DE10216020A1

DE10216020A1 - Drucksensor und Gehäuse für Drucksensor

Info

Publication number: DE10216020A1
Application number: DE10216020A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Saito; Kimihiro Ashino; Katsumichi Ueyanagi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2002-10-17
Also published as: KR20020080257A; US6604430B2; US20020178829A1; JP2002310836A; KR100622166B1

Abstract

Ein Drucksensor mit einem Sensorelement zur Umwandlung von Druck in ein elektrisches Signal und einer Druckmeßkammer, die das Sensorelement beherbergt, umfaßt eine Druckeinlaßeinrichtung, die eine Verbindung zwischen der Druckmeßkammer und einem Raum, in welchem Druck zu messen ist, herstellt. Ein Schutzabschnitt ist innerhalb der Druckeinlaßeinrichtung an einer solchen Stelle vorgesehen, daß der Einlaß der Druckmeßkammer im wesentlichen überdeckt wird, die Druckmeßkammer aber dennoch mit dem Raum, in dem der Druck zu messen ist, kommuniziert. Auf diese Weise wird ein direkter Zutritt von im Medium, dessen Druck gemessen werden soll, enthaltenen festen Partikeln zu dem Sensorelement verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Umsetzung von Druck in ein elektrisches Signal und zur Ausgabe des elektrischen Signals und betrifft insbesondere einen für Automobile und dergleichen geeigneten Drucksensor. Die Erfindung betrifft außerdem ein Gehäuse für solch einen Drucksensor.

Allgemein wird ein Halbleiter-Sensorchip als Drucksensor für Automobile verwendet, bei dem Druck auf der Basis des Piezowiderstandseffekts erfaßt wird. Der Halbleiterdrucksensor besteht aus mehreren Halbleiterverformungsmeßgebern, die auf einer Membran aus einkristallinem Silicium oder dergleichen angeordnet und zu einer Brückenschaltung verbunden sind. Diese Meßgeber bestehen aus einem piezoelektrischen Material. Wenn die Membran infolge einer Druckänderung verformt wird, ändert sich der Widerstand der Meßgeber entsprechend der Druckänderung. Diese Wider standsänderung wird als Spannungssignal von der Brückenschaltung abgenommen.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Drucksensor dieser Art, und Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4. Der Drucksensor umfaßt ein Halbleiter-Sensorchip 13, das in einer Montageausnehmung 12 in einem Gehäusekörper 11 untergebracht ist, sowie einen Aufsatz 14, der einen Druckeinlaßkanal bildet und an dem Gehäusekörper 1 angebracht ist. Der Sensorchip 13 ist über Bonddrähte 16 mit Anschlußleitungen 15 (Leiterrahmen) verbunden, die dem externen Anschluß dienen und in den Gehäusekörper 11 eingegossen sind. Ein Gel-Schutzelement element 17 schützt die Oberfläche des Sensorchips 13 und die Bonddrähte 16 vor verunreinigten Substanzen, die in einem Medium enthalten sein können, dessen Druck zu messen ist. Ein zwischen dem Gehäusekörper 11 und der Basis des Aufsatzes 14 gebildeter Raum dient als Druckmeßkam mer 18.

Bei dem Drucksensor mit dem oben beschriebenen Aufbau ist der Teil des Gel-Schutzelements 17, das den Sensorchip 13 bedeckt, der Einlaßöffnung im Aufsatz 14 ausgesetzt. Daher können Zersetzungsprodukte und verfestigte Fremdstoffe wie Öl und Brennstoff, die in dem Medium enthalten sind, dessen Druck gemessen werden soll, in die Druckmeßkammer 18 durch die Einlaßöffnung im Aufsatz 14 eintreten und direkt mit dem Schutzelement 17 kollidieren. Wenn die Fremdstoffe mit dem Schutzelement 17 kollidieren, wird der Stoß auf den Sensorchip 13 übertragen und bewirkt eine Deformation der Membran, die ein ungenaues Ergebnis der Druckmessung verursacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drucksensor zu schaffen, der in der Lage ist, Fremdstoffe, die in einem Medium enthalten sind, dessen Druck gemessen werden soll, daran zu hindern, in eine Druckmeßkammer einzutreten, in der sich ein Sensorelement befindet, welches Druck in ein elektrisches Signal umsetzt, und so den beschriebenen nachteiligen Effekt aufgrund einer Kollision der Fremdstoffe mit dem Sensorelement oder dergleichen zu vermeiden und eine genaue Druck messung zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drucksensorgehäuse zu schaffen, das in der Lage ist, Fremdstoffe am Eintreten in eine Druckmeßkammer zu hindern, die ein Sensorelement beherbergt, welches Druck in ein elektrisches Signal umsetzt.

