DE202020005465U1 - Pressure measuring cell - Google Patents

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DE202020005465U1 DE202020005465.8U DE202020005465U DE202020005465U1 DE 202020005465 U1 DE202020005465 U1 DE 202020005465U1 DE 202020005465 U DE202020005465 U DE 202020005465U DE 202020005465 U1 DE202020005465 U1 DE 202020005465U1
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Abstract

Druckmesszelle (10) umfassend einen Träger (14) und eine darauf angeordnete drucksensitive Membran (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (14) auf einem Glassubstrat (12) angeordnet ist, wobei in das Glassubstrat (12) mindestens eine der folgenden Komponenten eingeglast ist:
- mindestens eine elektrische Durchführung (20),
- ein Verdrängungskörper (32),
- ein Befüllrohr (30),
- ein Außenring (24),
- ein Rohr (36) zur Fixierung des Trägers (14).

Figure DE202020005465U1_0000
Pressure measuring cell (10) comprising a carrier (14) and a pressure-sensitive membrane (16) arranged thereon, characterized in that the carrier (14) is arranged on a glass substrate (12), with at least one of the following components in the glass substrate (12) is glazed in:
- at least one electrical bushing (20),
- a displacement body (32),
- a filling pipe (30),
- an outer ring (24),
- A tube (36) for fixing the carrier (14).
Figure DE202020005465U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmesszelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a pressure measuring cell according to the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Formen von Druckmesszellen bekannt. Druckmesszellen werden in Druckmessgeräten eingesetzt und überführen einen Druck in ein elektrisches Signal, das dann weiterverarbeitet werden kann. Druckmesszellen werden nach dem zugrundeliegenden Messprinzip, den zum Prozess hin orientierten Materialien sowie danach unterschieden, ob absolute oder relative Drücke gemessen werden können.Various forms of pressure measuring cells are known from the prior art. Pressure measuring cells are used in pressure measuring devices and convert a pressure into an electrical signal, which can then be further processed. Pressure measuring cells are differentiated according to the underlying measuring principle, the materials oriented towards the process and according to whether absolute or relative pressures can be measured.

Ein bekannter Typ einer Druckmesszelle umfasst dabei eine drucksensitive Membran, welche sich in Abhängigkeit des Druckes wölbt. Das Maß der Wölbung kann dann mittels geeigneter Sensorik in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Die Membran kann aus einem Halbleitermaterial hergestellt sein, insbesondere aus Silizium. Diese Membran ist üblicherweise mit ihrem Randbereich umlaufend an einem Träger befestigt. Als Material für den Träger kommt insbesondere Glas in Frage, unter anderem Borosilikatglas.A known type of pressure measuring cell comprises a pressure-sensitive membrane which bulges as a function of the pressure. The degree of curvature can then be converted into an electrical signal by means of suitable sensors. The membrane can be made from a semiconductor material, in particular from silicon. This membrane is usually attached to a support all the way round with its edge area. A particularly suitable material for the carrier is glass, including borosilicate glass.

Zudem ist es bekannt, die Einheit aus Membran und Träger auf einem Substrat anzuordnen. Dieses Substrat bildet üblicherweise den Abschluss einer mit einem Gehäuse umgebenen und mit einem inkompressiblen Medium gefüllten Messkammer. Das Gehäuse weist eine äußere Membran auf, so dass ein auf das Gehäuse wirkender Druck über das Medium in der Messkammer auf die innere Membran übertragen wird. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Druckmesszellen wird für das Substrat in der Regel Keramik oder Metall als Werkstoff eingesetzt.It is also known to arrange the unit of membrane and carrier on a substrate. This substrate usually forms the end of a measuring chamber which is surrounded by a housing and filled with an incompressible medium. The housing has an outer membrane so that a pressure acting on the housing is transmitted to the inner membrane via the medium in the measuring chamber. In the case of pressure measuring cells known from the prior art, ceramic or metal is generally used as the material for the substrate.

Insgesamt werden für den Aufbau von aus dem Stand der Technik bekannten Druckmesszellen eine Vielzahl von Komponenten verwendet, welche jeweils in einem separaten Herstellungsschritt der Druckmesszelle hinzugefügt werden. Damit ist das Verfahren zur Herstellung von Druckmesszellen sehr aufwendig.Overall, a large number of components are used for the construction of pressure measuring cells known from the prior art, each of which is added to the pressure measuring cell in a separate production step. The process for producing pressure measuring cells is therefore very complex.

