DE102014115801A1 - Ceramic pressure sensor and method for its manufacture - Google Patents

Ceramic pressure sensor and method for its manufacture Download PDF

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DE102014115801A1
DE102014115801A1 DE102014115801.6A DE102014115801A DE102014115801A1 DE 102014115801 A1 DE102014115801 A1 DE 102014115801A1 DE 102014115801 A DE102014115801 A DE 102014115801A DE 102014115801 A1 DE102014115801 A1 DE 102014115801A1
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Anh Tuan Tham
Andreas Rossberg
Elke Schmidt
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Abstract

Es ist ein keramischer Drucksensor mit einer mit einem Druck (p, p1, p2) beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren keramischen Messmembran (1), einem Grundkörper (3, 29) und einer einen äußeren Rand der Messmembran (1) unter Einschluss einer Druckkammer (5) mit einem äußeren Rand einer der Messmembran (1) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (3, 29) verbindenden Aktivhartlötung (7) mit verbesserten Messeigenschaften, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, bei dem die verbesserten Messeigenschaften dadurch erzielt werden, dass in einem der Messmembran (1) zugewandten Randbereich (17) der Aktivhartlötung (7) enthaltene Spannungen durch gezieltes, räumlich auf den Randbereich (17) konzentriertes Erwärmen des Randbereichs (17) auf eine Nachbehandlungstemperatur (T), die größer gleich einer Temperatur ist, bei der das Aktivhartlot plastisch verformbar ist, reduziert werden.It is a ceramic pressure sensor with a pressure sensitive (p, p1, p2) acted upon, pressure-dependent elastically deformable ceramic measuring membrane (1), a base body (3, 29) and an outer edge of the measuring diaphragm (1) including a pressure chamber ( 5) with an outer edge of the measuring membrane (1) facing the end face of the base body (3, 29) connecting Aktivhartlötung (7) with improved measuring properties, and a method for its production described in which the improved measuring properties are achieved in that in a the measuring membrane (1) facing the edge region (17) of Aktivhartlötung (7) contained by targeted, spatially on the edge region (17) concentrated heating of the edge region (17) to an aftertreatment temperature (T), which is greater than or equal to a temperature at which the active brazing material is plastically deformable, can be reduced.

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Drucksensor, mit einer mit einem Druck beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren keramischen Messmembran, einem Grundkörper, und einer einen äußeren Rand der Messmembran unter Einschluss einer Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers verbindenden Aktivhartlötung, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a ceramic pressure sensor, with an acted upon by a pressure, pressure-dependent elastically deformable ceramic measuring membrane, a base body, and an outer edge of the measuring membrane, including a pressure chamber with an outer edge of the measuring membrane facing the end face of the body connecting Aktivhartlötung, and a Process for its preparation.

Keramische Drucksensoren umfassen Absolutdrucksensoren, die einen auf die Messmembran einwirkenden Druck gegenüber Vakuum messen, Relativdrucksensoren, die den auf die Messmembran einwirkenden Druck bezogen auf einen der Druckkammer zugeführten Referenzdruck, z.B. einen Atmosphärendruck, messen, sowie Differenzdrucksensoren, die eine Druckdifferenz zwischen zwei darauf einwirkenden Drücken erfassen.Ceramic pressure sensors comprise absolute pressure sensors which measure a pressure acting on the measuring diaphragm against vacuum, relative pressure sensors which measure the pressure acting on the measuring diaphragm relative to a reference pressure supplied to the pressure chamber, e.g. an atmospheric pressure, and differential pressure sensors that detect a pressure difference between two pressures acting thereon.

Keramische Drucksensoren der eingangs genannte Art finden heute weit gefächerte Anwendung in nahezu allen Bereichen der industriellen Messtechnik.Ceramic pressure sensors of the type mentioned in the beginning are widely used today in almost all areas of industrial metrology.

In der EP 490 807 A1 ist ein keramischer Drucksensor beschrieben, mit

  • – einer mit einem Druck beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren keramischen Messmembran,
  • – einem Grundkörper und
  • – einer einen äußeren Rand der Messmembran unter Einschluss einer Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers verbindenden Aktivhartlötung.
In the EP 490 807 A1 is a ceramic pressure sensor described with
  • A pressure-sensitive elastically deformable ceramic measuring membrane which can be pressurized,
  • - a basic body and
  • - An active peripheral soldering connecting an outer edge of the measuring diaphragm with the inclusion of a pressure chamber with an outer edge of an end face of the base body facing the measuring diaphragm.

Messmembran und Grundkörper dieser Drucksensoren bestehen z.B. aus Aluminiumoxid und sind mittels eines eine Zr-Ni-Legierung und Titan aufweisenden ternären Aktivhartlots druckdicht gefügt.Measuring diaphragm and body of these pressure sensors consist e.g. of aluminum oxide and are pressure-tight joined by means of a Zr-Ni alloy and titanium ternary active brazing.

Bei dem in der EP 490 807 A1 beschriebenen Lötverfahren wird hierzu eine Lotschicht zwischen Messmembran und Grundkörpers angeordnet, die als vorgefertigtes Lotformteil eingebracht oder alternativ als Lotpaste aufgetragen wird. Als Alternative hierzu ist in der DE 10 2010 043 119 A1 beschrieben, die Lotschicht durch Gasphasenabscheidung auf den äußeren Rand der Messmembran und/oder des Grundkörpers aufzubringen.In the in the EP 490 807 A1 For this purpose, a solder layer between the measuring diaphragm and the base body is arranged, which is introduced as a prefabricated solder preform or alternatively applied as a solder paste. As an alternative, in the DE 10 2010 043 119 A1 described to apply the solder layer by vapor deposition on the outer edge of the measuring membrane and / or the base body.

Die Aktivhartlötung erfolgt, indem die durch den Grundkörper, die Lotschicht und die Messmembran gebildete Anordnung unter Vakuum insgesamt auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Lots liegende Löttemperatur aufgeheizt und dort über einen längeren Zeitraum, insb. einen Zeitraum von 5 min bis 15 min, gehalten wird.The Aktivhartlötung takes place by the arrangement formed by the body, the solder layer and the measuring membrane is heated under vacuum in total to a lying above the melting temperature of the solder soldering soldering and held there for a longer period, esp. A period of 5 min to 15 min ,

Da Grundkörper, Lotformteil und Messmembran hierbei insgesamt auf die Löttemperatur aufgeheizt werden, dauert es entsprechend lange, bis sich die Aktivhartlötung im Anschluss an den Lötvorgang abkühlt. Lange Abkühldauern begünstigen die Ausbildung grobkörnigerer Strukturen durch Phasenausscheidungen, die sich nachteilig auf die Qualität der Aktivhartlötung, insb. deren Festigkeit, auswirken.Since the main body, the solder preform and the measuring diaphragm are heated to a total soldering temperature, it takes a correspondingly long time for the active brazing to cool down after the soldering operation. Long cooling periods favor the formation of coarse-grained structures by means of phase precipitations, which have a detrimental effect on the quality of active brazing, in particular its strength.

