DE102018108744A1 - Method for producing a pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, der mindestens einen mittels mindestens einer Fügung (9) mit mindestens einem metallischen Körper (7) verbundenen keramischen Körper (5) umfasst, beschrieben, mit dem auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise eine vergleichsweise hohe Druckfestigkeit und/oder Dichtheit der jeweiligen Fügung (9) erzielt werden kann, bei dem als metallischer Körper (7) ein Körper eingesetzt wird, der eine als aktive Komponente eines zum Aktivhartlöten des keramischen Körpers (5) geeigneten Aktivhartlots einsetzbare aktive Komponente umfasst, eine Anordnung erzeugt wird, die den keramischen Körper (5), den metallischen Körper (7) und ein Hartlot (13) umfasst, wobei das verwendete Hartlot (13) frei von zum Aktivhartlöten einsetzbaren aktiven Komponenten ist, und die Anordnung auf eine Fügetemperatur erwärmt wird, bei der das Hartlot (13) aufgeschmolzen wird, ein Anteil der im metallischen Körper (7) enthaltenen aktive Komponente durch das mit dem metallischen Körper (7) in Kontakt stehende und/oder in Kontakt gelangende, aufgeschmolzene Hartlot (13) hindurch zur Keramik des keramischen Körpers (5) diffundiert und dort derart mit der Keramik reagiert, dass sich eine die aktive Komponente umfassende chemische Verbindung ausbildet.It is a method for producing a pressure sensor, the at least one by means of at least one joint (9) with at least one metallic body (7) connected ceramic body (5) described, with the comparatively simple and cost-effective manner, a comparatively high compressive strength and / or tightness of the respective joint (9) can be achieved, in which as the metallic body (7) a body is used which comprises an active component which can be used as an active component of an active brazing active ceramic brazing active component, generates an array comprising the ceramic body (5), the metallic body (7) and a brazing filler metal (13), wherein the brazing material (13) used is free from active brazing active components, and the assembly is heated to a bonding temperature the hard solder (13) is melted, a proportion of the active component contained in the metallic body (7) NEN through the with the metallic body (7) in contact and / or coming into contact, molten brazing material (13) diffuses through to the ceramic of the ceramic body (5) and there reacts with the ceramic such that one comprising the active component forms chemical compound.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, der mindestens einen mittels mindestens einer Fügung mit mindestens einem metallischen Körper verbundenen keramischen Körper umfasst, sowie einen mittels dieses Verfahrens hergestellten Drucksensor.The invention relates to a method for producing a pressure sensor which comprises at least one ceramic body connected by means of at least one joint to at least one metallic body, and to a pressure sensor produced by means of this method.
Drucksensoren werden in der industriellen Messtechnik zur messtechnischen Erfassung von Drücken eingesetzt.Pressure sensors are used in industrial metrology for the metrological detection of pressures.
Hierzu werden unter anderem auch keramische Drucksensoren eingesetzt, die mindestens einen keramischen Körper, wie z.B. einen Grundkörper und/oder eine unter Einschluss einer Druckkammer mit dem Grundkörper verbundene Messmembran, umfassen. Bei diesen Drucksensoren ist es je nach Ausgestaltung erforderlich, einen oder mehrere keramische Körper des Drucksensors jeweils mittels mindestens einer Fügung mit einem metallischen Körper zu verbinden. Diese Fügungen müssen je nach Position derselben unter Umständen hohen Anforderungen an deren Druckfestigkeit und/oder deren Dichtheit erfüllen.Among others, ceramic pressure sensors are used which comprise at least one ceramic body, e.g. a base body and / or a measuring membrane, including a pressure chamber connected to the base body. Depending on the design, these pressure sensors require one or more ceramic bodies of the pressure sensor to be connected to a metallic body by means of at least one joint. Depending on their position, these joints may, under certain circumstances, have to meet high demands on their pressure resistance and / or their tightness.
