DE102018221895A1

DE102018221895A1 - Verfahren zur Herstellung eines vereisungsrobusten Drucksensors und vereisungsrobuster Drucksensor

Info

Publication number: DE102018221895A1
Application number: DE102018221895.1A
Authority: DE
Inventors: Thorsten-Kai Janitza
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2020-06-18
Also published as: WO2020126153A1

Abstract

Der Vorschlag betrifft einen vereisungsrobusten Drucksensor und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensors (1), aufweisend die Schritte:- Bereitstellen eines Trägersubstrats (2), das von einem Druckkanal (23) durchdrungen wird,- Anordnen eines Drucksensorelements (3) auf einer ersten Seite (21) des Trägersubstrats (2) über dem Druckkanal (21) und- Bereitstellen eines ersten Gehäuseteils (11), das eine Kavität (15) und einen mit der Kavität (15) verbundenen Druckanschluss (6) aufweist,- Anordnen des ersten Gehäuseteils (11) auf einer von dem Drucksensorelement (3) abgewandten zweiten Seite (22) des Trägersubstrats (2) derart, dass die Kavität (15) eine bis auf den Zugang über den Druckanschluss (6) und den Druckanal (23) abgedichtete Druckkammer (13) des Drucksensors (1) bildet. Um den Drucksensor robuster gegenüber Vereisung zu gestalten wird vorgeschlagen, dass in empirischen Versuchen eine physikalische Größe (V) ermittelt wird, welche ein Volumen einer sich im Normalbetrieb in der Druckkammer (13) maximal bildenden Menge eines Kondensats (30) repräsentiert, und dass in Abhängigkeit von der so ermittelten physikalischen Größe (V) wenigstens ein geometrischer Parameter der Druckkammer (13) derart vorgegeben wird, dass abhängig von der Ausrichtung des Drucksensors (1) relativ zu einer wirkenden Gravitationsrichtung (G), ein sich im Betrieb in der Druckkammer (13) bildendes Kondensat (30) nicht in den Druckkanal (23) gelangt.

Description

Stand der Technik
Drucksensoren werden beispielweise in der Automobilindustrie zur Messung von Luftdrücken im Ansaugtrakt eingesetzt. Es werden Absolutdrucksensoren oder Differenzdrucksensoren eingesetzt. Bekannt sind beispielsweise Differenzdrucksensoren zur Bestimmung des Füllgehaltes von Partikelfiltern im Abgastrakt. Ein Drucksensor besteht typischerweise aus einem Drucksensorelement, das auf ein Trägersubstrat aufgebracht ist, welches wiederum in einem Gehäuse angeordnet ist. Ein solcher Drucksensor ist beispielsweise aus der EP 1 521 952 B1 bekannt. Die bekannten Drucksensoren können hergestellt werden, indem ein Drucksensorelement auf einer ersten Seite eines von einem Druckkanal durchdrungenen Trägersubstrats über dem Druckkanal angeordnet wird und ein erstes Gehäuseteil aus beispielsweise Kunststoff, das eine Kavität und einen mit der Kavität verbundenen Druckanschluss aufweist, auf einer von dem Drucksensorelement abgewandten zweiten Seite des Trägersubstrats derart angeordnet wird, dass die Kavität eine bis auf den Zugang über den Druckanschluss und den Druckanal abgedichtete Druckkammer des Drucksensors bildet. Die Druckkammer ist also ein beliebig ausgebildeter Raum innerhalb eines Sensorgehäuses, der in einer Druckübertragungsleitung zwischen einem Druckanschluss des Sensorgehäuses und einem Druckkanal eines Trägersubstrats zwischengeschaltet ist. Eine solche Druckkammer wird in der EP 1 521 952 B1 beispielsweise als dritter Gehäuseraum bezeichnet.
Im ungünstigen Fall können Flüssigkeiten wie Wasser oder wässrige Lösungen (z.B. Abgaskondensate) in den Druckanschluss eindringen und in der Druckkammer beispielsweise aus der Dampfphase kondensieren. Die eingedrungene und kondensierte Flüssigkeit kann bei Umgebungstemperaturen unterhalb des entsprechenden Gefrierpunktes gefrieren, wodurch die Druckkammer und der Druckkanal vereisen können, sodass keine Messung des anliegenden Druckes mehr möglich ist. Außerdem kann die eingedrungene Flüssigkeit aufgrund der spezifischen Oberflächenspannung in der Druckkammer oder in dem Druckkanal zurückbleiben, was bei entsprechend niedrigen Umgebungstemperaturen ebenfalls zur Vereisung führen kann.
