DE3500613A1 - Piezo-resistive pressure-measurement cell - Google Patents
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Abstract
Description
Piezoresistive DruckmeßzellePiezoresistive pressure measuring cell
Die Erfindung betrifft eine piezoresistive Druckmeßzelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a piezoresistive pressure measuring cell according to the Preamble of claim 1.
Ein Druckmeßelement mit einer derartigen Druckmeßzelle ist bereits aus der DE-AS 26 30 640 bekannt geworden. Dieses vorbekannte Druckmeßelement ist in einem Übertragungsmembrangehäuse in zylindrischer oder im wesentlichen zylinderähnlicher Form angeordnet und wird an seiner Stirnoberseite durch eine Übertragungsmembran abgeschlossen. In diesem so unter der Übertragungsrnembran gebildeten und hermetisch abgedichteten Druckinnenraum ist die erwähnte Druckmeßzelle mit auf ihrer Oberseite versehenen Widerständen angebracht, die auf einem scheibenförmigen Glasdurchführungssockel be- festigt ist, durch den in Axialrichtung neben der Druckmeßzelle Sockelstifte verlaufen.A pressure measuring element with such a pressure measuring cell is already available from DE-AS 26 30 640 become known. This previously known pressure measuring element is in a transmission diaphragm housing in a cylindrical or substantially cylinder-like manner Form arranged and is on its front face through a transmission membrane closed. In this so formed and hermetically sealed under the transmission membrane sealed pressure interior is the mentioned pressure measuring cell with on its top provided resistors mounted on a disk-shaped glass bushing base loading is fixed by the in the axial direction next to the pressure measuring cell Socket pins run.
An ihrer der Membran zugewandten Seite sind die Sockelstifte über Anschlußdrähte mit den Widerständen auf der Druckmeßzelle verbunden. Um diese im Prinzip für Absolut- sowie auch für Differenzdruckmessungen geeignete Druckmeßzelle für die unterschiedlichsten Bereiche anzuwenden, ist es allerdings notwendig, das Druckmeßelement einschließlich des Sockels mit den Glasdurchführungen für die Sockelstifte und den mittels in der Regel aus Gold bestehenden Anschlußdrähte vollständig zu fertigen und so an Erstausrüster zu liefern, die dieses Druckmeßelement dann entsprechend den spezifischen Aufgabenstellungen in ein Membrangehäuse einbauen können. Das Anlöten der Bonddrähte erfordert nämlich kostenintensive Präzisionsmaschinen, deren Anschaffungspreis Zehntausende Mark kosten kann.On the side facing the membrane, the base pins are over Connecting wires connected to the resistors on the pressure measuring cell. To this im Principle for absolute as well as differential pressure measurements suitable pressure measuring cell for a wide variety of areas, however, it is necessary to use the Pressure measuring element including the base with the glass feedthroughs for the base pins and the connecting wires, which are usually made of gold, are completely closed manufacture and deliver it to original equipment manufacturers who then use this pressure measuring element accordingly be able to install the specific tasks in a membrane housing. The soldering the bond wires namely requires costly precision machines, their purchase price Can cost tens of thousands of marks.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher eine piezoresistive Druckmeßzelle zu schaffen, die bei einfachstem Aufbau universell und vor allem von Erstausrüstern von Druckmeßnehmern entsprechend den Anforderungen beliebig einsetzbar ist und die zudem eine su':erkleine, insbesondere superflache Ausführung erlaubt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object of the present invention is therefore a piezoresistive one To create pressure measuring cell, which is universal and especially of the simplest structure Can be used by original equipment manufacturers of pressure sensors as required and which is also a su ': small, especially super-flat design is allowed. The object is according to the invention in accordance with the characterizing part of the claim 1 specified features solved. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäß Druckmeßzelle ist erstmals nicht notwendigerweise mit einem Sockel verbunden, der nach dem Stand der Technik mit Glasdurchführungen zur Aufnahme von Gold-Bonddrähten versehen ist. Diese starre Verbindung und Anordnung der Goldbonddrähte ist nach dem Stand der Tech- nik ja notwendig gewesen, da die Weiterverarbeitung unter Anschluß derartiger Drähte ohne zugehörige Spezialmaschinen nicht ausführbar war und zum anderen eine Biegebeanspruchung an den Golddrähten zum Abbrechen an den Anschlußstelle hätte führen können. Um die erfindungsgemäße Druckmeßzelle gleichwohl problemlos in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen einsetzen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die an den Anschlußstellen der Meßmembran weg führendn Zuleitungen auf einem Kunststoff-Folienmaterialabschnitt ausgebildet sind, an dessen einer Endseite die Anschlußstellen der Widerstände auf der Meßzelle über Kontakthöcker mit den Anschlußstellen auf dem Folienmaterial kontaktiert sind. Die Kontaktierung kann dabei nach den bekannten Verfahren erfolgen. Durch die Verwendung eines derartigen elastischen Folienmaterials kann also auf einfachste Art und Weise die Druckmeßzelle mit den entsprechenden Anschlußleitungen fest kontaktiert hergestellt, versandt und durch Erstausrüster entsprechend deren Tätigkeitsgebiet eingesetzt werden.For the first time, the pressure measuring cell according to the invention is not necessary connected to a base which, according to the state of the art, has glass ducts is provided to accommodate gold bonding wires. This rigid connection and arrangement the gold bond wires are state-of-the-art nik yes necessary been, since the further processing with connection of such wires without associated Special machines could not be carried out and, on the other hand, a bending load the gold wires could have broken off at the connection point. To the pressure measuring cell according to the invention nevertheless problem-free in the most varied To be able to use areas of application, the invention provides that the at the connection points of the measuring membrane leading away supply lines on a plastic film material section are formed, on one end side of which the connection points of the resistors the measuring cell is in contact with the connection points on the film material via contact bumps are. The contacting can take place according to the known methods. By the use of such an elastic film material can therefore be very simple Way the pressure measuring cell is firmly contacted with the corresponding connecting lines manufactured, dispatched and by original equipment manufacturers according to their field of activity can be used.
