DE202009013919U1

DE202009013919U1 - pressure transmitters

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Publication number: DE202009013919U1
Application number: DE200920013919
Authority: DE
Original assignee: Keller AG fuer Druckmesstechnik
Current assignee: Keller AG fuer Druckmesstechnik
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2019-10-15

Abstract

Drucktransmitter mit den folgenden Merkmalen
– mit einem Gehäuse (1), mit einem Druckanschluss (1a),
– im Gehäuse (1) ist versetzt zum Druckanschluss (1a) ein Träger (9) vorgesehen und zwar mit einer Bestückungsseite (11), die dem Druckanschluss (1a) abgewandt liegt,
– auf der Bestückungsseite (11) des Trägers (9) ist eine Druckmesszelle (13) zum Einen und zumindest eine Leiterplatine (15) zum Anderen positioniert,
– die Druckmesszelle (13) ist über Verbindungsleitungen (21) mit elektronischen Komponenten und/oder Baugruppen (16, 116) und diese elektronischen Komponenten und/oder Baugruppen (16, 116) über Anschlussleitungen (23) mit Steckeranschlüssen (25) verbunden,
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale
– die Bestückungsseite (11) des Trägers (9) liegt im Gehäuse (1) zu dem Druckanschluss (1a) abgewandt und/oder abgeschirmt,
– der Träger (9) besteht aus einem schweißfähigen Metall oder einer schweißfähigen Legierung,
– der Träger (9) ist im Gehäuse (1) an einer Anlageschulter (7) dicht...Pressure transmitter with the following features
- With a housing (1), with a pressure connection (1a),
- In the housing (1) is offset to the pressure port (1 a) a carrier (9) is provided with an assembly side (11) facing away from the pressure port (1 a),
- On the component side (11) of the carrier (9) is a pressure measuring cell (13) on the one hand and at least one printed circuit board (15) positioned to the other,
- The pressure measuring cell (13) is connected via connecting lines (21) with electronic components and / or assemblies (16, 116) and these electronic components and / or assemblies (16, 116) via connecting lines (23) with plug connections (25),
characterized by the following further features
The component side (11) of the carrier (9) lies in the housing (1) facing away from the pressure connection (1a) and / or shielded,
- The carrier (9) consists of a weldable metal or a weldable alloy,
- The support (9) is sealed in the housing (1) on a contact shoulder (7) ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucktransmitter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a pressure transmitter according to the preamble of Claim 1.

Nach dem Stand der Technik bekannte Drucktransmitter umfassen üblicherweise einen Druckaufnehmer mit einer Druckmesszelle. Dabei haben sich insbesondere piezoresistive Druckaufnehmer in der Praxis bewährt. Derartige piezoresistive Druckaufnehmer oder Druckmesszellen sind beispielsweise aus der DE 35 00 613 A1 , der DE 85 00 494 U1 , der DE 33 44 799 A1 und aus der WO 96/26423 A1 als bekannt zu entnehmen.Prior art pressure transmitters typically include a pressure transducer having a pressure measuring cell. In particular piezoresistive pressure transducers have proven themselves in practice. Such piezoresistive pressure transducer or pressure measuring cells are for example from the DE 35 00 613 A1 , of the DE 85 00 494 U1 , of the DE 33 44 799 A1 and from the WO 96/26423 A1 to be known as known.

Die Druckmesszelle eines derartigen piezoresistiven Druckaufnehmers besteht in der Regel aus einem Silizium-Chip, der unter Bildung einer sich bei wechselndem Druck unterschiedlich stark durchbiegendem Membran mit einer entsprechenden rückseitigen Höhlung versehen ist. Dieser Chip sitzt in der Regel auf einer vorzugsweise aus Silizium oder Glas bestehenden Rückplatte, mit der er entweder vakuumdicht verschweißt, verlötet oder durch elektrostatische Fusionsprozesse verbunden ist.The Pressure measuring cell of such a piezoresistive pressure transducer usually consists of a silicon chip, which is under formation one with varying pressure different degrees bending Membrane with a corresponding back cavity is provided. This chip usually sits on a preferably made of silicon or glass back plate, with the he welded either vacuum-tight, soldered or is connected by electrostatic fusion processes.

Eine derartige piezoresistive Messzelle wird dann auf einem Träger, üblicherweise einer sogenannten Glasdurchführung positioniert und daran befestigt. Die Glasdurchführung besteht üblicherweise aus Metall, beispielsweise Stahl oder einer Stahl-Legierung. Diese Trägerplatte ist an den Stellen, an denen die benachbart zur Messzelle angeordneten elektrischen stiftförmigen Kontakte hindurchgeführt sind, mit der sogenannten Glasisolierung versehen, weshalb der so gebildete Sockel auch Glasdurchführung genannt wird.A such piezoresistive measuring cell is then on a support, usually a so-called glass passage positioned and it attached. The glass passage is usually made Metal, for example steel or a steel alloy. This carrier plate is at the points where the arranged adjacent to the measuring cell electrical pin-shaped contacts are passed, with provided the so-called glass insulation, which is why the so-formed Base is also called glass passage.

Die Kontakte der Messzelle sind mit den stiftförmigen Kontakten der Glasdurchführung beispielsweise mit Gold- oder Aluminiumdrähten verbunden. Die Drähte werden dabei bevorzugt mittels Ultraschall-Schweißprozessen auf die Kontakte geheftet (gebondet). Dieser Prozess wird in der Regel mit automatischen Drahtbondern durchgeführt.The Contacts of the measuring cell are with the pin-shaped contacts the glass feedthrough, for example, with gold or aluminum wires connected. The wires are thereby preferably by means of ultrasonic welding processes attached to the contacts (bonded). This process will be in the Usually carried out with automatic wire bonders.