Gemäß der DE 10 2011 005 665 A1 kann die Qualität der Aktivhartlötung von Messmembran und Grundkörper keramischer Drucksensoren verbessert werden, indem die zwischen Messmembran und Grundkörper angeordnete Lotschicht unter Vakuum durch Laserstrahlung vollständig aufgeschmolzen wird. Die Laserstrahlung wird hierzu durch den äußeren Rand der Messmembran hindurch auf das Aktivhartlot gerichtet. Zum vollständigen Aufschmelzen der Lotschicht wird hierzu ein Laser verwendet, der in einem Wellenlängenbereich arbeitet, in dem die Keramik der Messmembran im Wesentlichen transparent ist. Dabei wird das geschmolzene Aktivhartlot durch die Laserbestrahlung über einen Zeitraum von nicht mehr als einer Minute auf der Löttemperatur gehalten. Indem beim Aktivhartlöten nur die Lotschicht auf die Löttemperatur gebracht wird, ist die dem Drucksensor insgesamt zugeführte Wärmeenergie geringer, so dass eine schnellere Abkühlung der Aktivhartlötung erfolgen kann. Damit steht weniger Zeit für Keimbildung und Wachstum segregierter Phasen zur Verfügung.According to the DE 10 2011 005 665 A1 the quality of Aktivhartlötung of measuring diaphragm and body of ceramic pressure sensors can be improved by the solder layer disposed between the diaphragm and the base body is completely melted under vacuum by laser radiation. For this purpose, the laser radiation is directed through the outer edge of the measuring diaphragm onto the active hard solder. For complete melting of the solder layer, a laser is used for this purpose, which operates in a wavelength range in which the ceramic of the measuring membrane is substantially transparent. The molten active brazing material is kept at the brazing temperature by the laser irradiation for a period of not more than one minute. By the active brazing, only the solder layer is brought to the brazing temperature, the total heat energy supplied to the pressure sensor is lower, so that a faster cooling of Aktivhartlötung can be done. This provides less time for nucleation and growth of segregated phases.

Die in den oben genannten aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verwendeten Aktivhartlote weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramik von Grundkörper und Messmembran angepasst ist. Die Ausdehnungskoeffizienten sind jedoch nicht identisch, so dass sich trotz der vergleichsweise guten Anpassung beim Abkühlen der Aktivhartlötung bzw. des Drucksensors von der Löttemperatur auf Raumtemperatur mechanische Spannungen im Drucksensor ausbilden. Dabei bilden sich die betragsmäßig größten Spannungen dort aus, wo die Werkstoffe mit den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufeinander treffen. Entsprechend konzentrieren sich die Spannungen sowohl in einem der Messmembran zugewandten Randbereich der Aktivhartlötung, als auch in einem dem Grundkörper zugewandten Randbereich der Aktivhartlötung.The active hard solders used in the above known from the prior art method have a coefficient of thermal expansion, which is adapted to the thermal expansion coefficient of the ceramic body and measuring diaphragm. However, the coefficients of expansion are not identical, so that in spite of the comparatively good adaptation during cooling of the active brazing or of the pressure sensor from the brazing temperature to room temperature, mechanical stresses form in the pressure sensor. The largest voltages in terms of magnitude are formed where the materials with different thermal expansion coefficients meet. Accordingly, the stresses are concentrated both in an edge region of the active brazing facing the measuring membrane and in an edge region of the active brazing facing the base body.

Während Spannungen in dem dem Grundkörper zugewandten Randbereich im Hinblick auf die Messeigenschaften vergleichsweise geringe Auswirkungen haben, wirken sich Spannungen in dem der Messmembran zugewandten Randbereich unmittelbar auf die druckabhängige Verformbarkeit der Messmembran aus und beeinflussen somit die Messeigenschaften des Drucksensors. Diese regelmäßig in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur veränderlichen Spannungen bewirken eine zusätzliche Temperaturabhängigkeit der Messergebnisse. Darüber hinaus können sie eine vom zeitlichen Verlauf der Umgebungstemperatur und/oder des zu messenden Drucks abhängige Hysterese der Messergebnisse bewirken, die zu einer Verschlechterung der erzielbaren Messgenauigkeit führt.While stresses in the edge region facing the base body have comparatively little effect with regard to the measuring properties, stresses in the edge region facing the measuring membrane have an effect directly on the pressure-dependent deformability of the measuring diaphragm and thus influence the measuring characteristics of the pressure sensor. These regularly variable voltages depending on the ambient temperature cause an additional temperature dependence of the measurement results. In addition, they can cause a dependent on the time course of the ambient temperature and / or the pressure to be measured hysteresis of the measurement results, which leads to a deterioration of the achievable measurement accuracy.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen keramischen Drucksensor mit verbesserten Messeigenschaften sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.It is an object of the invention to provide a ceramic pressure sensor with improved measuring properties and a method for its production.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst die Erfindung einen keramischen Drucksensor, mit

  • – einer mit einem Druck beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren keramischen Messmembran,
  • – einem Grundkörper, und
  • – einer einen äußeren Rand der Messmembran unter Einschluss einer Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers verbindenden Aktivhartlötung,
die sich dadurch auszeichnet, dass
  • – die Aktivhartlötung einen der Messmembran zugewandten Randbereich aufweist, in dem darin enthaltene Spannungen durch gezieltes räumlich auf den Randbereich konzentriertes Erwärmen des Randbereichs auf eine Nachbehandlungstemperatur, die größer gleich einer Temperatur ist, bei der das Aktivhartlot plastisch verformbar ist, reduziert wurden.
To solve this problem, the invention comprises a ceramic pressure sensor, with
  • A pressure-sensitive elastically deformable ceramic measuring membrane which can be pressurized,
  • - a basic body, and
  • An active brazing joining an outer edge of the measuring diaphragm, including a pressure chamber with an outer edge of an end face of the base body facing the measuring diaphragm,
which is characterized by the fact that
  • - The Aktivhartlötung has a measuring membrane facing edge region in which stresses contained therein by targeted spatially focused on the edge region heating of the edge region to an aftertreatment temperature, which is greater than or equal to a temperature at which the active brazing material is plastically deformed, were reduced.

Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Drucksensors, insb. eines erfindungsgemäßen Drucksensors, bei dem

  • – eine im Messbetrieb mit einem Druck beaufschlagbare, druckabhängig elastisch verformbare keramische Messmembran und ein Grundkörper vorgefertigt werden, und
  • – ein äußerer Rand der Messmembran unter Einschluss einer Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers mittels einer Aktivhartlötung verbunden wird,
das sich dadurch auszeichnet, dass
  • – ein der Messmembran zugewandter Randbereich der Aktivhartlötung einer Nachbehandlung unterzogen wird, während der der Randbereich durch gezieltes, räumlich auf den Randbereich konzentriertes Erwärmen auf eine Nachbehandlungstemperatur aufgeheizt wird, die größer gleich einer Temperatur ist, bei der das Aktivhartlot plastisch verformbar ist.
The invention further includes a method for producing a ceramic pressure sensor, in particular a pressure sensor according to the invention, in which
  • A pressure-sensitive, elastically deformable ceramic measuring membrane and a base body can be prefabricated during measurement operation, and
  • An outer edge of the measuring diaphragm, including a pressure chamber, is connected to an outer edge of an end side of the main body facing the measuring diaphragm by means of active brazing,
which is characterized by the fact that
  • - One of the measuring membrane facing edge region of Aktivhartlötung is subjected to a post-treatment, during which the edge region is heated by targeted, spatially concentrated on the edge region heating to an aftertreatment temperature which is greater than or equal to a temperature at which the active brazing material is plastically deformable.