Ein Beispiel hierfür sind Durchführungen, die jeweils einen als Stift ausgebildeten, mittels einer Fügung druckdicht mit dem Grundkörper verbundenen, durch den Grundkörper hindurch verlaufenden metallischen Körper umfassen, über den eine daran angeschlossene Sensorkomponente des Drucksensors durch den Grundkörper hindurch elektrisch kontaktierbar und/oder an eine Messelektronik anschließbar ist.An example of this are feedthroughs, each of which comprises a pin-shaped, pressure-tight manner connected by a joint to the body through the body extending through metallic body, via which a connected thereto sensor component of the pressure sensor through the body through electrically contacted and / or to a Measuring electronics can be connected.
So ist beispielsweise in der
Damit ist die Druckfestigkeit und die Dichtheit der Aktivhartlötung in hohem Maße mitbestimmend für die Druckfestigkeit und die Dichtheit der Durchführung. Da die Bohrung in der Druckkammer mündet, ist eine hohe Druckfestigkeit der Aktivhartlötung insb. dann erforderlich, wenn die Druckkammer im Messbetrieb unter Umständen sehr hohen Drücken ausgesetzt sein kann. Das ist insb. bei Differenzdrucksensoren der Fall, die eine zwischen zwei Grundkörpern angeordnete, mit jedem der Grundkörper jeweils unter Einschluss einer Druckkammer verbundene Messmembran aufweisen. Eine hohe Dichtheit ist z.B. insb. dann erforderlich, wenn der Drucksensor als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, dessen Druckkammer evakuiert ist.Thus, the compressive strength and the tightness of the active brazing is largely determined by the pressure resistance and tightness of the implementation. Since the bore opens into the pressure chamber, a high compressive strength of the active brazing is esp. Required when the pressure chamber may be exposed to very high pressures in the measuring operation under certain circumstances. This is especially the case with differential pressure sensors, which have a measuring diaphragm arranged between two basic bodies and connected to each of the basic bodies in each case enclosing a pressure chamber. A high tightness is e.g. esp. Required when the pressure sensor is designed as an absolute pressure sensor whose pressure chamber is evacuated.
Aktivhartlötungen werden mittels eines Aktivhartlots hergestellt, das eine aktive Komponente umfasst, die beim Aktivhartlöten mit der Keramik reagiert. Dabei wird durch Reduktion der Keramik eine mechanisch hochfeste chemische Verbindung zwischen der Keramik und dem Aktivhartlot bewirkt.Active brazes are made by means of an active braze comprising an active component which reacts with the ceramic during active brazing. In this case, a reduction of the ceramic causes a mechanically high-strength chemical bond between the ceramic and the active brazing material.
Aktivhartlote bieten den Vorteil, dass sie aufgrund der darin enthaltenen aktiven Komponente in der Lage sind, keramische Bauteile zu benetzen und ein direktes Löten von keramischen Bauteilen ohne vorherige Metallisierung der Keramik zu ermöglichen.Active hard solders offer the advantage of being able to wet ceramic components and allow direct brazing of ceramic components without prior metallization of the ceramic due to the active component contained therein.
Nachteilig ist jedoch, dass die aktive Komponente ein kontrolliertes Aufschmelzen des Aktivhartlots erschwert, Aktivhartlote vergleichsweise schlechte Fließeigenschaften aufweisen und die Benetzung der Keramik und/oder die zur Ausbildung der hochfesten chemischen Verbindung führende Reaktion nicht durch Kapillareffekte gefördert werden kann. Das führt unter anderem dazu, dass Aktivhartlote nur in begrenztem Maße in der Lage sind, in vergleichsweise enge Spalte einzudringen.The disadvantage, however, is that the active component makes controlled melting of the active brazing material difficult, active brazing alloys have comparatively poor flow properties and wetting of the ceramic and / or the reaction leading to the formation of the high-strength chemical compound can not be promoted by capillary effects. Among other things, this leads to the fact that active hard solders are only able to penetrate into comparatively narrow gaps to a limited extent.
