DE102010001073A1

DE102010001073A1 - Sensor, insbesondere Niederdrucksensor, zur Messung eines Differenzdrucks

Info

Publication number: DE102010001073A1
Application number: DE102010001073A
Authority: DE
Inventors: Kai 73779 Garnier; Christoph 70597 Gmelin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor (10), insbesondere einen Niederdrucksensor, zur Messung eines Differenzdrucks. Der Sensor (10) weist ein Sensorelement (20) auf, welches in eine Mold-Masse (14) eingebettet ist. Die Mold-Masse (14) umfasst eine fensterförmige Durchgangsöffnung (18). Das Sensorelement (20) ragt in die fensterförmige Durchgangsöffnung (18) freitragend hinein. In die fensterförmige Öffnung (18) ist eine Membran- oder Folienstruktur (42, 46, 48, 49) eingelassen, der Druckräume für Drücke p1, p2 voneinander trennt.

Description

Stand der Technik
DE 10 2006 044 442 A1 bezieht sich auf eine Sensoranordnung mit einem Substrat mit einem Gehäuse und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Sensoranordnung. Die Sensoranordnung umfasst ein Substrat und ein Gehäuse. Das Gehäuse umgibt das Substrat in einem ersten Substratbereich im Wesentlichen vollständig. Das Gehäuse ist in einem zweiten Substratbereich zumindest teilweise mittels einer Öffnung geöffnet ausgebildet, wobei im Bereich der Öffnung der zweite Substratbereich aus dem Gehäuse ragend vorgesehen ist. Das Substrat wird in einem dritten Substratbereich wenigstens teilweise durch einen Träger, der mit dem Gehäuse verbunden ist, getragen. Das Substrat liegt im dritten Substratbereich wenigstens teilweise auf dem Träger auf.
DE 10 2008 011 943 A1 bezieht sich auf eine Sensoranordnung. Die Sensoranordnung umfasst mindestens ein Sensorelement, das auf einem Träger angeordnet ist, und ein Mold-Gehäuse, in das ein Bereich des Sensorelements und des Trägers eingebettet ist. Das Mold-Gehäuse weist mindestens eine Durchgangsöffnung als Zugangsöffnung für den sensitiven Bereich des Sensorelements auf. Der Träger erstreckt sich über den gesamten Querschnitt der Durchgangsöffnung und ist im Randbereich der Durchgangsöffnung in das Mold-Gehäuse eingebettet. Das Sensorelement ragt mit seinem sensitiven Bereich in die Durchgangsöffnung des Mold-Gehäuses hinein.
Ein Sensormodul für einen Niederdrucksensor, insbesondere einen Differenzdruck-Niederdrucksensor, wird als OCFM-Baugruppe gefertigt (OCFM: Open Cavity Full Mold). Bei einem Sensormodul als OCFM-Baugruppe werden getrennte Chip-Komponenten für die Signalverarbeitung, so zum Beispiel elektronische Bauelemente, insbesondere ASICs, eingesetzt sowie Sensorelemente. Das Sensorelement und das elektronische Bauelement, beispielsweise ausgebildet als ASIC, werden auf einen gemeinsamen Leadframe, der in der Regel als Kupferstruktur ausgebildet ist, aufgeklebt und elektrisch durch Dünndrahtbonds miteinander verbunden. Anschließend werden das elektronische Bauelement, das Sensorelement und die Aufbauverbindungstechnik ummoldet und somit vor aggressiven Medien, wie zum Beispiel Abgasen etc., geschützt. Als Mold-Masse kommt bei OCFM-Baugruppen in der Regel ein Duroplastmaterial in Frage.