Die gesamte Druckmesszelle kann bevorzugt in einem mit einem Druckanschluss versehenen Gehäuse untergebracht sein und zwar üblicherweise unterhalb einer druckbeaufschlagten Übertragungsmembran, wobei der Raum unterhalb der Übertragungsmembran mit einem den an der Übertragungsmembran anliegenden Druck an die Druckmesszelle weitergebenden Druckmedium befüllt ist, üblicherweise mit Öl. Dadurch ist die Druckmesszelle beispielsweise vor aggressiven Medien geschützt, wenn deren Druck gemessen werden soll. Denn das aggressive Medium gelangt nur bis zur Übertragungsmembran.The entire pressure measuring cell may preferably in one with a pressure connection housed housing, and usually below a pressurized transfer membrane, wherein the Space below the transmission membrane with a the the transfer membrane pressure applied to the pressure measuring cell Pressure medium is filled, usually with oil. As a result, the pressure measuring cell, for example, against aggressive media protected when their pressure is to be measured. Because the aggressive medium only reaches the transmission membrane.

Gegenüber den vorstehend genannten Drucksensoren bzw. Druckaufnehmern zeichnen sich piezoresistive Drucktransmitter dadurch aus, dass neben der eigentlichen, der messgrößenerfassenden Messzelle ferner auch noch eine Auswertelektronik zur Aufbereitung des gemessenen Drucksignales vorgesehen ist. Diese Auswertelektronik sitzt dabei auf einem Print, d. h. einer Leiterplatine, die mit den freien Enden der Sockelstifte elektrisch verbunden ist, die durch die sogenannte erwähnte Glasdurchführung hineingeführt sind.Across from the aforementioned pressure sensors or pressure transducers are characterized piezoresistive pressure transmitter characterized in that in addition to the actual, the measurand measuring cell also also another evaluation electronics for processing the measured pressure signal is provided. This evaluation electronics sits on a print, d. H. a printed circuit board, with the free ends of the socket pins electrically connected by the so-called Glass lead-in are guided.

Es gibt seit geraumer Zeit piezoresistive Druckmesszellen, bei denen die Verstärkerelektronik auf dem Chip integriert ist. Bei bekannten Lösungen werden die Sensorsignale über Widerstandsnetzwerke, die auf der Oberfläche mit elektrischen Leiterbahnen verbunden sind, abgeglichen. Mit Laserstrahlen werden die Leiterbahnen unterbrochen und Widerstände verengt und so vergrößert bzw. entkoppelt.It For some time now there are piezoresistive pressure measuring cells, in which the amplifier electronics are integrated on the chip. at known solutions over the sensor signals Resistor networks on the surface with electrical Tracks are connected, aligned. Be with laser beams the interconnects interrupted and resistors narrowed and so enlarged or decoupled.

Aus der DE 201 05 505 U1 ist dabei ferner zu entnehmen, dass die erwähnte Elektronik und/oder Auswerteschaltung zur Auswertung der von der Messzelle gelieferten Messsignale sowie zum Abgleich der Messzelle ebenfalls in einem die Druckmesszelle mitaufnehmenden und mit einem Druckübertragungsmedium befüllten Raum untergracht ist. Dabei soll die elektronische Auswerteschaltung ebenso wie die Druckmesszelle bevorzugt zumindest mittelbar auf der als Träger fungierenden Glasdurchführung positioniert und gehalten werden. Die Glasdurchführung schließt dabei den Raum hinter der Messmembran ab, so dass letztlich die Messzelle und die Auswertelektronik gemeinsam in dem mit Öl befüllten Druckübertragungsraum unterhalb der Übertragungsmembran sitzt.From the DE 201 05 505 U1 It can also be seen that the mentioned electronics and / or evaluation circuit for the evaluation of the measuring signals supplied by the measuring cell as well as for the adjustment of the measuring cell is also untergracht in a the pressure measuring cell mitaufnehmenden and filled with a pressure transmission medium space. In this case, the electronic evaluation circuit as well as the pressure measuring cell should preferably be positioned and held at least indirectly on the glass feedthrough acting as a carrier. The glass feedthrough closes off the space behind the measuring membrane, so that ultimately the measuring cell and the evaluation electronics sit together in the oil-filled pressure transfer chamber below the transfer membrane.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen kostengünstigen Drucktransmitter zu schaffen, der vorzugsweise in einem Massenfertigungsverfahren kostengünstig hergestellt werden kann und der dabei einfach und möglichst klein ausgebildet ist. Dabei soll grundsätzlich der erfindungsgemäße Drucktransmitter für absolute und relative Druckmessungen ausgeführt werden können.In contrast, It is an object of the present invention a cost To provide pressure transmitter, preferably in a mass production process can be produced inexpensively and easy and is designed as small as possible. It should basically the pressure transmitter according to the invention for absolute and relative pressure measurements are carried out can.

Der erfindungsgemäße Drucktransmitter ist höchst effizient aufgebaut und benötigt keine Übertragungsmembran mehr, da die Druckmesszelle im Gegensatz zum Stand der Technik nicht hinter einer Übertragungsmembran (von einem Druckmedium getrennt) in einer separaten Übertragungszelle angeordnet ist.Of the Pressure transmitter according to the invention is the highest constructed efficiently and requires no transmission membrane more, since the pressure measuring cell in contrast to the prior art not behind a transmission membrane (separated from a pressure medium) is arranged in a separate transmission cell.