Oft wird empfohlen, den Drucksensor bezogen auf die Richtung der Gravitation mit dem Druckkanal nach unten einzubauen (um ein Abfließen von Flüssigkeiten zu gewährleisten). Dies kann jedoch aufgrund des zur Verfügung stehenden Bauraums im Fahrzeug nicht immer erreicht werden. Zudem kann sich im Abstellfall des Fahrzeuges an einem Hang die Winkellage des Sensors verändern, wodurch ein Abfließen der Flüssigkeit erschwert wird. Im Extremfall ist der Drucksensor entgegen der Empfehlung „kopfüber“ eingebaut, so dass der Druckanschluss entgegen der Richtung der Gravitation nach oben weist, was besonders problematisch ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung beschreibt ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Drucksensors, der letztlich gegen die Gefahr einer Vereisung bessert gewappnet ist. Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird in bekannter Weise ein Trägersubstrat, beispielsweise eine Leiterplatte bereitgestellt. Das Trägersubstrat weist einen Druckkanal auf der als Durchgangsausnehmung in dem Trägersubstrat ausgebildet ist. Sodann wird ein Drucksensorelement auf einer ersten Seite des Trägersubstrats über dem Druckkanal montiert. Schließlich wird ein erstes Gehäuseteil, beispielsweise aus Kunststoff, das eine Kavität und einen mit der Kavität verbundenen Druckanschluss aufweist, auf einer von dem Drucksensorelement abgewandten zweiten Seite des Trägersubstrats derart angeordnet, dass die Kavität eine bis auf den Zugang über den Druckanschluss und den Druckanal abgedichtete Druckkammer des Drucksensors bildet.
Erfindungsgemäß wird zunächst in empirischen Versuchen eine physikalische Größe ermittelt wird, die ein Volumen einer sich im Normalbetrieb in der Druckkammer maximal bildenden Menge eines Kondensats repräsentiert. Unter einer physikalischen Größe, die ein Volumen einer sich im Normalbetrieb in der Druckkammer maximal bildenden Menge eines Kondensats repräsentiert, kann beispielswiese eine Volumengröße oder eine Mengengröße oder eine andere Größe verstanden werden, aus welcher das Volumen des Kondensats berechenbar ist. Bei dieser Größe kann es sich beispielsweise insbesondere auch um das Gesamtvolumen des sich im Betrieb gebildeten Kondensats handeln.
Unter einem Normalbetrieb wird ein Betriebszustand angenommen, der sich bezüglich des Druckverlaufs, des Feuchtigkeitsanteils und der Temperatur des dem Drucksensor zugeführten Mediums sowie der Umgebungstemperatur des Drucksensors in Hinblick auf die beabsichtige Verwendung des Drucksensors üblicherweise einstellt. Hierzu können Durchschnittswerte oder bestimmte Intervallbereiche für physikalische Größen angenommen werden, die in der Praxis üblicherweise vorliegen. Insbesondere kann hier ein Betriebszustand bei der Verwendung des Drucksensors in einem Kraftfahrzeug angenommen werden. Weiterhin kann es sich hier beispielsweise um einen Betriebszustand des Drucksensors handelt, wie er in dem Luftkanal eines Ansaugtrakts des Kraftfahrzeuges im Betrieb erfahrungsgemäß auftritt. Beispielsweise kann es sich um einen Temperaturbereich der Außenluft von -20°C bis 50°C und eine relative Luftfeuchtigkeit des zugeführten Mediums zwischen 20% und 90% Luftfeuchtigkeit und eine Betriebstemperatur von 5° bis 30° handeln.
Weiterhin wird sodann in Abhängigkeit von der ermittelten physikalischen Größe für die sich im Normalbetrieb in der Druckkammer maximal bildende Kondensatmenge wenigstens ein geometrischer Parameter der Druckkammer derart vorgegeben, dass abhängig von der Ausrichtung des Drucksensors relativ zu einer wirkenden Gravitationsrichtung, ein sich im Betrieb in der Druckkammer bildendes Kondensat nicht in den Druckkanal gelangt.
Unter einem geometrischen Parameter der Druckkammer ist irgendeine geometrische Größe zu verstehen, die ein Leervolumen oder Teilvolumen oder ein Wandflächenstück der Druckkammer beeinflusst. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Längengröße, eine Flächengröße oder eine Volumengröße eines in oder an der Druckkammer angeordneten Gegenstandes oder einer Innenwand der Druckkammer handeln.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein nach dem Verfahren hergestellten verbesserten Drucksensor, der gegenüber Vereisungen robuster ausgebildet ist.