Als günstig hat es sich dabei nach Anspruch 2 erwiesen, daß die Zuleitungen auf einem auf der Kunststoff-Filmabschnitt laminierten Kupferfolie ausgeätzt sind.It has been found to be favorable according to claim 2 that the supply lines are etched on a copper foil laminated on the plastic film portion.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 kann dabei vorgesehen sein, daß an dem zur Druckmeßzelle gegebenüberliegenden Ende am Folienmaterial-Abschnitt Kontaktaugen zur Verlötung ausgebildet sind. Die Kontaktaugen können dabei im beliebig weiten Abstand voneinander angeordnct sein, so daß beim weiteren Einbau dieser Druckmeßzelle in Druckwertgeber entsprechend den Anforderungen problemlos weitere Leitungen an diesen Kontaktaugen im herkömmliegen Verfahren angelötet werden können.In an advantageous embodiment according to claim 3, it can be provided be that at the end opposite to the pressure measuring cell on the sheet material section Contact eyes are designed for soldering. The contact eyes can be used in any way wide distance from each other, so that the further installation of this pressure measuring cell In the pressure transducer, depending on the requirements, easily add additional lines these contact eyes can be soldered in the conventional process.
Um den notwendigen Abstand zwischen den Kontaktaugen zu ermöglichen, ist dabei in einer Weiterbildung nach Anspruch 5 vorgesehen, daß beispielsweise der Kunststoff-Folienmaterialabschnitt in Draufsicht knochenförmig mit verjüngtem Mittelabsehnitt ausgebildet ist. Beliebige andere Formen sind aber ebenso möglich.To allow the necessary distance between the contact eyes, is provided in a development according to claim 5 that, for example the plastic film material section in plan view, bone-shaped with a tapered Middle section is formed. Any other forms are also possible.
Der leichte weitere Einbau dieser Druckmeßzelle entsprechend eines spezifisch ausgestalteten Druckaufnehmers wird in einer Weiterbildung nach Anspruch 6 dadurch bevorzugt möglich, daß das Kunststoff-Folienmaterial Temperaturen bis mindestens 3000C, vorzugsweise bis mindestens 4000C standhält. Bei Löttemperaturen also von ca. 1800C wird das Folien- bzw. Filmmaterial nicht beschädigt.The easy further installation of this pressure measuring cell corresponds to one specifically designed pressure transducer is claimed in a development 6 thereby preferably possible that the plastic film material temperatures up to withstands at least 3000C, preferably up to at least 4000C. At soldering temperatures So from about 1800C the foil or film material is not damaged.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 8 ist dabei ferner vorgesehen, daß zwischen dem die Zuleitungen aufweisenden Kunststoff-Folienmaterial und der Meßmembran Dichtlippen um die Anschlußstellen der Widerstände auf der Meßmembran herum vorgesehen sind. Durch diese spezifische Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Druckmeßzelle auch in leitenden Medien ohne weitere Abschirmungsmembran verwandt werden, da hierdurch in der Druckflüssigkeit ein Kurzschluß zwischen den verschiedenen Anschlußstellen der Widerstände auf der Meßmembran unterbunden wird. In einer Weiterbildung nach Anspruch 8 kann dabei die Dichtlippe auf dem Film beispielsweise in Form von O-Ringen um die Anschlußstellen der Widerstände herum aufgespritzt seint oder gemäß Anspruch 11 oder 12 um mehrere Anschlußstellen gemeinsam.In a particularly preferred embodiment according to claim 8 is it is also provided that between the plastic film material having the supply lines and the measuring membrane sealing lips around the connection points of the resistors on the measuring membrane are provided around. With this specific configuration, the inventive Pressure measuring cell also used in conductive media without an additional shielding membrane because this causes a short circuit in the hydraulic fluid between the various Connection points of the resistors on the measuring membrane is prevented. In a further education according to claim 8, the sealing lip on the film, for example in the form of O-rings to be sprayed around the connection points of the resistors or according to Claim 11 or 12 to several connection points together.