Diesem Problem kann auf die in der
Die Beschichtung des Tantal-Stifts mit dem Aktivhartlot stellt jedoch einen zusätzlichen, vergleichsweise aufwendigen Verfahrensschritt dar, der die Herstellungskosten dieser Drucksensoren erhöht.However, the coating of the tantalum pin with the active hard solder represents an additional, comparatively complicated method step, which increases the manufacturing costs of these pressure sensors.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors anzugeben, der mindestens einen mittels mindestens einer Fügung mit mindestens einem metallischen Körper verbundenen keramischen Körper umfasst, mit dem auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise eine vergleichsweise hohe Druckfestigkeit und/oder Dichtheit der jeweiligen Fügung erzielt werden kann.It is an object of the invention to specify a method for producing a pressure sensor which comprises at least one ceramic body connected by means of at least one joint to at least one metallic body, with which in comparatively simple and cost-effective manner a comparatively high pressure resistance and / or tightness of the respective Can be achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, der mindestens einen mittels mindestens einer Fügung mit mindestens einem metallischen Körper verbundenen keramischen Körper umfasst, gelöst, bei dem
als metallischer Körper ein Körper eingesetzt wird, der eine als aktive Komponente eines zum Aktivhartlöten des keramischen Körpers geeigneten Aktivhartlots einsetzbare aktive Komponente umfasst,
eine Anordnung erzeugt wird, die den keramischen Körper, den metallischen Körper und ein Hartlot umfasst, wobei das Hartlot frei von zum Aktivhartlöten einsetzbaren aktiven Komponenten ist, und
die Anordnung auf eine Fügetemperatur erwärmt wird, bei der das Hartlot aufgeschmolzen wird, ein Anteil der im metallischen Körper enthaltenen aktiven Komponente durch das mit dem metallischen Körper in Kontakt stehende und/oder in Kontakt gelangende, aufgeschmolzene Hartlot hindurch zur Keramik des keramischen Körpers diffundiert und dort derart mit der Keramik reagiert, dass sich eine die aktive Komponente umfassende chemische Verbindung ausbildet.This object is achieved by a method for producing a pressure sensor which comprises at least one connected by means of at least one joint with at least one metallic body ceramic body, in which
a metallic body is used which comprises an active component which can be used as an active component of an active brazing agent suitable for active brazing of the ceramic body,
producing an assembly comprising the ceramic body, the metallic body and a braze, the braze being free of active brazing active components, and
heating the assembly to a bonding temperature at which the braze is fused, a portion of the active component contained in the metallic body is diffused through the molten brazing material in contact and / or in contact with the ceramic body of the ceramic body there reacts with the ceramic in such a way that forms a chemical compound comprising the active component.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die aktive Komponente durch das aufgeschmolzene Hartlot hindurch zur Keramik diffundiert, wo dann durch die dort einsetzende chemische Reaktion eine in hohem Maße druckfeste, eine hohe Dichtheit aufweisende Verbindung entsteht. Damit können insb. auch Fügungen hergestellt werden, die Fügungsbereiche umfassen, die sich über Oberflächenbereiche des keramischen Körpers erstrecken, die in der Anordnung zunächst nicht in unmittelbarem Kontakt zur aktiven Komponente standen.The method according to the invention has the advantage that the active component diffuses through the molten brazing alloy to form the ceramic, where a highly pressure-resistant, high-density connection is then formed by the chemical reaction that occurs there. In particular, joints can thus be produced that include joint areas that extend over surface areas of the ceramic body that were initially not in direct contact with the active component in the arrangement.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Aufschmelzen des Hartlots verfahrenstechnisch sehr viel leichter und besser kontrolliert werden kann als das Aufschmelzen von Aktivhartloten. Darüber hinaus weist das aufgeschmolzene Hartlot im Vergleich zu alternativ einsetzbaren Aktivhartloten deutlich bessere Fließeigenschaften auf. Letzteres ist insb. dann von Vorteil, wenn mit dem Verfahren vergleichsweise enge, zwischen dem keramischen Körper und dem metallischen Körper befindliche Spalte endseitig abgedichtet werden, in die Lot vor der Ausführung des Fügeverfahrens gar nicht oder nur unter erheblichem Aufwand eingebracht werden kann.Another advantage is that the melting of the brazing process can be much easier and better controlled than the melting of active hard soldering. In addition, the molten brazing alloy has significantly better flow properties compared to alternative active brazing materials. The latter is esp. Advantageous when sealed with the method comparatively narrow, located between the ceramic body and the metallic body column end, can not be introduced into the solder before the execution of the joining process or only with considerable effort.