Neben den elektrischen Anschlüssen ragt einzig die vordere Hälfte des Sensorelements mit der Messmembran aus der Mold-Masse heraus und in eine in dem Korpus des Sensormoduls fensterförmig ausgebildete Durchgangsöffnung hinein. Diese einseitige Aufhängung des Sensorelements ist notwendig, um den Sensor bei Temperaturänderungen oder anders aufgebrachten Lasten, die zum Beispiel während des Einbaus auftreten können oder bei der Montage entstehen, spannungsfrei und damit im Wesentlichen driftfrei zu halten.
Als Sensorelemente werden bisher im Allgemeinen Chips aus porösem Silizium mit eingeschlossenem Referenzvakuum eingesetzt. Durch die freihängende Konstruktion wird das Sensorelement von allen Seiten mit Druck beaufschlagt und eignet sich dadurch hervorragend für den Einsatz in Absolutdrucksensoren. Differenzdrucksensoren lassen sich bisher nur mithilfe einer recht aufwendigen, teuren und ungenauen elektrischen Differenzdruckbildung darstellen, bei der zwei Sensorelemente sowie ein elektronisches Bauelement, beispielsweise ein ASIC, erforderlich sind. Das Hauptproblem ist bei Verwendung einer Differenzdruckmembran im Sensorelement und einer damit möglichen Druckbeaufschlagung des Sensorselements von beiden Seiten her eine entkoppelte Abdichtung hinsichtlich mechanischer Belastung der beiden Druckräume voneinander.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Sensormodul für einen Sensor, insbesondere ein Niederdrucksensor, zur Differenzdruckmessung vorgeschlagen, bei welchem das Sensorelement in eine Durchgangsöffnung freitragend hineinragt. Dies ermöglicht eine weitestgehend eigenspannungsfreie Druckbeaufschlagung der freitragend in die beispielsweise fensterförmig konfigurierte Durchgangsöffnung hineinragenden Seite des Sensorelements, der an Ober- und Unterseite von verschiedenen Drücken beaufschlagt werden kann. Hinzu kommt, dass in die fensterförmig ausgebildete Durchgangsöffnung in einem Mold-Körper, in dem das Sensorelement vorzugsweise freitragend an einem Ende eingespritzt ist, eine Membran- oder Folienstruktur aufgebracht ist, welche eine druckdichte Trennung von Ober- und Unterseite des Sensorelements ermöglicht. Die Membran- oder Folienstruktur wird zum Beispiel als eine dünne Kunststofffolie aus einem verformbaren Material wie Polyetherimid (PEI) gefertigt. Die Kunststoffmembran beziehungsweise die Kunststofffolie kann zum Beispiel eine trichterförmig oder sphärisch konfigurierte Vertiefung aufweisen, in deren Boden sich eine Öffnung befindet. Im montierten Zustand der Kunststoffmembran- beziehungsweise der Folienstruktur zur druckdichten Trennung von Ober- und Unterseite des Sensorelements fluchtet mit der Sensormembran, die auf einer Seite – sei es auf Oberseite, sei es auf Unterseite – des Sensorelements aufgebracht ist. Damit ist sichergestellt, dass der Druck, der auf der Seite des Sensorelements, auf der die Membran- beziehungsweise Folienstruktur aufgebracht ist, auf die Sensormembran einwirkt.
Die Membran- beziehungsweise Folienstruktur wird aus einem verformbaren Werkstoff, so zum Beispiel einem tiefziehfähigen Material wie dem eingangs erwähnten Polyetherimid, gefertigt und ist sowohl trichterförmig als auch sphärisch verformbar. Überdies bietet die Wahl eines elastisch verformbaren Werkstoffs, so zum Beispiel tiefziehfähigen Materials, die Möglichkeit, in die Flächenstruktur der Membran- beziehungsweise Folienstruktur Entlastungsprofilierungen einzulassen, die zum Beispiel mechanische Kompensationen bei unterschiedlich hohen Drücken, die auf beiden Seiten der Membran- beziehungsweise Folienstruktur wirken, ermöglichen. So kann zum Beispiel die Kunststoffmembran beziehungsweise die Folienstruktur eine sich zwischen dem Innenrand der fensterförmigen Durchgangsöffnung und der Außenumrandung des Sensorelements verlaufende balgförmige Profilierung in S- oder Doppel-S-Form aufweisen. Über diese kann dann sichergestellt werden, dass keine Spannungen durch thermische Ausdehnungen bei der Montage in das Sensorelement übertragen werden können, so dass dieses nicht driftet, was eine Nachjustage erforderlich machen würde. Dies ist durch die Entlastungsstrukturen, die in das Material der Kunststoffmembran- beziehungsweise der Kunststofffolienstruktur eingebracht werden können, ausgeschlossen.
