DE102017114299A1 - Method for producing a pressure measuring device - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Verfahren zur Herstellung einer Druckmesseinrichtung, mit einem Drucksensor (1), der eine unter Bildung einer Druckkammer (7) mit einem keramischen Grundkörper (5) verbundene, mit einem zu messenden Druck (p) beaufschlagbare Messmembran (9) und einen kapazitiven, elektromechanischen Wandler mit einem Messkondensator mit einer von einer vom auf die Messmembran (9) einwirkenden Druck (p) abhängigen Durchbiegung der Messmembran (9) abhängigen Kapazität umfasst, und einer Messelektronik (3), die den zu messenden Druck (p) anhand einer von der Messkapazität des Messkondensators abhängigen Hilfsgröße (C) bestimmt, beschrieben, bei dem der Wandler an die Messelektronik (3) angeschlossen wird, wobei für eine oder mehrere Komponenten des Wandlers jeweils ein Anschluss (21, 23, 25) auf einer membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers (5) vorgesehen und über eine darauf aufgebrachte bleifreie Weichlötung (35) mit einer an die Messelektronik (3) angeschlossenen Anschlussleitung (37) verbunden wird. Zur Erzielung einer möglichst hohen Messgenauigkeit, insb. einer möglichst geringen temperaturabhängige Hysterese wird vorab für mindestens eine der Weichlötungen (35) eine eine temperaturabhängige Hysterese (H) der Hilfsgröße (C) reduzierende und/oder minimierende Position auf der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers (5) bestimmt und jede dieser Weichlötungen (35) bei der nachfolgenden Herstellung der Druckmesseinrichtung jeweils an der für sie bestimmten Position auf dem zugehörigen an dieser Position aufgebrachten Anschluss (21, 23, 25) erzeugt.It is a method for producing a pressure measuring device, comprising a pressure sensor (1) having a measuring membrane (9) which can be acted upon by a pressure to be measured (p) to form a pressure chamber (7) with a ceramic base body (5) and a capacitive sensor , electromechanical transducer with a measuring capacitor with one of a on the measuring membrane (9) acting pressure (p) dependent deflection of the measuring membrane (9) dependent capacity comprises, and a measuring electronics (3), the pressure to be measured (p) based on a determined by the measuring capacitance of the measuring capacitor dependent auxiliary variable (C), in which the transducer is connected to the measuring electronics (3), wherein for one or more components of the converter in each case a connection (21, 23, 25) on a membrane-facing away End face of the base body (5) and provided thereon via a lead-free soft soldering (35) with a connected to the measuring electronics (3) connection line (37) is connected. In order to achieve the highest possible measuring accuracy, in particular the lowest possible temperature-dependent hysteresis, a temperature-dependent hysteresis (H) of the auxiliary variable (C) reducing and / or minimizing position on the membrane-remote end face of the main body is provided in advance for at least one of the soft solderings (35) (5) and each of these Weichlötungen (35) in the subsequent production of the pressure measuring device in each case at the position determined for them on the associated at this position applied terminal (21, 23, 25) generated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Druckmesseinrichtung mit
- - einem Drucksensor, der eine unter Bildung einer Druckkammer mit einem keramischen Grundkörper druckdicht verbundene, mit einem zu messenden Druck beaufschlagbare Messmembran und einen kapazitiven, elektromechanischen Wandler umfasst, wobei der Wandler einen oder mehrere Kondensatoren umfasst, von denen mindestens einer ein Messkondensator mit einer von einer vom auf die Messmembran einwirkenden Druck abhängigen Durchbiegung der Messmembran abhängigen Kapazität ist, und
- - einer Messelektronik, die derart ausgebildet ist, dass sie den zu messenden Druck anhand einer von der Messkapazität des Messkondensators abhängigen Hilfsgröße bestimmt,
- - bei dem der Wandler an die Messelektronik angeschlossen wird, wobei für eine oder mehrere Komponenten des Wandlers, jeweils ein eine weichlötfähige Oberfläche aufweisender, elektrisch leitend mit der jeweiligen Komponente verbundener Anschluss auf einer membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers vorgesehen und über eine darauf aufgebrachte bleifreie Weichlötung mit einer an die Messelektronik angeschlossenen Anschlussleitung verbunden wird,
- a pressure sensor which comprises a measuring diaphragm which is pressure-tightly connected to a ceramic base body to form a pressure chamber and a capacitive electromechanical transducer, the transducer comprising one or more capacitors at least one of which has a measuring capacitor with one of is a dependent of the force acting on the measuring membrane pressure dependent deflection of the measuring membrane dependent capacity, and
- a measuring electronics which is designed such that it determines the pressure to be measured on the basis of an auxiliary variable dependent on the measuring capacitance of the measuring capacitor,
- - In which the transducer is connected to the measuring electronics, being provided for one or more components of the transducer, each having a weichlötfähige surface exhibiting, electrically connected to the respective component connection on a membrane-remote end face of the body and a lead-free applied thereto Soft soldering is connected to a connecting cable connected to the measuring electronics,
Druckmesseinrichtungen werden in der industriellen Messtechnik zur Messung von Drücken eingesetzt.Pressure measuring devices are used in industrial measurement technology for measuring pressures.
