DE102019133262A1

DE102019133262A1 - Differenzdrucksensor

Info

Publication number: DE102019133262A1
Application number: DE102019133262.1A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Lemke; Thomas Uehlin
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Es ist ein Differenzdrucksensor zur Messung eines Differenzdrucks zwischen zwei Drücken (p1, p2) beschrieben mit einer aus einem Titanwafer gefertigten Messmembran (1), und zwei zu beiden Seiten der Messmembran (1) angeordneten, jeweils unter Verwendung mindestens eines Titanwafers gefertigten und unter Einschluss einer jeweils mit einem der beiden Drücke (p1, p2) beaufschlagbaren Druckkammer (5) mit der Messmembran (1) verschweißten Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d), beschrieben, mit dem eine hinsichtlich der Langzeitstabilität, der druck- und/oder temperaturabhängigen Hysterese und/oder einer Temperaturabhängigkeit eines Messfehlers verbesserte Messgenauigkeit erzielbar ist. Dieser Differenzdrucksensor zeichnet sich dadurch aus, dass an einen an die beiden Druckkammern (5) angrenzenden auslenkbaren Membranbereich (9) der Messmembran (1) außenseitlich allseitig ein eingespannter Membranbereich (11) der Messmembran (1) angrenzt, wobei der eingespannte Membranbereich (11) in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung zwischen zwei einander zu beiden Seiten des eingespannten Membranbereichs (11) gegenüberliegenden Grundkörperbereichen der Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) eingespannt ist, und der eingespannte Membranbereich (11) außenseitlich allseitig von einem mit beiden Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) verschweißten Membranbereich (13) der Messmembran (1) umgeben ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Differenzdrucksensor zur Messung eines Differenzdrucks zwischen zwei Drücken, mit
einer aus einem Titanwafer gefertigten Messmembran, und
zwei zu beiden Seiten der Messmembran angeordneten, jeweils unter Verwendung mindestens eines Titanwafers gefertigten und unter Einschluss einer jeweils mit einem der beiden Drücke beaufschlagbaren Druckkammer mit der Messmembran verschweißten Grundkörpern.
Aus Wafern hergestellte, auch unter der Bezeichnung MEMS-Sensoren bekannte Differenzdrucksensoren werden in der Druckmesstechnik zur Messung von Differenzdrücken eingesetzt.
MEMS-Sensoren bezeichnen als Mikro-Elektromechanische Systeme ausgebildete Sensoren, die regelmäßig unter Verwendung von in der Halbleitertechnologie üblichen Verfahren, wie z.B. Ätzprozessen, Oxidationsverfahren, Implantationsverfahren, Bondverfahren und/oder Beschichtungsverfahren, unter Verwendung von ein oder mehrlagigen Wafern hergestellt werden.
MEMS-Sensoren umfassen unter Verwendung von Siliziumwafern hergestellte, nachfolgend als Halbleiter-Sensoren bezeichnete Differenzdrucksensoren. Darüber hinaus sind aber auch unter Verwendung von Titanwafern hergestellte Differenzdrucksensoren bekannt. Genauso wie Halbleitersensoren bieten auch unter Verwendung von Titanwafern gefertigte, nachfolgend als Titan-MEMS-Sensoren bezeichnete Sensoren den Vorteil, dass sie kostengünstig im Waferverband hergestellt werden können. Darüber hinaus können bei der Herstellung von Titan-MEMS-Sensoren neben in der Halbleitertechnologie eingesetzten Verfahren auch im Maschinenbau, sowie in der Metallverarbeitung übliche Verfahren, wie z.B. Drehen, Fräsen und Schweißen eingesetzt werden.
In der US 2014/0126167 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Verschlusskappe mittels eines mit einem gepulsten Laser ausgeführten Laserstrahlschweißverfahrens auf ein Titan-Substrat aufgeschweißt wird, während in einer in das Titan-Substrat eingebrachten Ausnehmung bereits ein temperaturempfindlicher MEMS-Sensor angeordnet ist.
Mit Differenzdrucksensoren werden regelmäßig Druckdifferenzen zwischen zwei im Vergleich zum Differenzdruck jeweils sehr großen zu beiden Seiten der Messmembran auf die Messmembran einwirkenden statischen Drücken gemessen. Dabei bieten als Titan-MEMS-Sensoren ausgebildete Differenzdrucksensoren den Vorteil, dass sie in der Regel eine höhere Berstfestigkeit und eine höhere Überlastfestigkeit aufweisen als Halbleitersensoren.
Ein insoweit besonders gut geeigneter Differenzdrucksensor zur Messung eines Differenzdrucks zwischen zwei Drücken ist in der DE 10 2018 091 A1 beschrieben. Dieser Differenzdrucksensor umfasst
eine aus einem Titanwafer gefertigte Messmembran, und
zwei zu beiden Seiten der Messmembran angeordnete, jeweils unter Verwendung mindestens eines Titanwafers gefertigte und unter Einschluss einer jeweils mit einem der beiden Drücke beaufschlagbaren Druckkammer mit der Messmembran verschweißte Grundkörper.
Das unmittelbare Verschweißen der Messmembran mit beiden Grundkörpern bietet gegenüber alternativ einsetzbaren Fügeverfahren, wie z.B. unter Zwischenfügung einer Hilfsschicht, wie z.B. Goldschicht, ausgeführten Thermokompressionsbondverfahren, oder unter Zwischenfügung einer Isolationsschicht ausführten Fügeverfahren den Vorteil, dass Schweißungen in der Regel eine höheren Druckfestigkeit und eine höhere Langzeitstabilität aufweisen. Darüber hinaus bietet das unmittelbare Verschweißen bei kapazitiven Differenzdrucksensoren mit mindestens einem jeweils durch die Messmembran und eine in einem der Grundkörper integrierte Elektrode gebildeten Kondensator den Vorteil, dass der für die Messempfindlichkeit maßgebliche Abstand zwischen Elektrode und Messmembran geringer ist, als das bei Zwischenfügung einer Hilfsschicht oder einer Isolationsschicht der Fall wäre.
Nachteilig ist jedoch, dass durch den mit dem Verschweißen des unmittelbar an den zwischen den beiden Druckkammern angeordneten, auslenkbaren Membranbereich angrenzenden Membranrands mit beiden Grundkörpern verbundenen Wärmeeintrag Spannungen in den auslenkbaren Membranbereich induziert werden. Nach der Verschweißung in dem auslenkbaren Membranbereich verbleibende Spannungen können unter Umständen die Festigkeit der Membran reduzieren. Außerdem können sie zu einer druck- und/oder temperaturabhängigen Hysterese und/oder zu einer Vergrößerung einer Temperaturabhängigkeit der vom Differenzdruck abhängigen Auslenkung des auslenkbaren Membranbereichs führen. Darüber hinaus können sie die Langzeitstabilität der mit diesen Differenzdrucksensoren erzielbaren Messgenauigkeit reduzieren.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass beim Verschweißen aufgeschmolzene und anschließend wieder erstarrte Membranbereiche der Messmembran regelmäßig eine verringerte mechanische Stabilität aufweisen. Diese verringerte mechanische Stabilität führt insb. in dem unmittelbar an den auslenkbaren Membranbereich angrenzenden Membranrand zu Problemen, da dieser Bereich bei jeder differenzdruckabhängigen Auslenkung des unmittelbar daran angrenzenden auslenkbaren Membranbereichs mechanischen Belastungen, wie z.B. Zug- und Scherbelastungen, ausgesetzt ist. Immer wiederkehrend auf diesen Bereich ausgeübte, je nach Differenzdruck unter Umständen auch sehr große Belastungen führen auf Dauer zu einer weiteren Verringerung der Membranstabilität. Hierdurch verändert sich mit der Zeit die differenzdruckabhängige Auslenkbarkeit der Messmembran, was eine Verschlechterung der erzielbaren Messgenauigkeit zur Folge hat. Außerdem führt die verringerte, sich ggfs. weiter verschlechternde Membranstabilität zu einer verringerten Langzeitstabilität der mit diesen Differenzdrucksensoren erzielbaren Messgenauigkeit und zu einer entsprechend reduzierten Überlastfestigkeit des Differenzdrucksensors.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Differenzdrucksensor, insb. einen Differenzdrucksensor mit hoher Berstfestigkeit und hoher Überlastfestigkeit, anzugeben, mit dem eine hinsichtlich der Langzeitstabilität, der druck- und/oder temperaturabhängigen Hysterese und/oder einer Temperaturabhängigkeit eines Messfehlers verbesserte Messgenauigkeit erzielbar ist.
Hierzu umfasst die Erfindung einen Differenzdrucksensor zur Messung eines Differenzdrucks zwischen zwei Drücken, mit
einer aus einem Titanwafer gefertigten Messmembran, und
zwei zu beiden Seiten der Messmembran angeordneten, jeweils unter Verwendung mindestens eines Titanwafers gefertigten und unter Einschluss einer jeweils mit einem der beiden Drücke beaufschlagbaren Druckkammer mit der Messmembran verschweißten Grundkörpern,
der sich dadurch auszeichnet, dass