Eine ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Randbereich auf eine Nachbehandlungstemperatur aufgeheizt wird, bei der sich im Randbereich vorhandene Spannungen im Wesentlichen durch plastische Verformung des Randbereichs lösen.A first variant of the method according to the invention provides that the edge region is heated to an aftertreatment temperature at which stresses existing in the edge region are essentially released by plastic deformation of the edge region.

Gemäß einer Ausgestaltung der ersten Variante liegt die Nachbehandlungstemperatur in einem Temperaturbereich, der Temperaturen umfasst, die größer gleich der Solidustemperatur des Aktivhartlots sind und die Solidustemperatur um weniger als 50°C übersteigen.According to one embodiment of the first variant, the after-treatment temperature is in a temperature range which includes temperatures which are greater than or equal to the solidus temperature of the active brazing alloy and exceed the solidus temperature by less than 50 ° C.

Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Randbereich auf eine Nachbehandlungstemperatur, insb. eine im Bereich der Löttemperatur des Aktivhartlots liegende Nachbehandlungstemperatur, aufgeheizt wird, bei der der Randbereich aufschmilzt.A second variant of the method according to the invention provides that the edge region is heated to an after-treatment temperature, in particular an aftertreatment temperature lying in the region of the soldering temperature of the active hard solder, at which the edge region melts.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erwärmen des Randbereichs auf die Nachbehandlungstemperatur durch Laserbestrahlung mittels eines auf den Randbereich ausgerichteten Lasers, insb. eines Pulslasers.According to a development of the method according to the invention, the heating of the edge region to the aftertreatment temperature is effected by laser irradiation by means of a laser aligned on the edge region, in particular of a pulse laser.

Eine Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass

  • – der Laser in einem Wellenlängenbereich arbeitet, in dem die Keramik der Messmembran im Wesentlichen transparent ist, und
  • – die Laserbestrahlung des Randbereichs durch die Messmembran hindurch erfolgt.
A development of the latter training is characterized by the fact that
  • The laser operates in a wavelength range in which the ceramic of the measuring diaphragm is substantially transparent, and
  • - The laser irradiation of the edge region through the measuring membrane is carried out.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksensors, sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Randbereich eine Schichtdicke in der Größenordnung von wenigen Mikrometern, insb. von 2 µm bis 3 µm, auf.According to a development of the pressure sensor according to the invention, as well as the method according to the invention, the edge region has a layer thickness in the order of a few micrometers, esp. From 2 .mu.m to 3 .mu.m.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die erfindungsgemäße räumlich begrenzte Nachbehandlung des der Messmembran zugewandten Randbereichs der Aktivhartlötung herstellungsbedingte Spannungen innerhalb des Drucksensors gezielt dort reduziert werden, wo sie besonders groß sind und sich besonders nachteilig auf die Messeigenschaften des Drucksensors auswirken. Dabei werden nicht nur Spannungen innerhalb des Randbereichs gelöst, sondern es findet auch eine Anpassung des Randbereichs an die auf den Randbereich einwirkenden Spannungsverhältnisse in dessen unmittelbarer Umgebung statt.An advantage of the invention is that production-related stresses within the pressure sensor are deliberately reduced by the inventive spatially limited after-treatment of the measuring membrane facing edge region of Aktivhartlötung where they are particularly large and have a particularly adverse effect on the measurement properties of the pressure sensor. Not only are stresses within the edge region solved, but also an adaptation of the edge region to the stress conditions acting on the edge region takes place in its immediate surroundings.

Zusätzlich kann durch das Aufschmelzen des Randbereichs zugleich auch die die Qualität der Fügung, insb. deren Festigkeit, im Randbereich verbessert werden. In addition, the quality of the joint, in particular its strength, can be improved in the edge area by melting the edge area at the same time.

Die Erwärmung des Randbereichs mittels eines Lasers bietet den Vorteil, dass die Energiezufuhr auf einen räumlich sehr eng begrenzten Bereich beschränkt werden kann. Dabei können die Nachbehandlungstemperatur, die Nachbehandlungsdauer und die Abmessungen des zu erwärmenden Randbereichs über eine entsprechende Auswahl und Ansteuerung des Lasers sehr genau vorgegeben werden.The heating of the edge region by means of a laser offers the advantage that the energy supply can be limited to a spatially very narrow range. In this case, the post-treatment temperature, the aftertreatment time and the dimensions of the edge region to be heated can be specified very precisely via a corresponding selection and activation of the laser.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Stirnflächen des zu erwärmenden Randbereichs der Aktivhartlötung zwischen der Messmembran und dem Kernbereich der Aktivhartlötung eingeschlossen sind. Während Aktivhartlötungen aufgrund der Reaktivität des Aktivhartlots regelmäßig unter Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre ausgeführt werden müssen, kann die Nachbehandlung aufgrund des abgesehen von den vergleichsweise kleinen Randflächen vollständigen Einschlusses des Randbereichs zwischen Messmembran und Kernbereich an Atmosphäre erfolgen.A further advantage is that the end faces of the active soldering edge region to be heated are enclosed between the measuring diaphragm and the core area of the active hard soldering. While Aktivhartlötungen due to the reactivity of the active brazing must be performed regularly under vacuum or under a protective gas atmosphere, the aftertreatment can be due to the addition of the comparatively small edge surfaces complete inclusion of the edge region between the measuring membrane and the core region to atmosphere.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention and its advantages will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing, in which two embodiments are shown. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt: einen keramischen Drucksensor; 1 shows: a ceramic pressure sensor;

2 zeigt: eine Vergrößerung der Aktivhartlötung von 1; und 2 shows: an increase in active brazing of 1 ; and

3 zeigt: einen keramischen Differenzdrucksensor. 3 shows: a ceramic differential pressure sensor.

1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines keramischen Drucksensors. Dieser umfasst eine mit einem Druck p beaufschlagbare und druckabhängig elastisch verformbare Messmembran 1, die auf einem Grundkörper 3 angeordnet ist. 1 shows a section through an embodiment of a ceramic pressure sensor. This comprises a pressure diaphragm p acted upon and pressure-dependent elastically deformable measuring diaphragm 1 on a base 3 is arranged.

Die Messmembran 1 und vorzugsweise auch der Grundkörper 3 bestehen aus Keramik, z.B. aus Aluminiumoxid (Al2O3), und sind miteinander unter Einschluss einer Druckkammer 5 druckdicht verbunden. Hierzu ist ein äußerer Rand einer dem Grundkörper 3 zugewandten Seite der Messmembran 1 unter Einschluss der Druckkammer 5 mittels einer Aktivhartlötung 7 mit einem äußeren Rand einer der Messmembran 1 zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 3 verbunden. Als Aktivhartlot wird hierzu vorzugsweise ein eine Zr-Ni-Legierung und Titan aufweisendes ternäres Aktivhartlot eingesetzt, wie es z.B. in der eingangs genannten EP 490 807 A2 beschrieben ist.The measuring membrane 1 and preferably also the basic body 3 consist of ceramics, for example of alumina (Al 2 O 3 ), and are together, including a pressure chamber 5 pressure-tight connected. For this purpose, an outer edge of the main body 3 facing side of the measuring diaphragm 1 including the pressure chamber 5 by means of active brazing 7 with an outer edge of one of the measuring membrane 1 facing end face of the body 3 connected. The active brazing material used for this purpose is preferably a ternary active brazing filler having a Zr-Ni alloy and titanium, as described, for example, in the aforementioned US Pat EP 490 807 A2 is described.