Erfindungsgemäß ist die die Druckmesszelle tragende Trägereinrichtung, auf deren Bestückungsseite auch die vorgesehene Elektronik positioniert ist, in dem Gehäuse des Drucktransmitters so eingebaut, dass die Druckmesszelle, die Elektronik sowie die gesamten Anschlussdrähte auf der dem Druckraum abgewandten Seite der Trägereinrichtung liegen. Dazu weist die Tragplatte lediglich eine Druckdurchlassbohrung auf, die letztlich bis ins Innere der geschlossenen Druckmesszelle führt. In diesem Fall handelt es sich um einen relativen Druckmesssensor. Soll es sich um einen Absolut-Drucksensor handeln, kann auf der Messzelle noch eine optionale Referenzhaube mit einer Vakuumkammer dicht aufgesetzt sein, in deren der Messzelle zugewandt liegenden Innenraum ein Vakuum besteht. Unabhängig davon, ob es sich um einen relativen oder einen absoluten Druckaufnehmer handelt, ist es im Rahmen der Erfindung möglich, Drücke von aggressiven Medien zu messen, da die gesamte Elektronik und die Druckmesszelle (zu der das aggressive Druckmedium nicht gelangen kann) auf der vom Medium abgewandt liegenden Seite der Trägereinrichtung angeordnet ist.According to the invention, the support means carrying the pressure measuring cell, on the component side also the intended electronics is positioned, installed in the housing of the pressure transmitter so that the pressure measuring cell, the electronics and the entire connection wires are located on the side facing away from the pressure chamber side of the support means. For this purpose, the support plate only has a pressure passage bore, which ultimately leads to the interior of the closed pressure measuring cell. In this case, it is a relative pressure sensor. If it is an absolute pressure sensor, an optional reference hood with a vacuum chamber can still be tightly mounted on the measuring cell, in which the measuring cell facing the interior there is a vacuum. Regardless of whether it is a relative or an absolute pressure transducer, it is within the scope of the invention possible to measure pressures of aggressive media, since the entire electronics and the pressure measuring cell (to which the aggressive pressure medium can not get) on the Medium remote side of the carrier device is arranged.

Bevorzugt kann dabei die Tragplatte aus einem geeigneten Metall, einer Metall-Legierung oder Stahllegierung oder beispielsweise Kovar bestehen, wobei die Tragplatte bevorzugt an einem umlaufenden Rand an einer umlaufenden Anlage (Anlageschulter) im Inneren des Druckgehäuses dichtend angebracht ist, vorzugsweise durch Schweißen.Prefers can be the support plate made of a suitable metal, a metal alloy or steel alloy or, for example, Kovar, wherein the Support plate preferably on a peripheral edge on a circumferential Plant (contact shoulder) sealed inside the pressure housing is, preferably by welding.

Die auf der Bestückungsseite (also der vom Druckmedium nicht erreichten, druckabgewandten Seite) vorgesehenen piezoresistiven Widerstände der Druckmesszelle, die Auswertelektronik, die gesamten Anschlussdrähte und Anschlussstellen können dann bevorzugt mit einer Vergussmasse vergossen sein, die die gesamte Anordnung schützt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann dabei die auf der Trägereinrichtung angeordnete Platine nicht nur mit einer Ausnehmung zur Anordnung der Druckmesszelle, sondern bevorzugt sogar mit einer abgestuften Ausnehmung versehen sein, die es ermöglicht, auch in dem Abstufungsbereich elektronische Bauteile, insbesondere die Auswerteelektronik mit unterzubringen. Dies eröffnet die weitere Möglichkeit, diesen abgestuften Raum innerhalb der gedruckten Schaltung mit einem Gel auszugießen, um die Messzelle, die elektronische Auswertschaltung oder Teile davon und die Bonddrähte insgesamt zu schützen. Dadurch sind nicht nur die Bonddrähte vor einer mechanischen Einwirkung geschützt, sondern auch vor Lötspritzern, die beim Anlöten von Verbindungsleitungen entstehen können. Durch diese Ausbildung der abgestuften Ausnehmung der Leiterplatine wird zugleich ein ”Schwimmbadrand” für das Gel gebildet, welches zum Ausgießen verwendet wird. Durch diese Maßnahme wird der Massenfertigungsprozess weiter unterstützt und die relevanten Teile schon früh im gesamten Herstellungsprozess geschützt.The on the component side (that is not the one of the print medium achieved, side facing away from the pressure) provided piezoresistive Resistors of the pressure measuring cell, the evaluation electronics, the entire connecting wires and connection points can then preferably be potted with a potting compound, which covers the entire Arrangement protects. In a particularly preferred embodiment can be arranged on the support device board not only with a recess for the arrangement of the pressure measuring cell, but preferably even provided with a stepped recess that makes it possible, even in the grading range electronic components, in particular the transmitter with accommodate. This opens up the further possibility this graduated space within the printed circuit with a Pour gel to the measuring cell, the electronic evaluation circuit or Parts of it and the bonding wires to protect a total. As a result, not only the bonding wires are in front of a mechanical Protected against exposure, but also before soldering spatters, which may arise when soldering connecting lines. Due to this design of the stepped recess of the printed circuit board becomes at the same time a "swimming pool edge" for formed the gel, which is used for pouring. By this measure will continue the mass production process supported and the relevant parts early protected throughout the manufacturing process.

Durch die erfindungsgemäße Transmitter-Konstruktion, die vom Grundsatz her absolut vergleichbar mit einer Dünnfilm-Konstruktion ist, lässt sich zudem der Vorteil realisieren, dass die Drucksensorwiderstände (piezoresistive Widerstände auf der Messmembran) in etwa auf der gleichen Ebene liegen wie die Elektronik. Der Vorteil gegenüber der Dünnfilm-Konstruktion liegt aber darin, dass die Herstellungskosten der piezoresistiven Sensoren bedeutend niedriger liegen und eine Ausführung erlauben, mit der Drücke absolut oder relativ gemessen werden können. Zudem lässt sich im Rahmen der Erfindung ein sehr viel höheres Sensor-Ausgangssignal erzielen, wodurch ein besseres Signal-Rauschverhältnis und damit eine verbesserte Auflösung des Signals gewährleistet ist. Dabei muss angemerkt werden, dass die erfindungsgemäße Druckmesszelle praktisch völlig hysteresefrei arbeitet.By the transmitter construction according to the invention, which in principle is absolutely comparable to a thin-film construction is, can also realize the advantage that the Pressure sensor resistors (piezoresistive resistors on the measuring membrane) lie approximately on the same level as the Electronics. The advantage over the thin-film construction But lies in the fact that the manufacturing cost of piezoresistive Sensors are significantly lower and a version allow, with the pressures measured absolutely or relatively can be. In addition, can be in the context of Achieve a much higher sensor output, which gives a better signal-to-noise ratio and thus ensures an improved resolution of the signal is. It should be noted that the inventive Pressure measuring cell virtually completely hysteresis-free works.