an einen an beide Druckkammern angrenzenden auslenkbaren Membranbereich der Messmembran außenseitlich allseitig ein eingespannter Membranbereich der Messmembran angrenzt, wobei der eingespannte Membranbereich in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung zwischen einander zu beiden Seiten des eingespannten Membranbereichs gegenüberliegenden Grundkörperbereichen der Grundkörper eingespannt ist, und
der eingespannte Membranbereich außenseitlich allseitig von einem mit beiden Grundkörpern verschweißten Membranbereich der Messmembran umgeben ist.
Bei erfindungsgemäßen Differenzdrucksensoren ist über den mit beiden Grundkörpern verschweißten Membranbereich eine definierte Einspannung des unmittelbar an den auslenkbaren Membranbereich angrenzenden eingespannten Membranbereichs gewährleistet, ohne dass der eingespannte Membranbereich hierzu mit den Grundkörpern verschweißt ist. Entsprechend weist der eingespannte Membranbereich eine der mechanischen Stabilität des auslenkbaren Membranbereichs entsprechende hohe mechanische Stabilität auf. Das bietet den Vorteil, dass der eingespannte Membranbereich durch die Auslenkungen des auslenkbaren Membranbereichs darauf ausgeübten mechanischen Belastungen deutlich besser und länger standhalten kann, als unmittelbar an den auslenkbaren Membranbereich angrenzende, mit beiden Grundkörpern verschweißte Membranränder. Hierdurch wird eine entsprechend hohe Langzeitstabilität der Messgenauigkeit erzielt.
Zusätzlich bietet der durch den eingespannten Membranbereich bedingte Abstand zwischen dem auslenkbaren Membranbereich und dem verschweißten Membranbereich den Vorteil, dass der auslenkbare Membranbereich deutlich weniger auf das Verschweißen der Messmembran mit beiden Grundkörpern zurückzuführende Spannungen aufweist, als Differenzdrucksensoren, bei denen ein unmittelbar an den auslenkbaren Membranbereich angrenzender Membranrand mit beiden Grundkörpern verschweißt ist. Weniger Spannungen im auslenkbaren Membranbereich bedeuten eine entsprechend geringere spannungsbedingte Reduktion der Membranfestigkeit und bietet darüber hinaus den Vorteil, dass erfindungsgemäße Differenzdrucksensoren eine entsprechend höhere Langzeitstabilität, eine entsprechend geringere Hysterese und einen entsprechend geringeren temperaturabhängigen Messfehler aufweisen.
Erste Weiterbildungen zeichnen sich dadurch aus, dass
der eingespannte Membranbereich in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung eine radiale Breite von größer gleich 100 µm aufweist, und/oder
der verschweißte Membranbereich in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung eine radiale Breite von 50 µm bis 500 µm aufweist.
Zweite Weiterbildungen zeichnen sich dadurch aus, dass
die Messmembran eine Membranstärke von 10 µm bis 500 µm aufweist,
der auslenkbare Membranbereich eine Grundfläche von 1 mm² bis 10 mm² und/oder einen Durchmesser von 1 mm bis 3 mm aufweist,
mindestens einer der Grundkörper in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung eine Grundkörperdicke von 0,5 mm bis 50 mm aufweist,
der verschweißte Membranbereich außenseitlich allseitig von einem äußeren, zwischen äußeren Randbereichen der beiden Grundkörper angeordneten Membranrand umgeben ist, und/oder
der verschweißte Membranbereich außenseitlich von mindestens einem weiteren mit beiden Grundkörpern verschweißten Membranbereich umgeben ist.
Eine Variante zeichnet sich dadurch aus, dass
an jeden Teilbereich des verschweißten Membranbereichs zumindest auf einer Seite der Messmembran jeweils ein Grundkörperbereich eines der beiden Grundkörper angrenzt, in dem der jeweilige Grundkörper auf dessen membran-abwandten Seite eine Ausnehmung aufweist, und
der mit beiden Grundkörpern verschweißte Membranbereich mit beiden Grundkörpern oder mit jedem der beiden Grundkörper jeweils durch eine zu einem Ring geschlossene Verschweißung verbunden ist,
wobei jede Verschweißung jeweils durch mindestens eine jeweils mittels eines in eine der Ausnehmungen eingesetzten Lasers erzeugte Schweißung gebildet ist.
Eine erste Weiterbildung der Variante zeichnet sich dadurch aus, dass jede Ausnehmung jeweils eine Tiefe aufweist, die derart bemessen ist, dass ein zwischen dem verschweißten Membranbereich und der jeweiligen Ausnehmung angeordneter Grundkörperbereich in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung eine Schichtdicke von 10 µm bis 450 µm aufweist.
Eine zweite Weiterbildung der Variante zeichnet sich dadurch aus, dass
die Ausnehmung in einem der beiden Grundkörper als ein dem verschweißten Membranbereich gegenüberliegend angeordneter zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildet ist, und
die den verschweißten Membranbereich mit beiden Grundkörpern verbindende Verschweißung durch die durch diesen Graben hindurch erzeugte, den verschweißten Membranbereich mit beiden Grundkörpern verbindende Schweißung gebildet ist.
Eine dritte Weiterbildung der Variante zeichnet sich dadurch aus, dass
die Ausnehmung in einem der beiden Grundkörper als ein dem verschweißten Membranbereich gegenüberliegend angeordneter, zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildet ist,
die Ausnehmung in dem anderen Grundkörper als ein dem verschweißten Membranbereich gegenüberliegend angeordneter, zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildet ist, und der Differenzdrucksensor
entweder derart ausgebildet ist, dass die den verschweißten Membranbereich mit den Grundkörpern verbindenden Verschweißungen eine durch den Graben des einen Grundkörper hindurch erzeugte, diesen Grundkörper mit dem verschweißten Membranbereich verbindende Schweißung und eine durch den Graben des anderen Grundkörpers hindurch erzeugte, den anderen Grundkörper mit dem verschweißten Membranbereich verbindende Schweißung umfassen,
oder derart ausgebildet ist, dass die den verschweißten Membranbereich mit beiden Grundkörpern verbindende Verschweißung durch eine durch den Graben eines der Grundkörper hindurch erzeugte, den verschweißten Membranbereich mit beiden Grundkörpern verbindende Schweißung gebildet ist.
Eine vierte Weiterbildung der Variante zeichnet sich dadurch aus, dass
die Ausnehmungen mindestens zwei jeweils als Grabensegment ausgebildete Ausnehmungen umfassen,
in jedem Grundkörper jeweils mindestens eines dieser Grabensegmente angeordnet ist,
zueinander benachbarte Endbereiche des einzigen Grabensegments oder zueinander benachbarte Grabensegmente eines jeden Grundkörpers jeweils durch eine dazwischen angeordnete, durch einen Grundkörperbereich des jeweiligen Grundkörpers gebildete Abtrennung voneinander getrennt sind,
die Grabensegmente derart ausgebildet und angeordnet sind, dass jeder auf einer Seite des verschweißten Membranbereichs angeordneten Abtrennung auf der gegenüberliegenden Seite des verschweißten Membranbereich das Grabensegment oder eines der Grabensegmente des jeweils anderen Grundkörpers gegenüberliegt, und
die den verschweißten Membranbereich mit beiden Grundkörpern verbindende Verschweißung durch eine Summe von jeweils durch eines der Grabensegmente hindurch mittels eines Lasers erzeugten, beide Grundkörper mit dem verschweißten Membranbereich verbindenden Schweißungen gebildet ist.
Weitere Weiterbildungen erfindungsgemäßer Differenzdrucksensoren zeichnen sich dadurch aus, dass
in mindestens einem der beiden Grundkörper jeweils mindestens eine Komponente oder eine als Elektrode ausgebildete Komponente eines elektromechanischen Wandlers zur messtechnischen Erfassung einer vom Differenzdruck abhängigen Auslenkung des auslenkbaren Membranbereichs angeordnet ist,
an mindestens eine dieser Komponenten jeweils eine durch den jeweiligen Grundkörper hindurch nach außen geführte Anschlussleitung angeschlossen ist, und
jede Anschlussleitung jeweils über eine entlang einer membran-abgewandten Außenseite des jeweiligen Grundkörpers verlaufende Verbindungsleitung mit einem auf einer Außenseite des Differenzdrucksensors angeordneten Wandleranschluss verbunden ist, wobei ein entlang der membran-abgewandten Außenseite des jeweiligen Grundkörpers verlaufender Leitungsbereich jeder Verbindungsleitung jeweils:

a) als eine ausschließlich über ausnehmungsfreie Teilbereiche der membran-abgewandten Außenseite verlaufende Leitung ausgebildet ist, oder
b) einen entlang einer Außenseite der Abtrennung oder einer der Abtrennungen des jeweiligen Grundkörpers verlaufenden Leitungsabschnitt umfasst, oder
c) zwei über ein die Ausnehmung des jeweiligen Grundkörpers überbrückendes Verbindungselement miteinander verbundene Leitungsabschnitte umfasst.