Dic Dicke der Dichtlippe beträgt dabei vorzugsweise weniger als 0,4 mm.The thickness of the sealing lip is preferably less than 0.4 mm.
Als besonders günstig erweist sich die erfindungsgemäße piezoresistive Druckmeßzelle auch beim Einbau in ein Kathetergehäuse zum invasiven Blutdruckmessen. Gemäß Anspruch 16 ist dabei das Kathetergehäuse mit einem Fenster versehen1 das durch die vorzugsweise dosenförmig ausgebildete Druckmeßzelle über ihren Fußsockel abgedichtet wird. Die Druckmeßzelle mit dem Kunststoff-Folienmaterial und den darauf befindlichen Zuleitungen braucht bei dieser Ausgestaltung lediglich gemeinsam über die Einführöffnung in das Katheter gehäuse eingesteckt und entsprechend verankert werden. Der Anschluß des Katheters erfolgt hierbei ebenso leicht durch vorheriges Anlöten der Zuleitungen an den Kontaktaugen auf dem Kunststoff-Folienmaterial.The piezoresistive according to the invention has proven to be particularly favorable Pressure measuring cell also when installed in a catheter housing for invasive blood pressure measurement. According to claim 16, the catheter housing is provided with a window by the pressure measuring cell, which is preferably designed in the form of a box, via its base is sealed. The pressure measuring cell with the plastic film material and the one on it The supply lines located in this embodiment only need jointly over the insertion opening is inserted into the catheter housing and anchored accordingly will. The connection of the catheter takes place just as easily by means of a previous one Solder the leads to the contact eyes on the plastic film material.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach den Ansprüchen 18 bis 21 ist die Druckmeßzelle in einem Gehäuse schwimmend eingebaut. Hierdurch wird nicht nur der gesamte Aufbau eines Druckmeßelementes vereinfacht, sondern es läßt sich hierdurch vor allem eine superflache Bauweise erzielen. Vor allem in der Ausführungsform, in der die Sokkelstiftenden im Bereich entsprechend vorgesehener Kontaktaugen durch den Film abschnitt hindurchgesteckt und auf der gleichen Seite des Filmabschnittes bzw. des sog. Folienmaterialabschnittes verlötet sind, an der auch die Meßmembran der Druckmeßzelle kontaktiert ist.In a particularly preferred embodiment of the invention according to according to claims 18 to 21, the pressure measuring cell is installed floating in a housing. This not only simplifies the entire structure of a pressure measuring element, rather, this enables a super-flat construction to be achieved in particular. before especially in the embodiment in which the socket pin ends in the area accordingly provided contact eyes through the film section and put on the the same side of the film section or the so-called. Foil material section is soldered are, on which the measuring membrane of the pressure measuring cell is also contacted.
In einer abgewandelten Ausführungsform läßt sich auch ein Druckmeßelement mit besonders geringem Durchmesser dadurch erzielen, daß der Folienabschnitt vom Anschlußbereich, an dem die Sockelstifte verlötet sind, beispielsweise um 90<) vom Sockel weg nach oben gebogen wird, so daß die Druckmeßzelle hier mit senkrecht zum Sockel 71 liegender Meßmembran zu liegen kommt.In a modified embodiment, a pressure measuring element can also be used achieve with a particularly small diameter that the film section from Connection area to which the socket pins are soldered, for example by 90 <) is bent upwards away from the base, so that the pressure measuring cell is also perpendicular here to the base 71 lying measuring membrane comes to rest.
Weitere Vorteile ergeben sich schließlich auch dadurch, daß das Druckmeßelement bei mit Druckmedium, beispielsweise Öl befülltem Druckinnenraum druckverschweißt wird, wozu ein mit einem umlaufenden Ringabschnitt versehener Stufenstockel verwendet wird.Finally, further advantages also result from the fact that the pressure measuring element pressure-welded when the pressure interior is filled with pressure medium, for example oil is used, including a stepped stock provided with a circumferential ring section will.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, Dabei zeigen im einzelnen: Fig. 1 und 2 : ein Ausführungsbeispiel einer Druckmeßzelle im Axialschnitt und in Draufsicht; Fig. 3a und 3b: zwei schematische Detaildarstellungen der Kontakthöcker; Fig. 4 : eine schematische Detaildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles im Axialschnitt; Fig. 5 : ein weiteres Ausführungsbeispiel in Draufsicht; Fig. 6 und 7 : eine in einem Kathetergehäuse eingebaute Druckmeßzelle im Axial- und Querschnitt' Figur 8 : ein weiteres Ausführungsbeispiel einer flachen Druckmeßzelle; Figur 9 : eine schematische Seitenansicht des in Figur 8 verwandten Stufensockels; Figir w ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Druckmeßelementes mit besonders geringem Durchmesser.Further advantages, details and features of the invention result in the following from the exemplary embodiments illustrated with the aid of drawings, These show in detail: FIGS. 1 and 2: an exemplary embodiment of a pressure measuring cell in axial section and in plan view; 3a and 3b: two schematic detailed representations the contact bump; 4: a schematic detailed illustration of a further exemplary embodiment in axial section; Fig. 5: a further embodiment in plan view; Fig. 6 and 7: a pressure measuring cell built into a catheter housing in axial and cross-section ' FIG. 8: a further exemplary embodiment of a flat pressure measuring cell; Figure 9 : a schematic side view of the stepped base used in FIG. 8; Figir w another embodiment of a pressure measuring element with a particularly low Diameter.