Ein wesentlicher weiterer Vorteil liegt auch darin begründet, dass der erfindungsgemäße Transmitter mit der Auswertelektronik hergestellt werden kann, ohne dass elastische Dichtungen mit der Messmembran wie z. B. bei keramischen Transmittern kontaktiert werden müssen, und dies in einer kostengünstigen und weniger Bauraum erfordernden Größe.One Another significant advantage lies in the fact that that the transmitter according to the invention with the Evaluation electronics can be produced without being elastic Seals with the measuring membrane such. B. contacted in ceramic transmitters need to be, and this in a cost effective and size requiring less space.

Der Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Drucktransmitters ergibt sich aus den nachfolgenden Darstellungen. Dabei zeigen im Einzelnen:Of the Structure and operation of the invention Pressure transmitter results from the following illustrations. In detail:

1: einen schematischen auszugsweisen Axialschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucktransmitters; 1 FIG. 2: a schematic partial axial section through a first embodiment according to the invention of a pressure transmitter according to the invention; FIG.

2: einen schematischen Axialschnitt durch eine Druckmesszelle in Form einer Absolutdruck-Messzelle; 2 a schematic axial section through a pressure measuring cell in the form of an absolute pressure measuring cell;

3: ein zu 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel für eine Relativdruck-Messzelle; und 3 : one too 2 modified embodiment of a relative pressure measuring cell; and

4: ein zu 1 leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel im Axialschnitt für einen erfindungsgemäßen Drucktransmitter. 4 : one too 1 slightly modified embodiment in axial section for a pressure transmitter according to the invention.

In 1 ist im auszugsweisen axialen Längsschnitt ein üblicherweise Zylinderform aufweisendes oder an die Zylinderform angenähertes Gehäuse 1 zu ersehen, welches einen Druckanschluss 1a aufweist. Dieser Druckanschluss 1a weist gegenüber dem Außendurchmesser des Gehäuses 1 üblicherweise einen geringeren Außendurchmesser mit einem Anschlusszylinder 1b mit Außengewinde 1c auf, worüber das Gehäuse des Drucktransmitters an einer Druckanschlussstelle aufgedreht werden kann.In 1 is in ausweisweisen axial longitudinal section a usually cylindrical shape exhibiting or approximated to the cylinder shape housing 1 to see which one pressure connection 1a having. This pressure connection 1a points opposite to the outer diameter of the housing 1 usually a smaller outer diameter with a connecting cylinder 1b with external thread 1c on, over which the housing of the pressure transmitter can be turned on at a pressure connection point.

Im Inneren des Gehäuses 1 ist eine umlaufende Schulter 7 ausgebildet, die auch nachfolgend teilweise als Anlageschulter 7 bezeichnet wird. Auf dieser Anlageschulter 7 sitzt ein Träger 9, der nachfolgend auch teilweise als Träger-, Metall- oder Legierungsplatte 9 bezeichnet wird.Inside the case 1 is a circumferential shoulder 7 trained, which also below partly as an attachment shoulder 7 referred to as. On this investment shoulder 7 a carrier sits 9 Partly hereinafter also as a carrier, metal or alloy plate 9 referred to as.

Auf der erwähnten aus Kovar, also aus einer Metall-Legierung mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizient bestehenden Platte ist auf der zum Druckanschluss 1a abgewandt liegenden Bestückungsseite 11 eine Druckmesszelle 13 sowie eine oder mehrere Platinen 15 (die nachfolgend teilweise auch als Leiterplatte, Leiterplatine oder gedruckte Schaltung bezeichnet werden) angeordnet, die mit elektrischen Bauteilen 16, 116 unterschiedlichster Art bestückt sein können. Diese Elektronikeinheiten 15 werden nachfolgend teilweise auch kurz als Print bezeichnet.On the mentioned from Kovar, so from a metal alloy with a low coefficient of thermal expansion existing plate is on the pressure connection 1a facing away assembly side 11 a pressure measuring cell 13 and one or more boards 15 (hereinafter sometimes referred to as a printed circuit board, printed circuit board or printed circuit) arranged with electrical components 16 . 116 different types can be equipped. These electronic units 15 are sometimes also referred to as print for short.

Die üblicherweise dosenförmige Druckmesszelle 13 kann beispielsweise unter Ausbildung einer Messmembran 13a mit vergleichsweise geringer Materialdicke mit einem umlaufenden Rand 13b ausgestattet sein, die auf einer Basisplatte oder einem Substrat 13c mit einem Druckdurchlass 13d versehen ist, wobei die so gebildete Druckmesszelle mit ihrer Basisplatte 13c beispielsweise unter Verwendung von Glaslot 13g direkt auf der Platine 9 aufgelötet ist. Die Positionierung der Druckmesszelle 13 erfolgt dabei derart, dass der in der Basisplatte 13c vorgesehen Druckdurchlass 13d mit einem Druckkanal oder einer Druckdurchlass-Öffnung 9a in der Trägerplatte 9 fluchtet, damit das Druckmedium vom Druckanschluss 1a bis zum Innenraum 13e in die Druckmesszelle 13 gelangen kann.The usually can-shaped pressure measuring cell 13 can, for example, to form a measuring membrane 13a with comparatively small material thickness with a peripheral edge 13b be equipped on a base plate or a substrate 13c with a pressure passage 13d is provided, wherein the pressure measuring cell thus formed with its base plate 13c for example, using glass solder 13g directly on the board 9 is soldered. The positioning of the pressure measuring cell 13 takes place in such a way that in the base plate 13c provided pressure passage 13d with a pressure channel or a pressure port 9a in the carrier plate 9 is aligned so that the pressure medium from the pressure port 1a to the interior 13e into the pressure measuring cell 13 can get.

