe Winkel vorgesehen.
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Wie in 3 gezeigt ist, wird der stumpfe Winkel der Ecken 18a und 18b dadurch erzielt, dass ein Abschnitt der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 verjüngt wird, wobei sich der Abschnitt in der Kammer 18 befindet. Insbesondere ist eine sich verjüngende Oberfläche, welche die Form eines Beckens bzw. Bowl hat, so vorgesehen, dass sie sich von der unteren Ecke 18a zu der oberen Ecke (der Ecke nahe dem Druckeinleitungsloch 16) 18b erstreckt. Wie ebenfalls in 3 gezeigt ist, sind die Ecken 18a und 18b so ausgelegt, dass sie einen Winkel von 135° oder mehr aufweisen (d. h. der Winkel, der zwischen der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 oder einer zu der Fläche 11b parallelen Fläche und der sich verjüngenden Fläche hergestellt ist, beträgt 45° oder mehr).
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Die Ecken 18a und 18b des aus Harz geformten Gehäuses 10, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen und von denen jede den stumpfen Winkel aufweist, können die Spannungskonzentration an den Ecken 18a und 18b mildern, die gewöhnlich Risse erzeugen.
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Somit kann das Auftreten von Rissen an den Abschnitten des aus Harz geformten Gehäuses 10, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen, in dem Drucksensor 200 mit dem Erfassungschip 20 zum Druckerfassen, der in dem Gehäuse 10 angeordnet ist und mit dem Schutzmaterial 40 umgeben und von diesem geschützt ist, oder insbesondere in dem Relativdrucksensor 200, der den Erfassungschip 20 aufweist, dessen hintere Fläche abgedichtet ist, soweit wie möglich verhindert werden.
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Das gegenwärtige Beispiel ist so ausgestaltet, dass der Winkel, der zwischen der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 und der sich verjüngenden Oberfläche ausgeformt ist, 45° oder mehr beträgt. Der stumpfe Winkel der Ecken 18a und 18b kann dazu beitragen, wie oben beschrieben, die Spannungskonzentration abzuschwächen, wodurch das Auftreten von Rissen soweit wie möglich verhindert wird. Die Wirkungen hängen von den Winkeln ab.
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Die folgende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Untersuchungen, die von den Erfindern hinsichtlich des Verhältnisses zwischen dem Winkel der Ecke
18a und der Erzeugung von Blasen gemacht wurden. Insbesondere beinhalteten die Untersuchungen Versuche, welche einen Temperatur- und Druckzyklustest verwendeten, in dem ein Temperaturzyklus und ein Druckzyklus simultan verwendet wurden. In der folgenden Tabelle 2, welche die Ergebnisse der Versuche zeigt, stellt das Zeichen „X” dar, dass Blasen erzeugt wurden, und das Zeichen „O” stellt dar, dass keine Blasen erzeugt wurden. Tabelle 2
| Winkel (°) | 90 | 100 | 110 | 135 | 160 |
| Blasen | X | X | X | O | O |
O: es wurden keine Blasen erzeugt
X: es wurden Blasen erzeugt
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Wie aus der Tabelle 2 zu sehen ist, wurden Blasen erzeugt, wenn der Winkel der Ecke 18a kleiner als 135° war, und es wurden keine Blasen erzeugt, wenn der Winkel der Ecke 18a bei 135° oder mehr lag. Wenn Blasen erzeugt wurden, war die Produktionsrate bzw. Produktionsmenge ausreichend geringer als in den herkömmlichen Drucksensoren, und daher wurde der Effekt ausgeübt, die Erzeugung von Blasen zu unterdrücken. Wenn der Winkel der Ecke 18a 135° oder mehr betrug, wurde die Erzeugung von Blasen viel zuverlässiger verhindert. Demgemäß kann die Blasenproduktion effektiver unterdrückt werden, wenn für jede der Ecken 18a und 18b ein Winkel von 135° oder mehr verwendet wird. Ein übermäßig großer Winkel der Ecken 18a und 18b kann jedoch zur Folge haben, dass die Größe der zylindrischen Wandung 17 zunimmt. Daher kann der Winkel vorzugsweise kleiner oder gleich als 160° sein, wie in Tabelle 2 gezeigt ist.