Bei dem eingesetzten Sensorelement handelt es sich um ein solches, welches aus poröse Strukturen aufweisendem Silizium gefertigt ist und ein eingeschlossenes Referenzvakuum umfasst. Durch die freihängende beziehungsweise freitragende Konstruktion eines Endes des Sensorelements in die fensterförmig konfigurierte Durchgangsöffnung im Mold-Körper ist die Beaufschlagung dieses freien Endes des Sensorelements von allen Seiten mit Druck hervorragend. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lassen sich mit einem derartig konfigurierten freitragenden Sensorelement auch Differenzdrucksensoren realisieren, da durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kunststoffmembran- beziehungsweise Folienstruktur, seien sie mit oder ohne Entlastungsstrukturen beschaffen, eine druckdichte Trennung von Ober- und Unterseite des Sensorelements innerhalb der fensterförmigen Durchgangsöffnung realisiert werden kann. Bevorzugt wird die Kunststoffmembran- beziehungsweise die Folienstruktur auf die seitliche Umrandung der fensterförmig konfigurierten Durchgangsöffnung im Mold-Körper des Sensormoduls aufgeklebt oder auf eine andere Weise stoffschlüssig mit dieser gefügt.
Ausführungsvarianten
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine Draufsicht auf ein Sensormodul beziehungsweise auf einen Mold-Körper eines Sensormoduls,
2 einen Schnittverlauf gemäß dem in 1 dargestellten Schnittverlauf II-II,
3 einen Schnittverlauf durch die Mold-Masse gemäß 1, gemäß dem Schnittverlauf III-III,
4 eine perspektivische Draufsicht auf den Sensor beziehungsweise dessen Sensorgehäuse,
5 eine Montage einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kunststoffmembran- beziehungsweise Folienstruktur auf das freitragend in die fensterförmige Durchgangsöffnung hineinragende Sensorelement,
6 eine auf einer Oberseite des Mold-Körpers aufgebrachte Kunststoffmembran,
7 eine an die Unterseite des Mold-Körpers geklebte Kunststoffmembran, 8 eine Kunststoffmembran- beziehungsweise Folienstruktur mit Entlastungsstrukturen, die in dieser Ausführungsvariante als S-förmige Profilierungen beschaffen sind und
9 eine perspektivische Darstellung eines Schnitts durch den Mold-Körper mit tiefgezogener Kunststoffmembran.