Eine die eingangs genannten Merkmale aufweisende Druckmesseinrichtung ist z.B. in der
Diesem Problem wird bei den in der
Abgesehen von der Berücksichtigung des auf der membran-abgewandten Stirnseite ggfs. benötigten Platzbedarfs erfolgt die Positionierung der Weichlötungen und die Dimensionierung von deren Abmessungen heute üblicher Weise anhand von fertigungstechnischen, deren Anschluss an die jeweilige Komponente des Wandlers und deren Aufbringung erleichternden Gesichtspunkten. Insoweit erleichtern große Grundflächen der Weichlötungen das Dispensen des Weichlots, die Positionierung der Anschlussleitungen, sowie ggfs. auch das manuelle Weichlöten. Entsprechend weisen in Verbindung mit Druckmesseinrichtungen der eingangs genannten Art eingesetzte Weichlötungen heute üblicher Weise kreisscheibenförmigen Grundflächen mit Durchmessern von größer gleich 2,5 mm auf.Apart from the consideration of the space on the side facing away from the membrane, if necessary, the positioning of the soft soldering and the dimensioning of their dimensions is customary today on the basis of manufacturing technology, their connection to the respective component of the converter and their application facilitating aspects. In that regard, large base areas of the soft soldering facilitate the dispensing of the soft solder, the positioning of the connecting lines, and, if necessary, also manual soldering. Correspondingly, soft soldering used today in conjunction with pressure measuring devices of the type mentioned at the beginning has circular disk-shaped base surfaces with diameters of greater than or equal to 2.5 mm.
Bei Druckmesseinrichtungen der eingangs genannten Art hat die für den Anschluss des Wandlers an die Messelektronik gewählte Aufbau- und Verbindungstechnik einen zwar nur sehr geringen, aber dennoch spürbar nachteiligen Einfluss auf die mit der Druckmesseinrichtung erzielbare Messgenauigkeit. Durch Untersuchungen der Anmelderin wurde festgestellt, dass dabei unter anderem auch die Auswahl des verwendeten Weichlots eine Rolle spielt. Dieses Ergebnis ist insofern überraschend, als auf der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnete Weichlötungen vergleichsweise klein sind und von der Messmembran bzw. den Kondensatoren des kapazitiven Wandlers durch die Dicke des Grundkörpers beabstandet sind. Beide Faktoren lassen die die Annahme gerechtfertigt erscheinen, dass die Wahl des Weichlots keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben sollte. Untersuchungen der Anmelderin haben jedoch gezeigt, dass die eingangs genannten Merkmale aufweisende Druckmesseinrichtungen mit bleifreien Weichlötungen regelmäßig schlechtere Messeigenschaften aufweisen als ansonsten identische Druckmesseinrichtungen, die anstelle der bleifreien Weichlötungen bleihaltige Weichlötungen aufweisen. Insoweit wurde insb. festgestellt, dass diese Druckmesseinrichtungen eine größere temperaturabhängige Hysterese aufweisen.In pressure measuring devices of the type mentioned above, the construction and connection technology chosen for the connection of the transducer to the measuring electronics has an admittedly very slight but nevertheless noticeably disadvantageous influence on the measuring accuracy achievable with the pressure measuring device. Investigations by the applicant have found that, inter alia, the selection of the solder used also plays a role. This result is surprising insofar as arranged on the membrane-remote end face of the base body solder joints are relatively small and are spaced from the measuring membrane and the capacitors of the capacitive transducer by the thickness of the base body. Both factors seem to justify the assumption that the choice of soft solder should not affect the accuracy of the measurement. Investigations by the Applicant have shown, however, that the pressure-measuring devices with lead-free soldering mentioned at the beginning have regularly poorer measuring properties than otherwise identical pressure-measuring devices which have lead-containing solder joints in place of the lead-free solder joints. In that regard, it has been found in particular that these pressure measuring devices have a greater temperature-dependent hysteresis.
Der Verwendung von im Hinblick auf die Messgenauigkeit besser geeigneten bleihaltigen Weichloten steht jedoch entgegen, dass Blei einen Gefahrstoff darstellt, dessen Verwendung und Inverkehrbringen zu vermeiden ist.However, the use of lead-containing soft solders, which are more suitable with regard to the measurement accuracy, is opposed by lead Hazardous substance whose use and placing on the market is to be avoided.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung Verfahren zur Herstellung einer bleifreie Weichlötungen aufweisenden Druckmesseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem Druckmesseinrichtungen mit einer möglichst hohen Messgenauigkeit, insb. einer möglichst geringen temperaturabhängige Hysterese erzeugt werden können.It is an object of the invention to provide a method for producing a lead-free soft soldering having pressure measuring device of the type mentioned, can be generated with the pressure measuring devices with the highest possible accuracy, esp. The lowest possible temperature-dependent hysteresis.