Diese Aufgabe werden erfindungsgemäß durch einen Drucksensor gemäß Patentanspruch 1 und ein Drucksensorgehäuse gemäß Patentanspruch 3 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch enthalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Drucksensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Drucksensor, und

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 2 zeigt die Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1. Der Drucksensor dieses Ausführungsbeispiels umfaßt einen Halbleiter-Drucksensorchip 23, das als Sensorelement auf einer Glasbasis 29 montiert ist, die ihrerseits mittels eines Klebstoffs 31 oder dergleichen auf einem Sensormontageabschnitt bzw. in einer Sensormontagevertiefung 22 eines Gehäusekörpers 21 aus Kunstharz oder dergleichen befestigt ist. Der Sensorchip 23 ist mittels Bonddrähten 26 elektrisch mit Anschlußleitungen 25 (etwa einem Leiterrahmen) verbunden, und ein Gel-Schutzelement 27 ist dazu vorgesehen, die Oberfläche des Sensorchips 23 und die Bonddrähte 26 zu schützen. Ein Aufsatz 24, der eine Druckeinlaßöffnung bildet, ist am Gehäusekörper 21 angebracht und bildet mit letzterem eine Druckmeßkammer 28.

Der Aufsatz umfaßt einen Basisabschnitt 41, der mit dem Gehäusekörper 21 verbunden ist, und einen zylindrischen Abschnitt 42, durch den ein Medium eingeleitet wird, dessen Druck zu messen ist. Ein Schutzabschnitt 43 ist innerhalb des zylindrischen Abschnitts 42 so ausgebildet, daß es den Einlaß der Druckmeßkammer 28 im wesentlichen verschließt oder überdeckt, aber zugleich eine Verbindung zwischen der Druckmeßkammer 28 und dem Raum innerhalb des zylindrischen Abschnitts 42 aufrechterhält. Der Raum innerhalb des zylindrischen Abschnitts 42 kommuniziert mit einem nicht gezeigten Raum, dessen Druck gemessen werden soll.

Der Schutzabschnitt 43 umfaßt beispielsweise vier vorspringende Abschnitte 44, 45, 46 und 47, die in das Innere des zylindrischen Abschnitts 42 hineinragen. Diese vier vorspringenden Abschnitte 44, 45, 46 und 47 sind längs der Achse des zylindrischen Abschnitts 42 angeordnet. Die vorspringenden Abschnitte 44 bis 47 sind an solchen Position angeordnet, daß sie die Druckmeßkammer 28, von der Druckeinlaßöffnung, also der dem Basisabschnitt 41 entgegengesetzten Seite des Aufsatzes 24 (links in Fig. 2) her gesehen, vollständig oder zu einem wesentlichen Teil abdecken. Auf diese Weise können in den zylindrischen Abschnitt 42 eintretende Fremdstoffe nicht auf geradem Wege in die Druckmeßkammer gelangen. Es ist hervorzuheben, daß der Schutzabschnitt 43 zwei, drei, fünf oder mehr vorspringende Abschnitte aufweisen kann.

Bei dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der Einlaß der Druckmeßkammer 28 von den vier vorspringenden Abschnitten 44, 45, 46 und 47, die den Schutzabschnitt 43 bilden, im wesentli chen überdeckt. Wenn daher Zersetzungsprodukte bzw. verfestigte Fremdstoffe wie Öl oder Brennstoff in die Einlaßöffnung des Aufsatzes 24 von dem Raum her, dessen Druck zu messen ist, eintreten, kollidieren diese Fremdstoffe mit dem Schutzabschnitt 43, so daß eine direkte Kollision mit dem Sensorelement oder ähnlichem verhindert wird. Dies ermöglicht eine genaue Druckmessung und verhindert eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Sensorelements in bezug auf Zuverläs sigkeit.

Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Drucksensor des Ausführungsbeispiels 2 kann direkt an einem Motor eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen montiert werden. Bei dem Drucksensor dieses zweiten Ausführungsbeispiels wird ein Gehäuse 6 mit einem Basisabschnitt 61, der eine Drucksensoreinheit 5 beherbergt, und einem zylindrischen Abschnitt 62 für die Einleitung eines Mediums, dessen Druck zu messen ist, anstelle des Aufsatzes 24 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet. Der zylindrische Abschnitt 62 ist in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet, d. h. er ist mit dem Schutzabschnitt 43 beispiels weise aus vier vorspringenden Abschnitten 44, 45, 46 und 47 versehen. Es ist anzumerken, daß gleiche Teile beim zweiten Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszahlen wie beim ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind und nicht noch einmal beschrieben werden. Ein Gehäuse deckel 7 ist an der Basis 61 des Gehäuses 6 auf der dem zylindrischen Abschnitt 62 entgegenge setzten Seite befestigt.