Besteht die Druckmesszelle 13 aus einer piezoresistiven Druckmesszelle, so sind auf der Außenseite der Messzelle bekannterweise die entsprechenden piezoresistiven Widerstände vorgesehen, wobei an dieser Stelle ein die piezoresistiven Widerstände überdeckende Referenzkammer oder Referenzhaube 17 mit einem Innenraum 17' dicht aufgesetzt ist, wobei der Innenraum 17' als Vakuumkammer (d. h. als Referanzdruck) dient. Die so gebildete Druckmesszelle ist dabei in vergrößertem Axialschnitt in 2 zu ersehen. Dabei handelt es sich bei der Druckmesszelle gemäß 2 mit der Referenzhaube oder Referenzkammer (so wie sie im Ausführungsbeispiel eines Drucktransmitters gemäß 1 eingebaut ist) um eine absolute Druckmesszelle mit rückwärtiger Druckmessung. Dabei ist in der Referenzhaube oder Referenzkammer 17 im Innenraum 17' des erwähnten Vakuum ausgebildet, so dass der an der Innenseite 13e anliegende Druck in der Messzelle gegenüber Vakuum gemessen wird, somit also eine absolute Druckmesszelle gebildet ist.Is the pressure measuring cell 13 From a piezoresistive pressure measuring cell, the corresponding piezoresistive resistors are provided on the outside of the measuring cell, as is known, at this point a reference chamber or reference hood covering the piezoresistive resistors 17 with an interior 17 ' is tight, with the interior 17 ' as a vacuum chamber (ie as a reference pressure) is used. The pressure measuring cell thus formed is in enlarged axial section in 2 to see. This is the pressure cell according to 2 with the reference hood or reference chamber (as in the embodiment of a pressure transmitter according to 1 built-in) to an absolute pressure measuring cell with back pressure measurement. It is in the reference hood or reference chamber 17 in the interior 17 ' formed of the mentioned vacuum, so that on the inside 13e applied pressure in the measuring cell is measured against vacuum, thus thus an absolute pressure measuring cell is formed.

Demgegenüber zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 3 eine relative Druckmesszelle, da hier der im Innenraum 13e der Druckmesszelle 13 gemessene Druck gegenüber dem Umgebungsdruck gemessen wird, da ein Referenzdruck in Form eines Vakuums nicht vorgesehen ist. Abweichend zu 1 kann also auch eine Relativ-Druck messende Druckmesszelle gemäß 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingebaut sein.In contrast, the embodiment according to FIG 3 a relative pressure cell, because here in the interior 13e the pressure measuring cell 13 measured pressure relative to the ambient pressure is measured, since a reference pressure in the form of a vacuum is not provided. Deviating from 1 can therefore also a relative-pressure measuring pressure cell according to 3 in the embodiment according to 1 be installed.

Auch die in der Zeichnung dargestellte Leiterplatte 15 (Print, gedruckte Schaltung) ist vorzugsweise mittels eines geeigneten Klebers 13f auf der Platine 9 befestigt, beispielsweise ebenfalls unter Verwendung eines Glaslots.Also the printed circuit board shown in the drawing 15 (Print, printed circuit) is preferably by means of a suitable adhesive 13f on the board 9 attached, for example, also using a glass solder.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Leiterplatte bzw. gedruckte Schaltung 15 vorgesehen, in die eine Bohrung oder Fräsung 15a eingearbeitet ist, die die Leiterplatine in gesamter Dicke durchsetzt. Der Durchmesser dieser Bohrung oder Ausfräsung 15a ist größer als der Außendurchmesser der erwähnten Messzelle 13. Dies ermöglicht es, dass die Druckmesszelle 13 direkt auf dem Träger 9 aufgesetzt und dort befestigt wird und so in der Ausnehmung 15a der Leiterplatine 15 sitzt. Die gesamte Anordnung baut so niedrig, dass die Druckmesszelle zumindest ohne die nachfolgend noch erwähnte oben aufgesetzte Referenzhaube oder Referenzkammer 17 quasi nicht über Dicke der Leiterplatine 15 nach oben hin übersteht.In the embodiment shown is a printed circuit board or printed circuit 15 provided, in which a bore or milling 15a is incorporated, which passes through the printed circuit board in its entire thickness. The diameter of this hole or cutout 15a is greater than the outer diameter of the mentioned measuring cell 13 , This allows the pressure cell 13 directly on the carrier 9 placed and fastened there and so in the recess 15a the printed circuit board 15 sitting. The entire assembly builds so low that the pressure measuring cell at least without the above-mentioned above-mounted reference hood or reference chamber 17 virtually not over the thickness of the printed circuit board 15 survives to the top.

Nachfolgend wird auf einige Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Drucktransmitters eingegangen.following is based on some manufacturing steps of the invention Received pressure transmitter.

Zunächst einmal wird die Messzelle 13 auf der Trägerplatte 9 befestigt, und zwar unter Verwendung eines Klebers oder beispielsweise unter Verwendung eines Glas- oder Metallots 13g und dadurch fixiert. Welcher Prozess hier verwendet wird, kann von den Anwendungsbedingungen abhängen. Es wird insoweit auf vorbekannte Verfahren verwiesen, bei denen beispielsweise Silizium-Sensoren auf Stahlkonstruktionen mittels Glaslötung fixiert werden.First of all, the measuring cell 13 on the carrier plate 9 attached, using an adhesive or, for example, using a glass or Metallots 13g and thereby fixed. Which process is used here may depend on the conditions of use. In that regard, reference is made to previously known methods in which, for example, silicon sensors are fixed to steel structures by means of glass soldering.