Nachfolgend wird auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, in denen eine Druckmeßzelle 1 gezeigt ist, auf deren Oberseite in bekannter Weise piezoresistive Widerstände 3 angebracht, beispielsweise aufgedampft sind. Die dosenförmige Druckmeßzelle 1 ist dabei längs ihres Sockelfußes 5 mit ihrer Unterseite auf einer darunter befindlichen Basisplatte bzw. Substrat 7 befestigt, beispielsweise über ein nicht näher gezeigtes geeignetes Klebe- und Haftmittel. Anstelle des Klebe-und Haftmittels kann dabei ebenso ein gemäß der EP-OS 80 100 603 auf Dehnung und Scherung beanspruchbarer Kunststoff verwendet werden.Reference is made below to FIGS. 1 and 2, in which a pressure measuring cell 1 is shown, on the top of which is piezoresistive in a known manner Resistors 3 attached, for example vapor-deposited. The can-shaped pressure measuring cell 1 is along its base 5 with its underside on one below it Base plate or substrate 7 attached, for example via a not shown in detail suitable glue and adhesive. Instead of the glue and adhesive can likewise, according to EP-OS 80 100 603, a plastic that can be stressed in terms of elongation and shear be used.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist dabei der Sockel 7 den gleichen Außendurchmesser wie die dosenförmige Druckmeßzelle 1 auf. Ferner kann in der Basisplatte 7 noch eine Bohrung 9 eingebracht sein, um die Druckmeßzelle als auch Differenzdruckmesser zu verwenden.In the exemplary embodiment shown, the base 7 has the same Outside diameter like the can-shaped pressure measuring cell 1. Furthermore, in the base plate 7 a bore 9 can be introduced to the pressure measuring cell and differential pressure meter to use.
Wie aus Figur 2 hervorgeht, sind auf der oberen Meßmembran 11 die Widerstände 3 über Leitungen 13 mit Anschlußstellen 15 verbunden. Die Druckmeßzelle 1 ist ferner mit einem Kunststoff-Folienmaterial-Abschnitt, vorzugsweise einem Filmabschnitt 17 überdeckt, in dem Zuleitungen 19 aufgebracht sind. Diese Zuleitungen 19 werden beispielsweise aus einer aus dem .<unststoff-Filmabschnitt 17 laminierten Kupferfolie ausgeätzt.As can be seen from Figure 2, are on the upper measuring membrane 11 Resistors 3 are connected to connection points 15 via lines 13. The pressure measuring cell 1 is also provided with a plastic sheet material section, preferably a film section 17 covered, in which leads 19 are applied. These leads 19 are for example from a copper foil laminated from the plastic film section 17 etched out.
Die Verbindung der Anschlußstellen 15 kann dabei, wie in Figur 3a schematisch gezeigt ist, über Kontakthöcker 21 mit den auf dem Filmabschnitt 17 ausgeätzten Zuleitungen 19 erfolgen. Wie sich dabei aus Figur 3a ergibt, sind dabei die Kontakthöcker 21 beim Herstellungsprozeß auf dem Filmabschnitt 17 als deren Bestandteil mit erhabener Größe ausgebildet.The connection of the connection points 15 can, as in Figure 3a is shown schematically, via contact bumps 21 with those on the film section 17 etched leads 19 take place. As can be seen from FIG. 3a, are included the contact bumps 21 in the manufacturing process on the film portion 17 as their Component formed with raised size.
Dies kann beispielsweise durch fotolithographische Maskierverfahren mit anschließendem Ätzen erreicht werden, wodurch Höcker aus Kupfer an den Enden der Zuleitungen entstehen.This can be done, for example, by photolithographic masking processes can be achieved with subsequent etching, creating bumps of copper at the ends of the supply lines arise.
Um einen guten Kontakt herzustellen, können dabei zusätzlich die Anschlußstellen 15 vor dem Kontaktieren mit einer Goldauflage versehen werden.In order to establish good contact, the connection points can also be used 15 should be provided with a gold plating before contacting.
Ebenso ist aber grundsätzlich nach Figur 3b auch möglich, die Kontakthöcker 21 an den Anschlußstellen 15 der Meßmembran 11 auszubilden, um danach mittels herkömmlicher Xontaktierungsverfahren die Zuleitungen 19 über die Kontakthöcker 21 mit den Anschlußstellen 15 der Meßmembran 11 zu kontaktieren. Diese drahtlose Montage (bonding) kann beispielsweise gemäß der Thermokompression oder dem Reflow-Löten vorgegangen werden.In principle, however, according to FIG. 3b, it is also possible to use the contact bumps 21 to form at the connection points 15 of the measuring membrane 11 to then by means of conventional Xontaktierungsverfahren the leads 19 via the contact bumps 21 with the connection points 15 to contact the measuring membrane 11. This wireless assembly (bonding) can, for example proceed according to thermocompression or reflow soldering.