Die Drucksensoreinheit 5 ist so aufgebaut, daß von dem ersten Ausführungsbeispiel der Aufsatz 24 entfallen ist. Genauer gesagt umfaßt die Drucksensoreinheit 5 den Halbleiter-Drucksensorchip 23, der mittels der Glasbasis 29 in dem Gehäusekörper 21 untergebracht ist, wobei der Sensorchip 23 und Anschlußleitungen 25 mittels Bonddrähten 26 miteinander verbunden sind. Außerdem ist das Gel-Schutzelement 27 (siehe Fig. 2) vorgesehen. Obwohl nicht dargestellt, entspricht die Druckmeß kammer beim zweiten Ausführungsbeispiel einem von der Drucksensoreinheit 5 und der Basis 61 des Gehäuses 6 umschlossenen Raum. Das Gehäuse 6 umfaßt ferner einen Verbinderabschnitt 63 mit Anschlüssen 64. Die Anschlüsse 64 sind in die Basis 61 des Gehäuses 6 eingesetzt und mit den Anschlußleitungen 25 der Drucksensoreinheit 5 verschweißt, um die Ausgangssignal abzunehmen.

Die vorteilhafte Wirkung des Schutzabschnitts 43, die in Verbindung mit dem ersten Ausführungs beispiel im einzelnen dargelegt wurde, gilt für dieses zweite Ausführungsbeispiel in gleicher Weise, ohne daß dies hier im einzelnen wiederholt werden soll.

Es bedarf keiner Betonung, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern alle Abwandlungen umfaßt, die in den Rahmen der Erfindung fallen, solange der Drucksensor so aufgebaut ist, daß von dem Raum, in dem der Druck gemessen werden soll, her einströmende Fremdstoffe daran gehindert werden, in die Druckmeßkammer einzutreten bzw. direkt in die Druckmeßkammer einzutreten, während andererseits die Druckmeßkammer und der Raum, in dem der Druck gemessen werden soll, zum Zwecke des Messens miteinander kommunizieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung verschließt bzw. überdeckt ein Schutzabschnitt innerhalb einer Druckeinlaßöffnung im wesentlichen den Einlaß der Druckmeßkammer, die ein Drucksensorelement beherbergt. Wenn daher Fremdstoffe, die in den Medium, dessen Druck gemessen werden soll, enthalten sind, in die Druckeinlaßöffnung eingeführt werden, verhindert der Schutzabschnitt, daß diese Fremdstoffe in die Druckmeßkammer eintreten. Dies ermöglicht eine exakte Druckmessung und verhindert eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Sensorelements bezüglich seiner Zuverlässigkeit.

Claims

1. Drucksensor, umfassend:
ein Sensorelement (13) zur Umwandlung von Druck in ein elektrisches Signal, eine Druckmeßkammer (28), die das Sensorelement (13) beherbergt,
eine Druckeinlaßeinrichtung (24), die eine Verbindung zwischen der Druckmeßkammer und einem Raum, in welchem Druck zu messen ist, herstellt, und
einen Schutzabschnitt (43), der innerhalb der Druckeinlaßeinrichtung (24) an einer solchen Stelle vorgesehen ist, daß der Einlaß der Druckmeßkammer im wesentlichen überdeckt wird, die Druckmeßkammer aber dennoch mit dem Raum, in dem der Druck zu messen ist, kommuniziert.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, bei dem der Schutzabschnitt (43) einstückig mit der Druckeinlaßeinrichtung (24) aus einem Harzmaterial gebildet sind.

3. Drucksensorgehäuse, umfassend:
eine Druckmeßkammer, die ein Sensorelement (5) zur Umwandlung von Druck in ein elek trisches Signal beherbergt,
eine Druckeinlaßeinrichtung (62), die eine Kommunikation der Druckmeßkammer mit einem Raum ermöglicht, in dem Druck zu messen ist, und
einen Schutzabschnitt (43), der innerhalb des Druckeinlaßeinrichtung (62) an einer solchen Stelle vorgesehen ist, daß der Einlaß der Druckmeßkammer im wesentlichen überdeckt wird, die Druckmeßkammer aber dennoch mit dem Meßraum kommunizieren kann.

4. Drucksensorgehäuse nach Anspruch 3, bei dem die Druckeinlaßeinrichtung (62) und der Schutzabschnitt (43) einstückig aus einem Harzmaterial gebildet sind.