Hierzu umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Druckmesseinrichtung, mit
- - einem Drucksensor, der eine unter Bildung einer Druckkammer mit einem keramischen Grundkörper druckdicht verbundene, mit einem zu messenden Druck beaufschlagbare Messmembran und einen kapazitiven, elektromechanischen Wandler umfasst, wobei der Wandler einen oder mehrere Kondensatoren umfasst, von denen mindestens einer ein Messkondensator mit einer von einer vom auf die Messmembran einwirkenden Druck abhängigen Durchbiegung der Messmembran abhängigen Kapazität ist, und
- - einer Messelektronik, die derart ausgebildet ist, dass sie den zu messenden Druck anhand einer von der Messkapazität des Messkondensators abhängigen Hilfsgröße bestimmt,
- - bei dem der Wandler an die Messelektronik angeschlossen wird, wobei für eine oder mehrere Komponenten des Wandlers jeweils ein eine Weichlötfähige Oberfläche aufweisender, elektrisch leitend mit der jeweiligen Komponente verbundener Anschluss auf einer membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers vorgesehen und über eine darauf aufgebrachte bleifreie Weichlötung mit einer an die Messelektronik angeschlossenen Anschlussleitung verbunden wird,
- - vorab für mindestens eine der Weichlötungen eine eine temperaturabhängige Hysterese der Hilfsgröße reduzierende und/oder minimierende Position auf der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers bestimmt wird, und
- - jede dieser Weichlötungen bei der nachfolgenden Herstellung der Druckmesseinrichtung jeweils an der für sie bestimmten Position auf dem zugehörigen an dieser Position aufgebrachten Anschluss erzeugt wird.
- a pressure sensor which comprises a measuring diaphragm which is pressure-tightly connected to a ceramic base body to form a pressure chamber and a capacitive electromechanical transducer, the transducer comprising one or more capacitors at least one of which has a measuring capacitor with one of is a dependent of the force acting on the measuring membrane pressure dependent deflection of the measuring membrane dependent capacity, and
- a measuring electronics which is designed such that it determines the pressure to be measured on the basis of an auxiliary variable dependent on the measuring capacitance of the measuring capacitor,
- - In which the transducer is connected to the measuring electronics, wherein for one or more components of the converter each having a Weichlötfähige surface, electrically connected to the respective component connection provided on a membrane-remote end face of the body and a lead-free soft soldering applied thereto is connected to a connecting cable connected to the measuring electronics,
- - Before for at least one of the soft soldering a temperature-dependent hysteresis of the auxiliary size reducing and / or minimizing position on the membrane-remote end face of the body is determined, and
- - Each of these Weichlötungen is produced in the subsequent production of the pressure measuring device respectively at the position determined for them on the associated applied at this position connection.
Die erfindungsgemäße Positionierung der Weichlötungen bietet den Vorteil, dass hierdurch Druckmesseinrichtungen hergestellt werden können, mit denen trotz der Verwendung bleifreier Weichlötungen in einem vergleichsweise großen Temperaturbereich hohe Messgenauigkeiten erzielt werden können.The positioning of the soft soldering according to the invention offers the advantage that pressure measuring devices can thereby be produced with which high measurement accuracies can be achieved despite the use of lead-free soft soldering in a comparatively large temperature range.
Eine erste Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Positionen der Weichlötungen derart bestimmt werden, dass sie jeweils in einem Bereich der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnet sind, dem auf der membran-zugewandten Stirnseite des Grundkörpers ein elektrodenfreier Bereich der membran-zugewandten Stirnseite des Grundkörpers gegenüberliegt.A first variant is characterized in that the positions of the soft solderings are determined in such a way that they are each arranged in a region of the membrane-remote end face of the base body, on the membrane-facing end side of the base body an electrode-free region of the membrane-facing end face of the main body opposite.
Eine zweite Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Hilfsgröße eine von den Kapazitäten von mindestens zwei Kondensatoren des Wandlers abhängige Hilfsgröße ist, und die Positionen der Weichlötungen derart bestimmt werden, dass sich deren temperaturabhängige Einflüsse auf die einzelnen Kapazitäten innerhalb der Hilfsgröße zumindest teilweise kompensieren.A second variant is characterized in that the auxiliary quantity is an auxiliary variable dependent on the capacitances of at least two capacitors of the converter, and the positions of the soft solderings are determined such that their temperature-dependent influences on the individual capacitors within the auxiliary variable at least partially compensate each other.
Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass für mindestens einen vorgegebenen Druck, insb. einen einem Nullpunkt des Druckmessbereichs des Drucksensors entsprechenden Nullpunkt-Druck, einen einer Messbereichsobergrenze des Druckmessbereichs entsprechenden Nenndruck und/oder mindestens einen weiteren innerhalb des Messbereichs des Drucksensors liegenden Druck, jeweils ein Optimierungsverfahren ausgeführt wird, bei dem die Positionen der Weichlötungen derart bestimmt werden, dass sie den Betrag einer maximalen Differenz zwischen zwei zu unterschiedlichen Zeiten bei der gleichen Referenztemperatur bestimmten Hilfsgrößen reduzieren und/oder minimieren, die bei einer zeitlich unveränderlichen Druckbeaufschlagung des Drucksensors mit dem jeweiligen vorgegebenen Druck auftritt, wenn der Drucksensor einen einen vorgegebenen Temperaturbereich, insb. einem Temperaturbereich von -10 °C bis + 70°C oder von - 40°C bis + 125°C, abdeckenden Temperaturzyklus durchläuft.A first development is characterized in that for at least one predetermined pressure, in particular a zero point pressure corresponding to a zero point of the pressure measuring range of the pressure sensor, a nominal pressure corresponding to a measuring range upper limit of the pressure measuring range and / or at least one further pressure within the measuring range of the pressure sensor, in each case an optimization method is carried out in which the positions of the soft soldering are determined in such a way that they reduce and / or minimize the magnitude of a maximum difference between two auxiliary times determined at different times at the same reference temperature auxiliary quantities, which at a time-invariable pressurization of the pressure sensor with the the respective predetermined pressure occurs when the pressure sensor undergoes a predetermined temperature range, esp. A temperature range of -10 ° C to + 70 ° C or from -40 ° C to + 125 ° C, covering the temperature cycle.
Eine zweite Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - die Abmessungen der Weichlötungen festgelegt werden,
- - in einem ersten Verfahrensschritt Startpositionen für alle vorzusehenden Weichlötungen vorgegeben werden, und
- - in einem zweiten Verfahrensschritt durch Variation der Position nur einer der Weichlötungen eine die Hysterese reduzierende und/oder minimierende Soll-Position für die jeweilige Weichlötung ermittelt wird, während alle anderen Weichlötungen auf deren Startposition verbleiben.
- - the dimensions of the solder joints are determined
- in a first method step, starting positions are specified for all soft soldering to be provided, and
- - In a second process step by varying the position of only one of the soft soldering a hysteresis reducing and / or minimizing target position for the respective soft soldering is determined, while all other soft soldering remain on their starting position.
Eine Weiterbildung der zweiten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - in einem dritten Verfahrensschritt zusätzlich eine Soll-Position für mindestens eine weitere Weichlötung bestimmt wird, indem der erste und der zweite Verfahrensschritt wiederholt werden, wobei als Startposition für jeden der Anschlüsse für den zuvor bereits eine Soll-Position ermittelt wurde, die jeweilige Soll-Position angesetzt wird,
- - wobei insb. derart Verfahren wird, dass der erste und der zweite oder alle drei Verfahrensschritte mindestens einmal wiederholt werden, wobei im ersten Verfahrensschritt jeweils die zuletzt bestimmten Soll-Positionen als Startpositionen für die jeweiligen Weichlötungen verwendet werden.
- - In a third method step, additionally a desired position for at least one further soft soldering is determined by repeating the first and the second method step, wherein the starting position for each of the connections for which a desired position has already been determined is the respective desired position is set
- - In particular esb. Such method is that the first and the second or all three process steps are repeated at least once, in the first process step in each case the last determined target positions are used as starting positions for the respective soft soldering.
Eine Weiterbildung der zweiten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - die Anschlüsse einen Messelektroden-Anschluss, einen Referenzelektroden-Anschluss und einen Gegenelektroden-Anschluss umfassen,
- - der Messelektroden-Anschluss elektrisch leitend mit einer auf einer membran-zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnete Messelektrode, insb. einer kreisscheibenförmigen Messelektrode, verbunden ist, die zusammen mit einer auf einer dem Grundkörper zugewandten Innenseite der Messmembran angeordneten mit dem Gegenelektroden-Anschluss verbundenen Gegenelektrode den Messkondensator bildet,
- - der Referenzelektroden-Anschluss elektrisch leitend mit einer auf der membran-zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordneten Referenzelektrode, insb. einer kreisringförmigen oder kreisringsegmentförmigen, die Messelektrode außenseitlich umgebenden Referenzelektrode verbunden ist, die zusammen mit der auf der dem Grundkörper zugewandten Innenseite der Messmembran angeordneten Gegenelektrode einen Referenzkondensator bildet,
- - die Hilfsgröße eine von der Messkapazität des Messkondensators und einer Referenzkapazität des Referenzkondensators abhängige Hilfsgröße ist,
- - bei der erstmaligen Ausführung des ersten Verfahrensschritts drei von der Sensormitte ausgehende Strahlen definiert werden, zwischen denen jeweils ein vorgegebener Winkel, insb. ein Winkel in der Größenordnung von 120°, eingeschlossen ist, und die Startpositionen des mit der Messelektrode verbundenen Anschlusses, des mit der Referenzelektrode verbundenen Anschlusses und des mit der Gegenelektrode verbundenen Anschlusses derart vorgeben werden, dass jeder der Anschlüsse jeweils auf einem der drei Strahlen in einem dessen Startposition festlegenden Abstand zur Sensormitte angeordnet wird, und
- - bei jeder Ausführung des zweiten Verfahrensschritts jeweils die zu variierende Position der jeweiligen Weichlötung entlang des jeweiligen Strahls variiert wird, indem deren Abstand zur Sensormitte verändert wird.