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Der Drucksensor 200 gemäß dem gegenwärtigen Beispiel ist vorteilhafterweise mit der Vielzahl von Ecken 18a und 18b an der Innenfläche der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 versehen, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt steht, und alle Ecken weisen stumpfe Winkel auf.
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Unter der Vielzahl von Ecken 18a und 18b kann eine, die wahrscheinlich Risse erzeugen würde, einen stumpfen Winkel aufweisen. Es ist jedoch bevorzugt, dass alle von der Vielzahl von Ecken 18a und 18b einen stumpfen Winkel aufweisen.
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Wenn nur eine von der Vielzahl von Ecken 18a und 18b einen stumpfen Winkel haben darf, kann dadurch noch der Effekt ausgeübt werden, das Auftreten von Rissen zu verhindern.
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Insbesondere kann unter den Ecken 18a und 18b, die an der Innenfläche der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 vorgesehen sind, der stumpfe Winkel nur der Ecke 18a zwischen der zylindrischen Wandung 17 und der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 oder einer Fläche des Gehäuses 10, welche die Kammer 18 bildet, obwohl nicht dargestellt, gegeben werden.
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Relativdrucksensors 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die oben beschriebenen Beispiele haben den Aufbau bzw. die Struktur der Ecken zum Vermeiden einer Spannungskonzentration daran zuwege gebracht. Die gegenwärtige Ausführungsform bringt einen Aufbau bzw. eine Struktur zuwege, in dem bzw. der verhindert wird, dass Luft durch Risse in das Schutzmaterial in dem Fall eindringt, dass solche Risse an den Ecken des Gehäuses verursacht worden sind.
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Der Drucksensor 300 der gegenwärtigen Ausführungsform unterscheidet sich von dem des ersten Beispiels darin, dass bei dem Schutzmaterial 40 und der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 in dem Gehäuse 10 einige Änderungen gemacht worden sind. Andere Bauteile sind die gleichen wie in dem ersten Beispiel.
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In dem in 4 gezeigten Beispiel ist beispielsweise die Ecke 18a der Schutzmaterialeinspritzkammer 18, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt steht, spitz bzw. gewinkelt und nicht abgerundet.
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In der gegenwärtigen Ausführungsform ist wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen das Druckeinleitungsloch 16 zum Einleiten von Druck zu der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 in der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 oder in einer Fläche des Gehäuses 10 ausgeformt. Auch steht die zylindrische Wandung 17 von der unteren Fläche 11b hervor, so dass sie das Druckeinleitungsloch 16 entlang seines Umfangs einschließt bzw. umgibt.
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Wie in den obigen Beispielen bildet darüber hinaus der Innenraum, der durch die zylindrische Wandung 17 und die untere Fläche 11b der Chipanbringung 11 gebildet wird, die Schutzmaterialeinspritzkammer 18, und das Schutzmaterial 40 ist in das Druckeinleitungsloch 16, die Kammer 18 und das Loch 22a der Auflagefläche 22 gefüllt, um die hintere Fläche 20b des Erfassungschips 20 abzudichten, wodurch der Relativdrucksensor 300 gebildet wird.
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Die gegenwärtige Ausführungsform ist dahingehend einmalig, dass das Schutzmaterial 40 eine zweischichtige bzw. zweilagige Struktur aufweist, die aus einem ersten Schutzmaterial 41, das so positioniert ist, dass es mit der Ecke 18a des Gehäuses 10 in Kontakt steht, und aus einem zweiten Schutzmaterial 42, das weicher ist als das erste Schutzmaterial 41 und das das erste Schutzmaterial 41 bedeckt bzw. umgibt, besteht.
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Das Gehäuse 10 ist mit einem Dammabschnitt 19 versehen, um das erste Schutzmaterial 41 von dem zweiten Schutzmaterial 42 zu trennen, wodurch das zweite Schutzmaterial in das Druckeinleitungsloch 16 zu dem Sensorchip 20 hin eintreten kann, um mit diesem abdichtend in Kontakt zu gelangen.