Desweitern umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Differenzdrucksensors, dass sich dadurch auszeichnet, dass
die Messmembran und die Grundkörper vorgefertigt werden, und
ein im fertigen Differenzdrucksensor den verschweißten Membranbereich bildender zu verschweißender Membranbereich der Messmembran mit den Grundkörpern verschweißt wird, während der jeweilige Grundkörper oder jeder der beiden Grundkörper jeweils durch einen darauf ausgeübten Anpressdruck oder durch einen darauf ausgeübten Anpressdruck von bis zu 1 MPa oder mehr, in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung gegen die Messmembran gepresst wird.
Eine erste Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass

a) derart verfahren wird, dass eine Anordnung erzeugt wird, in der die Messmembran zwischen den beiden Grundkörpern angeordnet ist, und der zu verschweißende Membranbereich der Messmembran mit den Grundkörpern verschweißt wird, während die Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung zusammengepresst wird, oder
b) derart verfahren, dass
b1) eine Anordnung erzeugt wird, in der die Messmembran auf einem ersten der beiden Grundkörper angeordnet ist, und die Messmembran mit dem ersten der beiden Grundkörper verschweißt wird, während diese Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung zusammengepresst wird, und
b2) eine Anordnung erzeugt, in der der zweite der beiden Grundkörper auf der dem ersten Grundkörper gegenüberliegenden Seite der Messmembran angeordnet ist, und der zweite Grundkörper mit der Messmembran verschweißt wird, während diese Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran verlaufender Richtung zusammengepresst wird.

Eine zweite Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der zu verschweißende Membranbereich mit den Grundkörpern durch Laserstrahlschweißen oder durch mit einem gepulsten Laser ausgeführtes Laserstrahlschweißen verschweißt wird.
Eine Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung zur Herstellung eines Differenzdrucksensors gemäß der Variante, zeichnet sich dadurch aus, dass jede jeweils mittels des Lasers durch die oder eine der Ausnehmungen hindurch zu erzeugende Schweißung jeweils dadurch erzeugt wird, dass mittels des in die jeweilige Ausnehmung eingesetzten, sukzessive entlang der Ausnehmung geführten Lasers jeweils entweder:

a) sukzessive ein Bereich des Differenzdrucksensor aufgeschmolzen wird, der den zwischen dem zu verschweißenden Membranbereich und der jeweiligen Ausnehmung angeordneten Grundkörperbereich des die jeweilige Ausnehmung aufweisenden Grundkörpers, den zu verschweißenden Membranbereich und einen dem Grundkörperbereich auf der anderen Seite des zu verschweißenden Membranbereichs gegenüberliegenden Bereich des gegenüberliegenden Grundkörpers umfasst, oder
b) sukzessive ein Bereich des Differenzdrucksensor aufgeschmolzen wird, der den zwischen dem zu verschweißenden Membranbereich und der jeweiligen Ausnehmung angeordneten Grundkörperbereich des die jeweilige Ausnehmung aufweisenden Grundkörpers und zumindest einen Teilbereich des an diesen Grundkörperbereich angrenzenden zu verschweißenden Membranbereichs umfasst.

Eine dritte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in einem im fertigen Differenzdrucksensor unmittelbar an den verschweißten Membranbereich angrenzenden Oberflächenbereich mindestens eines der Grundkörper jeweils durch Materialabtrag eine mindestens eine Ausnehmung aufweisende Oberflächenstruktur erzeugt wird, bevor der zu verschweißende Membranbereich mit den Grundkörpern verschweißt wird.
Eine Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine oder jede Ausnehmung mindestens einer oder jeder Oberflächenstruktur jeweils:

a) eine Ausnehmungstiefe von 1 µm bis 50 µm aufweist, und/oder
b) als Graben, als eine Grabenbreite von 1 µm bis 50 µm aufweisender Graben, als Loch oder als eine Querschnittsfläche von 1 µm² bis 500 µm² aufweisendes Loch ausgebildet ist.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um Komponenten mit sehr unterschiedlichen Abmessungen darstellen zu können, wurde eine nicht maßstabsgetreue Darstellung gewählt.

1 bis 3 zeigen jeweils: einen Differenzdrucksensor;
4 zeigt: eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Differenzdrucksensors von 1;
5 zeigt: ein zur Herstellung des Differenzdrucksensors von 1 einsetzbares Laserstrahlschwei ß verfahren;
6 zeigt: ein zur Herstellung des Differenzdrucksensors von 2 einsetzbares Laserstrahlschwei ß verfahren;
7 zeigt: eine Abwandlung eines Ausschnitts des in 2 dargestellten Differenzdrucksensors; und
8 zeigt: eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Differenzdrucksensors von 3.

