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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung mit zumindest einer Drucksensoreinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung, die zumindest eine Drucksensoreinrichtung aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung, in welche wenigstens eine solche Drucksensoranordnung integriert ist.
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Bekannt sind Drucksensoranordnungen mit mikromechanisch bearbeiteten elektronischen Drucksensoren (MEMS-Drucksensoren), die wenigstens eine deformierbare drucksensitive Membran aufweisen, die typischerweise der interessierenden Medienumgebung ausgesetzt wird, um dort den Druck kontinuierlich zu messen und zu überwachen. Während hierbei etwa die Messung des Atmosphärendrucks in Anwendungen der Verbraucherelektronik lediglich ein stabiles Sensormodul innerhalb eines schützenden Gehäuses (bspw. eines Mobiltelefons) verlangt, benötigt derselbe elektronische Drucksensor die Verwendung mit einem Isolationsmedium (bspw. einem Gel oder Öl) als zusätzlichen Schutz gegen Staub, Partikel, Feuchte oder Abgase sowie weitere korrosive oder aggressive Medien in industriellen oder Automotive-Anwendungen.
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Bei gelgefüllten Sensoren kann es sich, wenn diese korrosiven oder aggressiven Medien wie etwa Abgasen ausgesetzt werden, als nachteilig erweisen, dass trotz des Schutzes die betreffenden Gase nach wie vor das Gel beaufschlagen und metallische Verbindungen des MEMS-Drucksensors, seiner ASIC und das Substrat korrosiv angreifen können. Deren Zuverlässigkeit und Funktionalität kann hierdurch auf lange Sicht beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund sollten sowohl die aktive Region des MEMS-Sensors (also bspw. dessen PiezoWiderstände), als auch die ASIC (Application Specific Integrated Circuit - Anwendungsspezifische integrierte Schaltung; Signalverarbeitungselektronik) solch aggressiven Medien nicht ausgesetzt werden. Neben solchen Zuverlässigkeitsproblemen können die erwähnten Gele auch dahingehend Anlass zur Sorge geben, als sie bei Drücken oberhalb von 5 bar zur Blasen- und/oder Schaumbildung neigen können. Der Einsatz eines durch ein Öl anstatt durch ein Gel gebildeten Puffers bei Anwendungen mit notwendiger Medienisolation von Komponenten des Sensorsystems stellt in diesem Zusammenhang eine geeignete Alternative dar.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei bekannten Verwendungen von ölgefüllten Drucksensoren kommen typischerweise Stahlmembranen zum Einsatz, die ein Kunststoff- oder Metallgehäuse verschließen, in welchem das Sensorelement zur Druckbestimmung angeordnet und von einem inkompressiblen Öl zur Vermittlung der Druckkraft umgeben ist. Solche Drucksensoren sind zwar sehr widerstandsfähig gegenüber den aggressiven Medien, jedoch in ihrer Herstellung aufwändig.
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Die vorliegende Erfindung soll daher Drucksensoranordnung mit zumindest einer Drucksensoreinrichtung zur Verfügung stellen, die zum einen robust bzw. geschützt gegen aggressive Medien ausgebildet ist, die zum anderen aber auch einen einfachen Temperaturabgleich zur Kompensation des Einflusses der Ölfüllung über die Temperatur gestattet und außerdem kostengünstig herstellbar ist. Außerdem sollen Temperaturänderungen eines Gehäuses der Drucksensoranordnung keine erhebliche Beeinträchtigung oder Beeinflussung des Sensorelements der Drucksensoranordnung bewirken.
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Die Lösung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 besteht insbesondere darin, dass an der Drucksensoranordnung eine Drucksensoreinrichtung vorgesehen ist, welche einen Stapel mit einem keramischen Substrat, mindestens einem Signalverarbeitungselement und mindestens einem Sensorelement aufweist. Die Drucksensoreinrichtung ist in ein mit einer Membran versehenes Sensorgehäuse eingebracht, und ein Restvolumen des mit der Membran versehenen und durch diese verschlossenen Sensorgehäuses ist mit einem inkompressiblen Fluid verfüllt.