Der dargestellte Drucksensor kann als Absolutdrucksensor ausgebildet sein. In dem Fall ist die unter der Messmembran 1 eingeschlossene Druckkammer 5 evakuiert. Alternativ kann er als Relativdrucksensor ausgebildet werden, indem der Druckkammer 5 über eine durch den Grundkörper 3 hindurch führende, in 1 gestrichelt eingezeichnete Bohrung 9 ein Referenzdruck pref, z.B. ein Atmosphärendruck, zugeführt wird, bezogen auf den der auf die Messmembran 1 einwirkende Druck p erfasst werden soll.The illustrated pressure sensor can be designed as an absolute pressure sensor. In that case it is under the measuring membrane 1 enclosed pressure chamber 5 evacuated. Alternatively, it may be formed as a relative pressure sensor by the pressure chamber 5 about one through the main body 3 Leading through, in 1 dashed bore 9 a reference pressure p ref , for example, an atmospheric pressure is supplied, based on the on the measuring diaphragm 1 acting pressure p is to be detected.

Der Drucksensor umfasst einen elektromechanischen Wandler, der dazu dient, eine druckabhängige Verformung der Messmembran 1 messtechnisch zu erfassen. In den hier dargestellten Ausführungsbeispielen ist hierzu ein kapazitiver Wandler vorgesehen, der mindestens einen Kondensator mit einer sich in Abhängigkeit von der druckbedingten Auslenkung der Messmembran 1 verändernden Kapazität aufweist. Dieser umfasst eine auf einer dem Grundkörper 3 zugewandten Seite der Messmembran 1 aufgebrachte Elektrode 11 und eine auf einer der Messmembran 1 zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 3 aufgebrachte Gegenelektrode 13. Die druckabhängige Kapazität dieses Kondensators bzw. deren Änderungen werden über eine an die Elektrode 11 und die Gegenelektrode 13 angeschlossene, hier nicht dargestellte Messelektronik erfasst und in ein druckabhängiges Messsignal umgewandelt, das dann zur Anzeige, zur weiteren Verarbeitung und/oder Auswertung zur Verfügung steht.The pressure sensor comprises an electromechanical transducer, which serves to a pressure-dependent deformation of the measuring diaphragm 1 metrologically to capture. In the exemplary embodiments illustrated here, a capacitive converter is provided for this purpose, which has at least one capacitor with a function of the pressure-related deflection of the measuring diaphragm 1 having changing capacity. This includes one on a body 3 facing side of the measuring diaphragm 1 applied electrode 11 and one on one of the measuring membrane 1 facing end face of the body 3 applied counter electrode 13 , The pressure-dependent capacity of this capacitor or its changes are via a to the electrode 11 and the counter electrode 13 connected, not shown here measuring electronics detected and converted into a pressure-dependent measurement signal, which is then available for display, for further processing and / or evaluation.

Der Drucksensor wird hergestellt, indem Messmembran 1 und Grundkörper 3 vorgefertigt werden. Hierzu können z.B. Sinterverfahren eingesetzt werden, bei denen Messmembran 1 und Grundkörper 3 jeweils aus einem Granulat gefertigt werden, das in eine entsprechend geformte vorgefertigte Form eingefüllt, in der Form verpresst und anschließend gesintert wird.The pressure sensor is made by measuring diaphragm 1 and basic body 3 prefabricated. For this purpose, for example, sintering methods can be used, in which measuring membrane 1 and basic body 3 are each made of a granulate, which is filled into a correspondingly shaped prefabricated mold, pressed in the mold and then sintered.

Nachfolgend können die auf diese Weise erhaltenen Sinterkörper, soweit dies z.B. aufgrund der gewünschten Formgebung dieser Bauteile oder einzuhaltender Fertigungstoleranzen erforderlich ist, einer entsprechenden mechanischen Hartbearbeitung unterzogen werden. Hierzu können Hartbearbeitungsverfahren wie z.B. Drehen, Fräsen, Bohren, Sägen, Läppen oder Schleifen eingesetzt werden.Subsequently, the sintered bodies obtained in this way, as far as e.g. is required due to the desired shape of these components or tolerances to be observed, be subjected to a corresponding mechanical hard machining. For this purpose, hard machining methods such as e.g. Turning, milling, drilling, sawing, lapping or grinding can be used.

Im Anschluss an ggfs. vorzunehmende Hartbearbeitungen von Messmembran 1 und/oder Grundkörper 3 werden die Elektrode 11 und die Gegenelektrode 13 auf die entsprechenden Stirnflächen von Messmembran 1 und Grundkörper 3 aufgebracht, z.B. flächig aufgesputtert. Dabei kann zugleich ein elektrischer Anschluss der Gegenelektrode 13 vorgesehen werden, indem ein Kontaktstift 15, z.B. ein Tantalstift, in eine durch den Grundkörper 3 führende Bohrung eingesetzt wird, der eine elektrisch leitfähige Verbindung zur Gegenelektrode 13 herstellt.Following, if necessary, hard machining of measuring diaphragm 1 and / or basic body 3 become the electrode 11 and the counter electrode 13 on the corresponding faces of measuring diaphragm 1 and basic body 3 applied, eg sputtered flat. It can at the same time a electrical connection of the counter electrode 13 be provided by a contact pin 15 , eg a tantalum pin, into one through the main body 3 leading bore is used, which is an electrically conductive connection to the counter electrode 13 manufactures.

Nachfolgend werden Messmembran 1 und Grundkörper 3 unter Einschluss der Druckkammer 5 durch Aktivhartlöten druckdicht miteinander verbunden. Hierzu wird zwischen den durch die Aktivhartlötung 7 zu verbindenden äußeren einander zugewandten Rändern von Grundkörper 3 und Messmembran 1 eine Lotschicht angeordnet. Die Lotschicht kann z.B. als Lotpaste aufgetragen oder in Form eines vorgefertigten Lotformteils, z.B. eines Lotrings, eingebracht werden. Als Lotformteile können z.B. die in der EP 490 807 A1 beschriebenen Lotformteile eingesetzt werden. Diese weisen aufgrund des zu deren Herstellung verwendeten Melt-Spinning-Verfahrens eine Mindestdicke in der Größenordnung von 30 µm auf.Below are measuring diaphragm 1 and basic body 3 including the pressure chamber 5 actively bonded together by active brazing pressure-tight. This is between the by the active brazing 7 to be joined outer facing edges of body 3 and measuring membrane 1 arranged a solder layer. The solder layer can be applied, for example, as solder paste or in the form of a prefabricated solder preform, for example a solder ring. As solder preforms, for example, in the EP 490 807 A1 described Lotformteile be used. These have a minimum thickness of the order of 30 .mu.m due to the melt-spinning process used for their production.