Die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckmesszelle zur Verfügung zu stellen, welche besonders einfach herzustellen ist. Ferner ist es die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ein besonders einfaches Verfahren zur Herstellung einer Druckmesszelle zur Verfügung zu stellen.The underlying object of the invention is to provide a pressure measuring cell which is particularly easy to manufacture. Furthermore, it is the underlying object of the invention to provide a particularly simple method for producing a pressure measuring cell.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen sind in Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further advantages and practical embodiments are described in connection with the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Druckmesszelle weist einen Träger und eine darauf angeordnete drucksensitive Membran auf. Der Träger ist insbesondere aus Glas, vorzugsweise aus Borosilikatglas. Bei der drucksensitiven Membran handelt es sich insbesondere um eine Membran aus Silizium. Die Membran ist insbesondere mit ihrem Rand umlaufend an dem Träger fixiert, beispielsweise mittels anodischem Bonden.A pressure measuring cell according to the invention has a carrier and a pressure-sensitive membrane arranged thereon. The carrier is in particular made of glass, preferably made of borosilicate glass. The pressure-sensitive membrane is, in particular, a membrane made of silicon. In particular, the edge of the membrane is fixed around the carrier, for example by means of anodic bonding.

Der Träger ist wiederum mit seiner der Membran abgewandten Unterseite auf einem Glassubstrat angeordnet. Der Träger ist dabei entweder unmittelbar oder mittelbar auf dem Glassubstrat angeordnet. Wie nachfolgend noch erläutert, wird unter einer unmittelbaren Verbindung eine Verbindung verstanden, bei welcher der Träger direkt mit dem Glassubstrat in Kontakt steht. Bei einer mittelbaren Verbindung ist zwischen dem Glassubstrat und dem Träger ein weiteres Element angeordnet, mit welchem der Träger unmittelbaren Kontakt aufweist. Ferner ist es möglich, dass der Träger teilweise auf dem Glassubstrat und teilweise auf einem mit dem Glassubstrat verbundenen Rohr angeordnet ist.The carrier is in turn arranged with its underside facing away from the membrane on a glass substrate. The carrier is arranged either directly or indirectly on the glass substrate. As will be explained below, a direct connection is understood to mean a connection in which the carrier is in direct contact with the glass substrate. In the case of an indirect connection, a further element is arranged between the glass substrate and the carrier, with which the carrier is in direct contact. It is also possible for the carrier to be arranged partly on the glass substrate and partly on a tube connected to the glass substrate.

Zudem ist in das Glassubstrat mindestens eine der folgenden Komponenten eingeglast:

  • - mindestens eine elektrische Durchführung und insbesondere mehrere elektrische Durchführungen,
  • - ein Verdrängungskörper,
  • - ein Befüllrohr,
  • - ein Außenring,
  • - ein Rohr zur Fixierung des Trägers.
In addition, at least one of the following components is glazed into the glass substrate:
  • - at least one electrical bushing and in particular several electrical bushings,
  • - a displacement body,
  • - a filling pipe,
  • - an outer ring,
  • - a tube to fix the carrier.

Das Einglasen mindestens einer der Komponenten mit der Herstellung des Glassubstrates reduziert dabei bereits den Aufwand für die Herstellung der Druckmesszelle. Die jeweilige direkt bei der Herstellung eingeglaste Komponente muss nicht in einem späteren Herstellungsschritt separat mit dem Glassubstrat verbunden werden. Dabei ist es von Vorteil, dass die jeweiligen Komponenten aufgrund der Verwendung eines Glaswerkstoffes für das Substrat direkt mit der Herstellung des Substrates mit diesem verbunden werden können.Glazing at least one of the components with the production of the glass substrate already reduces the effort for the production of the pressure measuring cell. The respective component glazed in directly during production does not have to be connected separately to the glass substrate in a later production step. It is advantageous here that, due to the use of a glass material for the substrate, the respective components can be connected to the substrate directly when it is produced.

Vorzugsweise werden die Komponenten unmittelbar in das Substrat eingeglast, d.h. dass die Komponenten direkt in das Material des Substrats eingebettet werden (große Einglasung für alle Komponenten). Alternativ können Bohrungen in dem Substrat vorgesehen sein, in die die Komponenten zusätzlich mit einer Mittlersubstanz, bspw. einem Glaslot, eingebracht.The components are preferably glazed directly into the substrate, i.e. the components are embedded directly into the material of the substrate (large glazing for all components). Alternatively, bores can be provided in the substrate, into which the components are additionally introduced with a mediator substance, for example a glass solder.

Die Verbindung zwischen dem Substrat und den Komponenten erfolgt entweder über einen Lotprozess mit Schmelzpunktüberschreitung oder über einen Einpressprozess ohne Schmelzpunktüberschreitung.The connection between the substrate and the components takes place either via a Soldering process with exceeding the melting point or via a press-in process without exceeding the melting point.