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Mit der Erfindung wird demnach in geeigneter Weise und insbesondere mit einfachen Mitteln und kostengünstig ein Schutz für die Drucksensoreinrichtung gegenüber aggressiven Medien zur Verfügung gestellt. Bei Verwendung eines geeigneten Sensorelements lässt sich die Drucksensoreinrichtung vor der Anordnung in dem Drucksensorgehäuse bereits abgleichen, einzeln, aber auch in ganzen Chargen gleichzeitig. Durch das keramische Substrat können das Signalverarbeitungselement und/oder das Sensorelement thermisch von dem Sensorgehäuse entkoppelt werden.
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Da das Sensorgehäuse insbesondere aus einem Metall bestehen kann, und das Signalverarbeitungselement und/oder das Sensorelement insbesondere aus Silizium bestehen oder Silizium aufweisen können, kann das keramische Substrat auch einen Unterschied in den Ausdehnungskoeffizienten dieser Materialien kompensieren bzw. abschwächen. Das keramische Substrat ist somit auch als ein Kompensationselement bezeichenbar.
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Das Signalverarbeitungselement (insbesondere eine ASIC) kann verschiedene Grundfunktionen zur Verfügung stellen, die an deren Elektronik bereits integriert sind, so ist diese beispielsweise für die Spannungsversorgung des Sensorelements zuständig, wertet dessen Spannungs- und ggf. Temperatursignal aus, und führt überdies eine Kennlinienkorrektur der Druckmessung durch, weiter kann es mit Filtern, und Signalverarbeitungselektronik sowie Diagnose- und Fehlererkennungsfunktionen versehen sein. Durch eingangsseitige Digitalisierung kann die ASIC eine insgesamt digitale Signalverarbeitung (etwa für das Brückensignal der Widerstände) ermöglichen und die Datenübertragung durch einen internen Takt auch triggern. Sie kann beispielsweise auch direkt an ein Steuergerät angeschlossen werden.
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Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Gegenstände der Unteransprüche.
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In einigen vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drucksensoranordnung ist das mindestens eine Signalverarbeitungselement zwischen dem keramischen Substrat und dem mindestens einen Sensorelement gesandwicht, sodass sich eine besonders kompakte Anordnung mit kurzen Signalwegen und vereinfachter Herstellung ergibt.
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In einigen vorteilhaften Ausgestaltungen kann das Sensorelement als APSM (Advanced Porous Silicon MEMS) - Sensorelement vorgesehen und eingerichtet sein. Das Sensorelement ist dabei in vorteilhafter Weise in einem APSM-Prozess (Advanced Porous Silicon Membrane) hergestellt, bei dem eine monokristalline Startschicht für die spätere Membran erzeugt wird. Diese wird anschließend anhand eines Ätzverfahrens unterätzt und eine poröse Siliziumschicht erzeugt, wo anschließend eine Kavität sein wird. Anschließend wird epitaktisch eine monokristalline Siliziumschicht aufgebracht, die später die Sensorelementmembran bildet. Durch Temperaturbeaufschlagung (Atomumlagerung) wird eine Kavität unter Vakuum geschaffen, die später die Absolutdruck-Messung gestattet. An der Membran aufgebrachte Piezowiderstände messen dann die Durchbiegung der Membran. Mit diesem APSM-Prozess, der beispielsweise in der
DE 10 2004 036 035 A1 und
EP 1810947 B1 beschrieben wird, lässt sich eine robuste Membran schaffen, außerdem kommt dieser Prozess in vorteilhafter Weise mit rein oberflächenmechanischer Bearbeitung aus. Die entstandene monokristalline Schicht ist dabei absolut dicht und stabil. Das Sensorelement kann aber auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als sogenanntes stressentkoppeltes Sensorelement.
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Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen können an der erfindungsgemäßen Drucksensoranordnung weitere passive elektrische Strukturen bzw. Komponenten vorgesehen sein, die in deren Substrat eingebracht sind. Bereits oben erwähnt wurde die Sensorelementmembran aus einer monokristallinen Siliziumschicht, an der Widerstände angeordnet sein können, diese können etwa an der Schicht eindiffundiert sein, so dass es abhängig von der Verformung der Sensorelementmembran zur Ausbildung einer Widerstandsänderung bei Beaufschlagung kommt, die Widerstände sind dabei in Art einer Wheatstonebrücke geschaltet. Da hierbei keine Spannung erzeugt wird, sondern über die Druckänderung nur der elektrische Widerstand geändert wird, handelt es sich hierbei um passive Elemente bzw. Strukturen, deren Temperaturabhängigkeit ebenfalls durch die Brückenschaltung eliminiert werden kann. Solche Sensoren weisen eine relativ hohe Empfindlichkeit auf und können zu günstigen Kosten hergestellt werden.