In der Regel wird anschließend der sogenannte Print 15, also die gedruckte Schaltung 15 (die die elektronischen Bauteile 16, 116 trägt) bevorzugt mittels eines Roboters auf dem Träger 9 aufgeklebt (Klebeschicht 13f). Anschließend können ebenfalls mittels eines Roboters oder Automaten alle Drahtverbindungen 21 zwischen den entsprechenden Anschlussstellen auf der Druckmesszelle sowie den auf dem Druckanschluss abgewandt liegenden Seiten (also der freiliegenden Seite) der Leiterplatine 15 hergestellt werden, beispielsweise in Form von Gold- oder Aludrähten. Abschließend werden die in der Zeichnung dargestellten Verbindungsdrähte 23 angeschlossen, die zu einem oder mehreren Steckeranschlüssen 25 eines Stecker- oder Kabelanschlusses 26 führen. Der Anschluss der Drähte 21 erfolgt üblicherweise durch Bonden, und zwar unter Verwendung von Gold- oder Aludrähten. Die von den Anschlussstellen auf der Leiterplatine zu den Anschlüssen auf dem Chip oder auf der Leiterplatine führenden Drahtverbindung 21 werden üblicherweise mittels eines sogenannten Drahtbondens oder Wirebondens hergestellt.Usually then the so-called print 15 So the printed circuit 15 (which the electronic components 16 . 116 carries) preferably by means of a robot on the support 9 glued on (adhesive layer 13f ). Subsequently, all wire connections can also be made by means of a robot or automaton 21 between the corresponding connection points on the pressure measuring cell and the sides facing away from the pressure connection (ie the exposed side) of the printed circuit board 15 be prepared, for example in the form of gold or Aludrähten. Finally, the connecting wires shown in the drawing 23 connected to one or more plug connections 25 a plug or cable connection 26 to lead. The connection of the wires 21 is usually done by bonding, using gold or Aludrähten. The from the An Terminals on the circuit board to the terminals on the chip or on the circuit board leading wire connection 21 are usually produced by means of a so-called wire bonding or Wirebondens.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Steckeranschlüsse 25 vorgesehen, die zu drei Steckerstiften eines Stecker- oder Kabelanschlusses 26 gehören. Anstelle dreier getrennter Anschlussdrähten 23 kann auch eine Dünnfilmfolie mit drei Leiterbahnen verwendet werden, um die elektrische Verbindung zwischen entsprechenden Kontaktstellen auf der Leiterplatine 15 und den Anschlussstellen 25' herzustellen.In the embodiment shown are three plug connections 25 provided to three pins of a plug or cable connection 26 belong. Instead of three separate connecting wires 23 For example, a three-track thin-film foil may also be used to provide electrical connection between corresponding pads on the printed circuit board 15 and the connection points 25 ' manufacture.

In dieser Situation kann ein entsprechender Abgleich auf geeignete Weise vorgenommen werden, um dadurch den Transmitter einschließlich der Elektronik (Auswertechip, etc.) entsprechend zu kalibieren.In This situation can be matched appropriately Way, thereby including the transmitter the electronics (evaluation chip, etc.) to calibrate accordingly.

Abschließend wird der entsprechend vorbereitete Träger 9, auf welchem die Druckmesszelle 13 und die Leiterplatine 15 sitzt, mit den auf der Leiterplatine 15 befindlichen elektrischen Bauelementen 16 in das Gehäuse 1 eingeführt, um dann letztlich den aus Metall oder einer Legierung bestehenden Träger 9 an einem umlaufenden, gegebenenfalls mit einer Abstufung versehenen Umlaufrand 9b an der umlaufenden Anlageschulter 7 im Inneren des Gehäuses 1 ein- bzw. anzuschweißen. Dazu wird bevorzugt eine Widerstandsschweißung durchgeführt, und zwar mit einer zylinderförmigen Elektrode. Diese zylinderförmige Elektrode ist so ausgebildet, dass sie mit ihrem umlaufenden stirnseitigen Rand auf dem Rand 9b der Platine 9 aufgesetzt werden kann. Dabei kommen die auf der Platine 9 sitzenden Elektroeinheiten 15 und die Messzelle innerhalb der hohlzylinderförmigen Elektrode zu liegen. Durch eine Widerstandsschweißung 27 kann dann ein umlaufender Schweißring zwischen der Anlageschulter 9b der Platine 9 und der Anlageschulter 7 des Gehäuses 1 hergestellt werden, also eine dichtende Anlageplatine 9 im Innere des Gehäuses 1.Finally, the appropriately prepared carrier 9 on which the pressure measuring cell 13 and the circuit board 15 sits with those on the circuit board 15 located electrical components 16 in the case 1 introduced, then ultimately the metal or alloy carrier 9 on a circumferential, optionally provided with a gradation circumferential edge 9b at the circumferential contact shoulder 7 inside the case 1 to weld or to weld. For this purpose, a resistance welding is preferably carried out, with a cylindrical electrode. This cylindrical electrode is formed so that it with its peripheral front edge on the edge 9b the board 9 can be put on. They come on the board 9 sitting electrical units 15 and the measuring cell to lie within the hollow cylindrical electrode. By a resistance welding 27 can then be a circumferential welding ring between the contact shoulder 9b the board 9 and the contact shoulder 7 of the housing 1 are produced, so a sealing investment board 9 inside the case 1 ,

Nach dem Einschweißen des Trägers oder der Trägerplatte 9 im Gehäuse 1 wird die auf der Bestückungsseite 11 befindliche Druckmesszelle 13, die Leiterplatine sowie die sich auf der Leiterplatine befindlichen Bauteile oder Baugruppen 16, 116 einschließlich der zwischen den Anschlussstellen auf der Leiterplatine 15 und der Druckmesszelle 13 vorgesehenen elektrischen Verbindungsleitung 21 und auch auf einer Teillänge die von der Leiterplatine ausgehenden Anschlussleitung 23 mit einer Vergussmasse 29 umschlossen und dadurch geschützt.After welding the carrier or the carrier plate 9 in the case 1 will be the on the assembly side 11 located pressure measuring cell 13 , the printed circuit board as well as the components or assemblies located on the printed circuit board 16 . 116 including between the connection points on the printed circuit board 15 and the pressure cell 13 provided electrical connection line 21 and also on part of the length of the outgoing from the printed circuit board connecting cable 23 with a potting compound 29 enclosed and thereby protected.