Ausführungsvarianten
1 zeigt in der Draufsicht einen Sensor 10 beziehungsweise dessen Sensormodul 12. In bevorzugter Ausgestaltung wird das Sensormodul 12 als OCFM-Baugruppe gefertigt. Das Sensormodul 12 umfasst einen Körper aus Mold-Masse 14, wobei es sich bevorzugt um einen Duroplasten handelt. Mit der Mold-Masse 14 werden ein hier gestrichelt angedeutetes elektronisches Bauelement 16, bei dem es sich beispielsweise um einen ASIC handelt, umspritzt und abgedichtet. Aus der Darstellung gemäß 1 geht des Weiteren hervor, dass das durch die Mold-Masse 14 gebildete Sensormodul 12 eine fensterförmige Durchgangsöffnung 18 aufweist, in welcher ein Sensorelement 20 hineinragt. Der gestrichelt angedeutete Abschnitt des Sensorelements 20 ist hingegen in die Mold-Masse 14 des Sensormoduls eingebettet, so dass sich eine einseitige Einspannung 22 des in die fensterförmig konfigurierte Durchgangsöffnung 18 hineinragenden Sensorelements 20 ergibt. Dadurch kann das Sensorelement von allen Seiten druckbeaufschlagt werden, so dass es sich durch sehr gute Messeigenschaften auszeichnet. Auf der Oberseite des freitragenden Endes, welches in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 der Mold-Masse 14 hineinragt, befindet sich eine Sensormembran 24. Elektrische Kontaktierungen, die sich an den Längsseiten der Mold-Masse 14 befinden, sind durch Bezugszeichen 26 angedeutet. Über diese wird das elektronische Bauelement 16, welches von der Mold-Masse 14 des Sensormoduls 12 umspritzt und damit abgedichtet ist, elektrisch kontaktiert.
2 zeigt einen Schnitt durch die fensterförmige Durchgangsöffnung gemäß dem Schnittverlauf II-II in 1.
Aus 2 geht hervor, dass das Sensorelement 20, welches in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 der Mold-Masse 14 ragt, an seiner Oberseite die Sensormembran 24 aufweist und eine Kavität mit einem Referenzvakuum 28 umfasst. Hinter der Schnittebene gemäß 2 liegend, ist das Sensorelement 20 an einer einseitigen Einspannung 22 in die Mold-Masse 14 eingebettet und ragt freitragend in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 hinein.
3 zeigt einen Schnittverlauf durch die Mold-Masse gemäß der Darstellung in 1 nach Schnittverlauf III-III.
3 zeigt, dass das in die Mold-Masse 14 eingegossene elektronische Bauelement 16, bei dem es sich zum Beispiel um einen ASIC handelt, über Bondverbindungen 32 elektrisch mit einem in der Regel aus Kupfer gefertigtem Leadframe 30 verbunden ist.
4 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf den Gesamtsensor.
4 zeigt, dass im oberen Bereich des Sensors 10 dieser eine Ebene aufspannt, innerhalb derer ein Innenraum 36 liegt. Der Innenraum 36 ist von einer Umrandung 38 umschlossen. Auf der Bodenfläche des Innenraumes 36 befindet sich das Sensor-Modul 12 wie in den 1, 2 und 3 dargestellt. Dessen elektrische Kontaktierungen 26 sind innerhalb des Innenraums 36 mit weiteren hier nicht näher dargestellten elektrischen Verbindungsleitungen kontaktiert, so dass die vom Sensormodul 12 sensierten Signale weiterverarbeitbar sind. Das Gehäuse des Sensors 10 gemäß der perspektivischen Draufsicht in 4 ist durch Bezugszeichen 34 bezeichnet und wird in der Regel als Kunststoffspritzgussbauteil ausgeführt.
5 zeigt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Membran- beziehungsweise Folienstruktur zur druckdichten Trennung von Ober- und Unterseite des Sensorelements.
Aus 5 geht hervor, dass die Mold-Masse 14, bei der es sich in der Regel um einen Duroplasten handelt, die eine fensterförmige Durchgangsöffnung 18 aufweist. Von einer einseitigen Einspannung 22 ausgehend, erstreckt sich ein freitragender Bereich des Sensorelements 20 in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18. Auf der Oberseite des freitragend in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 hineinragenden Endes des Sensorelementes 20 befindet sich die Sensormembran 24.
In Montagerichtung 40 wird eine Membran- beziehungsweise Folienstruktur 42, hier ausgebildet als verformte Kunststofffolie, von der Oberseite der Mold-Masse 14 her gesehen in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 eingelassen. Bevorzugt wird die verformte Kunststofffolie 42 mit der Umrandung der fensterförmigen Durchgangsöffnung 18 der Mold-Masse 14 stoffschlüssig gefügt, insbesondere verklebt.