Vorzugsweise werden gleichzeitig mindestens zwei der vorstehend genannten Komponenten in das Glassubstrat eingeglast, um ein noch effizienteres Herstellungsverfahren zu ermöglichen.At least two of the aforementioned components are preferably glazed into the glass substrate at the same time in order to enable an even more efficient manufacturing process.

Durch die unmittelbare Einglasung und damit einhergehender Reduzierung der Anzahl an beteiligten Bauteilen und auch Materialien, werden auch die mechanischen Eigenschaften der Druckmesszelle verbessert. Es kommt zu weniger mechanischen Spannungen, beispielsweise durch nachträglich eingebrachte Bohrungen oder aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten.As a result of the direct glazing and the associated reduction in the number of components and materials involved, the mechanical properties of the pressure measuring cell are also improved. There are fewer mechanical stresses, for example due to holes made later or due to different thermal expansion coefficients.

So stellt die Einglasung einer elektrischen Durchführung - im Gegensatz zu einer vergleichsweise komplizierten Fixierung einzelner elektrischer Kontakte bei Keramiksubstraten - einen einfachen Prozessschritt dar. Vorzugsweise werden gleichzeitig mehrere elektrische Durchführungen in das Glassubstrat eingeglast. Die elektrischen Durchführungen dienen zur elektrischen Kontaktierung der Membran, bzw. auf der Membran angeordneter Sensorelemente.For example, the glazing of an electrical leadthrough - in contrast to the comparatively complicated fixing of individual electrical contacts in ceramic substrates - represents a simple process step. Preferably, several electrical leadthroughs are glazed into the glass substrate at the same time. The electrical feedthroughs are used to make electrical contact with the membrane or sensor elements arranged on the membrane.

Üblicherweise bildet das Glassubstrat den Abschluss einer mit einem Gehäuse umgebenen und mit einem inkompressiblen Medium gefüllten Messkammer, in welcher die Einheit aus Membran und Träger angeordnet ist. Das Gehäuse weist insbesondere eine äußere Membran auf und ein auf das Gehäuse wirkender Druck wird über das Medium in der Messkammer auf die innere Membran übertragen.The glass substrate usually forms the end of a measuring chamber which is surrounded by a housing and filled with an incompressible medium and in which the unit composed of membrane and carrier is arranged. The housing has in particular an outer membrane and a pressure acting on the housing is transmitted to the inner membrane via the medium in the measuring chamber.

Der Verdrängungskörper ist insbesondere auf der Oberseite des Glassubstrates angeordnet und dient dazu das Volumen in der vom Substrat und dem Gehäuse umschlossenen Messkammer zu reduzieren. Der Verdrängungskörper ist hier insbesondere aus einem Keramikwerkstoff und kann ebenfalls als eine der genannten Komponenten in das Glassubstrat eingeglast werden bzw. in den dessen Oberseite eingeglast werden.The displacement body is arranged in particular on the upper side of the glass substrate and serves to reduce the volume in the measuring chamber enclosed by the substrate and the housing. The displacement body is here in particular made of a ceramic material and can likewise be glazed into the glass substrate as one of the components mentioned or into which its upper side can be glazed.

Es kann auch ein Befüllrohr in das Glassubstrat eingeglast sein. Das Befüllrohr ist insbesondere aus Metall. Das Befüllrohr ist derart in dem Glassubstrat angeordnet, dass es einen durchgehenden Kanal bildet und dient als Kanal dazu die oberhalb des Substrates ausgebildete Messkammer mit Flüssigkeit zu befüllen.A filling tube can also be glazed into the glass substrate. The filling pipe is in particular made of metal. The filling tube is arranged in the glass substrate in such a way that it forms a continuous channel and serves as a channel to fill the measuring chamber formed above the substrate with liquid.

Zudem kann auch ein Außenring, insbesondere ein Außenring mit umlaufendem Kragen bzw. einem umlaufenen Steg zur Befestigung des Gehäuses, in das Glassubstrat eingeglast sein. Entsprechend wird direkt mit der Herstellung des Glassubstrates die Möglichkeit geschaffen in einem späteren Herstellungsschritt das Gehäuse an das Glassubstrat anzubinden.In addition, an outer ring, in particular an outer ring with a circumferential collar or a circumferential web for fastening the housing, can also be glazed into the glass substrate. Correspondingly, the possibility of connecting the housing to the glass substrate is created directly with the manufacture of the glass substrate in a later manufacturing step.