Eine erste Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Verfahren, bei dem
der metallischer Körper aus der aktiven Komponente oder aus einem die aktive Komponente umfassenden Werkstoff besteht,
die aktive Komponente aus Titan, Zirconium, Hafnium oder Vanadium besteht,
der keramische Körper aus einer Oxidkeramik oder aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht, und/oder
als Hartlot ein Silber-Kupfer Hartlot, ein Silber-Kupfer-Indium Hartlot, ein Silber-Kupfer-Zinn Hartlot oder ein anderes Hartlot verwendet wird.A first development of the invention comprises a method in which
the metallic body consists of the active component or of a material comprising the active component,
the active component consists of titanium, zirconium, hafnium or vanadium,
the ceramic body consists of an oxide ceramic or alumina (Al 2 O 3 ), and / or
as brazing a silver-copper brazing, a silver-copper-indium brazing, a silver-copper-tin brazing or another brazing is used.
Gemäß einer zweiten Weiterbildung wird das Fügeverfahren bei einer Fügetemperatur ausgeführt, die größer gleich einer Schmelztemperatur des Hartlots ist, und die geringer als eine Schmelztemperatur eines Aktivhartlots ist, das die im Hartlot enthaltenen Komponenten und die im metallischen Körper enthaltene aktive Komponente umfasst.According to a second development, the joining process is carried out at a joining temperature which is greater than or equal to a melting temperature of the brazing alloy and which is lower than a melting temperature of an active brazing alloy comprising the components contained in the brazing alloy and the active component contained in the metallic body.
Eine dritte Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Verfahren, bei dem
der metallischer Körper aus Titan oder aus einem Titan umfassenden Werkstoff besteht,
der keramische Körper aus einer Oxidkeramik oder aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht,
als Hartlot ein Silber-Kupfer-Hartlot ein Silber-Kupfer-Indium Hartlot oder ein Silber-Kupfer-Zinn Hartlot verwendet wird, und
die Anordnung auf eine Fügetemperatur von kleiner gleich 860°C oder eine Fügetemperatur im Bereich von 830 °C bis 860 °C erwärmt wird.A third development of the invention comprises a method in which
the metallic body consists of titanium or a material comprising titanium,
the ceramic body consists of an oxide ceramic or aluminum oxide (Al 2 O 3 ),
as a brazing alloy a silver-copper brazing alloy a silver-copper-indium brazing alloy or a silver-copper-tin brazing alloy is used, and
the assembly is heated to a bonding temperature of less than or equal to 860 ° C or a bonding temperature in the range of 830 ° C to 860 ° C.
Eine vierte Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem
die Anordnung derart erzeugt wird, dass das Hartlot in unmittelbarem Kontakt zu einem Oberflächenbereich des metallischen Körpers steht, dass das Hartlot in unmittelbarem Kontakt zu einem Oberflächenbereich des keramischen Körpers steht, und dass das Hartlot einen zwischen den beiden Oberflächenbereichen befindlichen Endbereich eines zwischen dem metallischen Körper und dem keramischen Körper befindlichen Spalts endseitig überdeckt,
ein Anteil der im metallischen Körper enthaltenen aktiven Komponente durch das mit dem metallischen Körper in Kontakt stehende und/oder in Kontakt gelangende, aufgeschmolzene Hartlot hindurch bis zu dem Oberflächenbereich des keramischen Körpers diffundiert, wo sich dann durch Reduktion der Keramik eine chemische Verbindung ausbildet,
aufgeschmolzenes Hartlot in den Spalt eindringt, und
ein Anteil der im metallischen Körper enthaltenen aktiven Komponente durch das mit dem metallischen Körper in Kontakt stehende und/oder in Kontakt gelangende, aufgeschmolzene Hartlot hindurch bis zu einer den Spalt außenseitlich allseitig umgebenden und/oder den Spalt begrenzenden Mantelfläche des keramischen Körpers diffundiert, wo sich dann durch Reduktion der Keramik eine chemische Verbindung ausbildet.A fourth development comprises a method in which
the arrangement is made such that the brazing material is in direct contact with a surface region of the metallic body, that the brazing material is in direct contact with a surface region of the ceramic body, and that the brazing material has an end region between the two surface regions between the metallic body and the ceramic body located gap covers the end,
a portion of the active component contained in the metallic body is diffused through the molten brazing material in contact and / or in contact with the metallic body up to the surface area of the ceramic body, where a chemical compound is formed by reduction of the ceramic,
molten brazing material enters the gap, and
a portion of the active component contained in the metallic body through the metallic body in contact and / or coming into contact, molten brazing through to a gap outside on all sides surrounding and / or the gap limiting lateral surface of the ceramic body diffuses where then forms a chemical compound by reducing the ceramic.