1 bis 3 zeigen jeweils ein Beispiel eines Differenzdrucksensors zur Messung eines Differenzdrucks zwischen zwei Drücken p1, p2. Diese Differenzdrucksensoren umfassen jeweils eine aus einem Titanwafer gefertigten Messmembran 1 und zwei zu beiden Seiten der Messmembran 1 angeordnete, jeweils unter Verwendung mindestens eines Titanwafers gefertigte, mit der Messmembran 1 verschweißte Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d. In jedem Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d ist jeweils eine Druckkammer 5 eingeschlossen, die mit einem der beiden Drücke p1, p2 beaufschlagbar ist, deren durch die Differenz der beiden Drücke p1, p2 gegebener Differenzdruck mittels des Differenzdrucksensor messtechnisch erfassbar ist. Zur Druckbeaufschlagung der beiden Druckkammern 5 weist jeder Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d vorzugsweise jeweils einen durch den jeweiligen Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d hindurch bis zur darin eingeschlossenen Druckkammer 5 verlaufenden Kanal 7 auf, über den die darin eingeschlossene Druckkammer 5 mit den jeweiligen Druck p1, p2 beaufschlagbar ist.
Die Messmembranen 1 dieser Differenzdrucksensoren umfassen jeweils einen zwischen den beiden Druckkammern 3 angeordneten, auslenkbaren Membranbereich 9, der durch den darauf einwirkenden Differenzdruck auslenkbar ist.
Erfindungsgemäß grenzt an den auslenkbaren Membranbereich 9 der Messmembranen 1 dieser Differenzdrucksensoren außenseitlich allseitig ein eingespannter Membranbereich 11 an. Der eingespannte Membranbereich 11 ist in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung zwischen einander zu beiden Seiten des eingespannten Membranbereichs 11 gegenüberliegenden Grundkörperbereichen der beiden Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d eingespannt. Darüber hinaus ist der eingespannte Membranbereich 11 außenseitlich allseitig von einem mit beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d verschweißten Membranbereich 13 umgeben.
Bei erfindungsgemäßen Differenzdrucksensoren wird also durch die einander zu beiden Seiten des eingespannten Membranbereichs 11 gegenüberliegenden Grundkörperbereiche der beiden Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d eine Einspannkraft auf den dazwischen eingespannten Membranbereich 11 ausgeübt, ohne dass diese Grundkörperbereiche durch eine Fügung, wie z.B. eine Schweißung, mit dem eingespannten Membranbereich 11 verbunden sind. Durch diese über die durch den mit beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d b verschweißten Membranbereich 13 bewirkte Einspannkraft wird eine in reproduzierbarer Weise vom Differenzdruck abhängige Auslenkbarkeit des auslenkbaren Membranbereichs 9 sichergestellt, ohne dass dies mit einer herstellungsbedingten Verringerung der Membranstabilität des eingespannten Membranbereichs verbunden ist.
Erfindungsgemäße Differenzdrucksensoren werden vorzugsweise hergestellt, indem die Messmembran 1 und die Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d vorgefertigt werden. Anschließend wird ein im fertigen Differenzdrucksensor den verschweißten Membranbereich 13 bildender zu verschweißender Membranbereich der Messmembran 1 mit den Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d verschweißt während der jeweilige Grundkörper 3a, 3c, 3d oder jeder der beiden Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d jeweils durch einen darauf ausgeübten Anpressdruck p_a in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung gegen die Messmembran 1 gepresst wird.
Hierzu wird vorzugsweise derart verfahren, dass eine Anordnung erzeugt wird, in der die Messmembran 1 zwischen den beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet ist. Anschließend wird ein Schweißverfahren ausgeführt, mit dem der zu verschweißende Membranbereich mit beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d verschweißt wird, während die Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung zusammengepresst wird. Das Zusammenpressen der Anordnung erfolgt vorzugsweise indem die membran-abgewandten Außenseiten beider Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d jeweils mit einem Anpressdruck p_a beaufschlagt werden.
Alternativ kann aber auch derart verfahren werden, dass zunächst eine Anordnung erzeugt wird, in der die Messmembran 1 auf einem ersten der beiden Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d aufliegt und mit dem ersten Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d verschweißt wird, während diese Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung zusammengepresst wird. In dem Fall wird nachfolgend eine Anordnung erzeugt, in der der zweite der beiden Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d auf der dem ersten Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d gegenüberliegenden Seite der Messmembran 1 aufliegt. Nachfolgend wird auch der zweite Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d mit der Messmembran 1 verschweißt während diese nun beide Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d umfassende Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung zusammengepresst wird.
Unabhängig von der diesbezüglichen Ausgestaltung des Verfahrens, bietet das Zusammenpressen der jeweiligen Anordnung während des jeweiligen Schweißverfahrens den Vorteil, dass durch das Zusammenpressen eine z.B. über die Größe der Anpressdrücke p_a in definierter Weise vorgebbare Einklemmkraft auf den im Differenzdrucksensor den eingespannten Membranbereich 11 bildenden Membranbereich der Messmembran 1 ausgeübt wird, die nach der Ausführung des Schweißverfahrens über die im zusammengepressten Zustand mit dem verschweißten Membranbereich 13 verschweißten Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d in Form einer der Einklemmkraft entsprechenden, von beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d auf den eingespannten Membranbereich 11 ausgeübten Einspannkraft aufrechterhalten wird.
Zur Erzielung einer ausreichend großen, langzeitstabilen Einspannkraft wird jede der zuvor beschriebenen Anordnungen vorzugsweise mit einem die Einklemmkraft bewirkenden Anpressdruck p_a von bis zu 1 MPa, oder sogar darüber, zusammengepresst.
Unabhängig von der Größe der Anpressdrücke p_a bietet das Verfahren den Vorteil, dass der mit dem jeweiligen Schweißverfahren verbundene Wärmeintrag auf einen von dem auslenkbaren Membranbereich 9 durch eine radiale Breite des eingespannten Membranbereichs 11 beabstandeten Bereich des Differendrucksensors begrenzbar ist. Entsprechend werden hierdurch deutlich weniger Spannungen in den auslenkbaren Membranbereich 11 induziert als bei der Ausführung von Schweißverfahren, bei denen ein unmittelbar an den auslenkbaren Membranbereich 9 angrenzender Membranrand mit beiden Grundkörpern verschweißt wird.
Zur Verschweißung des zu verschweißenden Membranbereichs 13 können aus dem Stand der Technik bekannte Schweißverfahren, wie z.B. das Elektronenstrahlschweißen, eingesetzt werden. Ein derzeit als besonders bevorzugt angesehenes Schweißverfahren ist das Laserstrahlschweißen. Mit Laserstrahlschweißverfahren können Schweißungen mit einer Eindringtiefe in Titan von bis zu einem oder wenigen Millimetern erzeugt werden. Laserstrahlschweißverfahren bieten den Vorteil, dass sie in einem durch eine entsprechende Ausrichtung und Fokussierung des Lasers räumlich sehr eng begrenzbaren Bereich des Differenzdrucksensors durchführbar sind. Hierdurch reduziert sich der mit dem Schweißverfahren verbundene Wärmeeintrag. Das führt wiederum zu einer Verringerung von durch den Wärmeeintrag in den auslenkbaren Membranbereich 9 induzierten Spannungen. Darüber hinaus wird der Wärmeeintrag optional vorzugsweise zusätzlich dadurch reduziert, dass das Laserstrahlschweißen mit einem gepulsten Laser ausgeführt wird. Zur Durchführung dieser Laserstrahlschweißungen eignet sich z.B. ein Neodym-dotierter Yttrium Aluminium Granat Laser (Nd:YAG-Laser), wobei vorzugsweise ein gepulster Yttrium Aluminium Granat Laser (Nd:YAG-Laser) eingesetzt wird. Um eine Oxidation der zu verschweißenden Komponenten zu verhindern, wird das Laserstrahlschweißen vorzugsweise unter einer Schutzgasatmosphäre, wie z.B. einer Argon-Atmosphäre, ausgeführt.