In einer praktischen Ausführungsform handelt es sich bei der Druckmesszelle um eine Messzelle zur Messung eines absoluten Druckes. Das heißt, die Druckmessung erfolgt gegenüber dem Vakuumniveau als Referenzniveau. In diesem Fall ist der Träger insbesondere unmittelbar mit dem Glassubstrat verbunden. Insbesondere ist der Träger auf das Glassubstrat geklebt.In a practical embodiment, the pressure measuring cell is a measuring cell for measuring an absolute pressure. This means that the pressure measurement takes place against the vacuum level as a reference level. In this case, the carrier is in particular connected directly to the glass substrate. In particular, the carrier is glued to the glass substrate.

Alternativ kann es sich um eine Druckmesszelle handeln, welche zur Messung eines Relativdruckes ausgelegt ist. In diesem Fall kann auch die Unterseite der Membran mit Druck beaufschlagt werden. Beispielsweise kann die Unterseite der Membran dem Umgebungsdruck ausgesetzt werden. In diesem Fall weist der Träger eine Durchgangsöffnung auf, so dass die Rückseite der Membran mit Druck beaufschlagt werden kann.Alternatively, it can be a pressure measuring cell which is designed to measure a relative pressure. In this case, pressure can also be applied to the underside of the membrane. For example, the underside of the membrane can be exposed to the ambient pressure. In this case, the carrier has a through opening so that the rear side of the membrane can be subjected to pressure.

Die korrespondierende Durchgangsöffnung im Glassubstrat kann dabei direkt in dem Glassubstrat ausgebildet sein und der Träger kann unmittelbar auf dem Glassubstrat angeordnet sein bzw. direkt auf das Glassubstrat geklebt sein.The corresponding through opening in the glass substrate can be formed directly in the glass substrate and the carrier can be arranged directly on the glass substrate or glued directly onto the glass substrate.

Alternativ ist unterhalb des Trägers das Rohr zur Fixierung des Trägers in das Glassubstrat eingeglast und der Träger ist auf der Stirnseite des Rohres angeordnet. Insbesondere wird der Träger auf dem Rohr mittels Kleben fixiert.Alternatively, the tube for fixing the carrier in the glass substrate is glazed below the carrier and the carrier is arranged on the end face of the tube. In particular, the carrier is fixed on the pipe by means of gluing.

Durch das Rohr kann dann ein Fluid in Richtung des Trägers strömen. Die Durchgangsöffnung in dem Träger ist dann fluchtend zu der Durchgangsöffnung in dem Rohr angeordnet. Entsprechend kann ein Fluid durch das Rohr und den Träger bis unterhalb der Membran strömen.A fluid can then flow through the tube in the direction of the carrier. The through opening in the carrier is then arranged in alignment with the through opening in the pipe. Accordingly, a fluid can flow through the tube and the carrier to below the membrane.

In einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckmesszelle ragt das zum Träger weisende Ende des Rohres gegenüber der Oberseite des Glassubstrates hervor. Der Träger mit der Membran ist dann gegenüber der Oberseite des Glassubstrates erhöht angeordnet. Dadurch wird vor allem die Positionierung des Trägers auf dem Glassubstrat erleichtert. Der Träger steht dann nur mit dem Rohr in Kontakt und ist über das Rohr mittelbar mit dem Glassubstrat verbunden. Insbesondere wenn die Druckmesszelle gegenüber dem Rohr seitlich hervorragt, kann die Klebefläche zur Fixierung der Druckmesszelle verringert werden. Dadurch können thermisch induzierte Spannungen weiter vermieden werden.In a practical embodiment of the pressure measuring cell according to the invention, the end of the tube facing the carrier protrudes from the top of the glass substrate. The carrier with the membrane is then arranged in an elevated position opposite the top side of the glass substrate. This primarily facilitates the positioning of the carrier on the glass substrate. The carrier is then only in contact with the tube and is indirectly connected to the glass substrate via the tube. In particular, if the pressure measuring cell protrudes laterally relative to the pipe, the adhesive surface for fixing the pressure measuring cell can be reduced. In this way, thermally induced stresses can be further avoided.

Alternativ kann das zum Träger weisende Ende des Rohres bündig mit der Oberseite des Glassubstrates abschließen. In diesem Fall liegt die Unterseite des Trägers auf einer Ebene mit der Oberseite des Glassubstrates. Es kann vorgesehen sein, dass der Träger mit seiner Unterseite seitlich über das Rohr hinausragt und teilweise auf dem Rohr und teilweise auf dem Glassubstrat fixiert ist.Alternatively, the end of the tube facing the carrier can be flush with the top of the glass substrate. In this case, the underside of the carrier lies on a plane with the upper side of the glass substrate. It can be provided that the underside of the carrier projects laterally beyond the tube and is partially fixed on the tube and partially on the glass substrate.