Eine Weiterbildung der vierten Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem die resultierende Fügung einen ersten Fügungsbereich umfasst,
der sich über den Oberflächenbereiche des metallischen Körpers und den Oberflächenbereich des keramischen Körpers erstreckt,
der außerhalb des Spalts angeordnet ist und den Spalt endseitig überdeckt, und/oder
dessen sich über den Oberflächenbereich einer Stirnseite des keramischen Körpers erstreckender Randbereich eine im Wesentlichen kreisringscheibenförmige Grundfläche aufweist und/oder eine Randbreite von größer gleich 0,4 mm und/oder kleiner gleich 1 mm aufweist.A development of the fourth development comprises a method in which the resulting joint comprises a first joint region,
which extends over the surface areas of the metallic body and the surface area of the ceramic body,
which is arranged outside the gap and covers the gap at the end, and / or
whose edge region extending over the surface region of an end face of the ceramic body has a substantially annular disk-shaped base surface and / or has an edge width of greater than or equal to 0.4 mm and / or less than or equal to 1 mm.
Eine Weiterbildung der vierten Weiterbildung oder deren Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem die resultierende Fügung einen zweiten Fügungsbereich umfasst,
der sich bis zu einer Spalthöhe in den Spalt hinein erstreckt,
der einen Endbereich des metallischen Körpers außenseitlich allseitig umgibt,
der den Spalt über eine Spalthöhe hinweg im Wesentlichen vollständig ausfüllt, und/oder der den Spalt über eine Spalthöhe von größer gleich 0,2 mm und/oder über eine Spalthöhe von kleiner gleich 1 mm hinweg im Wesentlichen vollständig ausfüllt,
wobei die Spalthöhe (h) jeweils einer Eindringtiefe entspricht, bis zu der das aufgeschmolzene Hartlot zusammen mit der dadurch hindurch diffundierenden aktiven Komponente während des Fügeverfahrens in den Spalt eingedrungen ist.A development of the fourth development or its development comprises a method in which the resulting joint comprises a second joint area,
which extends into the gap up to a gap height,
which surrounds an end region of the metallic body on all sides on the outside,
which essentially completely fills the gap over a gap height, and / or which substantially completely fills the gap over a gap height of greater than or equal to 0.2 mm and / or over a gap height of less than or equal to 1 mm,
wherein the gap height (h) corresponds in each case to a penetration depth up to which the molten brazing alloy, together with the active component diffusing therethrough, has penetrated into the gap during the joining process.
Eine fünfte Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Verfahren, bei dem
der metallische Körper oder mindestens einer der metallischen Körper jeweils als ein Stift ausgebildet ist,
der jeweilige Stift in eine durch den keramischen Körper hindurch verlaufende Bohrung eingesetzt wird, und
ein zwischen dem jeweiligen Stift und dem keramischen Körper bestehender Spalt durch die den jeweiligen Stift mit dem keramischen Körper verbindenden Fügung endseitig abgedichtet wird.A fifth development of the invention comprises a method in which
the metallic body or at least one of the metallic bodies is in each case designed as a pin,
the respective pin is inserted into a bore extending through the ceramic body, and
an existing between the respective pin and the ceramic body gap is sealed by the joining of the respective pin to the ceramic body joining end.
Eine sechste Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Verfahren, bei dem sich überall dort, wo aufgeschmolzenes Hartlot in unmittelbarem Kontakt zum metallischen Körper steht und/oder in unmittelbaren Kontakt zum metallischen Körper gelangt eine die Komponenten des Hartlots und die aktive Komponente enthaltende Legierung ausbildet, die nachfolgend zu einem Teilbereich der Fügung erstarrt.A sixth development of the invention comprises a method in which, wherever molten brazing material is in direct contact with the metallic body and / or comes into direct contact with the metallic body, an alloy containing the components of the brazing alloy and the active component is formed, which is hereafter solidified to a portion of the joint.