Erfindungsgemäße Differenzdrucksensoren weisen die zuvor bereits genannten Vorteile auf. Im Rahmen der Erfindung können einzelne Bestandteile erfindungsgemäßer Differenzdrucksensoren unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. Hierzu sind nachfolgend einige Beispiele einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbarer optionaler Ausgestaltungen beschrieben.
So weist die Messmembran 1 vorzugsweise eine in Abhängigkeit vom Druckmessbereich vorgegebene Membranstärke, wie z.B. eine Membranstärke von 10 µm bis 500 µm auf. Dabei kann die Messmembran 1 insgesamt optional eine rechteckige oder quadratische Grundfläche von 4 mm² bis 100 mm² aufweisen, die vorzugsweise gleich einer Grundfläche des Differenzdrucksensors ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu weist der auslenkbare Membranbereich 9 z.B. eine Grundfläche von 1 mm² bis 10 mm² und/oder eine kreisscheibenförmige Grundfläche mit einem Durchmesser 1 mm bis 3 mm von auf.
Optional können die Messmembranen 1 erfindungsgemäßer Differenzdrucksensoren einen den verschweißten Membranbereich 13 außenseitlich allseitig umgebenden äußeren Membranrand 15 umfassen, der zwischen den zu beiden Seiten daran angrenzenden Grundkörperrändern der Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet ist. Das ist nicht zwingend erforderlich. Es bietet jedoch den Vorteil, dass der zusätzliche Platz außerhalb des verschweißten Grundkörperbereichs für eine Funktionalität, wie z.B. eine elektrische Kontaktierung genutzt werden kann. Außerdem bietet es bei der Herstellung dieser Differenzdrucksensoren im Waferverband den Vorteil, dass das Vereinzeln der Differenzdrucksensoren, z.B. durch Sägen, in einem der radialen Breite des äußeren Membranrands 15 entsprechenden Abstand von dem verscheißten Membranbereich 13 erfolgt.
Im Hinblick auf die durch den eingespannten Membranbereich 11 während des Schweißverfahrens bewirkte thermische Entkopplung des verschweißten Membranbereichs 13 von dem auslenkbaren Membranbereich 9 weist der eingespannte Membranbereich 11 vorzugsweise in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung eine radiale Breite von größer gleich 100 µm auf.
Alternativ oder zusätzlich hierzu weist der verschweißte Membranbereich 13 in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung vorzugsweise eine radiale Breite von 50 µm bis 500 µm auf. Diese Breite bietet den Vorteil, dass sie einerseits ausreichend groß ist, um eine in hohem Maße druckfeste, hermetisch dichte Verbindung der Messmembran 1 mit beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d sicherzustellen, und andererseits klein genug ist, um den mit der Verschweißung des verschweißten Membranbereichs 13 mit beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d verbundenen Wärmeeintrag entsprechend gering zu halten. Dabei ist die radiale Breite des verschweißten Membranbereichs 13 vorzugsweise umso größer, je größer die Druckbelastung ist, der die Verschweißung standhalten muss. Dabei können in beiden Druckkammern 5 jeweils unter Umständen vergleichsweise große Drücke p1, p2, wie z.B. Drücke p1, p2 von bis zu 400 bar, auftreten.
Um eine noch höhere Druckbeständigkeit zu erzielen können die Messmembranen 1 erfindungsgemäßer Differenzdrucksensoren optional zusätzlich zu dem verschweißten Membranbereich 13 noch mindestens einen weiteren, den verschweißten Membranbereich 13 außenseitlich umgebenden, jeweils mit beiden Grundkörpern 3a, 3b verschweißten Membranbereich 13a umfassen. Für jeden dieser weiteren verschweißten Membranbereiche 13a gelten die Ausführungen zu dem verschweißten Membranbereich 13 entsprechend. Ein Beispiel hierzu ist in der linken oberen Hälfte von 1 als Option gestrichelt dargestellt. Dort ist der verschweißte Membranbereich 13 von dem diesen außenseitlich umgebenden weiteren verschweißten Membranbereich 13a durch einen dazwischen angeordneten Membranbereich 14 beabstandet.
Optional sind die Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d vorzugsweise derart ausgebildet, dass an jeden Teilbereich des verschweißten Membranbereichs 13 zumindest auf einer Seite der Messmembran 1 jeweils ein Grundkörperbereich eines der beiden Grundkörper 3a, 3c, 3d angrenzt, in dem der jeweilige Grundkörper 3a, 3c, 3d auf dessen membran-abwandten Seite eine Ausnehmung 17, 19 aufweist. Bei diesen Differenzdrucksensoren ist der mit beiden Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d verschweißte Membranbereich 13 entweder mit beiden Grundkörpern 3a, 3a; 3a, 3b, bzw. 3c, 3d oder mit jedem der beiden Grundkörper 3a, 3a jeweils durch eine zu einem Ring geschlossene Verschweißung verbunden. Dabei ist jede Verschweißung jeweils durch mindestens eine jeweils mittels eines in eine der Ausnehmungen 17, 19 eingesetzten Lasers 21 erzeugte Schweißung S_aa, S_ab, S_a, S_cd gebildet. Diese Ausgestaltung ist optional vorzugsweise auch bezüglich jedes ggfs. vorgesehenen weiteren verschweißten Membranbereichs 13a vorgesehen.
Zur Erzeugung dieser Schweißungen S_aa, S_ab, S_a, S_cd werden vorzugsweise die zuvor beschriebenen Laserstrahlschweißverfahren eingesetzt. Dabei bietet die mit jeder Ausnehmung 17, 19 verbundene Verringerung einer Schichtdicke d eines zwischen dem verschweißten Membranbereich 13 und der jeweiligen Ausnehmung 17, 19 angeordneten Grundkörperbereichs den Vorteil, dass das Laserstrahlschweißverfahren mit einer entsprechend geringeren Eindringtiefe ausgeführt werden kann. Das bietet den Vorteil, dass der der hiermit verbundene Wärmeeintrag entsprechend geringer ausfällt, so dass auch die hierdurch in den auslenkbaren Membranbereich 9 induzierten Spannungen entsprechend geringer ausfallen.
Darüber hinaus bieten die durch die Ausnehmungen 17, 19 hindurch erzeugten Schweißungen S_aa, S_ab, S_a, S_cd den Vorteil, dass eine in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung verlaufende Grundkörperdicke D der Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d jeweils im Wesentlichen unabhängig von einer maximalen Eindringtiefe der Laserstrahlschweißung in Titan vorgegeben werden kann. Insoweit weist mindestens einer oder jeder der beiden Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d vorzugsweise jeweils eine in Abhängigkeit vom Differenzdruckmessbereich und/oder einer gewünschten Überlastfestigkeit des Differenzdrucksensors vorgegebene Grundkörperdicke D, z.B. eine Grundkörperdicke D von 0,5 mm bis 50 mm, auf.
Alternativ oder zusätzliche hierzu ist eine Tiefe einer jeden Ausnehmung 17, 19 vorzugsweise jeweils derart bemessen, dass der zwischen dem verschweißten Membranbereich 13 und der jeweiligen Ausnehmung 17, 19 angeordnete Grundkörperbereich des jeweiligen Grundkörpers 3a, 3c, 3d in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran 1 verlaufender Richtung eine Schichtdicke d von 10 µm bis 450 µm aufweist. Hierdurch wird je nach Grundkörperdicke D der Grundkörper 3a, 3c, 3d unter Umständen eine erhebliche Reduktion des mit der Erzeugung der jeweiligen Schweißung S_aa, S_ab, S_a, S_cd verbundenen Wärmeeintrags erzielt. Zugleich ist über eine Schichtdicke d von größer gleich 10 µm ein Mindestmaß an Bestfestigkeit und Überlastfestigkeit des Differenzdrucksensors sichergestellt.
