DE102008040729A1 - Pressure sensor assembly for use in pressure sensor unit for aggressive measuring environment, comprises membrane and sensor element, which is embedded in membrane and membrane includes three layers - Google Patents

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Abstract

Pressure sensor assembly (10) comprises a membrane (1) and a sensor element (2). The sensor element is embedded in the membrane. The membrane includes three layers (11,12,13). The outside layers (11,13) are formed from gas-tight and flexible material. A plastic layer (12) is provided between outside layers, and sensor element is partially embedded in the plastic layer. The outside layers are formed from metal layer, particularly high-grade steel foil or galvanized metal foil. An independent claim is included for a method for manufacturing pressure sensor assembly, which involves installing sensor element on a carrier.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung mit einer Membran und einem Sensorelement, das in die Membran eingebettet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Drucksensoranordnung.The The invention relates to a pressure sensor arrangement with a membrane and a sensor element embedded in the membrane. Furthermore The invention relates to a method for producing such Pressure sensor assembly.

Derartige Sensoranordnungen eignen sich besonders zur Druckerfassung in einer aggressiven Messumgebung, da das Sensorelement durch das Membranmaterial geschützt ist und nicht in direkten Kontakt mit dem Messmedium tritt.such Sensor arrangements are particularly suitable for pressure detection in one aggressive measuring environment, since the sensor element through the membrane material is protected and not in direct contact with the measuring medium occurs.

Eine solche Drucksensoranordnung wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 043 689 A1 beschrieben. Die Membran besteht hier ausschließlich aus einem oder mehreren Kunststoffmaterialien.Such a pressure sensor arrangement is disclosed in German Offenlegungsschrift DE 10 2005 043 689 A1 described. The membrane here consists exclusively of one or more plastic materials.

In der Praxis erweisen sich Kunststoffmembranen jedoch sowohl im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften der Membran als auch im Hinblick auf den Schutz des Sensorelements als problematisch. So ist der Zusammenhang zwischen der Membranauslenkung und dem anliegenden Druck häufig nicht eindeutig, weil das Elastizitätsmodul vieler Kunststoffmaterialien eine Hysterese aufweist. Außerdem zeigen viele Kunststoffmaterialien eine Relaxation in Folge von Materialermüdung, was zu einem unkontrollierten Sensordrift führt. Zudem können Drucksensoren mit einer Kunststoffmembran nur in einem begrenzten Temperaturbereich eingesetzt werden, dessen Obergrenze im Bereich von 150°C liegt. Da Kunststoffmaterialien in der Regel nicht gasdicht sind, können sie das Sensorelement zumindest langfristig auch nicht hinreichend gegen den Angriff durch aggressive Medien schützen.In In practice, however, plastic membranes prove both in terms of on the mechanical properties of the membrane as well as in terms on the protection of the sensor element as problematic. That is how it is Relationship between the diaphragm deflection and the adjacent Printing is often not unique, because the elastic modulus many plastic materials has a hysteresis. Furthermore Many plastic materials show relaxation as a result of Material fatigue, resulting in an uncontrolled sensor drift leads. In addition, pressure sensors with a plastic membrane be used only in a limited temperature range, the Upper limit in the range of 150 ° C. Because plastic materials usually not gas-tight, they can be the sensor element at least in the long term, too, not sufficient against the attack by protect aggressive media.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine weitgehend medienresistente Drucksensoranordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die auch bei höheren Temperaturen zuverlässige Messergebnisse liefert und die sich zudem kostengünstig herstellen und einbauen lässt.With The present invention is a largely media-resistant Pressure sensor arrangement of the type mentioned above, which also Reliable measurement results at higher temperatures supplies and which are also inexpensive to produce and can be installed.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Membran mindestens drei Lagen umfasst, wobei die beiden äußeren Lagen jeweils aus einem gasdichten, federelastischen Material gebildet sind, und dass sich zwischen den beiden äußeren Lagen mindestens eine Kunststofflage befindet, in die das Sensorelement zumindest teilweise eingebettet ist.This is inventively achieved in that the Membrane comprises at least three layers, with the two outer Layers are each formed from a gas-tight, resilient material, and that between the two outer layers located at least one plastic layer into which the sensor element is at least partially embedded.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich die auf eine Sensormembran wirkende Druck- bzw. Zuglast hauptsächlich auf die äußeren Schichten der Membran auswirkt. Des Weiteren ist erkannt worden, dass sich nachteilige mechanische Eigenschaften einer Kunststoffmembran, wie Hystereseeffekte und frühzeitige Materialermüdungserscheinungen, durch eine geeignete Beschichtung kompensieren lassen. Erfindungsgemäß wird dazu ein federelastisches Material gewählt, d. h. ein Material, dessen Elastizitätsmodul nicht hysteresebehaftet ist und bei dem möglichst keine Relaxationseffekte auftreten. Zudem soll das Material der äußeren Lagen gasdicht sein, um neben den mechanischen Eigenschaften der Membran auch den Schutz des Sensorelements zu verbessern.According to the invention has been recognized that the force acting on a sensor membrane pressure or Tensile load mainly on the outer Layers of the membrane affects. Furthermore, it has been recognized that disadvantageous mechanical properties of a plastic membrane, such as hysteresis effects and early material fatigue phenomena, can be compensated by a suitable coating. According to the invention a spring-elastic material chosen for this purpose, d. H. a material whose modulus of elasticity is not hysteretic and where possible no relaxation effects occur. moreover should the material of the outer layers be gas-tight, in addition to the mechanical properties of the membrane and the protection to improve the sensor element.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden äußeren Lagen der Membran in Form einer Metallschicht, insbesondere einer Edelstahlfolie oder einer galvanotechnisch hergestellten Folie realisiert. Dadurch wird auch die Temperaturbelastbarkeit der Membran verbessert. Metallfolien sind nicht nur aufgrund ihrer Materialeigenschaften besonders geeignet, sondern ermöglichen auch eine einfache und kostengünstige Herstellung des Membranverbundes mit Standardverfahren.In a particularly advantageous embodiment of the invention the two outer layers of the membrane are in shape a metal layer, in particular a stainless steel foil or a realized by electroplating foil. This will also improves the temperature resistance of the membrane. metal foils are not only suitable because of their material properties, but also allow a simple and inexpensive production of the membrane composite with standard methods.

Besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Medienresistenz der Membran ist es, wenn die nach außen gewandte Oberfläche einer solchen Metallschicht mit einer Edelmetallschicht oder einer nicht metallischen medienresistenten Schicht versehen ist, insbesondere mit einer chemisch stabilen Oxidschicht, mit Chromnitrid, Titannitrid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder DLC.Especially advantageous in terms of media resistance of the membrane it, if the outward facing surface of a Such metal layer with a noble metal layer or a non-metallic media-resistant layer is provided, in particular with a chemical stable oxide layer, with chromium nitride, titanium nitride, silicon carbide, silicon nitride, Alumina or DLC.

Wesentlich für die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Drucksensoranordnung ist, dass zwischen den einzelnen Lagen der Membran ein dauerhaft fester Verbund besteht, der auch durch die Membrandeformationen nicht beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck ist die nach innen gewandte Oberfläche der Metallschicht vorteilhafterweise aufgeraut und/oder mit einer Haftvermittlungsschicht versehen.Essential for the functionality of the invention Pressure sensor arrangement is that between the individual layers of the Membrane is a permanently solid composite, which is also due to the membrane deformations is not affected. For this purpose, the after inside facing surface of the metal layer advantageously roughened and / or provided with a bonding layer.

Je nach Anwendung der erfindungsgemäßen Drucksensoranordnung und Umgebungsbedingungen am Einsatzort können die beiden äußeren Lagen der Membran auch in Form von Glas-, Keramik- oder Siliziumschichten realisiert sein.ever after application of the pressure sensor arrangement according to the invention and on-site environmental conditions may be the two outer layers the membrane also in the form of glass, ceramic or silicon layers be realized.