Als letzter Schritt werden dann die freien Enden der Anschlussdrähte 23 bzw. der möglichen Dünnfilmkontakte an die Steckerkontakte 25 der Steckeranschlüsse 25' in dem Stecker- oder Kabelanschluss 26 angelötet und der Stecker- oder Kabelanschluss 26 je nach Anwendung im Inneren des Gehäuses 1 verpresst oder mit diesem verschweißt. Der Stecker- oder Kabelanschluss 26 kann dabei bis zu einer gegebenenfalls vorgesehenen Anlageschulter 1e im Inneren des Gehäuses 1 eingeschoben bzw. eingepresst werden (wobei eine Anlageschulter auch an beliebiger anderer Stelle vorgesehen sein kann, z. B. am Kabelanschluss 26 selbst).The last step will be the free ends of the connecting wires 23 or the possible thin-film contacts to the plug contacts 25 the plug connections 25 ' in the plug or cable connection 26 soldered and the plug or cable connection 26 depending on the application inside the case 1 pressed or welded with this. The plug or cable connection 26 can be up to a possibly provided abutment shoulder 1e inside the case 1 can be inserted or pressed (wherein a contact shoulder can also be provided at any other location, eg., At the cable connection 26 even).

Nachfolgend wird noch auf ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß 4 verwiesen.Hereinafter is still a further embodiment according to 4 directed.

Die Ausführungsvariante gemäß 4 unterscheidet sich von jener nach 1 dadurch, dass die Leiterplatine 15 mit einer abgestuften Ausnehmung 15a, 15b versehen ist, die einen ersten Durchmesser 15a und auf der Bestückungsseite (also zum Druckanschluss 1a abliegenden Seite) eine in einer Teiltiefe eingearbeiteten Ausnehmung 15b aufweist, deren Durchmesser größer ist als der zur Trägerplatte 9 reichende untere Abschnitt der Ausnehmung 15a. Die erweiterte stufenförmige Ausfräsung 15b ist so groß bemessen, dass auf dem so gebildeten Absatz 15c der Leiterplatine 15 ausreichend Raum zur Verfügung steht, um dort beispielsweise eine Kompensationselektronik (Auswertechip) 116 zu positionieren, beispielsweise anzukleben (mittels Chip- oder Diebonding).The embodiment according to 4 differs from that 1 in that the circuit board 15 with a stepped recess 15a . 15b is provided, which has a first diameter 15a and on the component side (ie to the pressure connection 1a distant side) a recess incorporated in a partial depth 15b has, whose diameter is larger than that of the support plate 9 reaching lower portion of the recess 15a , The extended stepped cut-out 15b is sized so large that on the paragraph thus formed 15c the printed circuit board 15 there is sufficient space to accommodate, for example, compensation electronics (evaluation chip) 116 to position, for example, to glue (by means of chip or Diebonding).

Die Ausführungsvariante gemäß 4 bietet den Vorteil, dass nunmehr zum Schutz der Messzelle 13 und der Verbindungsdrähte 21 sowie der Auswerteelektronik nur der Freiraum in der abgestuften Ausnehmung 15a, 15b mit Vergussmasse 29 ausgegossen werden muss. Damit dient die entsprechend mit Ausnehmungen 15a, 15b versehene Leiterplatine mit einem umlaufenden Rand 15d quasi als ”Schwimmbadrand” für die Vergussmasse, d. h. das erwähnte dem Schutz dienende Gel. Dieser so gebildete zweistufige Print, also die so gebildete Leiterplatine ermöglicht es, die Messzelle, die Elektronik und die Bonddrähte vor mechanischen Einwirkungen und Lötspritzern sowie vor Feuchtigkeit zu schützen. Dadurch entsteht schon zu einem frühen Zeitpunkt im gesamten Herstellungsprozess ein Schutz der Messzelle, Teile der Elektronik und der Bonddträhte. Aus 4 ist dabei auch ersichtlich, dass alle gelöteten elektrischen Bauteile und/oder Komponenten 16 auf der Oberseite der Leiterplatine 15 aufgelötet sind, also auf der Bestückungsseite. Nur nicht zwangsläufig zu lötende elektronische Komponenten – wie beispielsweise die Auswertelektronik oder der Chip 116 – können auf der Abstufung 15c beispielsweise mittels Kleben positioniert werden.The embodiment according to 4 offers the advantage that now to protect the measuring cell 13 and the connecting wires 21 and the evaluation only the free space in the stepped recess 15a . 15b with potting compound 29 must be poured. This is the corresponding with recesses 15a . 15b provided printed circuit board with a peripheral edge 15d almost as a "swimming pool edge" for the potting compound, ie the aforementioned gel serving the protection. This so formed two-stage print, so the printed circuit board thus formed makes it possible to protect the measuring cell, the electronics and the bonding wires from mechanical effects and soldering splashes and moisture. As a result, the measuring cell, parts of the electronics and the bonding wires are protected at an early stage in the entire manufacturing process. Out 4 It can also be seen that all soldered electrical components and / or components 16 on top of the circuit board 15 soldered on, so on the component side. Not necessarily to be soldered electronic components - such as the evaluation electronics or the chip 116 - can be on the gradation 15c be positioned for example by gluing.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die erwähnte Abstufung 15c in der Leiterplatine 15 gezeigt, auf der in diesem Ausführungsbeispiel der Chip 116 (also die Elektronik) angeordnet ist. Zu diesem Bereich führen auch die von der Messzelle kommenden Drahtverbindungen 21, die sogenannten Bonddrähte. Aber auch dann, wenn der Chip 116 auf der Oberseite der Leiterplatine wie die anderen elektronischen Baukomponenten 16 angeordnet wäre, würden bevorzugt die Bonddrähte 21 bis zu entsprechenden Kontaktierungs-Pads auf den Stufenabsatz 15c führen. Von daher weist die erwähnte größere Ausnehmung 15b unter Bildung des stufenförmigen Absatzes 15c auch in diesem Falle Vorteile auf.In the embodiment according to 4 is the mentioned gradation 15c in the printed circuit board 15 shown on the chip in this embodiment 116 (ie the electronics) is arranged. The wire connections coming from the measuring cell also lead to this area 21 , the so-called bonding wires. But even if the chip 116 on top of the circuit board like the other electronic components 16 would be arranged, the bonding wires would be preferred 21 up to corresponding contacting pads on the stepped shoulder 15c to lead. Therefore, the mentioned larger recess 15b under the step-shaped paragraph 15c also in this case advantages.