Die rechte Hälfte von 1 zeigt ein Beispiel, bei dem nur einer der beiden Grundkörper 3a eine einzige hier als ein dem verschweißten Membranbereich 13 gegenüberliegend angeordneter zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildete Ausnehmung 17 aufweist. 4 zeigt hierzu eine Draufsicht auf die den Graben aufweisende Stirnseite des Differenzdrucksensors von 1. Bei diesem Differenzdrucksensor ist die den verschweißten Membranbereich 13 mit beiden Grundkörpern 3a, 3b verbindende Verschweißung durch die durch diesen Graben hindurch erzeugte Schweißung S_ab gebildet. Diese Verschweißung wird vorzugsweise auf die in 5 dargestellte Weise erzeugt, indem mit einem in den Graben eingesetzten, sukzessive entlang des gesamten Grabens geführten Lasers 21 sukzessive ein in 5 eingerahmter Bereich 23 des Differenzdrucksensor aufgeschmolzen wird. Dieser Bereich 23 umfasst den zwischen dem zu verschweißenden Membranbereich 13 und dem Graben angeordneten Grundkörperbereich des den Graben aufweisenden Grundkörpers 3a, den zu verschweißenden Membranbereich und einen dem an den Graben angrenzenden Grundkörperbereich auf der anderen Seite des zu verschweißenden Membranbereichs gegenüberliegenden Bereich des hier ausnehmungsfreien Grundkörpers 3b. Diese Variante bietet den Vorteil, dass nur ein einziger Schweißvorgang entlang der gesamten Länge des Grabens ausgeführt werden muss, um den verschweißten Membranbereich 13 mit beiden Grundkörpern 3a, 3b zu verschweißen.
2 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem beide Grundkörper 3a jeweils die zuvor beschriebene, als dem verschweißten Membranbereich 13 gegenüberliegend angeordneter, zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildete Ausnehmung 17 aufweisen. Bei diesem Differenzdrucksensor ist der verschweißte Membranbereich 13 mit jedem der beiden Grundkörper 3a jeweils durch eine Verschweißung verbunden. Dabei ist jede dieser Verschweißungen jeweils durch eine durch den Graben einer der Grundkörper 3a hindurch erzeugte Schweißung S_a gebildet. Diese Schweißungen S_a werden vorzugsweise auf die in 6 dargestellte Weise erzeugt, indem mittels eines in den jeweiligen Graben eingesetzten, sukzessive entlang des gesamten Grabens geführten Lasers 21 durch eine entsprechende Bemessung der Eindringtiefe der Laserstrahlung sukzessive einer der beiden in 6 eingerahmten Bereiche 25 des Differenzdrucksensor aufgeschmolzen wird. Diese Bereiche 25 umfassen jeweils den zwischen dem zu verschweißenden Membranbereich und dem jeweiligen Graben angeordneten Grundkörperbereich des jeweiligen Grundkörpers 3a und zumindest einen unmittelbar daran angrenzenden Teilbereich des zu verschweißenden Membranbereichs. Diese Variante bietet gegenüber dem in 1 dargestellten Differenzdrucksensor den Vorteil, dass ein höheres Maß an Symmetrie des Differenzdrucksensors bezüglich einer durch die Messmembran 1 gegebenen Symmetrieebene erzielbar ist, und dass der mit der Erzeugung der einzelnen Verschweißungen verbundene Wärmeeintrag aufgrund der geringeren Eindringtiefe der Laserstrahlung jeweils geringer ist, als bei der Erzeugung von den verschweißten Membranbereich 13 mit beiden Grundkörpern 3a, 3b verbindenden Schweißungen S_ab.
Alternativ kann der verschweißte Membranbereich 13 von Differenzdrucksensoren, deren Grundkörpern 3a beide jeweils die dem verschweißten Membranbereich 13 gegenüberliegend angeordnete als zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildete Ausnehmung 17 aufweisen, aber auch durch eine den verschweißten Membranbereich 13 mit beiden Grundkörpern 3a verbindende Verschweißung mit beiden Grundkörper 3a verschweißt sein oder werden. 7 zeigt hierzu eine entsprechende Abwandlung eines Ausschnitts des in 2 dargestellten Differenzdrucksensors. Dort umfasst die Verschweißung nur eine mittels eines in einen der beiden Gräben eingesetzten Lasers 21 mit entsprechend größerer Lasereindringtiefe erzeugte Schweißung Saa, über die der verschweißte Membranbereich 13 mit beiden Grundkörpern 3a verbunden ist.
3 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem jeder Grundkörper 3c, 3d jeweils mindestens eine jeweils als Grabensegment ausgebildete Ausnehmung 19 aufweist. Bei dieser Variante sind zueinander benachbarte Endbereiche des einzigen Grabensegments des jeweiligen Grundkörpers oder in einem der beiden Grundkörper 3c, 3d zueinander benachbarte Grabensegmente jeweils durch eine dazwischen angeordnete, durch einen Grundkörperbereich des jeweiligen Grundkörpers 3c, 3d gebildete Abtrennung 27 voneinander getrennt. 8 zeigt hierzu ein Beispiel einer entsprechenden Draufsicht auf eine der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Differenzdrucksensors von 3.
Um auch hier eine zu einem Ring geschlossene Verbindung des verschweißten Membranbereichs 13 mit jedem der beiden Grundkörper 3c, 3d zu erzielen, sind die Grabensegmente hier derart ausgebildet und angeordnet, dass jeder auf einer Seite des verschweißten Membranbereichs 13 angeordneten Abtrennung 27 auf der jeweils anderen Seite des verschweißten Membranbereich 13 das Grabensegment oder eines der Grabensegmente des jeweils anderen Grundkörpers 3d, 3c gegenüberliegt.
Bei diesem Differenzdrucksensor ist die den verschweißten Membranbereich 13 mit beiden Grundkörpern 3c, 3d verbindende Verschweißung durch eine Summe aller jeweils durch eines der Grabensegmente hindurch erzeugten Schweißungen S_cd gebildet. Genau wie bei dem in 5 dargestellten Verfahren wird bei der Erzeugung diese Schweißungen S_cd jeweils derart verfahren, dass mittels des in das jeweilige Grabensegment eingesetzten, sukzessive entlang des gesamten Grabensegments geführten Lasers 21 durch eine entsprechende Bemessung der Eindringtiefe der Laserstrahlung sukzessive der in 5 eingerahmte Bereich 23 des Differenzdrucksensor aufgeschmolzen wird. Dieser Bereich 23 umfasst auch hier den zwischen dem zu verschweißenden Membranbereich und dem jeweiligen Grabensegment angeordneten Grundkörperbereich des jeweiligen Grundkörpers 3c bzw. 3d, den zu verschweißenden Membranbereich und den dem Grundkörperbereich auf der anderen Seite des zu verschweißenden Membranbereichs gegenüberliegenden Bereich des gegenüberliegenden Grundkörpers 3d bzw. 3c.
Diese Variante ist insb. dann von Vorteil, wenn in jedem der beiden Grundkörper 3c, 3d jeweils mindestens eine an eine in den Figuren nicht dargestellte Messschaltung anzuschließende Komponente 29 eines elektromechanischen Wandlers angeordnet ist.
Elektromechanische Wandler werden in Differenzdrucksensoren zur messtechnischen Erfassung der vom auf die Messmembran 1 einwirkenden Differenzdruck abhängigen Auslenkung des auslenkbaren Membranbereichs 9 eingesetzt. Dabei genügt ein einziger Wandler, über den mindestens eine von der differenzdruckabhängigen Auslenkung des auslenkbaren Membranbereichs 9 abhängige elektrische Größe zur Verfügung steht, die mittels der Messschaltung messtechnisch erfasst und in ein den zu messenden Differenzdruck wiedergebendes elektrisches Signal umgewandelt werden kann, das dann zur Ausgabe, zur Anzeige und/oder zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.
Die hier als Beispiel dargestellten Differenzdrucksensoren weisen jeweils zwei kapazitive elektromechanische Wandler auf. Jeder dieser Wandler umfasst jeweils einen Kondensator mit einer von der vom auf die Messmembran 1 einwirkenden Differenzdruck abhängigen Auslenkung des auslenkbaren Membranbereichs 9 abhängigen Kapazität. Diese Kondensatoren umfassen jeweils eine auf einer dem auslenkbaren Membranbereich 9 zugewandten Innenseite eines der beiden Grundkörpers 3a, 3b, 3c, 3d angeordnete Komponente 29, nämlich eine auf einer Isolationsschicht 31 angeordnete Elektrode, die zusammen mit der leitfähigen Messmembran 1 den jeweiligen Kondensator bildet.
An jede dieser Komponenten 29 ist jeweils eine durch den jeweiligen Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d hindurch nach außen geführte Anschlussleitung 33 angeschlossen. In den dargestellten Beispielen weisen die Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d hierzu jeweils eine Durchkontaktierung auf, die einen durch den jeweiligen Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d hindurch verlaufenden, innenseitig mit einem elektrisch isolierenden Material ausgekleideten Kanal umfasst, durch den die an die jeweilige Komponente 29 angeschlossene Anschlussleitung 33 hindurch verläuft. Alternativ können die Anschlussleitungen aber auch durch den zur Druckbeaufschlagung der in dem jeweiligen Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d eingeschlossenen Druckkammer 5 dienenden Kanal 7 hindurch nach außen verlaufen.