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Um die an dem Sensorgehäuse angeordnete, den aufgebrachten Druck aufnehmende und vermittelnde Membran der Drucksensoreinrichtung in vorteilhafter Weise vor unerwünschten mechanischen Einflüssen, wie etwa Druckspitzen, in einem zu vermessenden Volumenstrom schützen zu können, kann gemäß einigen vorteilhaften Weiterbildungen an der Drucksensoranordnung an der dem Sensorgehäuse abgewandten Seite der Membran ein mechanisches Schutzglied angeordnet sein, welches die Membran im Wesentlichen mittelbar überdeckt. Dabei kann es sich beispielsweise etwa um eine sich im Wesentlichen parallel zu der Membran erstreckende, mit dem Gehäuse verbundene, unterbrochenen Platte oder eine Art Gitter handeln. Die betreffenden Durchbrüche erlauben den Zugriff des zu vermessenden Mediums auf die Membran, deren Druckbeaufschlagung dann an die Sensorelementmembran weiter gegeben werden kann. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar.
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In geeigneter Weise das Sensorelement vor aggressiven und /oder korrosiven Medien schützend, kann das inkompressible Fluid als Öl, beispielsweise als synthetisches Öl, ausgebildet sein. Nach Anordnung der Drucksensoreinrichtung innerhalb des Drucksensorgehäuses werden verbliebene Restvolumina vor Verschließen des Gehäuses mit einer Membran oder einem anderen Verschluss vorteilhaft mit dem betreffenden inkompressiblen Fluid aufgefüllt, sodass ein allseitiger Schutz des Sensorelements bzw. der Drucksensoreinrichtung gewährleistet ist. Es ist auch die Verwendung anderer inkompressibler Medien, beispielsweise anderer geeigneter Öle denkbar.
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Dabei ist bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Drucksensoranordnung auch das Design des Ölpuffers von Belang, der vorteilhaft die Positionierung der Drucksensoreinrichtung innerhalb des Drucksensorgehäuses derart vorsieht, dass das Sensorelement dauerhaft durch allseitige Einbettung in den Ölpuffer einem isostatischen Druck ausgesetzt ist, so dass auch hierdurch eine physikalische Schädigung der Drucksensoreinrichtung sicher vermieden werden kann.
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Die Erfindung schafft gemäß dem Anspruch 7 auch ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten:
- - Herstellen der Drucksensoreinrichtung, umfassend Stapeln eines keramischen Substrats, eines Signalverarbeitungselements und eines Sensorelements;
- - Einbringen der Drucksensoreinrichtung in ein mit einer Membran zu versehendes Drucksensorgehäuse;
- - Verfüllen eines nach dem Einbringen der Drucksensoreinrichtung innerhalb des Drucksensorgehäuses verbliebenen Restvolumens mit einem inkompressiblen Fluid; und
- - Verschließen des Drucksensorgehäuses durch eine Membran.
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Auch mit dem genannten Verfahren wird in geeigneter Weise und insbesondere mit einfachen Mitteln und kostengünstig ein Schutz für eine Drucksensoreinrichtung gegenüber aggressiven Medien gewährleistet. Bei Verwendung eines geeigneten Sensorelements lässt sich die Drucksensoreinrichtung vor der Anordnung in dem Drucksensorgehäuse bereits abgleichen, einzeln, aber auch in ganzen Chargen gleichzeitig.
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Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, die Drucksensoreinrichtung mit dem Sensorelement vor dem Einbetten in das Drucksensorgehäuse hinsichtlich der Temperatur zu kompensieren, so dass in einer Drucksensoranordnung eine bereits abgeglichene Drucksensoreinrichtung sofort bzw. jederzeit einsetzbar ist, die darüber hinaus kostengünstig bereit gestellt werden kann, da dieser Abgleich bei bekannten Parametern an der Drucksensoreinrichtung für viele Drucksensoreinrichtungen in kurzer Zeit durchführbar ist. Dies hängt auch mit dem Umstand zusammen, dass diese Drucksensoreinrichtungen durch bei der Fabrikation von Halbleitern, insbesondere von MEMS-Modulen, sowie deren Zusammenbau zu Messmodulen gebräuchliche Standardmaschinen gefertigt und verarbeitet werden können.