Insbesondere ist auch das Rohr zur Fixierung des Trägers aus Metall, ggf. kann das Rohr auch aus Glas sein. Das Rohr weist möglichst einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, wie das Glassubstrat und der auf dem Rohr fixierte Träger. Temperaturinduzierte thermische Spannungen in der Druckmesszelle werden damit möglichst vermieden.In particular, the tube for fixing the carrier is also made of metal; the tube can optionally also be made of glass. The pipe has a coefficient of thermal expansion that is as similar as possible to that of the glass substrate and the carrier fixed on the pipe. Temperature-induced thermal stresses in the pressure measuring cell are thus avoided as far as possible.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors ist auf dem Verdrängungskörper eine Auswerteelektronik angeordnet. Die Auswerteelektronik kann dabei als hybrider ASIC (application-specific integrated circuit bzw. anwendungsspezifische integrierte Schaltung) auf dem Verdrängungskörper angeordnet sein. Alternativ kann die Auswerteelektronik in Form von Leiterbahnen direkt auf dem Verdrängungskörper angeordnet sein. Eine Druckmesszelle mit einem derartig funktionalisierten Verdrängungskörper beansprucht besonders wenig Bauraum.In a further practical embodiment of the pressure sensor according to the invention, evaluation electronics are arranged on the displacement body. The evaluation electronics can be arranged on the displacement body as a hybrid ASIC (application-specific integrated circuit or application-specific integrated circuit). Alternatively, the evaluation electronics can be arranged directly on the displacement body in the form of conductor tracks. A pressure measuring cell with a displacement body functionalized in this way takes up particularly little space.

Die Anmeldung offenbart auch ein Verfahren zur Herstellung einer Druckmesszelle, wobei in ein Glassubstrat mindestens eine der folgenden Komponenten eingeglast werden:

  • - mindestens eine elektrische Durchführung,
  • - ein Verdrängungskörper,
  • - ein Außenring,
  • - ein Befüllrohr,
  • - ein Rohr zur Anbindung des Trägers.
The application also discloses a method for producing a pressure measuring cell, with at least one of the following components being glazed into a glass substrate:
  • - at least one electrical bushing,
  • - a displacement body,
  • - an outer ring,
  • - a filling pipe,
  • - a pipe to connect the carrier.

Anschließend wird eine Einheit aus einem Träger aus Glas und einer drucksensitiven Membran auf dem Glassubstrat angeordnet. Dabei kann der Träger vollständig (d.h. mit der vollständigen Unterseite) oder teilweise in unmittelbarem Kontakt zu dem Glassubstrat angeordnet werden oder alternativ steht der Träger nur mittelbar mit Glassubstrat in Kontakt.Then a unit consisting of a support made of glass and a pressure-sensitive membrane is arranged on the glass substrate. The carrier can be arranged completely (i.e. with the complete underside) or partially in direct contact with the glass substrate or, alternatively, the carrier is only indirectly in contact with the glass substrate.

Wie vorstehend bereits geschildert, können mit dem Verfahren bereits bei Herstellung des Glassubstrates mindestens eine und vorzugsweise mehrere, zum Teil verschiedene Komponenten mit integriert werden. Damit kann eine nachträgliche Bearbeitung des Glassubstrates mit zum Teil aufwendigen zusätzlichen Verfahrensschritten vermieden werden. Darüber hinaus weist das Glassubstrat einen identischen oder zumindest ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der Träger auf.As already described above, the method can be used to integrate at least one and preferably several, in some cases different, components during the production of the glass substrate. Subsequent processing of the glass substrate with, in some cases, complex additional process steps can thus be avoided. In addition, the glass substrate has an identical or at least similar coefficient of thermal expansion as the carrier.

Wenn es sich bei der Druckmesszelle um eine Druckmesszelle zur Messung eines Relativdruckes handelt, wird insbesondere ein Rohr zur Anbindung des Trägers in das Glassubstrat eingeglast und der Träger wird auf der Stirnseite des Rohres fixiert und insbesondere geklebt. Dabei wird das Rohr insbesondere so angeordnet, dass die Stirnseite des Rohres gegenüber der Oberseite des Glassubstrates hervorragt. Alternativ wird das Rohr so angeordnet, dass die Stirnseite des Rohres bündig mit der Oberseite des Glassubstrates abschließt.If the pressure measuring cell is a pressure measuring cell for measuring a relative pressure, in particular a tube for connecting the carrier is glazed into the glass substrate and the carrier is fixed and especially glued to the end face of the tube. In particular, the tube is arranged in such a way that the end face of the tube protrudes from the top of the glass substrate. Alternatively, the tube is arranged in such a way that the end face of the tube is flush with the top of the glass substrate.