Die Anschlussleitungen 33 sind vorzugsweise jeweils über eine entlang einer membran-abgewandten Außenseite des jeweiligen Grundkörpers 3a, 3b, 3c, 3d verlaufende Verbindungsleitung 35a, 35b, 35c, 35d mit einem auf einer Außenseite des Differenzdrucksensors angeordneten Wandleranschluss 37 verbunden. Das bietet den Vorteil, dass die Wandleranschlüsse 37 auch dann noch frei zugänglich sind, wenn der Differenzdrucksensor in einem Druckmessaufnehmer oder in einem Druckmessgerät zwischen auf dessen beiden einander gegenüberliegenden, jeweils durch eine membran-abgewandte Außenseite eines der beiden Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d gebildeten Stirnseiten angeordneten Stützkörpern angeordnet ist.
Genau wie die Elektroden sind auch die Verbindungsleitungen 35a, 35b, 35c, 35d vorzugsweise über hierzu vorzugsweise auf den membran-abgewandten Außenseiten der Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d angeordneten Isolationsschichten 39 gegenüber dem jeweiligen Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d isoliert.
Wie auch aus der in 4 dargestellten Draufsicht ersichtlich, umfasst die entlang der membran-abgewandten Außenseite des den Graben aufweisenden Grundkörpers 3a des in 1 dargestellten Differenzdrucksensor verlaufende Verbindungsleitung 35a zwei Leitungsabschnitte 41, die über ein den Graben überbrückendes Verbindungselement 43 miteinander verbunden sind. Im Unterschied hierzu ist die entlang membran-abgewandten Außenseite des gegenüberliegenden, hier ausnehmungsfreien Grundkörpers 3b verlaufende Verbindungsleitung 35b als einteilige ausschließlich über ausnehmungsfreie Teilbereiche der membran-abgewandten Außenseite dieses Grundkörpers 3b verlaufende Leitung ausgebildet.
Bei dem in 2 dargestellten Differenzdrucksensor umfassen die beiden jeweils entlang der membran-abgewandten Außenseite eines der beiden jeweils den Graben aufweisenden Grundkörper 3a verlaufenden Verbindungsleitungen 35b jeweils zwei über ein den Graben überbrückendes Verbindungselement 43 miteinander verbundene Leitungsabschnitte 41. Damit ergibt sich hier bzgl. der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des in 2 dargestellten Differenzdrucksensors die in 4 dargestellte Draufsicht.
Bei dem in 3 dargestellten Differenzdrucksensor sind die beiden jeweils entlang der membran-abgewandten Außenseite eines der beiden Grundkörper 3c, 3d verlaufenden Verbindungsleitungen 35c, 35d jeweils als einteilige ausschließlich über ausnehmungsfreie Teilbereiche der Außenseite des jeweiligen Grundkörpers 3c, 3d verlaufende Leitungen ausgebildet. 8 zeigt hierzu eine Draufsicht auf eine der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des in 3 dargestellten Differenzdrucksensors. In dieser Draufsicht ist der Verlauf der entlang der membran-abgewandten Außenseite des auf der gegenüberliegenden Seite des Differenzdrucksensors angeordneten Grundkörpers 3d verlaufenden Verbindungsleitung 35d als gestrichelte Linie angezeigt. Beide Verbindungsleitungen 35c, 35d weisen jeweils einen entlang einer Außenseite der Abtrennung oder einer der Abtrennungen 27 des jeweiligen Grundkörpers 3c, 3d verlaufenden Leitungsabschnitt auf. Das bietet im Vergleich zu den in 1 und 2 dargestellten Differenzdrucksensoren den Vorteil, dass die Komponenten 29 ohne den Einsatz von Gräben oder Grabensegmente überbrückenden Verbindungselementen 43 mit den auf der Außenseite des Differenzdrucksensors angeordneten Wandleranschlüssen 37 verbindbar bzw. verbunden sind.
Unabhängig von der diesbezüglichen Ausgestaltung sind die Wandleranschlüsse 37, sowie ggfs. auch ein Membranschluss 45 zur elektrischen Kontaktierung der Messmembran 1 insb. bei Differenzdrucksensoren mit quadratischer oder rechteckiger vorzugsweise alle auf der gleichen Außenseite des Differenzdrucksensors angeordnet.
Alternativ können erfindungsgemäße Differenzdrucksensoren anstelle der hier dargestellten kapazitiven Wandler auch mindestens einen auf einem anderen Wandlerprinzip basierenden Wandler umfassen. Dabei erfolgt der Anschluss von jeweils in einem der beiden Grundkörper integrierten Komponenten dieser Wandler auch hier vorzugsweise auf die zuvor am Bespiel der Elektroden beschriebenen Weise.
Die hier als Beispiel dargestellten Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d sind jeweils als einlagige, aus einem einzigen Titanwafer gefertigte Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d ausgebildet. Einteilige Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d bieten den Vorteil, dass sie keine die Berstfestigkeit und/oder die Überlastfestigkeit des Differenzdrucksensors reduzierenden, im Messbetrieb Druck- und/oder Zugbelastungen ausgesetzten, jeweils zwei aus Titantwafern gefertigte Lagen miteinander verbindende Schichten oder Lagen enthalten.
Alternativ können die beschriebenen Differenzdrucksensoren aber auch als mehrlagige Grundkörper ausgebildete Grundkörper umfassen, deren der Messmembran 1 zugewandte Lage aus einem Titanwafer gefertigt ist. Diese Differenzdrucksensoren sind auf die anhand von 2 und 3 beschriebene Weise derart auszubilden, dass an jeden Teilbereich des verschweißten Membranbereichs zumindest auf einer Seite der Messmembran jeweils ein Grundkörperbereich eines der beiden Grundkörper angrenzt, in dem der jeweilige Grundkörper auf dessen membran-abwandten Seite eine Ausnehmung aufweist. Dabei ist jede dieser Ausnehmungen jeweils derart auszubilden, dass durch sie ein deren Grundfläche entsprechender Teilbereich der membran-zugewandten Lage des jeweiligen Grundkörpers freigelegt ist. Analog zu den dargestellten Beispielen, ist der mit beiden Grundkörpern verschweißte Membranbereich auch hier entweder mit beiden Grundkörpern oder mit jedem der beiden Grundkörper jeweils durch eine zu einem Ring geschlossene Verschweißung verbunden, wobei jede Verschweißung jeweils durch mindestens eine jeweils mittels eines in eine der Ausnehmungen eingesetzten Lasers erzeugte Schweißung gebildet ist.
Unabhängig von den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen wird bei der Herstellung erfindungsgemäßer Differenzdrucksensoren vorzugsweise derart Verfahren, dass in einem im fertigen Differenzdrucksensor unmittelbar an den verschweißten Membranbereich 13 angrenzenden Oberflächenbereich mindestens eines der Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d jeweils durch Materialabtrag eine mindestens eine Ausnehmung aufweisende, in den 5 und 6 als Option gestrichelt dargestellte Oberflächenstruktur 49 erzeugt wird, bevor der zu verschweißende Membranbereich mit den Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d verschweißt wird.
Zur Erzeugung dieser Oberflächenstrukturen 49 eignen sich z.B. mikroskopische Bearbeitungsverfahren. Unabhängig von der Wahl des Bearbeitungsverfahren wird jede Oberflächenstruktur 49 vorzugsweise derart erzeugt, dass deren Ausnehmungen jeweils eine Ausnehmungstiefe von 1 µm bis 50 µm aufweisen. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Ausnehmungen z.B. als Gräben und/oder als Löcher ausgebildete Ausnehmungen, wie z.B. eine Grabenbreite von 1 µm bis 50 µm aufweisende Gräben und/oder eine Querschnittsfläche von1 µm² bis 500 µm² aufweisende Löcher aufweisen.
Jede dieser Oberflächenstrukturen 49 bietet den Vorteil, dass sich deren Ausnehmungen beim Verschweißen der Messmembran 1 mit während des Schweißverfahrens aufgeschmolzenem Material füllen, dass sich dann beim Erkalten der Schmelze zusammenzieht. Hierdurch wird auf die Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d eine zusätzliche den jeweiligen Grundkörper 3a, 3b, 3c, 3d in Richtung der Messmembran 1 ziehende Zugkraft ausgeübt. Das führt zu einer Vergrößerung der im Differenzdrucksensor von den Grundkörpern 3a, 3b, 3c, 3d auf den eingespannten Membranbereich 13 ausgeübten Einspannkraft. Eine Vergrößerung der Einspannkraft bieten den Vorteil, dass die hierdurch bewirkte Klemmung des eingespannten Membranbereichs 11 stabiler wird, was wiederum zu einer geringeren Hysterese und einer verbesserten Langzeitstabilität führt.
Bezugszeichenliste