Eine geringere Mindestdicke der Messmembran 1 und Grundkörper 3 verbindenden Aktivhartlötung 7 und damit einhergehend ein zur Erzielung einer höheren Messgenauigkeit vorteilhafterer geringerer Elektrodenabstand kann gemäß einem in der DE 10 2010 043 119 A1 beschriebenen Verfahren erzielt werden. Dabei wird das für die Aktivhartlötung 7 benötigte Aktivhartlot mittels Gasphasenabscheidung auf die Fügeflächen aufgebracht. Hierdurch können Aktivhartlötungen 7 mit geringerer Bauhöhe h, z.B. mit einer Bauhöhe h in der Größenordnung von 10 µm, hergestellt werden.A smaller minimum thickness of the measuring membrane 1 and basic body 3 connecting active brazing 7 and, concomitantly, a lower electrode spacing, which is more advantageous in order to achieve a higher measuring accuracy, can be carried out according to a method described in US Pat DE 10 2010 043 119 A1 be achieved described method. This is the one for active brazing 7 required active brazing material applied by vapor deposition on the joining surfaces. This allows Aktivhartlötungen 7 be made with a lower height h, for example, with a height h in the order of 10 microns.

Nach dem Einbringen bzw. Aufbringen der Lotschicht wird die durch den Grundkörper 3, die Lotschicht und die Messmembran 1 gebildete Anordnung insgesamt unter Vakuum auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Aktivhartlots liegende Löttemperatur aufgeheizt und dort über einen längeren Zeitraum, insb. einen Zeitraum von 5 min bis 15 min, gehalten.After the introduction or application of the solder layer is through the body 3 , the solder layer and the measuring membrane 1 formed assembly under vacuum to a soldering temperature above the melting temperature of the active brazing heated and maintained there for a longer period, esp. A period of 5 min to 15 min.

Alternativ kann das eingangs erwähnte in der DE 10 2011 005 665 A1 beschriebene Aktivhartlötverfahren verwendet werden, bei dem die Lotschicht unter Vakuum durch Laserstrahlung vollständig aufgeschmolzen wird. Dabei wird das geschmolzene Aktivhartlot durch die Laserbestrahlung über einen Zeitraum von nicht mehr als einer Minute auf einer Löttemperatur gehalten, die größer gleich der Liquidus-Temperatur des Aktivhartlots ist, oberhalb derer das Aktivhartlot vollständig verflüssigt.Alternatively, the aforementioned in the DE 10 2011 005 665 A1 described Aktivhartlötverfahren be used in which the solder layer is completely melted under vacuum by laser radiation. The molten active brazing material is held by the laser irradiation for a period of not more than one minute at a brazing temperature which is greater than or equal to the liquidus temperature of the active brazing above which the active brazing material is completely liquefied.

Bei der Löttemperatur reagiert die aktive Komponente des Aktivhartlots, hier Titan, mit der Keramik. Dabei wird durch Reduktion der Keramik eine mechanisch hochfeste chemische Verbindung zwischen der Keramik und dem Aktivhartlot bewirkt.At the soldering temperature, the active component of the active brazing material, here titanium, reacts with the ceramic. In this case, a reduction of the ceramic causes a mechanically high-strength chemical bond between the ceramic and the active brazing material.

In Verbindung mit den oben genannten eine Zr-Ni-Legierung und Titan aufweisenden ternären Aktivhartloten sind regelmäßig Löttemperaturen oberhalb von 800°C, insb. Löttemperaturen im Bereich von 880°C bis 920°C, erforderlich.Soldering temperatures above 800 ° C., in particular soldering temperatures in the range from 880 ° C. to 920 ° C., are regularly required in conjunction with the abovementioned Zr-Ni alloy and titanium-containing ternary active hard solder.

Beim anschließenden Abkühlen der Aktivhartlötung 7 bzw. des Drucksensors von der Löttemperatur auf die Umgebungstemperatur bilden sich aufgrund der ähnlichen, aber nicht identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Aktivhartlot und Keramik Spannungen aus. Die betragsmäßig größten Spannungen entstehen dort, wo die beiden Werkstoffe unmittelbar aufeinander treffen. Entsprechend konzentrieren sich die Spannungen sowohl in einem der Messmembran 1 zugewandten Randbereich 17 der Aktivhartlötung 7, als auch in einem dem Grundkörper 3 zugewandten Randbereich 19 der Aktivhartlötung 7.During the subsequent cooling of the Aktivhartlötung 7 or the pressure sensor from the soldering temperature to the ambient temperature form due to the similar, but not identical thermal expansion coefficients of active brazing and ceramic stresses. The greatest amount of stress arises where the two materials meet directly. Accordingly, the stresses concentrate both in one of the measuring membrane 1 facing edge area 17 active brazing 7 , as well as in one of the main body 3 facing edge area 19 active brazing 7 ,

2 zeigt eine nicht maßstabsgetreue Vergrößerung des in 1 eingekreisten Ausschnitts der Messmembran 1 und Grundkörper 3 verbindenden Aktivhartlötung 7. Die beiden Randbereiche 17, 19 umfassen jeweils eine Verbindungsschicht 21, in der die durch die Aktivhartlötung bewirkte chemische Verbindung zwischen der Keramik der Messmembran 1 und dem Aktivhartlot bzw. zwischen der Keramik des Grundkörpers 3 und dem Aktivhartlot besteht, sowie eine an die jeweilige Verbindungsschicht 21 unmittelbar angrenzende Aktivhartlotschicht 23 der Aktivhartlötung 7. 2 shows a not to scale enlargement of the in 1 circled section of the measuring membrane 1 and basic body 3 connecting active brazing 7 , The two border areas 17 . 19 each comprise a tie layer 21 in which the chemical bond between the ceramic of the measuring membrane caused by active brazing 1 and the active brazing material or between the ceramic of the base body 3 and the active hard solder, and one to the respective connection layer 21 immediately adjacent active brazing layer 23 active brazing 7 ,

Die Randbereiche 17, 19 in denen sich die größten Spannungen ausbilden, weisen regelmäßig eine im Vergleich zur Bauhöhe h der Aktivhartlötung 7 geringe Schichtdicke d in der Größenordnung von wenigen Mikrometern, insb. in der Größenordnung von 2 µm bis 3 µm, auf.The border areas 17 . 19 in which form the largest tensions, have regularly compared to the height h of Aktivhartlötung 7 small layer thickness d in the order of a few micrometers, esp. In the order of 2 microns to 3 microns, on.

Spannungen in dem dem Grundkörper 3 zugewandten Randbereich 19 sind im Hinblick auf die Messeigenschaften des Drucksensors vergleichsweise unkritisch. Demgegenüber wirken sich Spannungen in dem der Messmembran 1 zugewandten Randbereich 17 der Aktivhartlötung 7 unmittelbar auf die druckabhängige Verformbarkeit der Messmembran 1 aus, und führen somit zu den oben genannten Beeinträchtigungen der Messeigenschaften des Drucksensors.Tensions in the body 3 facing edge area 19 are relatively uncritical with regard to the measuring characteristics of the pressure sensor. On the other hand, stresses in the measuring membrane have an effect 1 facing edge area 17 active brazing 7 directly on the pressure-dependent deformability of the measuring membrane 1 out, and thus lead to the above-mentioned impairment of the measuring characteristics of the pressure sensor.