Weitere praktische Ausführungsformen sind im Folgenden in Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle in einer schematischen Ansicht im Querschnitt,
  • 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle in einer schematischen Ansicht im Querschnitt,
  • 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle in einer schematischen Ansicht im Querschnitt, und
  • 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle in einer schematischen Ansicht im Querschnitt.
Further practical embodiments are described below in connection with the figures. Show it:
  • 1 a first embodiment of a pressure measuring cell according to the invention in a schematic view in cross section,
  • 2 a second embodiment of a pressure measuring cell according to the invention in a schematic view in cross section,
  • 3rd a third embodiment of a pressure measuring cell according to the invention in a schematic view in cross section, and
  • 4th a fourth embodiment of a pressure measuring cell according to the invention in a schematic view in cross section.

In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Druckmesszelle 10 dargestellt. Bei der gezeigten Druckmesszelle 10 gemäß der ersten Ausführungsform handelt es sich um eine Druckmesszelle 10 zur Messung eines Absolutdruckes.In 1 is a first embodiment of a pressure measuring cell 10 shown. With the pressure measuring cell shown 10 according to the first embodiment it is a pressure measuring cell 10 for measuring an absolute pressure.

Die Druckmesszelle 10 umfasst ein Glassubstrat 12. Auf der Oberseite des Glassubstrates 12 ist ein Träger 14 aus Glas mit einer darauf angeordneten drucksensitiven Membran 16 angeordnet. Bei der Membran 16 handelt es sich um eine Membran 16 aus Silizium, welche in ihrem Randbereich umlaufend an dem Träger 14 mittels anodischem Bonden fixiert ist. Der Träger 14 ist mit seiner Unterseite vollständig mittels einer Klebeschicht 18 mit dem Glassubstrat 12 verbunden.The pressure measuring cell 10 includes a glass substrate 12th . On top of the glass substrate 12th is a carrier 14th made of glass with a pressure-sensitive membrane arranged on it 16 arranged. At the membrane 16 it is a membrane 16 made of silicon, which surrounds the carrier in its edge area 14th is fixed by means of anodic bonding. The carrier 14th is with its bottom completely by means of an adhesive layer 18th with the glass substrate 12th connected.

Ferner sind mehrere Komponenten in das Glassubstrat 12 eingeglast.There are also several components in the glass substrate 12th glazed in.

Zum einen sind mehrere, hier fünf, elektrische Durchführungen 20 direkt in das Glassubstrat 12 eingeglast. Die elektrischen Durchführungen 20 dienen unter anderem zur Kontaktierung von Sensoren (nicht dargestellt) auf der Membran 14. On the one hand there are several, here five, electrical feedthroughs 20th directly into the glass substrate 12th glazed in. The electrical feedthroughs 20th serve, among other things, to contact sensors (not shown) on the membrane 14th .

Die Verbindung zwischen der Membran 14 und den elektrischen Durchführungen 20 erfolgt über Bonddrähte 22.The connection between the membrane 14th and the electrical feedthroughs 20th takes place via bonding wires 22nd .

Ferner ist ein Außenring 24 an die Außenseite des Glassubstrates 12 eingeglast. Der Außenring 24 weist einen umlaufenden Kragen 26 mit einem Schweißbuckel 28 auf und dient zur Anbindung eines Gehäuses (nicht dargestellt), welches das Glassubstrat 12 mit der Einheit aus Membran 16 und Träger 14 von oben umschließt. Zwischen dem Gehäuse und dem Glassubstrat 12 ist dann eine Messkammer ausgebildet.There is also an outer ring 24 to the outside of the glass substrate 12th glazed in. The outer ring 24 has a circumferential collar 26th with a hump of sweat 28 and is used to connect a housing (not shown), which the glass substrate 12th with the unit of membrane 16 and carrier 14th enclosing from above. Between the case and the glass substrate 12th a measuring chamber is then formed.

Die von dem Gehäuse und dem Glassubstrat 12 gebildete Messkammer kann über ein Befüllrohr 30 mit Flüssigkeit befüllt werden. Das Befüllrohr 30 ist ebenfalls in das Glassubstrat 12 eingeglast.Those of the case and the glass substrate 12th The measuring chamber formed can be via a filling pipe 30th be filled with liquid. The filling pipe 30th is also in the glass substrate 12th glazed in.

Als weitere Komponente ist zudem ein Verdrängungskörper 32 in das Glassubstrat 12 eingeglast. Der Verdrängungskörper 32 ist hier aus einem Keramikwerkstoff. Der Verdrängungskörper 32 dient dazu das Volumen in der Messkammer zu reduzieren.Another component is a displacement body 32 into the glass substrate 12th glazed in. The displacement body 32 is here made of a ceramic material. The displacement body 32 serves to reduce the volume in the measuring chamber.