Aus der Darstellung gemäß 5 lässt sich entnehmen, dass die Membran- beziehungsweise Folienstruktur 42 – in der Darstellung gemäß 5 ausgebildet als Kunststofffolie – eine Vertiefung 46 aufweist, in der sich eine Öffnung 44 befindet. Die Öffnung 44 ist in der in 5 dargestellten Ausführungsvariante der Membran-/Folienstruktur 42 kreisförmig beschaffen, kann jedoch auch rund, quadratisch, rechteckig oder auch in Schlitzform ausgebildet sein. Die Lage der Öffnung 44 im Boden der Vertiefung 46 korrespondiert zur Lage der Sensormembran 24 auf der Oberseite des Sensorelements 22, das mit seinem freien Ende in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 in der Mold-Masse 14 hineinragt. Durch die Öffnung 44 im Boden der Vertiefung 46 wird bewirkt, dass der auf der Oberseite des Sensorelements herrschende Druck p₁ auf die Sensormembran 24 des Sensorelementes 20 wirkt. Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass in die Kunststofffolie 42, die bevorzugt aus einem verformbaren Material wie zum Beispiel Polyetherimid gefertigt wird, eine Vertiefung 46 aufweist, die in Trichterform 48 beschaffen ist. Anstelle der in Trichterform 48 beschaffenen Vertiefung 46 kann auch eine sphärische Vertiefung in der Kunststofffolie 42 ausgebildet sein.
Wird eine, wie in 5 dargestellt, vorverformte Kunststofffolie 42 in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 der Mold-Masse 14 aufgebracht und im Randbereich bevorzugt mit dieser stoffschlüssig gefügt, zum Beispiel verklebt, entsteht eine druckdichte Trennung zwischen dem auf der Oberseite des Sensorelements 22 auf die Sensormembran 24 einwirkenden Druck p₁ (vgl. Darstellung gemäß 6) von dem Druck, der an der Unterseite des Sensorelements 20 beziehungsweise dessen freitragenden Endes herrscht.
Wenn auch in der Darstellung gemäß 5 nicht gezeigt, kann die Kunststofffolie 42 Entlastungsstrukturen aufweisen, die zum Beispiel als faltenartige Verformung oder Profilierung ausgebildet sind, um eine Kombination mechanischer Belastungen, die zum Beispiel oft auf große Druckunterschiede zwischen den Drücken p₁ und p₂ oder thermisches Ausdehnen von Sensorgehäuse oder Sensormodul zurückzuführen sind, aufzunehmen, ohne dass das Sensorelement 20 Schaden nähme.
Der Darstellung gemäß 6 ist ein Schnitt durch die fensterförmige Öffnung 18 gemäß 1 zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß 6 geht hervor, dass auf einer Oberseite 54 der Mold-Masse 14 eine Kunststoffmembran 49 aufgebracht ist. Diese weist die in Zusammenhang mit 5 bereits erwähnte Vertiefung 4, die in Trichterform 48 ausgebildet ist, auf. Der am Boden der in Trichterform 48 ausgebildeten Vertiefung 46 liegt auf der Oberseite des Sensormoduls 12 auf. Aus der Darstellung gemäß 6 geht hervor, dass die Kunststoffmembran 49 die in 5 dargestellte, dort in Kreisform ausgebildete Öffnung 44 aufweist, so dass der auf der Oberseite 54 des Sensormoduls 12 herrschende Druck p₁ auf die Sensormembran 24 des Sensorelements 20 einwirkt.