Als Kunststoffmaterialien zum Einbetten des Sensorelements eignen sich besonders duroplastische Polymere, vorzugsweise eine Transfer-Moldmasse, oder auch hochtemperaturstabile thermoplastische Polymere, wie LCP (liquid cristal polymer), PEEK (Polyetheretherketon), PEK (Polyetherketone), PPS (Polyphenylensulfid), PAS (Polyarylsulfen), PAI (Polyamidimid) oder PBI (Polybenzimidazol). Vorteilhafterweise wird zum Einbetten des Sensorelements ein Kunststoffmaterial gewählt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient an den des Sensorelements angepasst ist. Besonders geeignet sind Kunststoffmaterialien, deren Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als 20 ppm/K.Suitable plastic materials for embedding the sensor element are particularly duroplastic polymers, preferably a transfer molding compound, or high temperature stable thermoplastic polymers such as LCP (liquid crystal polymer), PEEK (polyether ether ketone), PEK (polyether ketones), PPS (polyphenylene sulfide), PAS (Polyarylsulfen ), PAI (polyamide-imide) or PBI (polybenzimidazole). Advantageously, a plastic material is selected for embedding the sensor element, whose thermal expansion coefficient is adapted to that of the sensor element. Plastic materials whose thermal expansion coefficient is less than 20 ppm / K are particularly suitable.

Mit der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung, wie sie voranstehend beschrieben worden ist, vorgeschlagen. Dazu wird das Sensorelement einfach auf einem Träger, wie z. B. einem Leadframe oder einer starren oder flexiblen Leiterplatte montiert. Auf diesem Träger kann beispielsweise auch noch ein ASIC zur Auswertung der Messergebnisse angeordnet und mit dem Sensorelement elektrische verbunden werden. Danach wird der Träger mit dem Sensorelement zumindest teilweise auf einer ersten Metallfolie positioniert, die eine der beiden äußeren Metalllagen der Messmembran bilden soll. Mit Hilfe einer Kunststoffmasse wird dann ein Verbund zwischen der ersten Metallfolie, dem Träger, dem Sensorelement und einer zweiten Metallfolie erzeugt, wobei das Sensorelement sandwichartig zwischen den beiden Metallfolien in die Kunststoffmasse eingebettet wird. Vorteilhafterweise wird dieser Verbund durch Molden oder in einem Laminierverfahren hergestellt. Die Kunststoffmasse kann dazu aber auch zwischen die beiden Metallfolien gespritzt werden.With The present invention also provides a method for producing a pressure sensor arrangement, as described above has been described. This is the sensor element simply on a carrier, such as. B. a leadframe or a rigid or flexible circuit board mounted. On this carrier For example, an ASIC can also be used to evaluate the measurement results be arranged and connected to the sensor element electrical. Thereafter, the carrier with the sensor element at least partially positioned on a first metal foil, which is one of the form two outer metal layers of the measuring diaphragm should. With the help of a plastic compound is then a bond between the first metal foil, the carrier, the sensor element and a second metal foil, wherein the sensor element sandwiched embedded between the two metal foils in the plastic mass becomes. Advantageously, this composite is made by Molden or in produced by a lamination process. The plastic compound can do this but also be sprayed between the two metal foils.

Alternativ dazu können die dreilagige Membran und die Anordnung eines Sensorelements auf einem Träger auch unabhängig voneinander hergestellt werden. In diesem Fall kann das Sensorelement einfach in eine seitliche Tasche in der mittleren Kunststofflage der Membran geklebt werden.alternative to the three-layer membrane and the arrangement of a Sensor element on a support also independent be prepared from each other. In this case, the sensor element can be simple in a side pocket in the middle plastic layer of the membrane to be glued.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.As already discussed above, there are various ways to design the teaching of the present invention in an advantageous manner and further education. This is on the one hand to the independent Claims subordinate claims and on the other hand to the following description of several embodiments of Reference to the invention with reference to the drawings.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine erste erfindungsgemäße Drucksensoranordnung 10, 1 shows a schematic sectional view through a first pressure sensor arrangement according to the invention 10 .