Die vorstehend erläuterte Druckmeßzelle mit den über den Filmabschnitt 17 fest kontaktierten Zuleitungen 19 kann so durch Erstausrüster entsprechend deren Anwendungsgebiet für die unterschiedlichen Verwendungszwecke eingesetzt werden. Da an der Meßmembran selbst die kgstenintensive und aufwendige Drahtkontaktierung selbst nicht notwendig ist, müssen zum Abgreifen der Meßwerte nurmehr lediglich Leitungen an Kontaktaugen 23 angelötet werden. Wie sich aber gemäß Figur 2 in Draufsicht ergibt, kann der Filmabschnitt 17 insbesondere im Bereich der Kontaktaugen 23 mit beliebiger Größe ausgebildet werden, so daß die Kontaktaugen 23 im gewünschten großen Abstand voneinander zu liegen kommen, so daß leicht mittels herkömmlichem Lötverfahren die erwähnten und nicht näher gezeigten weiteren Leitungsabschnitte angelötet werden können. Da der Film beispielsweise Temperaturen bis mindestens 3000C, vorzugsweise bis 400"C unbeschadet aushält und die herkömmlichen Löttemperaturen bei beispielsweise bei ca. 180°C liegen, kann eine Beschädigung des Filmabschnittes 17 nicht eintreten.The pressure measuring cell explained above with the over the film section 17 firmly contacted supply lines 19 can be used by original equipment manufacturers accordingly Application area can be used for different purposes. Since on the measuring membrane itself the weight-intensive and complex wire contact itself is not necessary, only need to pick up the measured values Lines are soldered to contact eyes 23. But as shown in Figure 2 in plan view results, the film section 17 can in particular in the area of the contact eyes 23 with Any size can be formed so that the contact eyes 23 in the desired large Come to be spaced from each other, so that easily by means of a conventional soldering process the other line sections mentioned and not shown in detail are soldered on can. Since the film, for example, temperatures up to at least 3000C, preferably Withstands up to 400 "C undamaged and the conventional soldering temperatures at for example at approx. 180 ° C., damage to the film section can occur 17 do not occur.
Bei den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen ist jeweils vom Prinzip her mit einem sogenannten Einschicht-Film gearbeitet worden. In der Regel werden aber Mehrfachschicht-Filme, beispielsweise Zwei- oder Dreischichtfilme verwendet, was nachfolgend unter bezug auf Figur 4 näher erläutert wird.In the exemplary embodiments shown so far, is in each case of the principle has been worked with a so-called single-layer film. Usually be but multilayer films, for example two- or three-layer films, are used, which is explained in more detail below with reference to FIG.
In Fig. 4 ist im Axialschnitt auszugsweise eine weitere Druckmeßzelle 11 mit einer Basisplatte 7 gezeigt. Auf der Oberseite der Meßmembran 1 ist eine Glasisolierung (Si0 2-Glas) 24 vorgesehen, die Ausnehmungen 25 aufweist, unterhalb derer beispielsweise eine Aluminiumschicht 27 für die Anschlußstellen 15 vorgesehen ist. Oberhalb der Meßmembran 11 ist dabei der Filmabschnitt 17 angeordnet, wobei der.In Fig. 4, a further pressure measuring cell is in excerpts in axial section 11 shown with a base plate 7. On the top of the measuring membrane 1 is a Glass insulation (Si0 2 glass) 24 is provided, which has recesses 25 below of which, for example, an aluminum layer 27 is provided for the connection points 15 is. The film section 17 is arranged above the measuring membrane 11, with the.
Leitungsschluß von der Anschlußstelle 15 wieder über den Kontakthöcker 21 zu den in dem Film abschnitt 17 ausgebildeten Zuleitungen hergestellt wird. Der Filmabschnitt 17 ist dabei als sogenannter Dreischicht-Film mit zwei äußeren Isolierschichten 17a und einer mittleren Schicht 17b ausgebildet, die aus mehreren ausgeätzten Zuleitungen 19 besteht.Line closure from connection point 15 again via the contact bump 21 to the section 17 formed in the film leads is made. Of the Film section 17 is a so-called three-layer film with two outer insulating layers 17a and a middle layer 17b, which consists of several etched leads 19 exists.
Im Bereich des Kontakthöckers 21 ist die äußere Isolierschicht 17b entfernt, um einen Leitungsschluß herzustellen.The outer insulating layer 17b is in the area of the contact bump 21 removed to establish a line short.