Vorteile der Erfindung
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht vorteilhaft die Herstellung eines verbesserten Drucksensors, bei dem eingefrorene Rückstände von Flüssigkeiten nicht zu einer Vereisung des Druckkanals führen und kondensierte Flüssigkeit im ungünstigen Abstellfall nicht in den Druckkanal des Trägersubstrats eindringen kann. Im Betrieb des Drucksensors schlägt sich beispielsweise im Abstellfall eine bestimmte maximale Menge Kondensat mit einem entsprechenden Volumen in der Druckkammer nieder. Die maximale Menge beziehungsweise das Volumen wird beispielweise durch Messungen am Fahrzeug oder auf einem Prüfstand empirisch ermittelt. Dieses Volumen steht konstruktionsbedingt in einem bestimmten Verhältnis zum Volumen der Druckkammer. Die Druckkammer kann vorteilhaft konstruktiv so ausgelegt werden, dass das Kondensat abhängig von der Einbaulage des Drucksensors im Fahrzeug den Druckkanal nicht benetzt und vereisendes Kondensat den Druckstutzen nicht verstopft.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.
In einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Trägersubstrat auf seiner von dem Drucksensorelement abgewandten zweiten Seite mit einem den Druckkanal umgebenden und mit diesem in Verbindung stehenden und in die Druckkammer hineinragenden Kanalstück versehen wird. In diesem Fall ist der wenigstens eine geometrische Parameter der Abstand eines von dem Trägersubstrat abweisenden Endes des Kanalstücks von dem Trägersubstrat. Dieser Abstand kann durch die Auslegung des Kanalstücks so vorgegeben werden, dass bei einer Ausrichtung des Drucksensors relativ zur Gravitationsrichtung, bei der die von dem Drucksensorelement abgewandte zweite Seite des Trägersubstrats der Gravitationsrichtung entgegenweist, die Füllhöhe des sich im Betrieb in der Druckkammer in dem Raum über der zweiten Seite des Trägersubstrats maximal ansammelnden Kondensats in einer Richtung senkrecht zu dem Trägersubstrat kleiner als der vorgegebene Abstand ist. Wenn das Volumen der sich im Normalbetrieb in der Druckkammer maximal bildenden Kondensatmenge in empirischen Versuchen ermittelt wurde, kann daraus die Füllhöhe des sich im Betrieb in der Druckkammer in dem Raum über der zweiten Seite des Trägersubstrats maximal ansammelnden Kondensats sofort berechnet werden. So ist es möglich, den Abstand des von dem Trägersubstrat abweisenden Endes des Kanalstücks von dem Trägersubstrat bei der Herstellung ausreichend groß zu gestalten, so dass die Füllhöhe vorteilhaft unterhalb diese Abstandes bleibt und keine Flüssigkeit in den Druckkanal gelangt.
Um das Eindringen von Flüssigkeit in das Kanalstück zu erschweren, kann weiterhin vorteilhaft ein umlaufender Außenmantel des Kanalstücks kegelförmig ausgebildet werden.
In einem zweiten vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine geometrische Parameter eine Größe für ein Teilvolumen der Druckkammer vorgegeben wird, welches Teilvolumen definiert ist als ein maximales Füllvolumen, das bei einer Ausrichtung des Drucksensors mit dem Trägersubstrat parallel zur Gravitationsrichtung mit Kondensat maximal aufgefüllt werden kann, bevor das Kondensat in den Druckkanal eindringt, wobei die Größe für das Teilvolumen der Druckkammer derart vorgegeben wird, dass die Größe für das Teilvolumen größer als die physikalische Größe V_k ist. Das benötigte Teilvolumen der Druckkammer kann beispielweise ganz oder teilweise als Einwölbung in die Innenkontur der Kaverne des ersten Gehäuseteils eingebracht werden, was besonders einfach ist, wenn das erste Gehäuseteil als Kunststoffteil hergestellt ist.