Des Weiteren umfasst die Erfindung einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Drucksensor,
der eine unter Einschluss einer Druckkammer mit einem Grundkörper verbundene, mit einem vom Drucksensor messtechnisch zu erfassenden Druck beaufschlagbare Messmembran umfasst, und
der einen elektromechanischen Wandler umfasst, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran in eine elektrische Größe umwandelt, die mittels einer an den Wandler anzuschließenden oder an den Wandler angeschlossenen Messelektronik messtechnisch erfassbar und/oder und in ein den zu messenden Druck wiedergebendes Signal umwandelbar ist.Furthermore, the invention comprises a pressure sensor produced by the method according to the invention,
comprising a connected under inclusion of a pressure chamber connected to a base body, which can be acted upon by a pressure to be detected by the pressure sensor pressure to be measured diaphragm, and
comprising an electromechanical transducer, which is designed such that it converts a dependent of the measuring membrane pressure acting deflection of the measuring diaphragm into an electrical variable, which can be detected by means of a to be connected to the transducer or connected to the transducer measuring technology and / or and in a signal representing the pressure to be measured can be converted.
Eine erste Weiterbildung des Drucksensors umfasst einen Drucksensor, bei dem
der Grundkörper den keramischen Körper oder einen der keramischen Körper des Drucksensors bildet,
der metallische Körper oder mindestens einer der metallischen Körper jeweils als ein durch den Grundkörper hindurch verlaufender Stift ausgebildet ist, und
die den jeweiligen Stift mit dem keramischen Körper (
- a) einen zwischen dem Stift und dem keramischen Körper bestehenden Spalt endseitig abdichtet,
- b) derart ausgebildet ist, dass sie eine Abdichtung eines zwischen dem Stift und dem keramischen Körper bestehenden Spalts mit einer Heliumleckdichtigkeit
von kleiner gleich 5 * 10-10 mbar l/s bewirkt, - c) einen ersten Fügungsbereich umfasst, der sich über den Oberflächenbereich des metallischen Körpers und den Oberflächenbereich des keramischen Körpers erstreckt, der außerhalb des Spalts angeordnet ist und den Spalt endseitig überdeckt, und/oder dessen sich über den Oberflächenbereich der Stirnseite des keramischen Körpers erstreckender Randbereich eine im Wesentlichen kreisringscheibenförmige Grundfläche aufweist und/oder eine Randbreite von größer gleich 0,4 mm und/oder kleiner gleich 1 mm aufweist, und/oder
- d) einen zweiten Fügungsbereich umfasst, der sich bis zu einer Spalthöhe in den Spalt hinein erstreckt, der einen Endbereich des metallischen Körpers außenseitlich allseitig umgibt, der den Spalt über eine Spalthöhe hinweg im Wesentlichen vollständig ausfüllt, und/oder der den Spalt über eine Spalthöhe von größer gleich 0,2 mm und/oder über eine Spalthöhe
von kleiner gleich 1 mm hinweg im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
the main body forms the ceramic body or one of the ceramic bodies of the pressure sensor,
the metallic body or at least one of the metallic bodies is in each case formed as a pin extending through the main body, and
which the respective pin with the ceramic body (
- a) seals a gap existing between the pin and the ceramic body at the end,
- b) is designed such that it seals off a gap between the pin and the ceramic body with a helium leak tightness of less than or equal to 5 * 10 -10 mbar l / s,
- c) comprises a first joining region which extends over the surface region of the metallic body and the surface region of the ceramic body which is arranged outside the gap and which covers the gap at the end, and / or its edge region extending over the surface region of the end face of the ceramic body has a substantially annular disk-shaped base surface and / or has an edge width of greater than or equal to 0.4 mm and / or less than 1 mm, and / or
- d) comprises a second joint region which extends into the gap up to a gap height, which surrounds an end region of the metallic body on all sides on the outside, the gap over a gap height in the Essentially completely fills, and / or substantially completely fills the gap over a gap height of greater than or equal to 0.2 mm and / or over a gap height of less than or equal to 1 mm away.