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine zweite erfindungsgemäße Drucksensoranordnung 20, und 2 shows a schematic sectional view through a second pressure sensor arrangement according to the invention 20 , and

3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Gehäuse 30 mit der in 1 dargestellten Drucksensoranordnung 10. 3 shows a schematic sectional view through a housing 30 with the in 1 illustrated pressure sensor arrangement 10 ,

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

Die in 1 dargestellte Drucksensoranordnung 10 umfasst eine Membran 1, in die ein Sensorelement 2 eingebettet ist. Membrandeformationen, die sich auch auf das Sensorelement 2 übertragen, werden von diesem piezoresistiv oder piezoelektrisch erfasst. Bei der Membran 1 handelt es sich um eine Triplexmembran, bestehend aus einer Kunststofflage 12, die beidseitig mit einer medienresistenten Metallfolie 11, 13 beschichtet ist. Das Sensorelement 2 ist in das Kunststoffmaterial der Kunststofflage 12 eingebettet.In the 1 illustrated pressure sensor arrangement 10 includes a membrane 1 into which a sensor element 2 is embedded. Membrane deformation, which also affects the sensor element 2 transferred, are detected by this piezoresistive or piezoelectric. At the membrane 1 it is a triplex membrane, consisting of a plastic layer 12 , on both sides with a media-resistant metal foil 11 . 13 is coated. The sensor element 2 is in the plastic material of the plastic layer 12 embedded.

Dazu wurde das Sensorelement 2 zunächst auf einem Bauelementträger 3 montiert, auf dem hier auch ein ASIC 4 zur Auswertung der Messsignale angeordnet ist. Außerdem befindet sich an einer Seite des Trägers 3 ein Steckkontakt 5 zum elektrischen Anschluss der Drucksensoranordnung 10. Als Bauelementträger 3 kann beispielsweise ein Leadframe oder eine starre oder flexible Leiterplatte verwendet werden. Nach dem Bestücken des Bauelementträgers 3 wurden die Bauelemente 2 und 4 sowie der Steckkontakt 5 mittels Drahtbonden elektrisch kontaktiert. Dann wurde der Träger 3 so auf der unteren Metallfolie 11 positioniert, dass das Sensorelement 2 über der Metallfolie 11 angeordnet ist und der Steckkontakt 5 seitlich über die Metallfolie 11 hinausragt. Die Fixierung des Trägers 3 auf der Metallfolie 11 erfolgte durch Kleben. In einem anschließenden Moldverfahren wurde schließlich der Membranverbund mit der Kunststofflage 12 und der oberen Metallfolie 13 hergestellt. Dazu wurde die untere Metallfolie 11 mit dem bestückten Träger 3 in ein Verpresswerkzeug eingelegt. Darüber wurden eine Moldfolie und die obere Metallfolie 13 in das Verpresswerkzeug eingelegt, um den gesamten Aufbau des Sensorelements 10 bei hoher Temperatur zu verpressen.This was the sensor element 2 initially on a component carrier 3 mounted, on which also an ASIC 4 is arranged to evaluate the measurement signals. It is also located on one side of the carrier 3 a plug contact 5 for electrical connection of the pressure sensor arrangement 10 , As a component carrier 3 For example, a leadframe or a rigid or flexible circuit board can be used. After loading the component carrier 3 were the components 2 and 4 as well as the plug contact 5 electrically contacted by wire bonding. Then the carrier became 3 so on the bottom metal foil 11 positioned that the sensor element 2 over the metal foil 11 is arranged and the plug contact 5 laterally over the metal foil 11 protrudes. The fixation of the carrier 3 on the metal foil 11 was done by gluing. In a subsequent molding process, finally, the membrane composite with the plastic layer 12 and the upper metal foil 13 produced. This was the bottom metal foil 11 with the loaded carrier 3 inserted in a grooving tool. Above that were a mold film and the upper metal foil 13 placed in the grooving tool to the entire structure of the sensor element 10 to be pressed at high temperature.

Das Kunststoffmaterial kann aber auch wie beim Transfer Moldverfahren oder wie beim Spritzgussverfahren zwischen die beiden Metallfolien 11 und 13 injiziert werden. Alternativ zu einem Moldverfahren kann der in 1 dargestellte Membranaufbau 1 auch in einem Laminierverfahren mit thermoplastischen Polymerfolien realisiert werden.The plastic material may also be as in the transfer molding process or as in the injection molding process between the two metal foils 11 and 13 be injected. Alternatively to a molding process, the in 1 illustrated membrane structure 1 also be realized in a lamination process with thermoplastic polymer films.