- the connections comprise a measuring electrode connection, a reference electrode connection and a counterelectrode connection,
- - The measuring electrode terminal is electrically conductively connected to a arranged on a membrane-facing end face of the base body measuring electrode, esp. A circular disk-shaped measuring electrode, which together with a arranged on one of the base body inside of the measuring membrane arranged counter electrode connected to the counter electrode Measuring capacitor forms,
- - The reference electrode terminal electrically conductively connected to a arranged on the membrane-facing end side of the base body reference electrode, esp. An annular or annular segment-shaped, the measuring electrode outside the surrounding reference electrode is connected, which arranged together with the on the main body facing the inside of the measuring membrane disposed counter electrode Forms reference capacitor,
- the auxiliary variable is an auxiliary variable dependent on the measuring capacitance of the measuring capacitor and a reference capacitance of the reference capacitor,
- in the first execution of the first method step, three beams emanating from the center of the sensor are defined, between each of which a predetermined angle, in particular an angle in the order of magnitude of 120 °, is included, and the starting positions of the terminal connected to the measuring electrode the reference electrode connected terminal and connected to the counter electrode terminal are predetermined such that each of the terminals is arranged in each case on one of the three beams in a starting position defining the distance to the sensor center, and
- - In each execution of the second process step in each case the position of the respective soldering to be varied along the respective beam is varied by the distance to the sensor center is changed.
Eine dritte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Weichlötungen derart erzeugt werden, dass sie jeweils eine Grundfläche von kleiner gleich 2,1 mm2, insb. eine kreisscheibenförmige Grundfläche mit einem Durchmesser von kleiner gleich 1,6 mm, aufweisen, und/oder als im Wesentlichen scheibenförmige Weichlötungen ausgebildet sind, deren Scheibendicke kleiner gleich einem 2-fachen eines Durchmessers der Anschlussleitungen ist, wobei deren Scheibendicke insb. größer gleich einem 1,5-fachen des Durchmessers der Anschlussleitungen ist.A third development is characterized in that the soft solderings are produced such that they each have a base area of less than or equal to 2.1 mm 2 , in particular a circular disk-shaped base area with a diameter of less than or equal to 1.6 mm, and / or are formed as substantially disc-shaped Weichlötungen whose disc thickness is less than or equal to 2 times a diameter of the connecting lines, wherein the thickness of the disc in particular greater than or equal to a 1.5 times the diameter of the connecting lines.
Des Weiteren umfasst die Erfindung eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Druckmesseinrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Druckmesseinrichtung in einem vorgegebenen Temperaturbereich, insb. einem Temperaturbereich von -10 °C bis + 70°C oder von - 40°C bis + 125°C, bei mindestens einem der vorgegebenen Drücke, insb. dem Nullpunkt-Druck, oder im gesamten Messbereich eine auf eine Messspanne normierte Hysterese von kleiner gleich 0,04 %, insb. kleiner gleich 0,02 %, insb. kleiner gleich 0,01 % aufweist.Furthermore, the invention comprises a pressure measuring device produced by the method according to the invention, which is characterized in that the pressure measuring device in a predetermined temperature range, esp. A temperature range from -10 ° C to + 70 ° C or from - 40 ° C to + 125 ° C, at least one of the predetermined pressures, in particular the zero-point pressure, or in the entire measuring range, a hysteresis normalized to a measuring span of less than or equal to 0.04%, in particular less than or equal to 0.02%, in particular less than or equal to 0.01 % having.
Eine erste Weiterbildung der Druckmesseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einer der Anschlüsse
- - eine außenseitlich im Wesentlichen allseitig von einer keramische Oberfläche des Grundkörpers umgebene Grundfläche aufweist, die im Wesentlichen gleich der Grundfläche der darauf erzeugten Weichlötung ist,
- - am Endes einer auf den Grundkörper aufgebrachten Leitung oder eines leitungsförmigen Fortsatzes einer auf den Grundkörper aufgebrachten Beschichtung angeordnet ist, wo er abgesehen von dessen an die Leitung bzw. den Fortsatz angrenzenden Bereich außenseitlich, allseitig von der keramischen Oberfläche des Grundkörpers umgeben ist, oder
- - außenseitlich von einer Lötstoppschicht oder einer im Grundkörper vorgesehenen Nut umgeben ist.
- an outer surface substantially surrounded on all sides by a ceramic surface of the base body, which is substantially equal to the base of the soft soldering produced thereon,
- - Is arranged at the end of a line applied to the body or a line-shaped extension of a coating applied to the body coating, where it is outside of its adjacent to the line or the extension area outside, on all sides surrounded by the ceramic surface of the body, or
- - Is surrounded on the outside by a Lötstoppschicht or provided in the main body groove.