Erfindungsgemäß wird die Aktivhartlötung 7 des Drucksensors einer Nachbehandlung unterzogen, die dazu dient, die Spannungen in dem der Messmembran 1 zugewandten Randbereich 17 zu reduzieren. Dies geschieht durch gezieltes räumlich auf den Randbereich 17 konzentriertes Erwärmen des Randbereichs 17.According to the invention, the active brazing 7 the pressure sensor subjected to a post-treatment, which serves to the voltages in the measuring diaphragm 1 facing edge area 17 to reduce. This is done by targeted spatially on the edge area 17 concentrated heating of the edge area 17 ,

Zur gezielten räumlich auf den Randbereich 17 begrenzten Erwärmung wird vorzugsweise ein Laser 25 eingesetzt. Hierzu eignen sich insb. Pulslaser, die Laserpulse kurzer Dauer generieren. Dabei ist die durch die Laserpulse bewirkte Energiezufuhr räumlich umso stärker begrenzbar, je kürzer die Pulsdauer ist. Insoweit eignen sich z.B. Picosekundenlaser. Eine noch höhere räumliche Begrenzung lässt sich durch die Verwendung von Femtosekundenlasern erzielen. For targeted spatially on the edge area 17 limited heating is preferably a laser 25 used. Particularly suitable for this are pulse lasers which generate laser pulses of short duration. The energy supply caused by the laser pulses is spatially even more limited, the shorter the pulse duration. In that regard, for example, picosecond lasers are suitable. An even higher spatial limit can be achieved by the use of femtosecond lasers.

Die Laserbestrahlung des Randbereichs 17 erfolgt vorzugsweise durch die Messmembran 1 hindurch. Hierzu wird ein Laser 25 eingesetzt, der bei einer Wellenlänge arbeitet, die in hohem Maß vom verwendeten Aktivhartlot, nicht jedoch oder zumindest nur in deutlich geringerem Maße von der Keramik der Messmembran 1, absorbiert wird. In Verbindung mit der oben genannten Aluminiumoxid-Keramik und dem eine Zr-Ni-Legierung und Titan aufweisenden ternären Aktivhartloten eignen sich hierzu z.B. CO2 oder Nd-YAG Laser mit Wellenlängen im sichtbaren bis nahen infraroten Bereich. Die Messmembran 1 besteht insoweit vorzugsweise aus einer Keramik, die sich durch eine geringe Dichte an Streuzentren im sichtbaren Wellenlängenbereich auszeichnet. Hierzu eignen sich insb. hochreine Aluminiumoxid-Keramiken, wie sie z.B. in der DE 10 2008 036 381 B3 beschrieben sind.The laser irradiation of the edge area 17 preferably takes place through the measuring membrane 1 therethrough. This will be a laser 25 used, which operates at a wavelength that is used to a large extent by the active brazing material, but not or at least only to a much lesser extent by the ceramic of the measuring diaphragm 1 , is absorbed. For example, CO 2 or Nd-YAG lasers with wavelengths in the visible to near infrared range are suitable for this purpose in conjunction with the abovementioned aluminum oxide ceramic and the Zr-Ni alloy and titanium-containing ternary active hard solder. The measuring membrane 1 Insofar, it preferably consists of a ceramic, which is characterized by a low density of scattering centers in the visible wavelength range. For this purpose, esp. High purity alumina ceramics, such as those in the DE 10 2008 036 381 B3 are described.

Die Laserbestrahlung kann beispielsweise auf die in 2 dargestellte Weise erfolgen, indem der Laser 25 oberhalb der Messmembran 1 angeordnet, und mittels einer Strahlführungseinrichtung 27 auf den Randbereich 17 der Aktivhartlötung 7 ausgerichtet wird. Im Anschluss werden Laser 25 und Drucksensors derart relativ zueinander bewegt, dass der Laserstrahl die gesamt Grundfläche des Randbereichs 17 überstreicht. Dabei werden Laserleistung und Bestrahlungsdauer entsprechend der Nachbehandlungstemperatur, auf die der Randbereich 17 erwärmt werden soll, und der Nachbehandlungsdauer, während der Randbereich 17 auf der Nachbehandlungstemperatur gehalten werden soll, eingestellt. Zusätzlich kann die Temperatur des Randbereichs 17 durch pyrometrische Temperaturmessungen überwacht werden.The laser irradiation can, for example, on the in 2 manner shown by the laser 25 above the measuring membrane 1 arranged, and by means of a beam guiding device 27 on the edge area 17 active brazing 7 is aligned. Following are lasers 25 and pressure sensor is moved relative to each other such that the laser beam, the entire base of the edge region 17 sweeps. In this case, the laser power and irradiation time corresponding to the post-treatment temperature, on the edge area 17 should be heated, and the post-treatment period, while the edge area 17 is to be maintained at the post-treatment temperature. In addition, the temperature of the edge area 17 monitored by pyrometric temperature measurements.

Erfindungsgemäß wird der Randbereich 17 auf eine Nachbehandlungstemperatur aufgeheizt, die größer gleich derjenigen Temperatur ist, ab der das verwendete Aktivhartlot plastisch verformbar ist.According to the invention, the edge region 17 heated to an after-treatment temperature which is greater than or equal to that temperature from which the active brazing material used is plastically deformable.

Aufgrund der eingebrachten Wärmeenergie lösen sich Spannungen im Randbereich 17. Dabei bauen sich Spannungen umso schneller ab, je höher die Nachbehandlungstemperatur ist, auf die der Randbereich 17 aufgeheizt wird. Dementsprechend ist die Nachbehandlungsdauer, über die der Randbereich 17 auf der Nachbehandlungstemperatur gehalten wird, in Abhängigkeit von der Nachbehandlungstemperatur vorzugeben, wobei bei höheren Nachbehandlungstemperaturen kürze Nachbehandlungsdauern erforderlich sind und umgekehrt. Die Nachbehandlungsdauer liegt je nach Nachbehandlungstemperatur z.B. in der Größenordnung von wenigen Sekunden.Due to the introduced heat energy tensions dissolve in the edge area 17 , At the same time, the higher the aftertreatment temperature is, the faster the stress builds up 17 is heated. Accordingly, the aftertreatment time over which the edge area 17 is maintained at the after-treatment temperature, depending on the after-treatment temperature, wherein at higher post-treatment temperatures shorter after-treatment periods are required and vice versa. The after-treatment time is, depending on the post-treatment temperature, for example, in the order of a few seconds.

Zur Reduktion von durch die Aktivhartlötung verursachten Spannungen genügt es bereits, den Randbereich 17 auf eine Nachbehandlungstemperatur T aufzuheizen, bei der im Randbereich 17 plastische Verformungen auftreten. Das ist bereits ab in einem Nahbereich unterhalb der Solidustemperatur des Aktivhartlots liegenden Temperaturen der Fall. Vorzugsweise liegt die Nachbehandlungstemperatur in einem Temperaturbereich, der Temperaturen umfasst, die größer gleich der Solidustemperatur des Aktivhartlots sind und die Solidustemperatur um weniger als 50°C übersteigen. In Verbindung mit den oben genannten eine Zr-Ni-Legierung und Titan aufweisenden ternären Aktivhartloten ergibt sich hierfür ein Temperaturbereich von 800°C bis 850°C.In order to reduce stresses caused by active brazing, it is sufficient to use the edge area 17 to heat to a post-treatment temperature T, in the edge region 17 plastic deformations occur. This is already the case in a near range below the solidus temperature of the active hard solder temperatures. Preferably, the post-treatment temperature is in a temperature range comprising temperatures greater than the solidus temperature of the active brazing alloy and exceeding the solidus temperature by less than 50 ° C. In connection with the abovementioned Zr-Ni alloy and titanium-containing ternary active hard solder, a temperature range of 800 ° C. to 850 ° C. results for this purpose.