Um die Druckmeßzelle auch bei leitenden Medien ohne weitere Ubergangsmembrane direkt einsetzen zu können, ist zwischen dem Filmabschnitt 17 und der Oberseite der Meßmembran 11 jeweils um die Ausnehmung 25 mit den Anschlußstellen 15 herum eine dünne Dichtlippe 29 ausgebildet. Die Dichtlippe 29 kann dabei beispielsweise ringförmig ausgebildet sein.To the pressure measuring cell even with conductive media without further transition membrane to be able to use directly, is between the film section 17 and the top of the measuring membrane 11 in each case around the recess 25 with the connection points 15 a thin sealing lip 29 is formed. The sealing lip 29 can for example be ring-shaped.
Diese Dichtlippe 29 läßt sich dabei beispielsweise auf der Unterseite des Filmabschnittes 17 mit einer Dicke von unter 0,4 mm, beispielsweise 0,2 mm aufspritzen. Dadurch werden die Zuleitungen 19, der Kontakthöcker 21 und auch die Aluminiumschicht 27 an den Anschlußstellen 15 völlig von dem Druckmedium abgedichtet, da auch die Meßmembran 11 beispielsweise aus Silizium ansonsten durch die auf ihre Oberseite aufgebrachte Glasschicht vollständig isoliert ist.This sealing lip 29 can be, for example, on the underside of the film section 17 with a thickness of under 0.4 mm, for example Spray on 0.2 mm. As a result, the leads 19, the contact bumps 21 and also the aluminum layer 27 at the connection points 15 completely from the printing medium sealed, since the measuring membrane 11, for example made of silicon, otherwise through the glass layer applied to its top is completely insulated.
Abweichend zu Fig. 4 ist an dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ersichtlich, daß die Dichtlippe 29 nicht jeweils einzeln um jede Anschlußstelle 15, sondern gemeinsam um mehrere nebeneinander angeordnete Anschlußstellen 15 angeordnet sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist dabei die Druckmeßzelle 1 in Rechteckform in Draufsicht gezeigt, wobei links liegend angeordnet die Meßmembran 11 angedeutet ist. Die Druckmeßzelle 1 weist dabei eine ebene Oberseite auf, wobei im Bereich der Meßmembran 11 ein Hohlraum von unten her eingebracht ist. Wie aus diesem Ausführungsbeispiel zu ersehen ist, sind die Anschlußstellen 15 asymetrisch auf der Oberseite der Druckmeßzelle gemeinsam nebeneinanderliegend angeordnet und über die Zuleitung 13 mit den Widerständen 3 verbunden. Im Bereich der Anschluzstellen 15 ist die obenliegende Glasisolierung entfernt, so daß der Filmabschnitt 17 mit Leitungen 19 und nicht näher gezeigten Kontakthöckern an den Anschlußstellen 15 kontaktiert werden kann. In diesem Falle ist eine gemeinsame im wesentlichen quadratisch umlaufende Dichtlippe 29 zur Isolierung verwendet worden.In contrast to FIG. 4, the exemplary embodiment according to FIG. 5 shows that that the sealing lip 29 is not individually around each connection point 15, but together can be arranged around several juxtaposed connection points 15. at In the embodiment of FIG. 5, the pressure measuring cell 1 is rectangular in shape shown in plan view, the measuring membrane 11 being indicated on the left is. The pressure measuring cell 1 has a flat upper side, with in the area the measuring membrane 11 is introduced into a cavity from below. As from this embodiment can be seen, the connection points 15 are asymmetrical on the top of the pressure measuring cell jointly arranged next to one another and via the supply line 13 with the resistors 3 connected. The overhead glass insulation is in the area of the connection points 15 removed so that the film section 17 with lines 19 and not shown in detail Contact bumps at the connection points 15 can be contacted. In this case is a common, essentially square circumferential sealing lip 29 for insulation been used.
Nachfolgend wird noch kurz anhand von Fig. 4 die Anbringung eines beliebigen Anschlußdrahtes 39 an den Kontaktaugen erläutert.In the following, the attachment of a will be briefly based on FIG any connection wire 39 explained on the contact eyes.
Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist der Filmabschnitt 17 im Bereich eines jeden Kontaktauges 23 mit einem Zentralloch 41 versehen, in das ein abisoliertes Ende eines Anschlußdrahtes 39 durchgesteckt wird. An dieser Stelle kann nun in herkömmlicher Weise der Anschlußdraht 39 an einem abisolierten Abschnitt 42 angelötet werden, wodurch sich eine Lötkugel 43 bildet. Zur weiteren Isolierung kann diese Lötkugel noch mit einem Isolierkleber 45 abgedichtet werden, der bis über das Ende einer Isolierung 47 eines Anschlußdrahtes 39 reicht.As can be seen from Figure 4, the film portion 17 is in the area of each contact eye 23 is provided with a central hole 41 into which a stripped End of a connecting wire 39 is pushed through. At this point you can now use conventional Way of connecting wire 39 to be soldered to a stripped section 42, whereby a solder ball 43 is formed. This solder ball can be used for further insulation still be sealed with an insulating adhesive 45 that extends over the end of a Insulation 47 of a connecting wire 39 is sufficient.