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Vorteilhaft können elektrische Zugänge der Drucksensoreinrichtung an einer Gehäuseseite des Drucksensorgehäuses angeordnet sein, welche abgewandt ist von einer anderen Gehäuseseite, an welcher ein Druckzugang angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Drucksensoreinrichtung an einer ersten Seite mit einem Medium, dessen Druck zu sensieren ist, in Verbindung gebracht werden, während auf der von dem Medium abgewandten Seite des Drucksensorgehäuses Signale der Drucksensoreinrichtung abgegriffen werden können. Überdies können die elektrischen Zugänge dann einfach verschaltet werden.
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Nach Füllung mit dem inkompressiblen Fluid kann die betreffende Befüllöffnung an dem Drucksensorgehäuse mittels einer Versiegelungskugel (engl. „ball-press sealing“) verschlossen und versiegelt werden.
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Zur Minimierung des Fluidvolumens an inkompressibler Flüssigkeit in dem Innern des Drucksensorgehäuses kann bei vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen einem oder mehreren Gehäusebereichen des Drucksensorgehäuses und dem Sensorelement wenigstens ein Füllelement, bevorzugt eine Mehrzahl von Füllelementen, angeordnet werden. Dies können kunststoffartige, keramische oder metallene Teile sein, die auch als Spacer bezeichnet werden. Bevorzugt kann bei einer weiteren Variante dann etwa ein Füllelement oder eine Mehrzahl von Füllelementen innerhalb des Drucksensorgehäuses, gegebenenfalls gemeinsam mit dem Sensorelement eine geschlossene Struktur bilden.
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Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung ist in Anspruch 10 definiert. Bevorzugt kann dabei zwischen dem Randbereich und dem Flansch ein Dichtmittel, beispielsweise ein O-Ring, anordenbar sein.
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Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile kann auf die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Drucksensoranordnung und ihrem Herstellungsverfahren verweisen werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. In teilweise schematisierter Darstellung zeigen hierbei
- 1 eine schematische Darstellung einer Drucksensoreinrichtung einer im Entstehen begriffenen Drucksensoranordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 2a-d verschiedene perspektivische Darstellungen einer Ausführungsform der Drucksensoranordnung;
- 3 eine geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform aus den 2a-2d;
- 4 eine explodierte perspektivische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, bei der eine erfindungsgemäße Drucksensoranordnung für Anwendungen im Automotive-Sektor medienrobust in einem sogenannten 2nd level Gehäuse integriert ist.
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In allen Abbildungen sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Drucksensoreinrichtung 12 einer im Entstehen begriffenen Drucksensoranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform. Dabei ist ein keramisches Substrat 14 zu erkennen, welches mit einem Signalverarbeitungselement 24, welches insbesondere als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (engl. „application-specific integrated circuit“), ASIC, ausgebildet sein kann, gestapelt ist (engl. „stacked“). Mit dem Signalverarbeitungselement 24 wird ein Sensorelement 20, insbesondere ein APSM-Sensorelement 20, also ein Advanced Porous Silicon-MEMS-Sensorelement, verbunden bzw. gestapelt, sodass in dem resultierenden Stapel das Signalverarbeitungselement 24 zwischen dem Sensorelement 20 und dem keramischen Substrat 14 gesandwicht ist, um die Drucksensoreinrichtung 12 zu schaffen.
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In den 2a-2d sind verschiedene schematische und perspektivische Ansichten der fertiggestellten Drucksensoranordnung 10 gezeigt. Die Drucksensoranordnung 10 stellt einen Schutz der Drucksensoreinrichtung 12 aus 1 vor aggressiven Medien durch Anordnung der Drucksensoreinrichtung 12 in einem Sensorgehäuse 30 bereit, wobei das Sensorgehäuse 30 nach Anordnung der Drucksensoreinrichtung 12 durch Anordnung einer Membran 32 geschlossen und versiegelt wird.
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Die 2a zeigt dabei das Sensorgehäuse 30 über dessen Öffnung die Membran 32 positioniert ist, in der 2b ist dasselbe Sensorgehäuse 30 mit abgenommener Membran 32 dargestellt, sodass die dahinter angeordnete Drucksensoreinrichtung 12 sichtbar wird. Wie in 2b dargestellt ist, kann das flache keramische Substrat 14 an seinen Kanten mindestens eine halbkreisförmige Ausnehmung aufweisen, in welche, bei dem Anordnen der Drucksensoreinrichtung 12 in dem Sensorgehäuse 30, metallene Kontaktstifte 44, die gegenüber dem ebenfalls metallenen Sensorgehäuse durch jeweils eine ringförmige Glasisolation 45 isoliert sind, eingreifen können, um das keramische Substrat 14 besonders gut gegen Verschiebungen zu sichern.