Die Herstellung des Glassubstrates 12 mit den vorgenannten Komponenten erfolgt dabei in einem Verfahrensschritt, wobei bei der Herstellung des Glassubstrates 12 der Außenring 24, der Verdrängungskörper 32, das Befüllrohr 30 und die elektrischen Durchführungen 20 eingeglast werden. Anschließend wird der Träger 14 mit der Membran 16 auf das Glassubstrat 12 geklebt.The manufacture of the glass substrate 12th with the aforementioned components takes place in one process step, with the production of the glass substrate 12th the outer ring 24 , the displacement body 32 , the filling pipe 30th and the electrical feedthroughs 20th be glassed in. Subsequently, the carrier 14th with the membrane 16 on the glass substrate 12th glued.

In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Druckmesszelle 10 dargestellt. Im Folgenden werden zur Beschreibung der zweiten und weiterer Ausführungsformen für identische oder zumindest funktionsgleiche Bauelemente dieselben Bezugszeichen verwendet wie zur Beschreibung der ersten Ausführungsform.In 2 is a second embodiment of a pressure measuring cell 10 shown. In the following, the same reference numerals are used to describe the second and further embodiments for identical or at least functionally identical components as for the description of the first embodiment.

Die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Druckmesszelle ist 10 dazu ausgelegt einen Relativdruck zwischen der Oberseite der Membran 16 und der Unterseite der Membran 16 zu messen. Dazu weist der Träger 14 eine Durchgangsöffnung 34 auf.In the 2 illustrated second embodiment of the pressure measuring cell 10 designed for a relative pressure between the top of the membrane 16 and the bottom of the membrane 16 to eat. To this end, the carrier instructs 14th a through opening 34 on.

Neben den weiteren Komponenten (elektrische Durchführungen 20, Befüllrohr 30, Außenring 24 und Verdrängungskörper 32) ist unterhalb des Trägers 14 zur Fixierung des Trägers 14 ein Rohr 36 in das Glassubstrat 12 eingeglast. Der Träger 14 ist auf der Stirnseite des Rohres 36 mittels einer Klebeschicht 18 fixiert.. Die Durchgangsöffnung 38 in dem Rohr 36 und die Durchgangsöffnung in dem Träger 14 sind fluchtend zueinander ausgerichtet und bilden eine Druckausgleichsleitung zur Beaufschlagung der Unterseite der drucksensitiven Membran 16 mit einem Referenzdruck.In addition to the other components (electrical bushings 20th , Filling pipe 30th , Outer ring 24 and displacement body 32 ) is below the beam 14th to fix the carrier 14th a pipe 36 into the glass substrate 12th glazed in. The carrier 14th is on the face of the pipe 36 by means of an adhesive layer 18th fixed .. The through opening 38 in the pipe 36 and the through opening in the carrier 14th are aligned with one another and form a pressure equalization line to act on the underside of the pressure-sensitive membrane 16 with a reference pressure.

Wie in 2 gut erkennbar ist, ragt das zum Träger 14 weisende Ende des Rohres 36 gegenüber der Oberseite des Glassubstrates 12 hervor. Der Träger 14 ist nur mit dem Rohr 36 verbunden und weist keinen direkten Kontakt zum Glassubstrat 12 auf. Der Träger 14 ist mittelbar mit dem Glassubstrat 12 verbunden. Ferner ragt der Träger 14 seitlich gegenüber dem Rohr 36 hervor.As in 2 is clearly visible, it protrudes towards the wearer 14th pointing end of the tube 36 opposite the top of the glass substrate 12th emerged. The carrier 14th is only with the pipe 36 connected and has no direct contact with the glass substrate 12th on. The carrier 14th is indirect with the glass substrate 12th connected. The carrier also protrudes 14th laterally opposite the pipe 36 emerged.

Die in 3 gezeigte dritte Ausführungsform der Druckmesszelle 10 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform dadurch, dass auf dem Verdrängungskörper 32 eine Auswerteelektronik 40 in Form eines hybriden ASIC angeordnet ist. Die Auswerteelektronik 40 und die Membran 16 sind über einen Bonddraht 42 miteinander verbunden.In the 3rd shown third embodiment of the pressure measuring cell 10 differs from the in 2 second embodiment shown in that on the displacement body 32 evaluation electronics 40 is arranged in the form of a hybrid ASIC. The evaluation electronics 40 and the membrane 16 are via a bond wire 42 connected with each other.