Bei den Metallfolien 11, 13 kann es sich beispielsweise um Edelstahlfolien oder galvanotechnisch hergestellte Folien handeln, deren Medienresistenz durch geeignete Beschichtung der nach außen gewandte Oberfläche verbessert worden ist. So können die Metallfolien 11, 13 beispielsweise mit einer Edelmetallschicht, einer chemisch stabilen Oxidschicht, mit Chromnitrid oder auch mit DLC beschickt sein. Zur Verbesserung des Verbunds zwischen der Kunststofflage 12 und den Metallfolien 11 und 13 kann die nach innen gewandte Oberfläche der Metallfolien 11 und 13 aufgeraut und/oder mit einer Haftvermittlungsschicht versehen werden.At the metal foils 11 . 13 These may be, for example, stainless steel foils or electroplated foils whose media resistance has been improved by suitable coating of the outwardly facing surface. So can the metal foils 11 . 13 for example, be charged with a noble metal layer, a chemically stable oxide layer, with chromium nitride or with DLC. To improve the bond between the plastic layer 12 and the metal foils 11 and 13 may be the inwardly facing surface of the metal foils 11 and 13 roughened and / or with a Haftver be provided mediating layer.

Die Wahl des Kunststoffmaterials für die Kunststofflage 12 der Triplexmembran 1 hängt zum einen von den angestrebten Sensoreigenschaften und zum anderen vom Herstellungsverfahren ab. Besonders geeignet sind eine duroplastische Transfer-Moldmasse oder auch hochtemperaturstabile Polymere, vorzugsweise LCP, PEEK, PEK, PPS, PAS, PAI oder PBI. Vorteilhafterweise ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffmaterials an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorelements 2 angepasst.The choice of plastic material for the plastic layer 12 the triplex membrane 1 depends on the one hand on the desired sensor properties and on the other hand on the manufacturing process. Particularly suitable are a thermosetting transfer molding compound or high-temperature stable polymers, preferably LCP, PEEK, PEK, PPS, PAS, PAI or PBI. Advantageously, the thermal expansion coefficient of the plastic material is based on the thermal expansion coefficient of the sensor element 2 customized.

Bei der in 2 dargestellten Drucksensoranordnung 20 wurde der Membranverbund 21 mit sandwichartig zwischen zwei medienresistenten Metallfolien 11 und 13 angeordneter Kunststofflage 12 unabhängig vom Sensorelement 2 hergestellt. Der rechte Randbereich dieses Membranverbunds 21 wurde so präpariert, dass die untere Metallfolie 11 über die Kunststofflage 12 und die obere Metallfolie 13 hinausragt. Außerdem wurde im rechten Randbereich der Kunststofflage 12 eine Ausnehmung 22 für das Sensorelement 2 erzeugt. Wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, wurde das Sensorelement 2 zusammen mit einem ASIC 4 auf einem Träger 3 mit einem Steckkontakt 5 montiert und elektrisch kontaktiert. Das Sensorelement 2 ragt über den linken Randbereich des Trägers 3 hinaus. Dieses abragende Ende des Sensorelements 2 wurde in die Ausnehmung 22 in der Kunststofflage 12 eingeklebt. Dabei wurde der Träger 3 mit dem abragenden Endbereich der unteren Metallfolie 11 verklebt, was den Aufbau insgesamt stabilisiert. Außerdem wurden die freiliegenden Oberflächenbereiche des Sensorelements 2 und des ASICs 4 noch mit einem möglichst medienresistenten Gel 23 abgedeckt.At the in 2 illustrated pressure sensor arrangement 20 became the membrane composite 21 sandwiched between two media-resistant metal foils 11 and 13 arranged plastic layer 12 independent of the sensor element 2 produced. The right edge area of this membrane composite 21 was prepared so that the lower metal foil 11 about the plastic layer 12 and the upper metal foil 13 protrudes. In addition, the plastic layer was in the right edge area 12 a recess 22 for the sensor element 2 generated. As with the in 1 illustrated embodiment, has been the sensor element 2 together with an ASIC 4 on a carrier 3 with a plug contact 5 mounted and electrically contacted. The sensor element 2 protrudes over the left edge area of the carrier 3 out. This projecting end of the sensor element 2 was in the recess 22 in the plastic layer 12 glued. This was the carrier 3 with the projecting end portion of the lower metal foil 11 glued, which stabilizes the overall structure. In addition, the exposed surface areas of the sensor element became 2 and the ASIC 4 still with a medium-resistant gel 23 covered.