In einem dritten vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann die Vorsehung eines Kanalstücks gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausgestaltung des Teilvolumens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kombiniert werden, um zu erreichen, dass das Kondensat bei einer senkrechten und waagerechten Einbaulage des Drucksensors im Fahrzeug den Druckkanal nicht benetzt und vereisendes Kondensat den Druckstutzen nicht verstopft. Da sich die senkrechte und die waagerechte Einbaulage um einen Winkel von 90° unterscheiden, können durch diese kombinierte Maßnahme auch alle Zwischenwinkel eines um einen Winkel zwischen 0° und 90° geneigten Drucksensors abgedeckt werden. In diesem besonders vorteilhaften Fall kann daher unabhängig von der Ausrichtung des Drucksensors relativ zur wirkenden Gravitationsrichtung ein sich im Betrieb in der Druckkammer bildendes Kondensat nicht in den Druckkanal gelangen.
Weiterhin vorteilhaft ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Drucksensor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Drucksensors, wird der Drucksensor derart hergestellt, dass eine Mittelachse eines Zuführkanals des Druckanschlusses eine Mittelachse des Druckkanals schneidet oder mit der Mittelachse des Druckkanals zusammenfällt. In diesem Fall kann ein Teilvolumen der Druckkammer so ausgestaltet werden, dass bei einer Ausrichtung des Drucksensors mit dem Trägersubstrat parallel zur Gravitationsrichtung das Teilvolumen mit Kondensat bis zu einer unteren Kante des Zuführkanals in dem Druckanschluss auffüllbar ist, bevor das Kondensat in den Druckkanal gelangt. Dadurch wird ein Abließen des Kondensats aus der Druckkammer erleichtert und eine Vereisung noch besser vermieden.
Dadurch, dass das erste Gehäuseteil im Übergangsbereich von Druckkammer und Zuführkanal mit einer sich in Richtung des Druckanschlusses konisch verjüngenden Innenkontur ausgestaltet ist, kann vorteilhaft ein verbessertes Abfließen des Kondensats aus der Druckkammer erreicht werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 zeigt eine Draufsicht auf einen im Stand der Technik bekannten Drucksensor,
2 eine schematische Darstellung eines zusammengebauten Drucksensors nach dem Stand der Technik,
3 und 4 den Drucksensor aus 2 in unterschiedlichen Einbaulagen,
5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors,
6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors,
7 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Draufsicht auf einen bekannten Drucksensor 1 des Standes der Technik. Bei dem Drucksensor 1 kann es sich beispielsweise um einen Absolutdrucksensor mit nur einem Druckanschluss oder, wie in 1 dargestellt, um einen Differenzdrucksensor mit zwei Druckanschlüssen 6 und 7 handeln.
Im Folgenden wird nun anhand der schematischen Darstellung der 2 auf die Herstellung eines derartigen Drucksensors eingegangen. Bei der Fertigung wird zunächst ein Trägersubstrat 2, beispielweise ein Leiterplatte mit einem Drucksensorelement 3 bestückt. Das Trägersubstrat 2 kann zuvor mit einem Druckkanal 23 in Form eines Durchbruchs in der Leiterplatte, beispielsweise einer Bohrung, versehen worden sein. Das Drucksensorelement 3 kann beispielsweise als Siliziumchip mit einer mit druckempfindlichen Sensorelementen in Form einer Messbrücke versehenen Messmembran ausgestaltet sein und vorzugweise unter Zwischenlage eines Glassockels 18 auf eine erste Seite 21 des Trägersubstrats 2 über dem Druckkanal 23 derart aufgebracht werden, dass ein am Druckkanal 23 anliegender Druck auf eine dem Trägersubstrat 2 zugewandte Unterseite der Messmembran des Siliziumchips übertragbar ist. Das Drucksensorelement 3 kann beispielsweise mittels Bonddrähten 24 mit dem Trägersubstrat 2 elektrisch kontaktiert werden. Weiterhin kann auf die erste Seite 21 des Trägersubstrats 2 ein das Drucksensorelement 2 umlaufender Rahmen 16 aufgebracht werden, der mit einem Gel 17 befüllt wird. Das Gel 17 deckt vorzugsweise das Drucksensorelement 3 ab. Das so bestückte Trägersubstrat 2 wird anschließend in ein Gehäuse eingebracht. Das Gehäuse kann ein erstes Gehäuseteil 11 und ein zweites Gehäuseteil 12 aufweisen. Die beiden Gehäuseteile 11 und 12 können beispielsweise als Halbteile aus Kunststoff gefertigt sein.