Bei diesen im Vergleich zur Schmelztemperatur des Aktivhartlots niedrigen Nachbehandlungstemperaturen findet der Spannungsabbau im Wesentlichen durch plastische Verformungen innerhalb des Randbereichs 17 statt. Darüber hinaus passt sich der Randbereich 17 durch plastische Verformung optimal an die Spannungsverhältnisse in dessen unmittelbarer Umgebung an, so dass auch über die Messmembran 1 und den Kernbereich der Aktivhartlötung 7 auf den Randbereich 17 ausgeübte Spannungen durch plastische Verformungen des Randbereichs 17 abgebaut werden. Hierdurch werden zumindest teilweise auch solche Spannungen abgebaut, die durch eine vorausgegangene Hartbearbeitung der Messmembran 1 in die Messmembran 1 eingebracht wurden, und über die Verbindungsschicht 21 auf den Randbereich 17 wirken.With these after-treatment temperatures, which are low in comparison to the melting temperature of the active hard solder, the stress reduction essentially takes place due to plastic deformation within the edge region 17 instead of. In addition, the border area adjusts 17 by plastic deformation optimally to the stress conditions in its immediate vicinity, so that also on the measuring diaphragm 1 and the core area of active brazing 7 on the edge area 17 applied stresses due to plastic deformation of the edge area 17 be reduced. As a result, at least in part, such stresses are reduced by a previous hard machining of the measuring diaphragm 1 into the measuring membrane 1 and over the tie layer 21 on the edge area 17 Act.

Bei höheren Nachbehandlungstemperaturen kommt es in zunehmendem Maße zu einer Umbildung des Gefüges innerhalb des Randbereichs 17.At higher post-treatment temperatures, an increase in the structure within the edge region occurs to an increasing extent 17 ,

Durch die erfindungsgemäße Nachbehandlung des Randbereichs 17 können somit nicht nur Spannungen abgebaut werden, sondern auch gezielte Veränderungen der Struktur des Gefüges im nachbehandelten Randbereich 17 vorgenommen werden. Hierzu wird der Randbereich 17 vorzugsweise auf eine Nachbehandlungstemperatur aufgeheizt, bei der der Randbereich 17 aufschmilzt. Das ist im Bereich der Löttemperatur des Aktivhartlots der Fall.By the treatment according to the invention of the edge region 17 Thus, not only can stresses be reduced, but also targeted changes in the structure of the structure in the aftertreated edge area 17 be made. This is the border area 17 preferably heated to an aftertreatment temperature at which the edge region 17 melts. This is the case in the area of the soldering temperature of the active brazing material.

Durch das Aufschmelzen des Randbereichs 17 werden Spannungen im Randbereich 17 vollständig gelöst. Beim nachfolgenden Erstarren passt sich der Randbereich auch hier optimal an die Spannungsverhältnisse in dessen unmittelbarer Umgebung an, so dass auch hier innerhalb des Randbereichs 17 bestehende, sowie über die Messmembran 1 und den Kernbereich der Aktivhartlötung 7 in den Randbereich 17 hinein wirkende Spannungen durch die Nachbehandlung abgebaut werden.By melting the edge area 17 Tensions are in the border area 17 completely solved. During the subsequent solidification, the edge area also optimally adapts to the Tension conditions in the immediate vicinity, so that here too within the edge area 17 existing, as well as over the measuring membrane 1 and the core area of active brazing 7 in the border area 17 into it acting stresses are reduced by the aftertreatment.

Da bei der Nachbehandlung nur der im Vergleich zum Gesamtvolumen der Aktivhartlötung 7 vergleichsweise kleine Randbereich 17 aufgeschmolzen wird, wird hierzu sehr viel weniger Wärmeenergie benötigt, als bei der zuvor ausgeführten Aktivhartlötung. Entsprechend lassen sich beim Abkühlen des Randbereichs 17 deutlich höhere Abkühlraten erzielen. Hohe Abkühlraten führen dazu, dass der Randbereich 17 zu einem feinkörnigeren Gefüge mit höherer Festigkeit erstarrt. Damit werden durch die Nachbehandlung nicht nur die Messeigenschaften beeinträchtigende Spannungen abgebaut, sondern es wird zugleich die Qualität, insb. die Festigkeit, der Aktivhartlötung 7 in dem aufgrund seiner unmittelbaren Verbindung zur Messmembran 1 mechanisch am stärksten beanspruchten Randbereich 17 verbessert.As in the aftertreatment only the compared to the total volume of Aktivhartlötung 7 comparatively small border area 17 is melted, this much less heat energy is required than in the previously performed Aktivhartlötung. Accordingly, can be when cooling the edge area 17 achieve significantly higher cooling rates. High cooling rates cause the edge area 17 solidified to a finer grain structure with higher strength. As a result of the aftertreatment, not only are the stresses affecting the measuring characteristics reduced but at the same time the quality, in particular the strength, of the active brazing 7 in that due to its direct connection to the measuring membrane 1 mechanically most stressed edge area 17 improved.

Die Erfindung ist völlig analog auch in Verbindung mit als Differenzdrucksensoren ausgebildeten keramischen Drucksensoren einsetzbar. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Differenzdrucksensor mit einem keramischen Grundkörper 23, auf dessen gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Messmembran 1 angeordnet ist. Jede der Messmembranen 1 ist jeweils unter Einschluss einer Druckkammer 5 über eine Aktivhartlötung 7 mit der ihr zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 29 verbunden. Die Druckkammern 5 sind mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit gefüllt und über eine ebenfalls mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit gefüllte Druckübertragungsleitung 31 miteinander verbunden. Im Messbetrieb wird die erste Messmembran 1 mit einem ersten Druck p1 und die zweite Messmembran 1 mit einem zweiten Druck p2 beaufschlagt und die resultierende, von der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck p1, p2 abhängige Auslenkung mindestens einer der beiden Messmembranen 1 mittels eines elektromechanischen Wandlers, z.B. eines kapazitiven Wandlers, messtechnisch erfasst, und in ein entsprechendes Differenzdruckmesssignal umgewandelt.The invention can be used completely analogously also in conjunction with ceramic pressure sensors designed as differential pressure sensors. 3 shows an embodiment of a differential pressure sensor with a ceramic body 23 , on whose opposite end faces in each case a measuring diaphragm 1 is arranged. Each of the measuring membranes 1 is in each case including a pressure chamber 5 via active brazing 7 with her facing end face of the body 29 connected. The pressure chambers 5 are filled with a pressure-transmitting liquid and a likewise filled with a pressure-transmitting liquid pressure transmission line 31 connected with each other. In measuring mode, the first measuring diaphragm 1 with a first pressure p 1 and the second measuring diaphragm 1 subjected to a second pressure p 2 and the resulting, depending on the pressure difference between the first and the second pressure p 1 , p 2 deflection of at least one of the two measuring membranes 1 detected by means of an electromechanical transducer, such as a capacitive transducer, metrologically, and converted into a corresponding differential pressure measurement signal.