Eine erste Ausgestaltung des Drucksensors umfasst einen Drucksensor, der mindestens eine Sensorkomponente umfasst, die über den daran angeschlossenen, durch die Fügung oder mindestens eine der Fügungen mit dem keramischen Körper verbundenen, durch den keramischen Körper hindurch verlaufenden metallischen Körper elektrisch kontaktierbar, elektrisch kontaktiert, an eine Messelektronik anschließbar oder an eine Messelektronik angeschlossen ist.A first embodiment of the pressure sensor comprises a pressure sensor which comprises at least one sensor component which is electrically contactable, electrically contacted, via the metallic body connected thereto, connected by the join or at least one of the joints with the ceramic body, passing through the ceramic body a measuring electronics can be connected or connected to a measuring electronics.
Eine zweite Ausgestaltung des Drucksensors umfasst einen Drucksensor, bei dem dem der metallische Körper, mindestens einer der metallischen Körper oder alle metallischen Körper jeweils als Vollzylinder mit einem Außendurchmesser von 0,5 mm bis 0,8 mm ausgebildet sind.A second embodiment of the pressure sensor comprises a pressure sensor, in which the metallic body, at least one of the metallic bodies or all metallic bodies are each designed as solid cylinders with an outer diameter of 0.5 mm to 0.8 mm.
Eine zweite Weiterbildung des Drucksensors umfasst einen Drucksensor, der mindestens einen durch die Fügung oder eine der Fügungen endseitig abgedichteten Spalt umfasst, der eine durch die jeweilige Fügung abgedichtete Spaltbreite von kleiner gleich 0,02 mm aufweist.A second development of the pressure sensor comprises a pressure sensor which comprises at least one gap which is sealed on the end by the joining or one of the joints and which has a gap width of less than or equal to 0.02 mm sealed by the respective joint.
Eine dritte Ausgestaltung des Drucksensors umfasst einen Drucksensor, der
als Absolutdrucksensor mit evakuierter Druckkammer ausgebildet ist,
als Relativdrucksensor ausgebildet ist, dessen Druckkammer über eine durch den Grundkörper hindurch verlaufende Druckzuleitung mit einem Referenzdruck beaufschlagbar ist, oder
als Differenzdrucksensor ausgebildet ist.A third embodiment of the pressure sensor comprises a pressure sensor, the
is designed as an absolute pressure sensor with evacuated pressure chamber,
is formed as a relative pressure sensor, the pressure chamber can be acted upon by a running through the main body pressure supply line with a reference pressure, or
is designed as a differential pressure sensor.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt: einen Drucksensor; -
2 zeigt: den eingekreisten Ausschnitt A desDrucksensors von 1 vor der Ausführung des Fügeverfahrens; und -
3 zeigt: den eingekreisten Ausschnitt A desDrucksensors von 1 nach der Ausführung des Fügeverfahrens.
-
1 shows: a pressure sensor; -
2 shows: the circled section A of the pressure sensor of1 before the execution of the joining process; and -
3 shows: the circled section A of the pressure sensor of1 after the execution of the joining process.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, der mindestens einen mittels mindestens einer Fügung mit mindestens einem metallischen Körper verbundenen keramischen Körper umfasst. Der keramische Körper besteht aus einem keramischen Werkstoff, z.B. aus einer Oxidkeramik, wie z.B. Aluminiumoxid (Al2O3).The invention relates to a method for producing a pressure sensor which comprises at least one ceramic body connected by means of at least one joint to at least one metallic body. The ceramic body consists of a ceramic material, for example of an oxide ceramic, such as alumina (Al 2 O 3 ).