An der Unterseite des teilweise von der Kunststoffmembran 49 überdeckten Sensorelements 20 ist eine Kaverne 50 ausgebildet, auf welche der an der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 wirkende Druck p₂ einwirkt. Bevorzugt wird die Kunststoffmembran 49 mittels eines Klebers an der Umrandung der fensterförmigen Durchgangsöffnung 18 auf der Oberseite der Mold-Masse 14 stoffschlüssig gefügt, so zum Beispiel verklebt. Dabei fehlt dem Kleber neben der Klebewirkung insbesondere noch eine Abdichtwirkung des an der Unterseite 56 wirkenden Druckes p₂ gegen den an der Oberseite 54 herrschenden Druck p₁.
In 7 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit des Einbaus der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Membran-/Folienstruktur.
Sowohl die in 6 als auch die in 7 im Querschnitt schematisch dargestellte Kunststoffmembran 49 können aus einem verformbaren Material wie Polyetherimid (PEI) gefertigt werden. Als verformbare Materialien eignen sich Kunststoffe, die zu Folien gewalzt werden können und insbesondere kraftstoff- und medienbeständig sind. Dazu zählen verschiedene TPEs (thermoplastische Elastomere) und Elastomere wie zum Beispiel in NBR, EPDM (Viton). Diese werden zwar nicht gewalzt, können jedoch zu dünnen Membranen geformt werden, was vorzugsweise vor dem Vulkanisieren geschieht.
7 zeigt eine Ausführungsvariante, in der die Kunststoffmembran 49 an der Unterseite 56 im Bereich der Umrandung der fensterförmigen Durchgangsöffnung 18 mit der Mold-Masse 14 mittels Klebeverbindungen 42 befestigt ist. Aus der Darstellung gemäß 7 geht hervor, dass gemäß dieser Ausführungsvariante die Kunststoffmembran 49 ebenfalls mit einer in Trichterform 48 ausgebildeten Vertiefung 46 versehen ist, die mit der Unterseite in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 eingelassen ist und mit dem Sensorelement 20 zum Beispiel verklebt ist. Der an der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 herrschende Druck p₂ wirkt auf die Kaverne 50, die sich an der Unterseite des Sensorelements 20 befindet. Die Kaverne 50 und damit der Druck p₂ ist durch die Kunststoffmembran 40 vom Druck p₁, der an der Oberseite 54 des Sensormoduls 12 herrscht, durch die Kunststoffmembran 49 getrennt. Der Druck p₁ wirkt ausschließlich auf die Sensormembran 24, die sich an der Oberseite des Sensorelements 20 befindet, die freitragend in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 in der Mold-Masse 14 hineinragt. Die Darstellungen gemäß den 6 und 7 unterscheiden sich an der Stelle, an der die Kunststoffmembran 49 mit der Mold-Masse 14 gefügt ist. In beiden Ausführungsvarianten gemäß den 6 und 7 kann eine ähnliche Membran- beziehungsweise Folienstruktur 42, 49 verwendet werden, die in der Ausführungsvariante gemäß 6 an der Oberseite 54 der Mold-Masse 14 aufgebracht wird und in der Ausführungsvariante gemäß 7 durch die Klebeverbindung 52 an der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 des Sensormoduls 12 befestigt ist.
8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Membran-/Folienstruktur zur druckdichten Abdichtung von Ober- und Unterseite des Sensorelements.