Die Drucksensoranordnungen 10 und 20 können je nach Art der Druckbeaufschlagung der Membran 1 bzw. 21 sowohl zur Absolutdruckmessung als auch zur Differenzdruckmessung eingesetzt werden. 3 veranschaulicht beispielhaft die Einsatzmöglichkeit der Differenzdruckmessung. Die in 1 dargestellte Drucksensoranordnung 10 wurde dazu mit einem entsprechenden Gehäuse 30 versehen. Dieses Gehäuse 30 umfasst zwei getrennte Druckanschlüsse 31 und 32, über die die beiden Seiten der Membran 1 mit unterschiedlichen Messdrücken P1 und P2 beaufschlagt werden können. Maßgeblich für die Auslenkung der Membran 1, die mit dem seitlich angeordneten Sensorelement 2 erfasst wird, ist hier also der Unterschied zwischen den beiden Messdrücken P1–P2.The pressure sensor arrangements 10 and 20 can depending on the type of pressurization of the membrane 1 respectively. 21 be used both for absolute pressure measurement and for differential pressure measurement. 3 exemplifies the application of the differential pressure measurement. In the 1 illustrated pressure sensor arrangement 10 was with a corresponding housing 30 Mistake. This case 30 includes two separate pressure ports 31 and 32 over which the two sides of the membrane 1 can be acted upon with different measuring pressures P1 and P2. Decisive for the deflection of the membrane 1 connected to the laterally arranged sensor element 2 is detected, so here is the difference between the two pressures P1-P2.

Das Gehäuse 30 mit dem Steckanschluss 35 und den Druckanschlüssen 31 und 32, die entweder als Schraub- oder Klemmflansche ausgeführt sein können, kann einfach als Polymergehäuse an die Sensoranordnung 10 angespritzt werden. Dazu wird die Sensoranordnung 10 in ein geeignetes Spritzgusswerkzeug mit mehreren Schiebern eingelegt. In der Regel wird die Sensoranordnung erst danach vom Leadframe- oder Leiterplattennutzen abgetrennt und geprüft, d. h. vermessen und kalibriert.The housing 30 with the plug connection 35 and the pressure connections 31 and 32 , which can be designed either as screw or clamping flanges, can easily as a polymer housing to the sensor assembly 10 be sprayed. For this purpose, the sensor arrangement 10 inserted in a suitable injection molding tool with multiple slides. As a rule, the sensor arrangement is then separated and tested, ie measured and calibrated, by the leadframe or printed circuit board benefit.

Alternativ dazu kann die erfindungsgemäße Drucksensoranordnung aber auch einfach mit Hilfe von Pressdichtungen in ein Metallgehäuse integriert werden.alternative For this purpose, the pressure sensor arrangement according to the invention but also simply with the help of press seals in a metal housing to get integrated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005043689 A1 [0003] DE 102005043689 A1 [0003]

Claims (10)