Das erste Gehäuseteil 11 kann eine Kavität 15 aufweisen. Entsprechend kann das zweite Gehäuseteil 12 eine weitere Kavität 19 aufweisen. Das erste Gehäuseteil 11 kann über der zweiten Seite 22 des Trägersubstrats 2 montiert werden, so dass der Druckkanal 23 in die Kavität 15 mündet. Das erste Gehäuseteil 11 weist einen Druckanschluss 6 auf. Der Druckanschluss kann wie in 1 erkennbar einen Druckstutzen umfassen, in dem ein Zuführkanal 61 verläuft. Durch die Montage des ersten Gehäuseteils 11 bildet die Kavität 15 eine abgedichtete Druckkammer 13 aus, welche über den Druckkanal 23 an das Drucksensorelement 3 angebunden ist und über den Druckanschluss 6 mit einem von außen zugeführten Druck beaufschlagbar ist.
Das zweite Gehäuseteil 12 kann eine weitere Kavität 19 aufweisen. Das zweite Gehäuseteil 12 kann über der ersten Seite 21 des Trägersubstrats 2 montiert werden, so dass das Drucksensorelement 3 in der weiteren Kavität 19 aufgenommen ist. Das zweite Gehäuseteil 12 kann einen weiteren Druckanschluss 7 aufweisen. Der weitere Druckanschluss 7 kann wie in 1 erkennbar einen Druckstutzen umfassen, in dem ein weiterer nicht dargestellter Zuführkanal verläuft. Durch die Montage des zweiten Gehäuseteils 12 bildet die weitere Kavität 19 eine abgedichtete zweite Druckkammer 14 aus, die über den weiteren Druckanschluss 7 mit einem zweiten Druck beaufschlagbar ist. Dieser zweite Druck wirkt in der zweiten Druckkammer 14 über das Gel 17 auf die von dem Trägersubstrat 2 abgewandte Seite der Messmembran des Drucksensorelements 3 ein. In diesem Fall wird der Drucksensor 1 als Differenzdrucksensor ausgebildet, der eine Differenz des zwischen dem Druckanschluss 6 und dem weiteren Druckanschluss 7 anliegenden Drucks erfasst.
Der zweite Druckanschluss 7 kann aber auch entfallen. In dem Fall ist, wie in 2 dargestellt, in der zweiten Druckkammer 14 ein Referenzdruck verkapselt und der Drucksensor wirkt als Absolutdrucksensor zur Erfassung des an dem Druckanschluss 6 anliegenden Drucks.
Im Betrieb des so hergestellten Drucksensors 1 können über den Druckanschluss 6 Flüssigkeiten wie Wasser oder wässrige Lösungen in die Druckkammer 13 eindringen und dort als Kondensat 30 aus der Dampfphase kondensieren. Das sich in der Druckkammer 13 ansammelnde Kondensat 30 weist ein Volumen V_k auf. Der Pfeil G in 2 stellt die Richtung der wirkenden Gravitation dar. Wie in 2 erkennbar ist, führt ein Anwachsen der Kondensatmenge in der Druckkammer 13 dazu, dass das Kondensat 30 schließlich in den Druckkanal 23 eindringt. Gefriert das Kondensat 30 nun bei einer Temperaturabsenkung kann das Drucksensorelement 3 den Druck nicht mehr erfassen.
Bei einer Einbaulage wie in 3 sind nur geringe Mengen von auf dem Trägersubstrat 2 kondensierten Wasser nötig, um den Druckkanal 23 zu blockieren.
4 zeigt die Problematik bei einer Schrägstellung des Drucksensors 1 im Vergleich zur Richtung G der Gravitation. Das verlagerte Volumen V_k , welches bei einer Ausrichtung des Trägersubstrats 2 parallel zur Gravitationsrichtung G noch nicht in den Druckkanal 23 eingedrungen wäre, dringt aufgrund der Schrägstellung des Drucksensors 1 nun auch in diesem Fall in den Druckkanal 23 ein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Drucksensors 1 wird im Folgenden anhand der 5 bis 7 beschrieben, wobei im Schwerpunkt auf die geänderten Herstellungsschritte eingegangen wird.
Das Verfahren unterscheidet sich von dem Stand der Technik zunächst dadurch, dass in empirischen Versuchen eine physikalische Größe V_k ermittelt wird, welche ein Volumen einer sich im Normalbetrieb in der Druckkammer 13 maximal bildenden Menge eines Kondensats 30 repräsentiert. Als Normalbetrieb kann ein Betriebszustand angenommen werden, der sich bezüglich des Druckverlaufs, des Feuchtigkeitsanteils und der Temperatur des dem Drucksensor zugeführten Mediums sowie der Umgebungstemperatur des Drucksensors in Hinblick auf die beabsichtige Verwendung des Drucksensors üblicherweise einstellt. Beispielsweise kann es sich um einen Betriebszustand des Drucksensors handelt, wie er im Luftkanal eines Ansaugtrakts eines Kraftfahrzeuges im Betrieb erfahrungsgemäß auftritt.