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Der einmalige Aufbau der gegenwärtigen Ausführungsform kann ferner wie folgt erklärt werden. In der zweischichtigen Struktur des Schutzmaterials 40 in dem Relativdrucksensor 300 ist das erste Schutzmaterial 41 so positioniert, dass es mit der Ecke 18a an der Innenfläche der Kammer 18 in Kontakt steht, und das zweite Schutzmaterial 42, das weicher ist als das erste Schutzmaterial 41, umgibt das erste Schutzmaterial 41 und füllt das Loch 16.
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Der Dammabschnitt 19 ist in der Kammer 18 an einer Öffnungskante des Lochs 16 als eine Abtrennung bzw. Trennwand zwischen dem Loch 16 und dem ersten Schutzmaterial 41 vorgesehen, und das zweite Material 42 befindet sich mit der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 durch das Loch 16 in Kontakt. In der gegenwärtigen Ausführungsform ist der Dammabschnitt 19 in die Chipanbringung 11 integriert, und er steht von der Öffnungskante des Lochs 16 hervor.
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Materialien für die ersten und zweiten Schutzmaterialien 41 und 42 sind nicht speziell begrenzt, wenn nur das oben erwähnte Verhältnis erfüllt ist. Was das erste Material 41 betrifft, kann es beispielsweise ein Material sein, das eine Penetrationszahl von 30 oder weniger hat, wenn die Dicke des Materials 0,1 mm oder mehr beträgt, oder es kann ein Material sein, dessen Penetrationszahl von 40 oder weniger beträgt, wenn die Dicke des Materials bei 0,2 mm oder mehr liegt. Dies basiert auf den Ergebnissen der Untersuchungen hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Dicke/Härte des ersten Materials 41 und Blasenproduktion. 5 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zeigt, das aus einem Temperatur- und Druckzyklustest resultiert, der dadurch durchgeführt wurde, dass gleichzeitig ein Temperaturzyklus und ein Druckzyklus verwendet wurden. In der graphischen Darstellung stellt das Zeichen „X” dar, dass Blasen erzeugt wurden, und das Zeichen „O” stellt dar, dass keine Blasen erzeugt wurden.
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Wie aus der graphischen Darstellung zu sehen ist, wurden keine Blasen erzeugt, wenn die Dicke des ersten Materials 0,1 mm oder mehr bei einer Penetrationszahl von 30 oder weniger und wenn die Dicke 0,2 mm oder mehr bei einer Penetrationszahl von 40 oder weniger betrug. Wenn jedoch die Penetrationszahl diese Werte überschritten hat oder wenn die Dicke kleiner war als diese Werte, wurden Blasen in geringem Maße erzeugt, obwohl die Produktionsrate bzw. Produktionsmenge im Vergleich zu den herkömmlichen Drucksensoren gering war. Daher ist das erste Material 41 dafür geeignet, das oben erwähnte Verhältnis zu erfüllen, so dass die Blasenproduktion weiter unterdrückt werden kann.
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Materialien für das verhältnismäßig harte erste Schutzmaterial 41 beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Gummimaterialien wie z. B. Fluorgummi und Silikongummi. Materialien für das verhältnismäßig weiche zweite Schutzmaterial 42 beinhalten, sind aber nicht darauf begrenzt, Gele, wie z. B. Fluorgele und Silikongele.
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In der gegenwärtigen Ausführungsform ist es außerdem dort, wo der Druck von Abgas gemessen wird, wünschenswert, als Schutzmaterial 40 ein auf Fluor basierendes Gummimaterial oder ein Gel, das eine gute Säurewiderstandsfähigkeit hat, zu verwenden, weil das Kondensat von Abgas, das mit Stickstoffoxiden oder Schwefeloxiden verschmolzen eine starke Säure ausbildet.
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Sowohl das erste Schutzmaterial 41 als auch das zweiten Schutzmaterial 42 kann ein Gel sein. In diesem Fall kann die Härte der Materialien 41 und 42 beispielsweise auf der Grundlage der Penetrationszahlen, wie sie in den JIS (Japanese Industrial Standards) standardisiert sind, bestimmt werden.
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Die Härte zwischen den Materialien 41 und 42 kann durch Differenzieren der Gele unterschieden werden. Es können z. B. Gele verwendet werden, die mit Füllstoffen gemischt sind, wie z. B. Siliziumdioxid. In diesem Fall kann durch Differenzieren des Verhältnisses der Füllstoffe zwischen den Materialien 41 und 42 die Härte zwischen den Materialien 41 und 42 unterschieden werden.