In 4 ist eine vierte Ausführungsform einer Druckmesszelle 10 dargestellt. Im Folgenden wird der Unterschied zur dritten Ausführungsform erläutert. Die Einheit aus Träger 14 und Membran 16 ist hier ebenfalls auf der Stirnseite eines Rohres 36 fixiert. Jedoch schließt hier das zum Träger 14 weisende Ende des Rohres 36 bündig mit der Oberseite des Glassubstrates 12 ab. Der Träger 14 ist dann mit seiner Unterseite sowohl teilweise mit dem Rohr 36 als auch teilweise mit dem Glassubstrat 12 verklebt.In 4th is a fourth embodiment of a pressure measuring cell 10 shown. The difference from the third embodiment is explained below. The unity of the carrier 14th and membrane 16 is here also on the face of a pipe 36 fixed. However, that includes here to the carrier 14th pointing end of the tube 36 flush with the top of the glass substrate 12th from. The carrier 14th is then both with its underside partially with the pipe 36 as well as partially with the glass substrate 12th glued.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
DruckmesszellePressure measuring cell
1212th
SubstratSubstrate
1414th
Trägercarrier
1616
Membranmembrane
1818th
KlebeschichtAdhesive layer
2020th
elektrische Durchführungelectrical feedthrough
2222nd
BonddrahtBond wire
2424
AußenringOuter ring
2626th
Kragencollar
2828
SchweißbuckelSweat humps
3030th
BefüllrohrFilling pipe
3232
VerdrängungskörperDisplacement body
3434
DurchgangsöffnungThrough opening
3636
Rohrpipe
3838
DurchgangsöffnungThrough opening
4040
AuswerteelektronikEvaluation electronics
4242
BonddrahtBond wire

Claims (8)

Druckmesszelle (10) umfassend einen Träger (14) und eine darauf angeordnete drucksensitive Membran (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (14) auf einem Glassubstrat (12) angeordnet ist, wobei in das Glassubstrat (12) mindestens eine der folgenden Komponenten eingeglast ist: - mindestens eine elektrische Durchführung (20), - ein Verdrängungskörper (32), - ein Befüllrohr (30), - ein Außenring (24), - ein Rohr (36) zur Fixierung des Trägers (14).Pressure measuring cell (10) comprising a carrier (14) and a pressure-sensitive membrane (16) arranged thereon, characterized in that the carrier (14) is arranged on a glass substrate (12), with at least one of the following components in the glass substrate (12) is glazed in: - at least one electrical feedthrough (20), - a displacement body (32), - a filling pipe (30), - an outer ring (24), - a pipe (36) for fixing the carrier (14). Druckmesszelle (10) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Druckmesszelle (10) um eine Druckmesszelle (10) zur Messung eines absoluten Druckes handelt.Pressure measuring cell (10) according to the preceding claim, characterized in that the pressure measuring cell (10) is a pressure measuring cell (10) for measuring an absolute pressure. Druckmesszelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Druckmesszelle (10) um eine Druckmesszelle (10) zur Messung eines Relativdruckes handelt, wobei unterhalb des Trägers (14) das Rohr (36) zur Fixierung des Trägers (14) in das Glassubstrat (12) eingeglast ist und wobei der Träger (14) auf der Stirnseite des Rohres (36) angeordnet ist.Pressure measuring cell (10) Claim 1 , characterized in that the pressure measuring cell (10) is a pressure measuring cell (10) for measuring a relative pressure, the tube (36) for fixing the carrier (14) in the glass substrate (12) below the carrier (14) is glazed and wherein the carrier (14) is arranged on the end face of the tube (36). Druckmesszelle (10) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (34, 38) in dem Rohr (36) mit einer Durchgangsöffnung (34, 38) in dem Träger (14) fluchtend angeordnet ist.Pressure measuring cell (10) according to the preceding claim, characterized in that the through opening (34, 38) in the tube (36) is aligned with a through opening (34, 38) in the carrier (14). Druckmesszelle (10) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Träger (14) weisende Ende des Rohres (36) gegenüber der Oberseite des Glassubstrates (12) hervorragt.Pressure measuring cell (10) according to the preceding claim, characterized in that the end of the tube (36) facing the carrier (14) protrudes from the top of the glass substrate (12). Druckmesszelle (10) nach den vorstehenden Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Träger (14) weisende Ende des Rohres (36) bündig mit der Oberseite des Glassubstrates (12) abschließt.Pressure measuring cell (10) according to the above Claims 3 and 4th , characterized in that the end of the tube (36) facing the carrier (14) is flush with the top of the glass substrate (12). Druckmesszelle (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (36) aus Metall ist.Pressure measuring cell (10) according to one of the preceding Claims 3 to 6th , characterized in that the tube (36) is made of metal. Druckmesszelle (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Verdrängungskörper (32) eine Auswerteelektronik (40) angeordnet ist.Pressure measuring cell (10) according to one of the preceding claims, characterized in that evaluation electronics (40) are arranged on the displacement body (32).
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