Nachfolgend wird auf ein spezifisches Anwendungsfeld einer derartigen Druckmeßzelle mit den drahtlos angebrachten Zuleitungen 19 in dem Filmabschnitt 17 eingegangen.The following is a specific field of application of such Pressure measuring cell with the wirelessly attached leads 19 in the film section 17 received.
Wie sich aus Fig. 6 und 7 ergibt, ist die Druckmeßzelle 1 in einem Kathetergehäuse 51 eingebaut, das im Prinzip Patronenform mit einem Fenster 53 aufweist. Die Druckmeßzelle 1 ist dabei über ihren Sockelfuß 5 um das Fenster 53 herum beispielsweise fest eingeklebt, so daß der Innenraum des Kathetergehäuses 51 nach außen abgeschirmt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Befestigung der Druckmeßzelle 1 ein Paßglied 61 verwendet, das mit seinem oberen Zylindermantel entsprechend der Innenform des Kathetergehäuses 57 an diesem hart angeklebt ist. Das Paßglied 61 ist ebenfalls mit einer Bohrung 63 in Verlängerung des Fensters 53 versehen. Auf der ebenen Unterseite des Paßgliedes 61 ist in diesem Fall der Fuß der Druckmeßzelle 1 vorzugsweise elastisch aufgeklebt, um die Ubertragung von Spannungen auf die Druckmeßzelle zu verhindern.As can be seen from FIGS. 6 and 7, the pressure measuring cell 1 is in one Catheter housing 51 installed, which in principle has a cartridge shape with a window 53. The pressure measuring cell 1 is around the window 53 via its base foot 5, for example firmly glued so that the interior of the catheter housing 51 is shielded from the outside is. In the embodiment shown, a pressure measuring cell 1 is used for fastening Fitting member 61 is used, which corresponds to the inner shape with its upper cylinder jacket of the catheter housing 57 is glued hard to this. The fitting member 61 is also provided with a bore 63 in the extension of the window 53. On the flat bottom of the fitting member 61, the foot of the pressure measuring cell 1 is preferably elastic in this case glued on to prevent the transfer of stresses to the pressure measuring cell.
Die Montage einer derartigen Druckmeßzelle 1 mit kontaktiertem Filmabschnitt 17 kann dabei beispielsweise durch einen Erstausrüster leicht dadurch erfolgen, daß dieser die Anschlußdrähte 39 zunächst an den Kontaktaugen 23 an dem von der Druckmeßzelle 1 abgelegenen Ende der Zuleitung 19 im Film- abschnitt 17 anlötet und danach die Druckmeßzelle 1 mit dem Filmabschnitt 17 und dem Katheter 37 in die Einfuhröffnung 35 einschiebt und die Druckmeßzelle 1 an deren Sockelfuß 5 um das Fenster 33 herum bzw. um die Bohrung 63 im Paßglied 61 herum verklebt. Ferner muß noch der Katheter 57 im Bereich der Einfuhröffnung 35 des Kathetergehäuses 31 ebenfalls verklebt werden.The assembly of such a pressure measuring cell 1 with a contacted film section 17 can easily be done, for example, by an original equipment manufacturer, that this the connecting wires 39 first to the contact eyes 23 on that of the Pressure measuring cell 1 remote end of the supply line 19 in the film section 17 and then the pressure measuring cell 1 with the film section 17 and the catheter 37 pushes into the inlet opening 35 and the pressure measuring cell 1 on its base 5 glued around the window 33 or around the bore 63 in the fitting member 61. Furthermore, the catheter 57 must still be in the area of the insertion opening 35 of the catheter housing 31 are also glued.
Die erfindungsgemäße Druckmeßzelle mit den über den Filmabschnitt 17 kontaktieren Zuleitungen 19 stellt also die kleinste Baueinheit dar, die auf äußerst einfache und billige Weise ohne das teure Verfahren der Kontaktierung mittels Einzeldrähten herstellbar ist und die für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche angewendet werden kann. Dies gilt beispielsweise zum Ausbau als Drucknehmer in der Autoindustrie, wie für Tauchzwecke aber auch beispielsweise als Höhenmesser.The pressure measuring cell according to the invention with the over the film section 17 contact leads 19 thus represents the smallest structural unit that is on extremely simple and cheap way without the expensive method of contacting by means of Single wires can be produced and for a wide variety of applications can be applied. This applies, for example, to the expansion as a pressure recipient in the Auto industry, such as for diving purposes but also, for example, as an altimeter.