Eine zweite Weiterbildung der Druckmesseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anschlüsse
- - einen oder mehrere unter Verwendung eines Hartlots, insb. eines weichlötfähigen Kupfer, Silber und Titan umfassenden Hartlots, auf den Grundkörper aufgebracht Anschlüsse umfassen, und/oder
- - einen oder mehrere Anschlüsse umfassen, die jeweils eine auf den Grundkörper aufgebrachte Hartlötung umfassen, auf der eine oder mehrere aufeinander angeordnete Schichten angeordnet sind, wobei die Schichten insb. eine als Haftvermittler dienende Primärschicht, insb. eine Chrom enthaltende Primärschicht, eine oder mehrere weitere Schichten, insb. eine oder mehrere Nickel und/oder Vanadium enthaltende weitere Schichten, und/oder eine als Oxidationsschutz ausgebildete weichlötfähige Oberschicht, insb. eine Gold umfassende Oberschicht, umfassen, und/oder
- - mindestens einen Anschluss umfassen, der als Teilbereich einer auf den Drucksensor aufgebrachten leitfähigen, weichlötfähigen Beschichtung ausgebildet ist oder auf einem Teilbereich einer auf den Drucksensor aufgebrachten leitfähigen Beschichtung angeordnet ist.
- - comprising one or more brazing alloys comprising a brazing alloy, in particular a soft solderable copper, silver and titanium, connections applied to the base body, and / or
- - comprise one or more terminals, each comprising a brazing applied to the base body, on which one or more layers arranged on one another are arranged, wherein the layers esp. Serving as primer primary layer, esp. A chromium-containing primary layer, one or more further Layers, in particular one or more nickel and / or vanadium-containing further layers, and / or a soft solderable upper layer designed as an oxidation protection, in particular a gold-comprising upper layer, comprise, and / or
- comprise at least one terminal which is formed as a portion of a conductive, weichlötfähigen coating applied to the pressure sensor or disposed on a portion of a conductive coating applied to the pressure sensor.
Eine dritte Weiterbildung der Druckmesseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einer der Anschlüsse über eine auf die membran-abgewandte Stirnseite des Grundkörpers aufgebrachte Leitung, eine auf den Grundkörper aufgebrachte Beschichtung und/oder eine durch den Grundkörper hindurch führende Durchkontaktierung mit der zugehörigen Komponente des Wandlers verbunden ist.A third development of the pressure measuring device is characterized in that at least one of the connections via a line applied to the membrane-facing end face of the body, a coating applied to the body coating and / or passing through the body through-hole with the associated component of the transducer connected is.
Eine vierte Weiterbildung der Druckmesseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - die Hilfsgröße eine von der Messkapazität des Messkondensators und der Referenzkapazität des Referenzkondensators abhängige Hilfsgröße, insb. eine von einer auf die Messkapazität des Messkondensators bezogenen Differenz von Messkapazität und Referenzkapazität abhängige Hilfsgröße, ist, und
- - die Anschlüsse, nämlich der Messelektroden-Anschluss, der Gegenelektroden-Anschluss und der Referenzelektroden-Anschluss, in einem Dreieck angeordnet sind,
- - wobei der mit der Gegenelektrode verbundene Anschluss und der mit der Referenzelektrode verbundene Anschluss jeweils auf einem Bereich der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnet sind, der einen der Messelektrode gegenüberliegenden Bereich der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers außenseitlich umgibt, und
- - wobei der mit der Messelektrode verbundene Anschluss in einem äußeren Randbereich des der Messelektrode gegenüberliegenden Bereichs der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnet ist.
- the auxiliary variable is an auxiliary variable dependent on the measuring capacitance of the measuring capacitor and the reference capacitance of the reference capacitor, in particular an auxiliary variable dependent on a difference between measuring capacitance and reference capacitance related to the measuring capacitance of the measuring capacitor
- the terminals, namely the measuring electrode terminal, the counterelectrode terminal and the reference electrode terminal, are arranged in a triangle,
- - Wherein the connection connected to the counter electrode and the connection connected to the reference electrode are each arranged on a region of the membrane-remote end face of the base body, which surrounds a measuring electrode opposite the region of the membrane-remote end face of the body outside, and
- - Wherein the connected to the measuring electrode terminal is arranged in an outer edge region of the measuring electrode opposite region of the membrane-remote end face of the base body.
Eine Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - der mit der Referenzelektrode verbundene Anschluss in einem der Referenzelektrode gegenüberliegenden Bereich der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnet ist, und
- - der mit der Gegenelektrode verbundene Anschluss einen innerhalb und einen außerhalb des der Referenzelektrode gegenüberliegenden Bereichs der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordneten Teilbereich umfasst.