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Die metallenen Kontaktstifte 44 können beispielsweise durch Drahtbonds mit Anschlüssen an dem Signalverarbeitungselement 24 und/oder der Drucksensoreinrichtung 12 elektrisch verbunden werden. Über aus dem Sensorgehäuse 30 herausragende Abschnitte der Kontaktstifte 44 (wie in 2a gezeigt) können somit Sensorsignale aus der Drucksensoreinrichtung 12 und/oder verarbeitete Signale aus dem Signalverarbeitungselement 24 an der Außenseite des Sensorgehäuses 30 abgegriffen werden.
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In 2b ist gezeigt, dass das keramische Substrat 14 rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet sein kann, und an jeder seiner vier Kanten, vorzugsweise in der Mitte, eine kreissektorförmige, insbesondere halbkreisförmige, Ausnehmung aufweist. Die Drucksensoranordnung 10 in 2b ist mit drei Kontaktstiften 44 versehen, welche je in eine der drei Ausnehmungen eingreifen. Es versteht sich, dass die Drucksensoranordnung 10 auch mehr oder weniger als drei Kontaktstifte 44 aufweisen kann, und dass das keramische Substrat mit mindestens so vielen Ausnehmungen ausgebildet sein kann, wie Kontaktstifte 44 vorhanden sind. Auf diese Weise können einerseits elektrische Verbindungswege zwischen der Drucksensoreinrichtung 12 und den Kontaktstiften 44 verringert werden, und andererseits kann eine sehr gute Befestigung des keramischen Substrats 14 in dem Sensorgehäuse 30 erzielt werden, indem die Kontaktstifte 44 als Abstützungen des keramischen Substrats 14 dienen.
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In 2b ist außerdem dargestellt, dass die vierte Ausnehmung in dem keramischen Substrat 14 nicht einen Kontaktstift 44 umfasst, sondern anliegend an einer Öffnung 46 in dem Gehäuse ausgebildet ist (siehe auch die nachfolgende 3). Durch die Öffnung 46 kann ein Verfüllen des Restvolumens des Sensorgehäuses 30 nach dem Einführen der Drucksensoreinrichtung 12 mit einem inkompressiblem Fluid, z.B. einem Öl, erfolgen. Die Ausnehmung in dem keramischen Substrat 14 ermöglicht eine besonders platzsparende Anordnung der Öffnung 46, nämlich ohne dass in dem Sensorgehäuse 30 ein besonders großer freier Platz neben dem keramischen Substrat 14 nur für die Öffnung 46 gelassen werden muss, wodurch sich das Restvolumen erhöhen würde.
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In das Sensorgehäuse 30 ist optional ein erstes im Wesentlichen ringförmiges Füllelement 36 eingesetzt. Wie in 2c gezeigt ist, wobei die Membran 32 nicht dargestellt ist, kann im Weiteren in das erste Füllelement 36 ein zweites im Wesentlichen kreisscheibenförmiges Füllelement 37 eingesetzt werden, welches einen zentralen Durchgang 38 aufweist. Zwischen der Membran 32 und den Füllelementen 36 und 37 bleibt ein flaches Restvolumen bestehen, das - zusammen mit dem Restvolumen unter den Füllelementen 36, 37 um die Drucksensoreinrichtung 12 herum, mit dem inkompressiblen Fluid gefüllt wird. Dadurch wird insgesamt das mit dem inkompressiblen Fluid zu füllende Restvolumen weiter verringert.
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Eine Druckschwankung bzw. ein Drucksignal kann von außen auf die Membran 32 übertragen werden, von dort auf das inkompressible Fluid zwischen Membran 32 und Füllelementen 36, 37, dann durch den Durchgang 38 innerhalb des inkompressiblen Fluids in den Raum unterhalb der Füllelemente 36, 37, und von dort auf das mindestens eine Sensorelement 20.
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Nach dem Verfüllen des Restvolumens in dem Sensorgehäuse 30 kann die zum Einfüllen verwendete Öffnung 46 verschlossen werden, z.B. mittels einer Versiegelungskugel 48 (engl. „ball-press sealing“), wie in 2d dargestellt, welche das Sensorgehäuse 30 von der der Membran 32 abgewandten Seite zeigt.
