DE19603674A1 - Drucksensor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind beispielsweise Drucksensoren bekannt, bei denen auf einer Meßmembran piezoresistive Widerstandsmeßbrücken zur Messung von absoluten oder Differenzdrücken sowie von Druckänderungen insbesondere in hydraulischen oder pneuma­ tischen Systemen angeordnet sind. Bewegungen der Meßmembran aufgrund von Druckänderungen führen hierbei durch Stauchun­ gen oder Streckungen der Widerstandsbahnen zu Widerstand­ sänderungen in den jeweiligen Widerständen. Diese Änderun­ gen können zur Erzeugung eines Ausgangssignals, beispiels­ weise einer veränderlichen Brücken-Diagonalspannung, heran­ gezogen werden, das in einer elektronischen Schaltung auf­ bereitet und ausgewertet werden kann.

Aus der WO 92/08116 A1 ist ein Drucksensor bekannt, der auch in Zusammenhang mit aggressiven Medien, die den zu messenden Druck transportieren, anwendbar ist. Die hier er­ forderliche Medientrennung zwischen dem druckführenden Me­ dium und dem mikromechanisch aus einem Siliziumsubstrat aufgebauten Sensorbaustein erfolgt mittels einer vorgela­ gerten Metall- oder Kunststoffmembran, die in einer zusätz­ lichen Kammer eine inerte Flüssigkeit enthält.

Vorteile der Erfindung

Der Drucksensor der eingangs beschriebenen Art ist in der erfindungsgemäßen Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch vorteilhaft, daß durch die vorgeschlagene Anordnung einer flexiblen Kunststoffolie mit Leiterbahnen über dem Sensorbaustein sowohl eine einfa­ che Mediumtrennung als auch eine einfache elektrische Kon­ taktierung des Sensorbausteins zur Weiterleitung der elek­ trischen Signale zu äußeren Steckkontakten möglich ist.

In vorteilhafter Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Drucksensor auch ein Hochdrucksensor für Drücke größer 1 bar unter Verwendung integrierter mikromechanisch hergestellter Sensorbausteine in sehr kompakter Weise aufgebaut werden. Die in den häufigsten Anwendungsfällen als Druckmedium auf­ tretenden aggressiven Flüssigkeiten, wie z. B. heißes Öl, Wasser, Chemikalien, können hierbei von der Oberseite des Drucksensors in das obere Gehäuseteil eingeleitet werden. Durch die flexible Folie ist das Medium von der aktiven Schaltung und den Widerständen im Sensorbaustein ferngehal­ ten und gleichzeitig durch das dichte aber flexible Auflie­ gen eine störungsfreie Druckkopplung auf die Meßmembran des Sensorbausteins sichergestellt.

Nach der Montage und der Kontaktierung kann bei Verwendung eines Sensors mit integrierten elektrischen Abgleich oder einer externen Abgleichschaltung auf einfache Weise ein Ab­ gleich und damit eine Eliminierung der Montageeinflüsse vorgenommen werden. Durch die relativ weiche Befestigung des Sensorbausteins an der flexiblen Folie ergibt sich ins­ gesamt eine stressarme Halterung des Sensorbausteins an dem Drucksensorgehäuse und damit eine hohe Genauigkeit bei der Messung unter Vermeidung eines hohen Aufwandes an Volumen und Gewicht.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksen­ sors wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Drucksensor in der Längsachse und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Drucksensor in der Querachse in der Ebene einer flexiblen Folie auf dem Sensorbaustein.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Drucksensor 1 mit einem oberen Gehäuse­ teil 2 und einem unteren Gehäuseteil 3 gezeigt. Das obere Gehäuseteil 2 hat einen Einlaß bzw. eine Kammer 4 für das druckführende Medium und einen Sensorbaustein 5 zur Erfas­ sung des Drucks des Mediums. Der Sensorbaustein 5 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als ein integrierter Si­ lizium-Baustein ausgeführt und auf ein Glassubstrat 6 ge­ bondet, das mit dem unteren Gehäuseteil 3 fest verbunden oder aber zur Vermeidung von Störungen durch das Gehäuse 3 und zur vereinfachten Montage auch nur lose aufliegen kann.