Erfindungsgemäß wird auch hier der der jeweiligen Messmembran 1 zugewandte Randbereich der beiden Aktivhartlötungen 7 der anhand von 1 beschriebenen Nachbehandlung unterzogen.In accordance with the invention, the respective measuring diaphragm is also used here 1 facing edge region of the two Aktivhartlötungen 7 the basis of 1 subjected to post-treatment described.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Messmembran measuring membrane
33
Grundkörper body
55
Druckkammer pressure chamber
77
Aktivhartlötung Aktivhartlötung
99
Bohrung drilling
1111
Elektrode electrode
1313
Gegenelektrode counter electrode
1515
Kontaktstift pin
1717
Randbereich border area
1919
Randbereich border area
2121
Verbindungsschicht link layer
2323
Aktivhartlotschicht Active braze layer
2525
Laser laser
2727
Strahlführungseinrichtung Beam guiding device
2929
Grundkörper body
3131
Druckübertragungsleitung Pressure transmission line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 490807 A1 [0004, 0006, 0036] EP 490807 A1 [0004, 0006, 0036]
  • DE 102010043119 A1 [0006, 0037] DE 102010043119 A1 [0006, 0037]
  • DE 102011005665 A1 [0009, 0039] DE 102011005665 A1 [0009, 0039]
  • EP 490807 A2 [0030] EP 490807 A2 [0030]
  • DE 102008036381 B3 [0048] DE 102008036381 B3 [0048]

Claims (9)

Keramischer Drucksensor, mit – einer mit einem Druck (p, p1, p2) beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren keramischen Messmembran (1), – einem Grundkörper (3, 29), und – einer einen äußeren Rand der Messmembran (1) unter Einschluss einer Druckkammer (5) mit einem äußeren Rand einer der Messmembran (1) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (3, 29) verbindenden Aktivhartlötung (7), dadurch gekennzeichnet, dass – die Aktivhartlötung (7) einen der Messmembran (1) zugewandten Randbereich (17) aufweist, in dem darin enthaltene Spannungen durch gezieltes räumlich auf den Randbereich (17) konzentriertes Erwärmen des Randbereichs (17) auf eine Nachbehandlungstemperatur (T), die größer gleich einer Temperatur ist, bei der das Aktivhartlot plastisch verformbar ist, reduziert wurden.Ceramic pressure sensor, with - a pressure-dependent elastically deformable ceramic measuring membrane (p, p 1 , p 2 ) ( 1 ), - a basic body ( 3 . 29 ), and - one outer edge of the measuring membrane ( 1 ) including a pressure chamber ( 5 ) with an outer edge of one of the measuring membrane ( 1 ) facing end side of the base body ( 3 . 29 ) connecting active brazing ( 7 ), characterized in that - active brazing ( 7 ) one of the measuring membrane ( 1 ) facing edge region ( 17 ) in which stresses contained therein by targeted spatially on the edge area ( 17 ) concentrated heating of the edge area ( 17 ) were reduced to an after-treatment temperature (T) which is greater than or equal to a temperature at which the active brazing material is plastically deformable. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Drucksensors, insb. eines Drucksensors gemäß Anspruch 1, bei dem – eine im Messbetrieb mit einem Druck (p, p1, p2) beaufschlagbare, druckabhängig elastisch verformbare keramische Messmembran (1) und ein Grundkörper (3, 29) vorgefertigt werden, und – ein äußerer Rand der Messmembran (1) unter Einschluss einer Druckkammer (5) mit einem äußeren Rand einer der Messmembran (1) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (3, 29) mittels einer Aktivhartlötung (7) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass – ein der Messmembran (1) zugewandter Randbereich (17) der Aktivhartlötung (7) einer Nachbehandlung unterzogen wird, während der der Randbereich (17) durch gezieltes, räumlich auf den Randbereich (17) konzentriertes Erwärmen auf eine Nachbehandlungstemperatur aufgeheizt wird, die größer gleich einer Temperatur ist, bei der das Aktivhartlot plastisch verformbar ist. A method for producing a ceramic pressure sensor, esp. A pressure sensor according to claim 1, wherein - a in the measuring operation with a pressure (p, p 1 , p 2 ) acted upon, pressure-dependent elastically deformable ceramic measuring membrane ( 1 ) and a basic body ( 3 . 29 ), and - an outer edge of the measuring membrane ( 1 ) including a pressure chamber ( 5 ) with an outer edge of one of the measuring membrane ( 1 ) facing end side of the base body ( 3 . 29 ) by means of active brazing ( 7 ), characterized in that - one of the measuring membranes ( 1 ) facing edge region ( 17 ) of active brazing ( 7 ) is subjected to an aftertreatment, while the 17 ) by targeted, spatially on the edge area ( 17 ) heated to a post-treatment temperature which is greater than or equal to a temperature at which the active brazing material is plastically deformable. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (17) auf eine Nachbehandlungstemperatur aufgeheizt wird, bei der sich im Randbereich (17) vorhandene Spannungen im Wesentlichen durch plastische Verformung des Randbereichs (17) lösen.Method according to claim 2, characterized in that the edge region ( 17 ) is heated to an aftertreatment temperature at which in the edge region ( 17 ) existing stresses essentially by plastic deformation of the edge region ( 17 ) to solve. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungstemperatur in einem Temperaturbereich liegt, der Temperaturen umfasst, die größer gleich der Solidustemperatur des Aktivhartlots sind und die Solidustemperatur um weniger als 50°C übersteigen.A method according to claim 3, characterized in that the aftertreatment temperature is in a temperature range comprising temperatures which are greater than the solidus temperature of the active brazing alloy and exceed the solidus temperature by less than 50 ° C. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (17) auf eine Nachbehandlungstemperatur, insb. eine im Bereich der Löttemperatur des Aktivhartlots liegende Nachbehandlungstemperatur, aufgeheizt wird, bei der der Randbereich (17) aufschmilzt.Method according to claim 2, characterized in that the edge region ( 17 ) is heated to an after-treatment temperature, in particular an aftertreatment temperature lying in the region of the soldering temperature of the active hard solder, in which the edge region ( 17 ) melts. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Randbereichs (17) auf die Nachbehandlungstemperatur durch Laserbestrahlung mittels eines auf den Randbereich (17) ausgerichteten Lasers (25), insb. eines Pulslasers, erfolgt.Method according to claim 2, characterized in that the heating of the edge region ( 17 ) on the post-treatment temperature by laser irradiation by means of a on the edge area ( 17 ) aligned laser ( 25 ), esp. Of a pulse laser, takes place. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der Laser (25) in einem Wellenlängenbereich arbeitet, in dem die Keramik der Messmembran (1) im Wesentlichen transparent ist, und – die Laserbestrahlung des Randbereichs (17) durch die Messmembran (1) hindurch erfolgt.Method according to claim 6, characterized in that - the laser ( 25 ) works in a wavelength range in which the ceramic of the measuring membrane ( 1 ) is substantially transparent, and - the laser irradiation of the edge region ( 17 ) through the measuring membrane ( 1 ) through. Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (17) eine Schichtdicke (d) in der Größenordnung von wenigen Mikrometern, insb. von 2 µm bis 3 µm, aufweist. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the edge region ( 17 ) has a layer thickness (d) in the order of a few micrometers, esp. From 2 .mu.m to 3 .mu.m. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (17) eine Schichtdicke (d) in der Größenordnung von wenigen Mikrometern, insb. von 2 µm bis 3 µm, aufweist.Method according to claim 2, characterized in that the edge region ( 17 ) has a layer thickness (d) in the order of a few micrometers, esp. From 2 .mu.m to 3 .mu.m.
DE102014115801.6A 2014-10-30 2014-10-30 Ceramic pressure sensor and method for its manufacture Withdrawn DE102014115801A1 (en)

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