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Die 3 zeigt eine Querschnittsansicht der Drucksensoranordnung 10 aus den 2a-d. In der 3 erkennt man dabei wiederum die von der Ölfüllung 38 umgebene Drucksensoreinrichtung 12, welche in dem Sensorgehäuse 30 angeordnet ist. An dem Sensorgehäuse 30 ist die Membran 32, die den Druck von außen über die Ölfüllung 38 an das Sensorelement 20 vermittelt, durch einen Gehäusering 42 gehalten. Die elektrische Kontaktierung der Drucksensoreinrichtung 12 ist durch die metallenen Kontaktstifte 44 nach außen geführt.
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Die 4 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel einer Drucksensoranordnung 10 als medienrobustes Sensorpaket, das in einer Messvorrichtung 100 einer Automotive-Anwendung, das ein sogenanntes 2nd level Package bildet, angeordnet ist. Die Drucksensoranordnung 10 ist hierbei in einer Aufnahme 107 eines Steckergehäuses 102 aufgenommen, dessen elektrische Kontakte 103 in Gebrauchsstellung mit den Kontaktstiften 44 des Sensorgehäuses 30 kontaktiert sind. Die Drucksensoranordnung 10 weist zum mechanischen Schutz ihrer Membran 32 ein Schutzglied 48 in Form einer stirnseitigen, durchbrochenen, mit dem Sensorgehäuse 30 verbundenen Platte 49 auf. Das Schutzglied 48 des Sensorgehäuses 30 der Drucksensoranordnung 10 ist dem Anschlussstück 104 des Pakets zugewandt, dessen der Drucksensoranordnung 10 zugewandte Fläche bildet einen Flansch 105, an welchem die Drucksensoranordnung 10 sich abstützt. Zwischen diesen beiden ist außerdem ein Dichtmittel 106 in Art eines O-Rings angeordnet.
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Demnach betrifft die vorstehend beschriebene Erfindung eine Drucksensoranordnung 10 mit zumindest einer Drucksensoreinrichtung 12, die einen Stapel mit einem keramischen Substrat 14, mindestens einem Signalverarbeitungselement 24 und mindestens einem Sensorelement 20 aufweist. Die Drucksensoreinrichtung 12 ist in ein mit einer Membran 32 versehenes Sensorgehäuse 30 eingebracht. Ein Restvolumen des mit der Membran 32 versehenen Sensorgehäuses 30 ist mit einem inkompressiblen Fluid verfüllt.
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Die beschriebene Drucksensoranordnung 10 ermöglicht einen Schutz der Drucksensoreinrichtung 12 mit ihrem Sensorelement 20 (insbesondere APSM-Sensorelement) und mit dem Signalverarbeitungselement 24 (insbesondere einer ASIC) gegenüber aggressiven Medien durch Platzierung in einer Ölfüllung des Sensorgehäuses 30. Die Drucksensoranordnung 10 mit zumindest einer Drucksensoreinrichtung 12 ist zum einen also robust bzw. geschützt gegen aggressive Medien ausgebildet, zum anderen ist aber auch ein einfacher Temperaturabgleich zur Kompensation des Einflusses der Ölfüllung über die Temperatur an ihr möglich, überdies ist sie kostengünstig herstellbar. Es erweist sich hierbei, dass die betreffende Drucksensoranordnung 10 besonders vorteilhaft in einem mittleren Druckbereich zwischen 5 bar und etwa 70 bar eingesetzt werden kann, ohne der Gefahr von Beschädigungen zu unterliegen. Durch die Einbettung der Drucksensoreinrichtung 12 in die Ölfüllung der Drucksensoranordnung 10 ist dies selbst dann möglich, wenn die einzelne Drucksensoreinrichtung 12 an sich möglicherweise lediglich für geringe Drücke von unter 10 bar, insbesondere von unter 5 bar, ausgelegt ist.
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Das keramische Substrat 14 bewirkt eine vorteilhafte thermische und mechanische Entkopplung des Signalverarbeitungselements 24 und des Sensorelements 20 von dem Sensorgehäuse 30.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6311561 B1 [0003]
- US 6577244 B2 [0003]
- US 6938490 B2 [0003]
- DE 102004036035 A1 [0013]
- EP 1810947 B1 [0013]