- - The connected to the reference electrode terminal is disposed in an opposite region of the reference electrode of the membrane-remote end face of the base body, and
- - The connected to the counter electrode terminal comprises a within and outside of the reference electrode opposite portion of the membrane-remote end face of the body arranged portion.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Druckmesseinrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass
- - die Anschlussleitungen Drähte, insb. versilberte oder verzinnte Kupferdrähte, sind, die einen Drahtdurchmesser in der Größenordnung von einem oder wenigen Zehntelmillimetern, insb. einen Drahtdurchmesser
von kleiner gleich 0,3 mm, aufweisen, - - der Grundkörper einen Durchmesser
1,5 cm, insb.von größer gleich 1,5von 3,5 cm und/oder eine Dicke in der Größenordnung größer gleich mehreren Millimetern, insb. von 0,4cm bis cm bis 0,5 cm, aufweist, - - die Messmembran eine Membranstärke von größer gleich einem oder mehreren Zehntelmillimetern aufweist,
- - die Anschlüsse innerhalb eines außenseitlich allseitig von einem äußeren Sensor-Rand umgebenen Bereichs der membran-abgewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnet sind,
- - eine Halterung vorgesehen ist, auf der die Messelektronik vom Drucksensor beabstandet angeordnet ist, und/oder
- - das bleifreie Weichlot ein Zinn-Silber-Kupfer Lot, ein Zinn-Silber Lot, ein Zinn-Kupfer Lot, ein Nickel und Germanium enthaltendes Lot, insb. Nickel und Germanium enthaltendes Zinn-Silber-Lot, oder ein Indium- und/oder Wismut-haltiges Lot, insb. ein Indium- und/oder Wismut-haltigen Zinn-Silber-Lot ist.
- - the connecting leads are wires, in particular silver-plated or tin-plated copper wires, which have a wire diameter of the order of one or a few tenths of a millimeter, in particular a wire diameter of less than or equal to 0.3 mm,
- - The body has a diameter of greater than or equal to 1.5 cm, esp. From 1.5 cm to 3.5 cm and / or a thickness in the order of magnitude equal to several millimeters, esp. From 0.4 cm to 0.5 cm , having,
- the membrane has a membrane thickness greater than or equal to one tenth of a millimeter,
- the connections are arranged within a region of the membrane-remote end face of the main body which is surrounded on all sides by an outer sensor edge,
- - A holder is provided, on which the measuring electronics is arranged spaced from the pressure sensor, and / or
- the lead-free soft solder is a tin-silver-copper solder, a tin-silver solder, a tin-copper solder, a nickel and germanium-containing solder, especially nickel and germanium-containing tin-silver solder, or an indium and / or Bismuth-containing solder, in particular an indium and / or bismuth-containing tin-silver solder.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um Elemente sehr unterschiedlicher Abmessungen darstellten zu können, wurde eine nicht-maßstabsgetreue Darstellung gewählt.
-
1 ,4 und7 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung; -
2 zeigt: eine Ansicht der membran-zugewandten Stirnseite desGrundkörpers von 1 ; -
3 zeigt: eine Ansicht der Innenseite derMessmembran von 1 . -
5 zeigt eine Ansicht der membran-abgewandten Stirnseite und6 eine Ansicht der membran-zugewandten Stirnseite des Grundkörpers von4 ; -
8 zeigt: eine Ansicht der membran-abgewandten Stirnseite einer alternativen Ausführungsform desDrucksensors von 1 ; und -
9 zeigt: eine Ansicht der membran-abgewandten Stirnseite desDrucksensors von 7 .
-
1 .4 and7 each show an embodiment of a pressure measuring device according to the invention; -
2 shows: a view of the membrane-facing end face of the main body of1 ; -
3 shows: a view of the inside of the measuring membrane of1 , -
5 shows a view of the membrane-facing end face and6 a view of the membrane-facing end face of the main body of4 ; -
8th shows a view of the membrane-facing end side of an alternative embodiment of the pressure sensor of1 ; and -
9 shows: a view of the membrane-facing end face of the pressure sensor of7 ,
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Druckmesseinrichtung mit einem Drucksensor
Grundkörper
Grundkörper
Der hier als Beispiel dargestellte Drucksensor
Der Drucksensor
Optional kann der Wandler mindestens einen weiteren Kondensator umfassen. Ein Beispiel hierfür ist ein in
Die Messelektronik
Bei der Herstellung der Druckmesseinrichtung wird der Wandler an die Messelektronik
Die Anschlüsse
In dem in
Die Anschlüsse
Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Anschlüsse
Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Anschlüsse
Die Beschichtung
Sofern eine solche Beschichtung über eine der zuvor beschriebenen, Metallstifte aufweisenden Durchkontaktierungen
Als bleifreies Weichlot kann beispielsweise ein Zinn-Silber-Kupfer Lot, ein Zinn-Silber Lot, ein Zinn-Kupfer Lot, ein Nickel und Germanium enthaltendes Lot, insb. ein Nickel und Germanium enthaltendes Zinn-Silber-Lot, oder ein Indium- und/oder Wismut-haltiges Lot, insb. ein Indium- und/oder Wismut-haltiges Zinn-Silber Lot eingesetzt werden.As a lead-free soft solder, for example, a tin-silver-copper solder, a tin-silver solder, a tin-copper solder, a nickel and germanium-containing solder, esp. A nickel and germanium-containing tin-silver solder, or indium and or bismuth-containing solder, in particular an indium and / or bismuth-containing tin-silver solder can be used.