Aus der Ausführungsvariante gemäß 8 geht hervor, dass die Kunststoffmembran 49 Entlastungsstrukturen 64 aufweist. Gemäß der Darstellung in 8 ist die Kunststoffmembran 49 an der Oberseite 54 der Mold-Masse 14 befestigt, wozu zum Beispiel Kleber eingesetzt wird. Im Unterschied zu den Ausführungsvarianten der Membran-/Folienstruktur 49, wie in den 6 und 7 beschrieben, weist die in 8 dargestellte Kunststoffmembran 49 eine Entlastungsstruktur 64 auf. In der Ausführungsvariante gemäß 8 ist die Entlastungsstruktur 64 als eine Profilierung 66 ausgebildet, wie zum Beispiel S- oder Doppel-S-förmig in Form eines Faltenbalgs, die im Material der Kunststoffmembran 49 verläuft. Die Kunststoffmembran 49 enthält analog zur in 5 dargestellten Ausführungsvariante als Kunststofffolie 42 eine Vertiefung 46, in der sich die Öffnung 44 befindet, welche die Oberseite der Sensormembran 24 an der Oberseite des Sensorelements 20 freigibt. Auch in der Ausführungsvariante gemäß 8 ist das Sensorelement 20 freitragend ausgebildet und ragt mit einem seiner Enden in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18, die in der Mold-Masse 14 ausgebildet ist, hinein. Während sich an der Oberseite des freitragend ausgebildeten Sensorelements 20 die Sensormembran 24 befindet, liegt an dessen Unterseite die Kaverne 50. Diese weist einer Druckzufuhr 62 zu, die als Kanal im Sensorgehäuse 34 des Sensor 10 ausgebildet ist. Während an der Oberseite 54 der Mold-Masse 14 der Druck p, herrscht, herrscht an der Unterseite 56, das heißt auf dem der Kaverne 50 im Sensorelement 20 zuweisenden Seite, der in der Druckzufuhr 62 herrschende Druck p₂. Beide Drücke p₁ und p₂ sind durch die Entlastungsstrukturen 64 aufweisende Kunststoffmembran 49 gegeneinander druckdicht abgetrennt. Dies bedeutet, dass der Sensor gemäß der Darstellung in 8 als Differenzdrucksensor fungiert, der die Druckdifferenz zwischen dem an der Oberseite 54 herrschenden Druck p₁ und dem an der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 herrschenden Druck p₂ misst. Aus der Darstellung gemäß 8 geht des Weiteren hervor, dass die Mold-Masse 14 an ihrer Unterseite 56 über Klebeverbindungen 52 mit dem Sensorgehäuse 64 stoffschlüssig gefügt ist. Zwischen der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 und der Oberseite des Sensorgehäuses 34 liegt ein Spalt 68 vor, dessen Spaltweite durch Bezugszeichen 70 angedeutet ist. Der Spalt 68 seinerseits ist durch die umlaufende Kleberverbindung 52 abgedichtet, so dass der Druck p₂ in voller Höhe an der Kaverne 50 der Unterseite des Sensorelements 20 ansteht. Der Druckraum, in dem der Druck p₁ herrscht, ist von dem Druckraum, in dem der Druck p₂ an der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 herrscht, entkoppelt. Die Entkopplung erfolgt durch die durch eine Entlastungsstruktur 64 aufweisende Kunststoffmembran 49. Auch bei der Ausführungsvariante gemäß 8 kann die Kunststoffmembran 49 beispielsweise aus Polyetherimid (PEI) gefertigt werden, einem Material, welches Tiefzieheigenschaften aufweist und daneben auch sphärisch verformbar ist. Die Entlastungsstruktur 64 sorgt dafür, dass keine Spannungen aufgrund thermischer Ausdehnungen bei der Montage und so weiter auf das Sensorelement 20 übertragen werden können.
Aus der Darstellung gemäß 9 geht ein Schnitt durch die Mold-Masse mit eingebetteten Strukturen hervor.
Aus 9 geht hervor, dass in der Mold-Masse 14 des Sensors 10 eine fensterförmige Durchgangsöffnung 18 ausgebildet ist. An der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 herrscht der Druck p₂, während an der Oberseite 54 der Mold-Masse 14 der Druck p₁ wirkt, der den Druck p₂ übersteigt. 9 zeigt, das in der dort dargestellten Ausführungsvariante in einer OCFM-Baugruppe in die fensterförmige Durchgangsöffnung 18 die Kunststoffmembran 49 eingelassen ist. Diese weist eine als Entlastungsstruktur 64 fungierende domförmige Erhebung auf und liegt mit ihren Vertiefungsflächen 46 auf der Oberseite des Sensorelements 20 auf. Die auf der Oberseite des Sensorelements 20 befindliche Sensormembran 24 wird durch eine Öffnung im Boden der Vertiefung 46 der Kunststoffmembran 49 freigegeben, so dass der Druck p₁ auf die Sensormembran 24 wirkt.