1: Messmembran
3a: Grundkörper
3b: Grundkörper
3c: Grundkörper
3d: Grundkörper
5: Druckkammer
7: Kanal
9: Auslenkbarer Membranbereich
11: Eingespannter Membranbereich
13: Verschweißter Membranbereich
15: Membranrand
17: Ausnehmung
19: Ausnehmung
21: Laser
23: Aufgeschmolzener Bereich
25: Aufgeschmolzener Bereich
27: Abtrennung
29: Komponente
31: Isolationsschicht
33: Anschlusssleitung
35a: Verbindungsleitung
35b: Verbindungsleitung
35c: Verbindungsleitung
35d: Verbindungsleitung
37: Wandleranschluss
39: Isolationsschicht
41: Leitungsabschnitt
43: Verbindungselement
45: Membrananschluss
47: Leitungsabschnitt
49: Oberflächenstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0126167 A1 [0005]
DE 102018091 A1 [0007]

Claims

Differenzdrucksensor zur Messung eines Differenzdrucks zwischen zwei Drücken (p1, p2), mit einer aus einem Titanwafer gefertigten Messmembran (1), und zwei zu beiden Seiten der Messmembran (1) angeordneten, jeweils unter Verwendung mindestens eines Titanwafers gefertigten und unter Einschluss einer jeweils mit einem der beiden Drücke (p1, p2) beaufschlagbaren Druckkammer (5) mit der Messmembran (1) verschweißten Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d), dadurch gekennzeichnet, dass an einen an die beiden Druckkammern (5) angrenzenden auslenkbaren Membranbereich (9) der Messmembran (1) außenseitlich allseitig ein eingespannter Membranbereich (11) der Messmembran (1) angrenzt, wobei der eingespannte Membranbereich (11) in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung zwischen zwei einander zu beiden Seiten des eingespannten Membranbereichs (11) gegenüberliegenden Grundkörperbereichen der Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) eingespannt ist, und der eingespannte Membranbereich (11) außenseitlich allseitig von einem mit beiden Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) verschweißten Membranbereich (13) der Messmembran (1) umgeben ist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespannte Membranbereich (11) in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung eine radiale Breite von größer gleich 100 µm aufweist, und/oder der verschweißte Membranbereich (13) in senkrecht zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung eine radiale Breite von 50 µm bis 500 µm aufweist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmembran (1) eine Membranstärke von 10 µm bis 500 µm aufweist, der auslenkbare Membranbereich (9) eine Grundfläche von 1 mm² bis 10 mm² und/oder einen Durchmesser von 1 mm bis 3 mm aufweist, mindestens einer der Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung eine Grundkörperdicke (D) von 0,5 mm bis 50 mm aufweist, der verschweißte Membranbereich (13) außenseitlich allseitig von einem äußeren, zwischen äußeren Randbereichen der beiden Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) angeordneten Membranrand (15) umgeben ist, und/oder der verschweißte Membranbereich (13) außenseitlich von mindestens einem weiteren mit beiden Grundkörpern (3a, 3b) verschweißten Membranbereich (13a) umgeben ist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an jeden Teilbereich des verschweißten Membranbereichs (13) zumindest auf einer Seite der Messmembran (1) jeweils ein Grundkörperbereich eines der beiden Grundkörper (3a, 3c, 3d) angrenzt, in dem der jeweilige Grundkörper (3a, 3c, 3d) auf dessen membran-abwandten Seite eine Ausnehmung (17, 19) aufweist, und der mit beiden Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) verschweißte Membranbereich (13) mit beiden Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) oder mit jedem der beiden Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils durch eine zu einem Ring geschlossene Verschweißung verbunden ist, wobei jede Verschweißung jeweils durch mindestens eine jeweils mittels eines in eine der Ausnehmungen (17, 19) eingesetzten Lasers (21) erzeugte Schweißung (S_aa, S_ab, S_a, S_cd) gebildet ist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausnehmung (17, 19) jeweils eine Tiefe aufweist, die derart bemessen ist, dass ein zwischen dem verschweißten Membranbereich (13) und der jeweiligen Ausnehmung (17, 19) angeordneter Grundkörperbereich in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung eine Schichtdicke (d) von 10 µm bis 450 µm aufweist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (17) in einem der beiden Grundkörper (3a) als ein dem verschweißten Membranbereich (13) gegenüberliegend angeordneter zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildet ist, und die den verschweißten Membranbereich (13) mit beiden Grundkörpern (3a, 3b) verbindende Verschweißung durch die durch diesen Graben hindurch erzeugte, den verschweißten Membranbereich (13) mit beiden Grundkörpern (3a, 3b) verbindende Schweißung (S_ab) gebildet ist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (17) in einem der beiden Grundkörper (3a) als ein dem verschweißten Membranbereich (13) gegenüberliegend angeordneter, zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildet ist, die Ausnehmung (17) in dem anderen Grundkörper (3a) als ein dem verschweißten Membranbereich (13) gegenüberliegend angeordneter, zu einem Ring geschlossener Graben ausgebildet ist, und der Differenzdrucksensor entweder derart ausgebildet ist, dass die den verschweißten Membranbereich (13) mit den Grundkörpern (3a) verbindenden Verschweißungen eine durch den Graben des einen Grundkörper (3a) hindurch erzeugte, diesen Grundkörper (3a) mit dem verschweißten Membranbereich (13) verbindende Schweißung (S_a) und eine durch den Graben des anderen Grundkörpers (3a) hindurch erzeugte, den anderen Grundkörper (3a) mit dem verschweißten Membranbereich (13) verbindende Schweißung (S_a) umfassen, oder derart ausgebildet ist, dass die den verschweißten Membranbereich (13) mit beiden Grundkörpern (3a) verbindende Verschweißung durch eine durch den Graben eines der Grundkörper (3a) hindurch erzeugte, den verschweißten Membranbereich (13) mit beiden Grundkörpern (3a) verbindende Schweißung (S_aa) gebildet ist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (19) mindestens zwei jeweils als Grabensegment ausgebildete Ausnehmungen (19) umfassen, in jedem Grundkörper (3c, 3d) jeweils mindestens eines dieser Grabensegmente angeordnet ist, zueinander benachbarte Endbereiche des einzigen Grabensegments oder zueinander benachbarte Grabensegmente eines jeden Grundkörpers (3c, 3d) jeweils durch eine dazwischen angeordnete, durch einen Grundkörperbereich des jeweiligen Grundkörpers (3c, 3d) gebildete Abtrennung (27) voneinander getrennt sind, die Grabensegmente derart ausgebildet und angeordnet sind, dass jeder auf einer Seite des verschweißten Membranbereichs (13) angeordneten Abtrennung (27) auf der gegenüberliegenden Seite des verschweißten Membranbereich (13) das Grabensegment oder eines der Grabensegmente des jeweils anderen Grundkörpers (3d, 3c) gegenüberliegt, und die den verschweißten Membranbereich (13) mit beiden Grundkörpern (3c, 3d) verbindende Verschweißung durch eine Summe von jeweils durch eines der Grabensegmente hindurch mittels eines Lasers (21) erzeugten, beide Grundkörper (3c, 3d) mit dem verschweißten Membranbereich (13) verbindenden Schweißungen (S_cd) gebildet ist.
Differenzdrucksensor gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der beiden Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils mindestens eine Komponente (29) oder eine als Elektrode ausgebildete Komponente (29) eines elektromechanischen Wandlers zur messtechnischen Erfassung einer vom Differenzdruck abhängigen Auslenkung des auslenkbaren Membranbereichs (9) angeordnet ist, an mindestens eine dieser Komponenten (29) jeweils eine durch den jeweiligen Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) hindurch nach außen geführte Anschlussleitung (33) angeschlossen ist, und jede Anschlussleitung (33) jeweils über eine entlang einer membran-abgewandten Außenseite des jeweiligen Grundkörpers (3a, 3b, 3c, 3d) verlaufende Verbindungsleitung (35a, 35b, 35c, 35d) mit einem auf einer Außenseite des Differenzdrucksensors angeordneten Wandleranschluss (37) verbunden ist, wobei ein entlang der membran-abgewandten Außenseite des jeweiligen Grundkörpers (3a, 3b, 3c, 3d) verlaufender Leitungsbereich jeder Verbindungsleitung (35a, 35b, 35c, 35d) jeweils: a) als eine ausschließlich über ausnehmungsfreie Teilbereiche der membran-abgewandten Außenseite verlaufende Leitung ausgebildet ist, oder b) einen entlang einer Außenseite der Abtrennung (27) oder einer der Abtrennungen (27) des jeweiligen Grundkörpers (3c, 3d) verlaufenden Leitungsabschnitt umfasst, oder c) zwei über ein die Ausnehmung (17) des jeweiligen Grundkörpers (3a) überbrückendes Verbindungselement (43) miteinander verbundene Leitungsabschnitte (41) umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Differenzdrucksensors gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmembran (1) und die Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) vorgefertigt werden, und ein im fertigen Differenzdrucksensor den verschweißten Membranbereich (13) bildender zu verschweißender Membranbereich der Messmembran (1) mit den Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) verschweißt wird, während der jeweilige Grundkörper (3a, 3c, 3d) oder jeder der beiden Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils durch einen darauf ausgeübten Anpressdruck (p_a) oder durch einen darauf ausgeübten Anpressdruck (p_a) von bis zu 1 MPa oder mehr, in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung gegen die Messmembran (1) gepresst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass: a) derart verfahren wird, dass eine Anordnung erzeugt wird, in der die Messmembran (1) zwischen den beiden Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) angeordnet ist, und der zu verschweißende Membranbereich der Messmembran (1) mit den Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) verschweißt wird, während die Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung zusammengepresst wird, oder b) derart verfahren, dass b1) eine Anordnung erzeugt wird, in der die Messmembran (1) auf einem ersten der beiden Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) angeordnet ist, und die Messmembran (1) mit dem ersten der beiden Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) verschweißt wird, während diese Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung zusammengepresst wird, und b2) eine Anordnung erzeugt, in der der zweite der beiden Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) auf der dem ersten Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) gegenüberliegenden Seite der Messmembran (1) angeordnet ist, und der zweite Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) mit der Messmembran (1) verschweißt wird, während diese Anordnung in parallel zur Flächennormale auf die Messmembran (1) verlaufender Richtung zusammengepresst wird.
Verfahren Anspruch 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verschweißende Membranbereich mit den Grundkörpern (3a, 3b, 3c ,3d) durch Laserstrahlschweißen oder durch mit einem gepulsten Laser (21) ausgeführtes Laserstrahlschweißen verschweißt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, zur Herstellung eines Differenzdrucksensors gemäß Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede jeweils mittels des Lasers (21) durch die oder eine der Ausnehmungen (17,19) hindurch zu erzeugende Schweißung (S_aa, S_ab, S_a, S_cd) jeweils dadurch erzeugt wird, dass mittels des in die jeweilige Ausnehmung (17,19) eingesetzten, sukzessive entlang der Ausnehmung (17, 19) geführten Lasers (21) jeweils entweder: a) sukzessive ein Bereich (23) des Differenzdrucksensor aufgeschmolzen wird, der den zwischen dem zu verschweißenden Membranbereich und der jeweiligen Ausnehmung (17, 19) angeordneten Grundkörperbereich des die jeweilige Ausnehmung (17, 19) aufweisenden Grundkörpers (3a, 3c), den zu verschweißenden Membranbereich und einen dem Grundkörperbereich auf der anderen Seite des zu verschweißenden Membranbereichs gegenüberliegenden Bereich des gegenüberliegenden Grundkörpers (3b, 3d) umfasst, oder b) sukzessive ein Bereich (25) des Differenzdrucksensor aufgeschmolzen wird, der den zwischen dem zu verschweißenden Membranbereich und der jeweiligen Ausnehmung (17) angeordneten Grundkörperbereich des die jeweilige Ausnehmung (17) aufweisenden Grundkörpers (3a, 3c, 3d) und zumindest einen Teilbereich des an diesen Grundkörperbereich angrenzenden zu verschweißenden Membranbereichs umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem im fertigen Differenzdrucksensor unmittelbar an den verschweißten Membranbereich (13) angrenzenden Oberflächenbereich mindestens eines der Grundkörper (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils durch Materialabtrag eine mindestens eine Ausnehmung aufweisende Oberflächenstruktur (49) erzeugt wird, bevor der zu verschweißende Membranbereich mit den Grundkörpern (3a, 3b, 3c, 3d) verschweißt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oder jede Ausnehmung mindestens einer oder jeder Oberflächenstruktur (49) jeweils: a) eine Ausnehmungstiefe von 1 µm bis 50 µm aufweist, und/oder b) als Graben, als eine Grabenbreite von 1 µm bis 50 µm aufweisender Graben, als Loch oder als eine Querschnittsfläche von 1 µm² bis 500 µm² aufweisendes Loch ausgebildet ist.