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Wie in den oben beschriebenen Beispielen kann der Drucksensor 300 der gegenwärtigen Ausführungsform, welcher die zweischichtige Struktur aufweist, die aus den Schutzmaterialien 41 und 42 besteht, dadurch hergestellt werden, dass der Erfassungschip 20, der in die Auflagefläche 22 integriert ist, an der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 des Gehäuses 10 fest angebracht wird, worauf ein Drahtbonden erfolgt, und dass die ersten und zweiten Schutzmaterialien 41 und 42 in die Schutzmaterialeinspritzkammer 18 aufeinanderfolgend eingespritzt werden, worauf ein Aushärten erfolgt.
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Beim Einspritzen des Schutzmaterials 40 kann das Vorhandensein des Dammabschnitts 19 verhindern, dass das zuerst eingespritzte erste Material 41 in das Druckeinleitungsloch 16 zu der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 hin eindringt.
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Der Vorgang zum Druckerfassen in dem Drucksensor 300 der gegenwärtigen Ausführungsform erfolgt genauso wie in den oben beschriebenen Beispielen.
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Wie oben beschrieben kann die gegenwärtige Ausführungsform den Drucksensor 300 schaffen, der das aus Harz geformte Gehäuse 10, den in dem Gehäuse 10 vorgesehenen Erfassungschip zum Druckerfassen und das Schutzmaterial 40 zum Umgeben und Schützen des Erfassungschips 20 in dem Gehäuse 10 umfasst. In dem Drucksensor 300 weist das Schutzmaterial 40 vorteilhafterweise eine zweischichtige bzw. zweilagige Struktur auf, die aus dem ersten Schutzmaterial 41, das so positioniert ist, dass es mit der Ecke 18a des Gehäuses 10 in Kontakt steht, und aus dem zweiten Schutzmaterial 42, das weicher ist als das erste Schutzmaterial 41 und dieses bedeckt, besteht. Ferner kann der Dammabschnitt 19, der vorgesehen. ist, um das erste Material 41 von dem zweiten Material 42 zu trennen, zulassen, dass das zweite Material 42 in das Druckeinleitungsloch 16 zu dem Erfassungschip 20 hin eindringt, um mit diesem abdichtend in Kontakt zu gelangen.
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Die gegenwärtige Ausführungsform kann auch den Drucksensor 300 oder den Relativdrucksensor 300 schaffen, der den Aufbau aufweist, der durch die obigen Punkte 1) bis 4) geschaffen wird. In dem Relativdrucksensor 300 weist das Schutzmaterial 40 eine zweischichtige Struktur auf, die aus dem ersten Schutzmaterial 41, das so positioniert ist, dass es mit der Ecke 18a an der Innenfläche der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 in Kontakt steht, und aus dem zweiten Schutzmaterial 42, das weicher ist als das erste Schutzmaterial 41, dieses bedeckt und an dem Druckeinleitungsloch 16 angeordnet ist, besteht. In der Kammer 18 ist der Dammabschnitt 19 an der Öffnungskante des Druckeinleitungslochs 16 vorgesehen, so dass er als Abtrennung bzw. Trennwand zwischen dem Loch 16 und dem ersten Material 41 dient. Das zweite Material 42 befindet sich mit der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 durch das Loch 16 in Kontakt.
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Gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform weist das Schutzmaterial 40 eine zweischichtige Struktur auf, die aus dem verhältnismäßig harten ersten Schutzmaterial 41 und dem verhältnismäßig weichen zweiten Schutzmaterial 42 besteht. In der zweischichtigen Struktur ist das erste Material 41 so positioniert, dass es mit der Ecke 18a des Gehäuses 10, d. h. mit der Ecke 18a, die an der Innenfläche der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 vorgesehen ist, in Kontakt steht.
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Der Drucksensor 300 gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform weist die spitze Ecke 18a wie in den herkömmlichen Drucksensoren auf, wobei diese Ecke gewöhnlich Risse verursacht. Wie in 4 gezeigt ist, kann jedoch in dem Fall, dass an der Ecke 18a Risse erzeugt worden sind, das verhältnismäßig harte erste Schutzmaterial 41 das Eindringen von Blasen durch die Risse unterdrücken.