Drucksensoranordnung (10) mit einer Membran (1) und einem Sensorelement (2), das in die Membran (1) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1) mindestens drei Lagen (11, 12, 13) umfasst, dass die beiden äußeren Lagen (11, 13) jeweils aus einem gasdichten, federelastischen Material gebildet sind, und dass sich zwischen den beiden äußeren Lagen (11, 13) mindestens eine Kunststofflage (12) befindet, in die das Sensorelement (2) zumindest teilweise eingebettet ist.Pressure sensor arrangement ( 10 ) with a membrane ( 1 ) and a sensor element ( 2 ), which enter the membrane ( 1 ), characterized in that the membrane ( 1 ) at least three layers ( 11 . 12 . 13 ) that the two outer layers ( 11 . 13 ) are each formed from a gas-tight, resilient material, and that between the two outer layers ( 11 . 13 ) at least one plastic layer ( 12 ) into which the sensor element ( 2 ) is at least partially embedded. Drucksensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Lagen (11, 13) der Membran (1) jeweils durch eine Metallschicht, insbesondere eine Edelstahlfolie oder eine galvanotechnisch hergestellte metallische Folie, gebildet sind.Pressure sensor arrangement ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the two outer layers ( 11 . 13 ) of the membrane ( 1 ) are each formed by a metal layer, in particular a stainless steel foil or a galvanic metallic foil produced. Drucksensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen gewandte Oberfläche der Metallschicht mit einer Edelmetallschicht oder einer nicht metallischen medienresistenten Schicht versehen ist, insbesondere mit einer chemisch stabilen Oxidschicht, mit Chromnitrid, Titannitrid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder DLC.Pressure sensor arrangement according to claim 2, characterized that the outwardly facing surface of the metal layer with a layer of precious metal or a non-metallic media-resistant Layer is provided, in particular with a chemically stable oxide layer, with chromium nitride, titanium nitride, silicon carbide, silicon nitride, aluminum oxide or DLC. Drucksensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen gewandte Oberfläche der Metallschicht aufgeraut ist und/oder mit einer Haftvermittlungsschicht versehen ist.Pressure sensor arrangement according to claim 2, characterized that the inwardly facing surface of the metal layer roughened and / or provided with a primer layer. Drucksensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Lagen der Membran jeweils durch eine Glasschicht, eine Keramikschicht oder eine Siliziumschicht gebildet sind.Pressure sensor arrangement according to claim 1, characterized that the two outer layers of the membrane respectively through a glass layer, a ceramic layer or a silicon layer are formed. Drucksensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kunststofflage (12) aus einem duroplastischen Polymer, vorzugsweise aus einer Transfer-Moldmasse, oder aus hochtemperaturstabilen thermoplastischen Polymeren, vorzugsweise aus LCP, PEEK, PEK, PPS, PAS, PAI oder PBI, gebildet ist.Pressure sensor arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one plastic layer ( 12 ) is formed from a thermosetting polymer, preferably from a transfer molding compound, or from high-temperature-stable thermoplastic polymers, preferably from LCP, PEEK, PEK, PPS, PAS, PAI or PBI. Drucksensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffmaterials an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorelements angepasst ist und vorzugsweise kleiner ist als 20 ppm/K.Pressure sensor arrangement according to claim 6, characterized that the thermal expansion coefficient of the plastic material on the thermal expansion coefficient of the sensor element is adjusted, and preferably less than 20 ppm / K. Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung (10), gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, bei dem – mindestens ein Sensorelement (2) auf einem Träger (3) montiert wird, – der Träger (3) mit dem Sensorelement (2) zumindest teilweise auf einer ersten Metallfolie (11) positioniert wird, und – mit Hilfe einer Kunststoffmasse ein Verbund zwischen der ersten Metallfolie (11), dem Träger (3), dem Sensorelement (2) und einer zweiten Metallfolie (13) erzeugt wird, wobei das Sensorelement (2) sandwichartig zwischen den beiden Metallfolien (11, 13) in die Kunststoffmasse (12) eingebettet wird.Method for producing a pressure sensor arrangement ( 10 ), according to claims 1 to 7, wherein - at least one sensor element ( 2 ) on a support ( 3 ), - the carrier ( 3 ) with the sensor element ( 2 ) at least partially on a first metal foil ( 11 ), and - with the aid of a plastic compound, a bond between the first metal foil ( 11 ), the carrier ( 3 ), the sensor element ( 2 ) and a second metal foil ( 13 ) is generated, wherein the sensor element ( 2 ) sandwiched between the two metal foils ( 11 . 13 ) in the plastic compound ( 12 ) is embedded. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund in einem Moldverfahren oder einem Laminierverfahren unter Verwendung einer Moldfolie oder einer thermoplastischen Polymerfolie hergestellt wird.Method according to claim 8, characterized in that that the composite in a molding process or a lamination process using a mold film or a thermoplastic polymer film will be produced. Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung (20) gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, bei dem – mindestens ein Sensorelement (2) auf einem Träger (3) montiert wird, und – das Sensorelement (2) in eine seitliche Ausnehmung (22) in der mittleren Kunststofflage (12) einer Membran (21) mit zwei äußeren Metalllagen (11, 13) eingebettet, vorzugsweise eingeklebt wird.Method for producing a pressure sensor arrangement ( 20 ) according to claims 1 to 7, wherein - at least one sensor element ( 2 ) on a support ( 3 ), and - the sensor element ( 2 ) in a lateral recess ( 22 ) in the middle plastic layer ( 12 ) a membrane ( 21 ) with two outer metal layers ( 11 . 13 ) is embedded, preferably glued.
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