Ist die physikalische Größe V_k erstmal bekannt, so kann die Größe, die Form und die Eigenschaften der Druckkammer 13 in Abhängigkeit von der ermittelten physikalischen Größe V_k ausgestaltet werden. Hierbei wird insbesondere in Abhängigkeit von der ermittelten physikalischen Größe V_k wenigstens ein geometrischer Parameter der Druckkammer 13 derart vorgegeben wird, dass abhängig von der Ausrichtung des Drucksensors 1 relativ zu einer wirkenden Gravitationsrichtung G, ein sich im Betrieb in der Druckkammer 13 bildendes Kondensat 30 nicht in den Druckkanal 23 gelangt. Durch Kombination zweier unterschiedlicher geometrischer Parameter der Druckkammer 13 kann dies jedoch auch unabhängig von der Ausrichtung des Drucksensors 1 relativ zu einer wirkenden Gravitationsrichtung G erreicht werden, wie noch erläutert wird.
5 zweigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Drucksensors. Wie in 5 dargestellt ist, wird dabei das Trägersubstrat 2 vor der Montage der Gehäuseteile 11, 12 auf seiner von dem Drucksensorelement 3 abgewandten zweiten Seite 22 mit einem den Druckkanal 23 umgebenden und mit diesem in Verbindung stehenden und in die Druckkammer 13 hineinragenden Kanalstück 40 versehen. Das Kanalstück 40 bildet quasi einen Schnorchel, welcher in die Druckkammer 13 hineinragt. Der Außenmantel 42 des Kanalstücks 40 ist vorzugweise kegelförmig ausgebildet. Als der wenigstens eine geometrische Parameter wird in diesem Ausführungsbeispiel der Abstand a eines von dem Trägersubstrat 2 abweisenden Endes 43 des Kanalstücks 40 von dem Trägersubstrat 2 derart vorgegeben, dass bei einer Ausrichtung des Drucksensors 1 relativ zur Gravitationsrichtung G, bei der die von dem Drucksensorelement 3 abgewandte zweite Seite 22 des Trägersubstrats 2 der Gravitationsrichtung G entgegenweist, eine Füllhöhe h des sich im Betrieb in der Druckkammer 13 in dem Raum über der zweiten Seite 22 des Trägersubstrats 2 maximal ansammelnden Kondensats 30 in einer Richtung senkrecht zu dem Trägersubstrat 2 kleiner als der vorgegebene Abstand a ist. Das Kondensat kann daher bei dieser Ausrichtung des Drucksensors 1 nicht in den Druckkanal 23 eindringen. Wenn man den in 5 gezeigten Drucksensor 1 um 90° nach rechts dreht, so ist dies aber nicht zwingend auch gesichert.
Daher ist es vorteilhaft eine weitere Maßnahme vorzusehen, die nunmehr anhand der 6 und 7 beschrieben wird. Diese Maßnahme wird zunächst unabhängig von dem Vorhandensein eines Kanalstücks 40 betrachtet.
Hierzu wird als der wenigstens eine geometrische Parameter eine Größe für ein Teilvolumen V₀ der Druckkammer 13 vorgegeben. Dieses Teilvolumen V₀ ist definiert als ein maximales Füllvolumen, das bei einer Ausrichtung des Drucksensors 1 mit dem Trägersubstrat 2 parallel zur Gravitationsrichtung G mit Kondensat 30 maximal aufgefüllt werden kann, bevor das Kondensat 30 in den Druckkanal 23 eindringt. In 6 ist dieses Teilvolumen V₀ das Innenvolumen in der Druckkammer 13 unterhalb der gestrichelten Linie. Das Teilvolumen der Druckkammer 13 kann insbesondere durch eine zusätzliche Einwölbung an der Innenkontur der Kaverne 15 des ersten Gehäuseteils 11 ausgebildet werden, wie anhand des Vergleichs von 6 und 5 deutlich wird.