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Gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform kann darüber hinaus der Dammabschnitt 19, der in der Schutzmaterialeinspritzkammer 18 an der Öffnungskante des Druckeinleitungslochs 16 vorgesehen ist, um als Abtrennung zwischen dem Loch 16 und dem ersten Material 41 zu dienen, zulassen, dass das vergleichsweise weiche zweite Schutzmaterial 42 in das Loch 16 eintritt, so dass es mit der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 in Kontakt gelangt. Demgemäß kann die gemessene Druckkraft durch das zweite Material 42, das so weich ist wie das in den herkömmlichen Sensoren, zu der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 übertragen werden. Somit kann die Erfassungsfunktion des Sensors wie in den herkömmlichen Drucksensoren beibehalten werden.
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Gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform kann in dem Drucksensor 300, der den Erfassungschip 20 zur Druckerfassung aufweist, welcher in dem Gehäuse 10 angeordnet ist und von dem Schutzmaterial 40 bedeckt und geschützt ist, oder insbesondere in dem Relativdrucksensor 300, der den Erfassungschip 20 aufweist, dessen hintere Fläche abgedichtet ist, das Eindringen von Blasen in das Schutzmaterial 40 durch Risse in dem Fall, dass an den Abschnitten des aus Harz geformten Gehäuses 10, die mit dem Schutzmaterial 40 in Verbindung stehen, derartige Risse erzeugt werden, soweit wie möglich verhindert werden.
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6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Relativdrucksensors 310 gemäß einer Modifikation der Ausführungsform.
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Die gegenwärtige Modifikation ist eine Kombination aus der Ausführungsform und dem ersten Beispiel. Insbesondere umfasst der Drucksensor 310 die Schutzmaterialien 41 und 42, welche die zweischichtige Struktur bilden, und den Dammabschnitt 19, wie oben beschrieben. Unter den Ecken der Kammer 18, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen, ist die Ecke 18a zwischen der zylindrischen Wandung 17 und der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 oder einer Fläche des Gehäuses 10 in abgerundeter Form ausgestaltet, wobei ein Kurvenradius der Ecke 18a bei 0,5 mm oder mehr liegt.
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Die Ecke 18a ist genauso ausgeformt wie die in dem ersten Beispiel beschriebene.
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Gemäß dem Drucksensor 310 der gegenwärtigen Modifikation können spitze Ecken im Wesentlichen abgeschafft werden, die gewöhnlich Risse erzeugen würden. Zusätzlich zu den Vorteilen der Ausführungsform kann somit das Auftreten von Rissen an dem Abschnitt des Gehäuses 10 weiter verhindert werden, der mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt steht. Wenn viele Ecken vorgesehen sind, sollten vorzugsweise alle Ecken die abgerundete Form aufweisen wie in den oben beschriebenen Beispielen.
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7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Relativdrucksensor 320 gemäß einer anderen Modifikation der Ausführungsform darstellt.
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In der Ausführungsform und in ihrer oben beschriebenen ersten Modifikation war der Dammabschnitt 19 mit der Chipanbringung 11 des Gehäuses 10 einstückig ausgeformt, oder er war aus dem Harz hergestellt, welches das Gehäuse 10 bildet.
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In dem Drucksensor 320 der gegenwärtigen Modifikation ist der Dammabschnitt 19 getrennt von dem aus Harz geformten Gehäuse 10 vorgesehen. D. h. der Dammabschnitt 19 ist aus einem separaten Element 50 hergestellt und an dem Gehäuse 10 angebaut. Das separate Element 50 ist hier ein Rohr 50, das in das Druckeinleitungsloch 16 eingeführt worden ist, welches in der Chipanbringung 11 ausgeformt ist.
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Das Rohr 50 der gegenwärtigen Modifikation weist einen schirmförmigen Abschnitt, der sich in der oberen Fläche 11a der Chipanbringung 11 befindet, und einen zylindrischen Abschnitt, der sich von dem schirmförmigen Abschnitt erstreckt und von der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11 hervorsteht, auf. Ein Abschnitt des zylindrischen Abschnitts, der von der unteren Fläche 11b hervorsteht, dient als Dammabschnitt 19.