An der Unterseite des Sensorelements 20 befindet sich die Kaverne 50, die durch den an der Unterseite 56 der Mold-Masse 14 herrschenden Druck p₂ beaufschlagt ist. Neben der in 8 dargestellten Entlastungsstruktur 64 in Form einer Doppel-S-förmigen Profilierung kann, wie in der Darstellung gemäß 9 dargestellt, die Entlastungsstruktur 64 auch durch eine domförmige Erhebung beziehungsweise mehrere solcher wallförmig ausgebildeten Entlastungsstrukturen 64 gebildet sein.
In vorteilhafter Weise ist das Material, aus dem die Membran- beziehungsweise Folienstruktur in ihren Ausführungsvarianten (vgl. Positionen 42, 64, 48 und 49) ausgebildet ist, vorkonfektioniert und mindert die mechanische Belastung, weil das Membranmaterial oder das Folienmaterial weicher ist und sich zusätzliche individuell herstellbare Entlastungsstrukturen 64 unterbringen lassen. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass ein und dasselbe als OCFM-Baugruppe gefertigte Sensormodul 12 sowohl als Absolutsensor als auch in einem Differenzdrucksensor 10 zum Einsatz kommen kann, ohne dass große Abwandlungen vorzunehmen wären.
Insbesondere kann das OCFM-Sensormodul 12 bei entsprechender Anpassung der Sensormembran sowohl für Absolutdrucksensoren als auch Differenzdrucksensoren eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006044442 A1 [0001]
DE 102008011943 A1 [0002]

Claims

Sensor, insbesondere ein Niederdrucksensor zur Messung eines Differenzdruckes, mit einem Sensorelement (20), welches in eine Mold-Masse (14) eingebettet ist, die eine fensterförmige Durchgangsöffnung (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Ober- und Unterseite des Sensorelements (20) in einer fensterförmigen Öffnung (18) durch ein in die fensterförmige Durchgangsöffnung (18) eingelassene Membran- oder Folienstruktur (42, 46, 48, 49) druckdicht getrennt sind.
Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (20) freitragend in die fensterförmige Durchgangsöffnung (18) hineinragt und in der Mold-Masse (14) in einseitiger Einspannung (22) eingebettet ist.
Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran oder Folienstruktur (42, 46, 48, 49) als Kunststofffolie ausgeführt ist und eine Öffnung (44) aufweist.
Sensor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (84) im montierten Zustand der Membran- oder Folienstruktur (42, 46, 48, 49) eine Oberseite einer Sensormembran (24) auf dem Sensorelement (20) freigibt.
Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran- oder Folienstruktur (42, 46, 48, 49) aus Polyetherimid (PEI) gefertigt ist.
Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran- oder Folienstruktur (42, 46, 48, 49) eine Vertiefung (46) aufweist, die sphärisch oder in Trichterform (48) ausgebildet ist.
Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (20) eine Kaverne (50) aufweist, die entweder eine Oberseite (54) oder eine Unterseite (56) fensterförmigen Durchgangsöffnung (18) zuweist.
Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran- oder Folienstruktur (42, 46,48, 49) eine Entlastungsstruktur 64 zur Kompensation mechanischer Kräfte aufweist.
Sensor gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsstruktur (64) als faltenbalgartige Profilierung (66) in die Membran- oder Folienstruktur (42, 46, 48, 49) ausgebildet ist.
Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-/Folienstruktur (42, 46, 48, 49) mit dem Randbereich der fensterförmigen Durchgangsöffnung (18) an der Oberseite (54) oder an der Unterseite (56) der Mold-Masse (14) stoffschlüssig gefügt ist.