Anhand der 6 ist erkennbar, dass erst bei einer Auffüllung des Teilvolumen V₀ bis zu der gestrichelten Linie, wenn man von der Lage des Druckanschlusses 6 absieht, Kondensat 30 in den Druckkanal eindringen kann. Bei der Herstellung der Kavität 13 in dem ersten Gehäuseteil 11 wird die Größe für das Teilvolumen V₀ der Druckkammer 13 derart vorgegeben wird, dass die Größe für das Teilvolumen V₀ größer ist als die physikalische Größe V_k . Da die physikalische Größe V_k das Volumen einer sich im Normalbetrieb in der Druckkammer 13 maximal bildenden Menge des Kondensats 30 repräsentiert, wird im Normalbetrieb daher kein Kondensat 30 bei dieser Ausrichtung des Drucksensors 1 relativ zur Gravitationsrichtung G in den Druckkanal 23 gelangen können.
In diesem Zusammenhang ist es weiter zusätzlich vorteilhaft, wenn eine Mittelachse 62 eines Zuführkanals 61 des Druckanschlusses 6 eine Mittelachse 45 des Druckkanals 23 schneidet, wie dies in 6 der Fall ist, oder wenn eine Mittelachse 62 eines Zuführkanals 61 des Druckanschlusses 6 mit der Mittelachse 45 des Druckkanals 23 ganz zusammenfällt, wie dies in 7 gezeigt ist. In diesen beiden Fällen ist bei einer Ausrichtung des Drucksensors 1 mit dem Trägersubstrat 2 parallel zur Gravitationsrichtung G ein Teilvolumen V₀ der Druckkammer 13 mit Kondensat 30 bis zu einer unteren Kante 64 des Zuführkanals 61 in dem Druckanschluss 6 auffüllbar, bevor das Kondensat 30 in den Druckkanal 6 gelangt. Daher fließt das Kondensat 30 in diesem Fall über den Druckanschluss 6 wieder ab, bevor es in den Druckkanal 23 eindringen kann.
Weiterhin vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn das erste Gehäuseteil 21 im Übergangsbereich von Druckkammer 13 und Zuführkanal 61 mit einer sich in Richtung des Druckanschlusses 6 konischen verjüngenden Innenkontur 63 ausgestaltet ist. Dies ermöglicht ein erleichtertes Abfließen des Kondensats 30 über den Druckkanal 6 bei einer Veränderung der Lage des Drucksensors 1 relativ zur Richtung der Gravitation G.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, die anhand der 6 und 7 beschriebene Ausführungsform mit der anhand der 5 beschriebenen Ausführungsform zu kombinieren. Dies ist in 6 und 7 bereits durch die Existenz des Kanalstücks 40 angedeutet. In diesem Fall wird das Kanalstücks 40 mit der Ausgestaltung des Teilvolumens V₀ kombiniert, um zu erreichen, dass das Kondensat bei einer Einbaulage des Drucksensors 1 relativ zur Gravitationsrichtung G, bei der die von dem Drucksensorelement 3 abgewandte zweite Seite 22 des Trägersubstrats 2 der Gravitationsrichtung G entgegenweist oder aber parallel dazu verläuft, sowie für sämtliche dazwischen liegenden Kippwinkellagen des Drucksensors 1 den Druckkanal 23 nicht benetzt und vereisendes Kondensat den Druckstutzen nicht verstopft. In diesem besonders vorteilhaften Fall kann daher unabhängig von der Ausrichtung des Drucksensors relativ zur wirkenden Gravitationsrichtung G ein sich im Betrieb in der Druckkammer bildendes Kondensat nicht in den Druckkanal 23 gelangen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1521952 B1 [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors (1), aufweisend die Schritte: - Bereitstellen eines Trägersubstrats (2), das von einem Druckkanal (23) durchdrungen wird, - Anordnen eines Drucksensorelements (3) auf einer ersten Seite (21) des Trägersubstrats (2) über dem Druckkanal (21) und - Bereitstellen eines ersten Gehäuseteils (11), das eine Kavität (15) und einen mit der Kavität (15) verbundenen Druckanschluss (6) aufweist, - Anordnen des ersten Gehäuseteils (11) auf einer von dem Drucksensorelement (3) abgewandten zweiten Seite (22) des Trägersubstrats (2) derart, dass die Kavität (15) eine bis auf den Zugang über den Druckanschluss (6) und den Druckanal (23) abgedichtete Druckkammer (13) des Drucksensors (1) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass in empirischen Versuchen eine physikalische Größe (V_k) ermittelt wird, welche ein Volumen einer sich im Normalbetrieb in der Druckkammer (13) maximal bildenden Menge eines Kondensats (30) repräsentiert, und dass in Abhängigkeit von der so ermittelten physikalischen Größe (V_k) wenigstens ein geometrischer Parameter der Druckkammer (13) derart vorgegeben wird, dass abhängig von der Ausrichtung des Drucksensors (1) relativ zu einer wirkenden Gravitationsrichtung (G), ein sich im Betrieb in der Druckkammer (13) bildendes Kondensat (30) nicht in den Druckkanal (23) gelangt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (2) auf seiner von dem Drucksensorelement (3) abgewandten zweiten Seite (22) mit einem den Druckkanal (23) umgebenden und mit diesem in Verbindung stehenden und in die Druckkammer (13) hineinragenden Kanalstück (40) versehen wird, wobei als der wenigstens eine geometrische Parameter der Abstand (a) eines von dem Trägersubstrat (2) abweisenden Endes (43) des Kanalstücks (40) von dem Trägersubstrat (2) derart vorgegeben wird, dass bei einer Ausrichtung des Drucksensors (1) relativ zur Gravitationsrichtung (G), bei der die von dem Drucksensorelement (3) abgewandte zweite Seite (22) des Trägersubstrats (2) der Gravitationsrichtung (G) entgegenweist, eine Füllhöhe (h) eines sich im Betrieb in der Druckkammer (13) in dem Raum über der zweiten Seite (22) des Trägersubstrats (2) maximal ansammelnden Kondensats (30) in einer Richtung senkrecht zu dem Trägersubstrat (2) kleiner als der vorgegebene Abstand (a) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine geometrische Parameter eine Größe für ein Teilvolumen (V₀) der Druckkammer (13) vorgegeben wird, welches Teilvolumen (V₀) definiert ist als ein maximales Füllvolumen, das bei einer Ausrichtung des Drucksensors (1) mit dem Trägersubstrat (2) parallel zur Gravitationsrichtung (G) mit Kondensat (30) maximal aufgefüllt werden kann, bevor das Kondensat (30) in den Druckkanal (23) eindringt, wobei die Größe für das Teilvolumen (V₀) der Druckkammer (13) derart vorgegeben wird, dass die Größe für das Teilvolumen (V₀) größer als die physikalische Größe (V_k) ist, welche das Volumen der sich im Normalbetrieb in der Druckkammer (13) maximal bildenden Menge des Kondensats (30) repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Außenmantel (42) des Kanalstücks (40) kegelförmig ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilvolumen der Druckkammer (13) als Einwölbung in die Innenkontur der Kaverne (15) des ersten Gehäuseteils (11) eingebracht wird.
Drucksensor, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der Drucksensor aufweisend: - ein Trägersubstrats,(2) das von einem Druckkanal (23) durchdrungen wird, - ein Drucksensorelement (3), das auf einer ersten Seite (21) des Trägersubstrats (2) über dem Druckkanal (23) angeordnet ist, - ein erstes Gehäuseteils (11), das eine Kavität (15) und einen mit der Kavität (15) verbundenen Druckanschluss (6) aufweist und auf einer von dem Drucksensorelement (3) abgewandten zweiten Seite (22) des Trägersubstrats (2) derart angeordnet ist, dass die Kavität (15) eine bis auf den Zugang über den Druckanschluss (6) und den Druckanal (23) abgedichtete Druckkammer (13) des Drucksensors (1) bildet, wobei das Trägersubstrat (2) auf seiner von dem Drucksensorelement (3) abgewandten zweiten Seite (22) mit einem den Druckkanal (23) umgebenden und mit diesem in Verbindung stehenden und in die Druckkammer (13) hineinragenden Kanalstück (40) versehen ist.
Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Außenmantel (42) des Kanalstücks (40) kegelförmig ausgebildet ist.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelachse (62) eines Zuführkanals (61) des Druckanschlusses (6) eine Mittelachse (45) des Druckkanals (23) schneidet oder mit der Mittelachse (45) des Druckkanals (23) zusammenfällt, und das bei einer Ausrichtung des Drucksensors (1) mit dem Trägersubstrat (2) parallel zur Gravitationsrichtung (G) ein Teilvolumen (V₀) der Druckkammer (13) mit Kondensat (30) bis zu einer unteren Kante (64) des Zuführkanals (61) in dem Druckanschluss (6) auffüllbar ist, bevor das Kondensat (30) in den Druckkanal (6) gelangen kann.
Drucksensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (21) im Übergangsbereich von Druckkammer (13) und Zuführkanal (61) mit einer sich in Richtung des Druckanschlusses (6) konisch verjüngenden Innenkontur (63) ausgestaltet ist.