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Das Rohr 50 kann beispielsweise aus Metall, wie z. B. rostfreiem Stahl oder einer Legierung 42 bzw. 42 Alloy, und aus Keramik hergestellt sein. Beim Einbauen des Rohrs 50 in das Gehäuse 10 kann Insert Moulding verwendet werden. Als Alternative kann das Rohr 50 in das Gehäuse 10 von seiner Rückseite aus pressgepasst oder an dieses geheftet bzw. geklebt werden.
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Vorzugsweise kann ein für das Rohr 50 verwendetes Material einen linearen Ausdehnungskoeffizienten haben, der gleich dem von Glas, welches die Auflagefläche 22 bildet, oder von Silizium, welches den Erfassungschip 20 bildet, ist. Dies kann die Veränderung der Eigenschaften unterdrücken, die dem Unterschied der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Rohr 50, der Auflagefläche 22 und dem Erfassungschip 20 zugeschrieben worden wäre. Vorzugsweise kann das Rohr 50 auch aus einem Material hergestellt sein, das eine ausgezeichnete Korrosionswiderstandsfähigkeit hat. Somit kann der Drucksensor 320 bei den Verhältnissen von Abgas, welches gewöhnlich Korrosion erzeugt, geeignet verwendet werden.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen wurde die Schutzmaterialeinspritzkammer 18 durch die zylindrische Wandung 17 so gegliedert bzw. gebildet, dass sie einen größeren Durchmesser als das Druckeinleitungsloch 16 aufweist. Somit erzeugte diese Struktur notwendigerweise die Ecke 18a zwischen der zylindrischen Wandung 17 und der unteren Fläche 11b der Chipanbringung 11.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Form der Kammer 18 nicht auf die in 1 gezeigte Form begrenzt ist. Beispielsweise kann die Kammer 18 einen S-förmigen Querschnitt haben, um abgerundete Ecken zu schaffen.
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Darüber hinaus kann der Durchmesser der zylindrischen Wandung 17 gleich dem des Druckeinleitungslochs 16 sein. Insbesondere kann die Innenfläche der zylindrischen Wandung 17 und die des Lochs 16 in einer einzigen Ebene liegen, so dass ein einzelnes kontinuierliches und geradliniges Loch geschaffen werden kann, ohne dass zwischen dem inneren Loch der Schutzmaterialeinspritzkammer 16 und dem Loch 16 ein gestufter Abschnitt ausgeformt ist.
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Weil die Kammer 18 oder das Gehäuse 10 an der Position, an der sie bzw. es mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt gelangt, keine spitze Ecke aufweist, kann in diesem Fall das Auftreten von Rissen soweit wie möglich verhindert werden, die andernfalls an den Abschnitten des Gehäuses 10 verursacht worden wären, die mit dem Schutzmaterial 40 in Kontakt stehen.
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Das Gehäuse 10 in jeder der obigen Ausführungsformen und in jedem der Beispiele ist nur ein Beispiel, das bei der Erfindung verwendet werden kann, und sollte daher nicht auf das jeweils in jeder Figur gezeigte beschränkt sein.
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Der Erfassungschip 20 in dem Relativdrucksensor kann ein anderer sein als die oben erwähnte Halbleitermembran, wenn nur der Erfassungschip auf der Grundlage des Differenzdrucks zwischen den Druckkräften, die auf die vorderen und die hinteren Flächen 20a und 20b aufgebracht werden, eine Druckerfassung durchführen kann.
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In jedem der Relativdrucksensoren gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele wurde ein Abdichten bei der hinteren Fläche 20b des Erfassungschips 20 bewirkt. Alternativ kann in einem Fall, wo die vordere Fläche 20a des Erfassungschips 20 von dem Schutzmaterial bedeckt und geschützt ist, der oben beschriebene Aufbau, der die abgerundeten Ecken oder das Schutzmaterial mit zweischichtiger Struktur aufweist, verwendet werden. Ferner kann die Erfindung nicht nur bei einem Drucksensor des Relativdrucktyps verwendet werden, sondern auch bei einem Drucksensor des Absolutdrucktyps.