Oben auf dem Sensorbaustein 5 befindet sich eine dicht auf­ liegende flexible Folie 7 mit Leiterbahnen 8 (vgl. Fig. 2). Die flexible Folie 7 kann aus Polyamid, Polyester oder Polyethylen hergestellt sein und ist fest und dicht zwi­ schen den Gehäuseteilen 2 und 3 eingespannt, wobei hier ei­ ne Abdichtung 9 zum unteren Gehäuseteil 3 und eine Abdich­ tung über einen Dichtungsring 10 zum oberen Gehäuseteil 2 vorhanden ist. Die beiden Gehäuseteile 2 und 3 werden bei­ spielsweise durch Verbördeln oder Schweißen an Bereichen 11 des unteren Gehäuseteils 3 fest miteinander verbunden.

Die elektrischen Verbindungen vom Sensorbaustein 5 werden über leitfähig verklebte oder verlötete Kontaktierungen 12 am Sensorbaustein 5 und gleichartige Kontaktierungen 13 am unteren Gehäuseteil 3 sowie über im unteren Gehäuseteil 3 eingefügte Leiterbahnen 17 zu einem äußeren Steckkontakt 14 hergestellt.

Aus Fig. 2 ist ein Schnitt in der Ebene der flexiblen Fo­ lie 7 ersichtlich, wobei insbesondere die Leiterbahnen 8 und die Kontaktierungen 12 und 13 hier deutlich erkennbar sind. Der Sensorbaustein 5 weist in seiner Mitte als ei­ gentliches Meßelement eine Meßmembran 15 auf, die sich in Abhängigkeit vom Druck des druckführenden Mediums verwölbt. Hierbei erfolgt durch die Elastizität der Folie 7 keine Be­ einträchtigung bei der Druckübertragung. Die durch die Ver­ wölbung der Meßmembran 15 erzeugten elektrische Ausgangs­ signale, beispielsweise mittels einer Widerstandsmeßbrücke auf der Meßmembran 15, können somit über die Kontaktierun­ gen 12 und 13 sicher an den äußeren Steckkontakt 14 gelei­ tet werden.

Claims (5)

1. Drucksensor, mit

• - einem Sensorbaustein (5) der ein Meßelement (15) und gege­ benenfalls elektrische Schaltelemente enthält, wobei durch eine Druckbeaufschlagung auf das Meßelement (15) elektrische Signale erzeugt werden, die über elektrische Verbindungen nach außen geführt werden und mit
• - einer flüssigkeitsdichten Trennung des Sensorbausteins (5) von dem druckführenden Medium, dadurch gekennzeichnet, daß
• - als Trennung eine auf dem Sensorbaustein (5) dicht auflie­ gende flexible Leiterbahnfolie (7) dient, deren Leiterbahnen (8) auf der dem Sensorbaustein (5) zugewandten Seite liegen und mit denen eine elektrische Verbindung zwischen den elek­ trischen Bauteilen und einem äußeren Steckkontakt (14) her­ stellbar ist und daß
• - die flexible Leiterbahnfolie (7) derart zwischen Gehäuse­ teilen (2, 3) des Drucksensors (1) eingespannt ist, daß der Sensorbaustein (5) von dem druckführenden Medium getrennt ist.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Sensorbaustein (5) mikromechanisch aus einem Silizium-Baustein hergestellt ist, bei dem ebenfalls Silizium-Meß­ elemente Bestandteil der Meßmembran (15) sind und weitere Schaltungsteile in den Silizium-Baustein integrierbar sind.

3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - die Leiterbahnen (8) der flexiblen Folie (7) über leitfähi­ ge Klebe- oder Lötverbindungen als Kontaktierungen (12, 13) mit elektrischen Anschlüssen auf dem Sensorbaustein (5) und mit elektrischen Anschlüssen auf dem den Steckkontakt (14) tragenden Gehäuseteil (3) verbunden sind.

4. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß

• - die beiden Gehäuseteile (2, 3) unter dichter Einspannung der flexiblen Folie (7) miteinander verklebt werden.

5. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - die beiden Gehäuseteile (2, 3) durch Verbördeln oder Ver­ schweißen miteinander verbunden werden, wobei zwischen dem oberen Gehäuseteil (2) mit dem druckführenden Medium und der flexiblen Folie (7) eine Dichtung (10) eingespannt ist.