Schließlich ist im Ausführungsbeispiel gemäß 4 zwischen dem Glaslot 13g und dem umlaufenden Rand 13b der Druckmesszelle 13 die mit der Zentralbohrung versehene Basisplatte 13c vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel eine größere Höhe aufweist als die Basisplatte 13c in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.Finally, in the embodiment according to 4 between the glass solder 13g and the surrounding edge 13b the pressure measuring cell 13 the base plate provided with the central bore 13c provided, which in this embodiment has a greater height than the base plate 13c in the embodiment according to 1 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3500613 A1 [0002]
- DE 8500494 U1 [0002]
- DE 3344799 A1 [0002]
WO 96/26423 A1 [0002]
- DE 20105505 U1 [0009]

Claims

Pressure transmitter with the following features - with a housing ( 1 ), with a pressure connection ( 1a ), - in the housing ( 1 ) is offset to the pressure port ( 1a ) A carrier ( 9 ) provided with a component side ( 11 ) connected to the pressure port ( 1a ), - on the component side ( 11 ) of the carrier ( 9 ) is a pressure measuring cell ( 13 ) on the one hand and at least one printed circuit board ( 15 ) to the other, - the pressure measuring cell ( 13 ) is via connecting lines ( 21 ) with electronic components and / or assemblies ( 16 . 116 ) and these electronic components and / or assemblies ( 16 . 116 ) via connecting cables ( 23 ) with plug connections ( 25 ), characterized by the following further features - the component side ( 11 ) of the carrier ( 9 ) lies in the housing ( 1 ) to the pressure port ( 1a ) facing away and / or shielded, - the carrier ( 9 ) consists of a weldable metal or a weldable alloy, - the support ( 9 ) is in the housing ( 1 ) on a contact shoulder ( 7 ) tightly welded, - the carrier ( 9 ) is equipped with a pressure passage bore ( 9a ), - on the component side ( 11 ) is the pressure measuring cell ( 13 ) with a pressure port ( 13d ) so close to the carrier ( 9 ) and positioned that the interior ( 13e ) of the pressure measuring cell ( 13 ) via the pressure passage bore ( 13d ) of the pressure measuring cell ( 13 ) and the associated pressure port ( 9a ) in the carrier ( 9 ) with the pressure connection ( 1a ) of the housing ( 1 ), and - the pressure measuring cell ( 13 ) and at least one of the electronic assemblies and / or components ( 16 . 116 ) are by means of a potting compound ( 29 ) on the component side ( 11 ) of the carrier ( 9 ) shed and protected.

Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that the potting compound ( 29 ) consists of a gel.

Pressure transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier ( 9 ) by means of a resistance welding ( 27 ) hermetically sealed with a contact shoulder ( 7 ) inside the housing ( 1 ) is welded.

Pressure transmitter according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the pressure connection ( 1a ) opposite side of the printed circuit board ( 15 ) electronic components and / or components ( 16 . 116 ) are provided, in particular soldered.

Pressure transmitter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one provided printed circuit board ( 15 ) with a printed circuit board ( 15 ) passing through hole or cutout ( 15a ), within which the pressure measuring cell on the support ( 9 ) is arranged sitting, wherein the diameter of the recess ( 15a ) is greater than the outer diameter of the pressure measuring cell ( 13 ), preferably non-contact to the circuit board ( 15 ) in the recess ( 15a ) sits.

Pressure transmitter according to one of claims 1 to 5, characterized in that the entire pressure measuring cell ( 13 ) as well as on the printed circuit board ( 15 ) provided electrical or electronic components and / or components ( 16 . 116 ) including the printed circuit board ( 15 ) by means of the potting compound ( 29 ) are covered and protected.

Pressure transmitter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the printed circuit board ( 15 ) with a stepped recess with a support ( 9 ) closer recess ( 15a ) and a recessed adjacent recess ( 15b ) with respect to the first recess ( 15a ), whereby a graduated area ( 15c ) in the printed circuit board ( 15 ) is formed.

Pressure transmitter according to claim 7, characterized in that between the pressure measuring cell ( 13 ) and the graduated area ( 15c ) Bond connections ( 21 ) leading to contacting pads on the stepped area (FIG. 15c ) to lead.

Pressure transmitter according to claim 7, characterized in that in the stepped area ( 15c ) an evaluation electronics or chip ( 116 ) to which the bonding connections coming from the measuring cell ( 21 ) to lead.

Pressure transmitter according to claim 8 or 9, characterized in that soldered electrical components and / or components ( 16 ) on the printed circuit board ( 15 ) outside the graduated area ( 15c ) are positioned and soldered.

Pressure transmitter according to one of claims 7 to 10, characterized in that the potting compound ( 29 ) the stepped recess ( 15a . 15b ) within which the pressure measuring cell ( 13 ) and optionally one within the stepped recess ( 15a . 15b ) provided evaluation electronics or chip is or are arranged.

Pressure transmitter according to one of claims 7 to 11, characterized in that the stepped recess ( 15a . 15b ) in the printed circuit board ( 15 ) by a peripheral edge ( 15d ) for receiving the potting compound ( 29 ) is outlined.

Pressure transmitter according to one of claims 1 to 12, characterized in that the pressure transmitter is designed as an absolute pressure transmitter, including on the pressure measuring cell ( 13 ) a reference hood ( 17 ) with a vacuum chamber ( 17 ' ) is positioned.

Pressure transmitter according to one of claims 1 to 13, characterized in that at an axial distance from the casting compound ( 29 ) a plug and cable connection ( 25 ) in an opening of the housing ( 1 ), which is connected by plug connections ( 23 ) is interspersed.

Pressure transmitter according to claim 14, characterized in that of the at least one Elektronikeinrich device ( 15 ) Connecting wires ( 23 ) to plug contacts ( 25 ) on the plug or cable connector ( 26 ) to lead.