Die bleifreien Weichlötungen
Die bleifreien Weichlötungen
Diesem Problem wird erfindungsgemäß dadurch begegnet, dass vorab für mindestens eine der Weichlötungen
Die in dieser Hinsicht vorteilhaften Positionen der Weichlötungen
Bei Druckmesseinrichtungen, deren Messelektronik
Unabhängig von der Anzahl der Kondensatoren des Wandlers, werden die die Hysterese
Die über die dementsprechende Positionierung der Weichlötungen
Der oder die vorgegebenen Drücke
Im Unterschied hierzu muss bei der Druckbeaufschlagung von Absolutdrucksensoren mit dem Nullpunkt-Druck
Alternativ oder zusätzlich kann das Optimierungsverfahren für mindestens einen weiteren vorgegebenen Druck
Zur Auffindung der die Hysterese
Optional kann in einem dritten Verfahrensschritt zusätzlich eine Soll-Position für mindestens eine weitere Weichlötung
In Verbindung mit Druckmesseinrichtungen, deren Messelektronik
Für diese Druckmesseinrichtungen haben sich die in
Um die den Positionen der Weichlötungen
Alternativ oder zusätzlich zu Verfahrensbestandteilen der zuvor beschriebenen Optimierungs- und/oder Positionierungsverfahren kann bei der Herstellung erfindungsgemäßer Druckmesseinrichtungen aber auch derart verfahren werden, dass die Weichlötungen
Im Hinblick auf die Abmessungen der Weichlötungen
Durch unter Verwendung von Finite-Elemente-Modellen ausgeführte numerischen Analysen der Anmelderin konnte gezeigt werden, dass über die erfindungsgemäße Begrenzung der Grundfläche der Weichlötungen
Betrachtet man diese Ergebnisse im Vergleich zu dem Elektrodenabstand zwischen Messelektrode
Sowohl die Begrenzung der maximalen Amplitude der Deformationen als auch die Begrenzung Fläche der sich deformierenden Teilbereiche ist umso ausgeprägter, je kleiner die Grundflächen der Weichlötungen
Darüber hinaus weisen Drähte eine höhere Flexibilität auf als starre, z.B. säulenförmige Anschlussleitungen, wodurch eine zusätzliche Reduktion von ggfs. durch die Aufbau- und Verbindungstechnik bedingten Einflüssen auf die Messgenauigkeit bewirkt wird.In addition, wires have a higher flexibility than rigid, e.g. column-shaped connecting lines, whereby an additional reduction of possibly caused by the construction and connection technology influences on the measurement accuracy is effected.
Weichlötungen
Eine weitere Verbesserung kann optional dadurch erzielt werden, dass zusätzlich auch das Volumen der Weichlötungen
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können mittels der erfindungsgemäßen Positionierung der Weichlötungen
Bei erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtungen sind die Weichlötungen
Zusätzlich umfassen erfindungsgemäße Druckmesseinrichtungen vorzugsweise eine in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Drucksensorpressure sensor
- 33
- Messelektronikmeasuring electronics
- 55
- Grundkörperbody
- 77
- Druckkammerpressure chamber
- 99
- Messmembranmeasuring membrane
- 1111
- Fügungcoincidence
- 1313
- Druckzuleitungpressure supply line
- 1515
- Messelektrodemeasuring electrode
- 1717
- Gegenelektrodecounter electrode
- 1919
- Referenzelektrodereference electrode
- 2121
- Anschlussconnection
- 2323
- Anschlussconnection
- 2525
- Anschlussconnection
- 2727
- Durchkontaktierungvia
- 2929
- leitfähige Verbindungconductive connection
- 3131
- Randedge
- 3333
- Randedge
- 3535
- Weichlötungsoft soldered
- 3737
- Anschlussleitungconnecting cable
- 3939
- Beschichtungcoating
- 4141
- Fortsatzextension
- 4242
- Hartlötungbrazing
- 4343
- Leitungmanagement
- 4545
- Sensor-RandSensor Edge
- 4747
- Gehäusecasing
- 4949
- Dichtungpoetry
- 5151
- Absatzparagraph
- 5353
- Gegenlagerthrust bearing
- 5555
- Halterungbracket
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013101315 A1 [0003, 0004]DE 102013101315 A1 [0003, 0004]
Claims (15)
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DE102017114299.1A DE102017114299A1 (en) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Method for producing a pressure measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102017114299.1A DE102017114299A1 (en) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Method for producing a pressure measuring device |
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---|---|
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Family Applications (1)
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Citations (4)
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DE102013106045A1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-11 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Capacitive ceramic pressure measuring cell and method for its production |
-
2017
- 2017-06-28 DE DE102017114299.1A patent/DE102017114299A1/en active Pending
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Date | Code | Title | Description |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: HAHN, CHRISTIAN, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE Representative=s name: ANDRES, ANGELIKA, DIPL.-PHYS., DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: ANDRES, ANGELIKA, DIPL.-PHYS., DE |
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