Die Erfindung ist jedoch nicht auf das in
Erfindungsgemäß wird als metallischer Körper
Erfindungsgemäß wird die Fügung
Zur Erzeugung der Fügung
Dieses Verfahren weist die eingangs bereits genannten Vorteile auf.This method has the advantages already mentioned at the outset.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Hartlote, wie z.B. Silber-Kupfer Hartlote, ohne aktive Komponente eine niedrigere Schmelztemperatur aufweisen als eine aktive Komponente umfassende Aktivhartlote, wie z.B. Silber, Kupfer und Titan als aktive Komponente umfassende Aktivhartlote. Das bietet den Vorteil, dass das Fügeverfahren bei einer Fügetemperatur ausgeführt werden kann, die größer gleich der Schmelztemperatur des Hartlots
Während zur Herstellung von mittels eines Silber, Kupfer und Titan als aktive Komponente umfassenden Aktivhartlots erzeugten Aktivhartlötungen eine oberhalb der Schmelztemperatur des Aktivhartlots liegende Fügetemperatur im Bereich von 870 °C bis 950 °C erforderlich ist, genügt zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits eine oberhalb der Schmelztemperatur des Hartlot
Eine geringere Fügetemperatur bietet den Vorteil, dass sich im Drucksensor weniger auf das Fügeverfahren zurückzuführende thermomechanische Spannungen ausbilden, als das bei höheren Fügetemperaturen der Fall wäre. Hierdurch lassen sich herstellungsbedingte, im Drucksensor enthaltenden Spannungen reduzieren, die andernfalls zu einer Vergrößerung einer Temperaturabhängigkeit der druckabhängigen Verformbarkeit der Messmembran
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insb. dann von besonderem Vorteil, wenn mit der Fügung
Das Hartlot
Anschließend wird ein Fügeverfahren ausgeführt, bei dem die Anordnung auf die Fügetemperatur erwärmt wird und nach Abschluss des Fügeverfahrens wieder abkühlt oder abgekühlt wird.
Während des Fügeverfahrens diffundiert ein Anteil der im metallischen Körper
Zusätzlich dringt aufgeschmolzenes Hartlot
Während des Fügeverfahrens bildet sich überall dort, wo aufgeschmolzenes Hartlot
Dabei weisen sowohl die erstarrte Legierung umfassende Teilbereiche, als auch die chemische Verbindung umfassende Teilbereiche der resultierenden Fügung
Der als Stift ausgebildete metallische Körper
Die Bohrung weist eine an die Formgebung des Stifts angepasste Formgebung auf. Hierzu kann sie z.B. als zylindrische Bohrung ausgebildet sein, deren Innendurchmesser derart bemessen ist, dass der zwischen dem keramischen Körper
Wie aus
Dabei kann der erste Fügungsbereich
Die bereits durch den ersten Fügungsbereich
Dabei führt das während des Fügeverfahrens in den Spalt eindringende, aufgeschmolzene Hartlot
In dem in
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine sehr hohe Dichtheit der den Spalt abdichtenden Fügung
Zugleich trägt natürlich auch der zweite Fügungsbereich
Alternativ oder zusätzlich zu der in
Einzelne Bestandteile von mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Drucksensoren können unterschiedliche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbare Ausgestaltungen aufweisen. Beispiele hierzu sind nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.Individual constituents of pressure sensors produced by means of the method according to the invention may have different embodiments which can be used individually or in combination with one another. Examples of this are described below with reference to FIGS.
So kann der hier als Beispiel dargestellte Drucksensor z.B. als Absolutdrucksensor ausgebildet sein, der einen auf eine Außenseite der Messmembran
Unabhängig von der diesbezüglichen Ausgestaltung umfasst der Drucksensor einen elektromechanischen Wandler, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran
Unabhängig von der Wahl des elektromechanischen Wandlers kann der Drucksensor eine oder mehrere Sensorkomponenten, wie z.B. die hier dargestellte Messelektrode
Optional kann nicht nur der Grundkörper, sondern zusätzlich auch die Messmembran
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Messmembranmeasuring membrane
- 33
- Druckkammerpressure chamber
- 55
- keramischer Körperceramic body
- 77
- metallischer Körpermetallic body
- 99
- Fügungcoincidence
- 1111
- Messelektronikmeasuring electronics
- 1313
- Hartlotbraze
- 1515
- Stirnseite des metallischen KörpersFront side of the metallic body
- 1717
- Oberflächenbereich einer Stirnseite des keramischen KörpersSurface area of an end face of the ceramic body
- 1919
- erster Fügungsbereichfirst mating area
- 2121
- zweiter Fügungsbereichsecond mating area
- 2323
- Randbereichborder area
- 2525
- Druckzuleitungpressure supply line
- 2727
- Messelektrodemeasuring electrode
- 2929
- Gegenelektrodecounter electrode
- 3131
- AktivhartlötungAktivhartlötung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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