Nachfolgend wird auf Figur 8 Bezug genommen, in der eine besonders superflache Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist.Reference is made to FIG. 8, in which one particularly Super flat embodiment of the invention is shown.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Druckmeßzelle 1 in einem zylinderähnlichen Gehäuse 67 mit einer aufgeschweißten Übergangsmernbran 69 eingebaut, wobei das Gehäuse 67 über einen unteren Sockel 71, im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Stufensockel verschlossen ist. Die Meßmembran 11 ist ist quasi auf dem Kopf liegend in dem Gehäuse 67 freischwebend angeordnet und über den flexiblen Filmabschnitt 17 gehalten, der an seinem Anschlußbereich 73 (Fig. 2) mit den bereits erwähnten Zentrallöchern 41 (Fig.4) versehen ist, an denen die Sockelstifte 75 so hindurchgesteckt sind, daß die Sockelstiftenden 77 über die Lötkugeln 43 auf der Seite des Film abschnittes 17 verlötet sind, an der auch die Meßmembran 11 kontaktiert ist.In this embodiment, the pressure measuring cell 1 is in a cylinder-like manner Housing 67 installed with a welded-on transition membrane 69, the housing 67 via a lower base 71, in the exemplary embodiment shown with a step base is locked. The measuring membrane 11 is, as it were, lying upside down in the housing 67 arranged floating and held by the flexible film section 17, the at its connection area 73 (FIG. 2) with the central holes 41 already mentioned (Fig.4) is provided, on which the base pins 75 are inserted so that the socket pin ends 77 section over the solder balls 43 on the side of the film 17th are soldered to which the measuring membrane 11 is also contacted.
Hierdurch läßt sich eine besonders superflache Druckmeßzelle erreichen, da der seitliche Druckraum neben der Druckmeßzelle für die Lötkugeln 43 in optimaler Weise ausgenützt wird. Natürlich könnte die Druckmeßzelle 1 auch in üblicher Anordnung mit obenliegender Meßmembran 11 und darunter befestigter Basisplatte 7 eingebaut werden, wobei allerdings auch der flexible Filmabschnitt 17 dann obenliegend angeordnet ist. Aus herstellungstechnischen Gründen wird aber auch in diesem Falle gewünscht, daß die Sockelstiftenden 77 durch den Filmabschnitt 17 hindurchragen und ebenfalls wieder obenliegend, also auf der gegenüberliegenden Seite zum Sockel 71 verlötet werden, weshalb dann noch ein zusätzlicher Bauraum bis zur Übergangsmembran beansprucht wird. In diesem Falle läßt sich ein nicht ganz so superflaches Druckmeßelement herstellen.This enables a particularly super-flat pressure measuring cell to be achieved, because the lateral pressure space next to the pressure measuring cell for the solder balls 43 is optimal Way is exploited. Of course, the pressure measuring cell 1 could also be arranged in the usual way installed with measuring membrane 11 on top and base plate 7 fastened below it are, however, the flexible film section 17 then also arranged on top is. For manufacturing reasons, however, it is also desired in this case, that the socket pin ends 77 protrude through the film section 17 and also again on top, that is, soldered on the opposite side to the base 71 which is why an additional installation space is required up to the transition membrane will. In this case, a pressure measuring element that is not quite so super-flat can be produced.
Die erwähnte flache Ausbildung des Druckmeßelementes wird aber auch dadurch durch einfache Weise möglich, daß das Gehäuse bzw. der Sockel ohne jegliches Abfüllbohrloch ausgebildet ist, wobei das Druckmeßelement nach erfolgtem Befüllen beispielsweise mit Öl im Druckinnenraum 79 durch den erwähnten stufenförmig ausgebildeten Sockel 71 verschlossen und im befüllten Zustand widerstandsverschweißt wird. Dazu ist der Sockel - wie sich insbesondere aus Figur 9 ergibt - mit einem umlaufenden Widerstandsring 81 versehen. Nach erfolgter Anlage des Widerstandsringes 81 an der Unterseite des zylinderförmigen Gehäuses 67 werden zwischen Gehäuse und Sockel die beiden Elektroden angelegt, so daß über den Widerstandsring 81 die Widerstandsverschweißung erfolgen kann.The aforementioned flat design of the pressure measuring element is also thereby possible in a simple manner that the housing or the base without any Filling borehole is formed, the pressure measuring element after filling for example with oil in the pressure interior 79 through the aforementioned step-shaped design Base 71 is closed and resistance welded in the filled state. In addition is the base - as can be seen in particular from Figure 9 - with a circumferential Resistance ring 81 is provided. After installation of the resistance ring 81 on the Underside of the cylindrical housing 67 are between the housing and the base applied to both electrodes, so that the resistance weld via the resistance ring 81 can be done.
Bei entsprechendem Auflagedruck wird dann der Widerstandsring 81 weitgehend abgetragen bzw. verbreitet, so daß ein fester Sitz des Sockels am Gehäuse über einen breiteren Basisabschnitt sichergestellt ist.With a corresponding contact pressure, the resistance ring 81 is then largely worn or spread, so that a tight fit of the base on the housing via a wider base section is ensured.
Abschließend wird noch auf Figur 10 Bezug genommen, in der im Gegensatz zu Figur 8 ein Druckmeßelement mit besonders geringem Durchmesser gezeigt ist. In dieser Ausführungsform liegt ebenfalls der Anschlußbereich 73 des flexiblen Filmabschnittes 17 parallel zum Sockel 71, wobei die Sockelstiftenden 77- wiederum an Zentrallöchern 41 den Filmabschnitt 17 durchragen und obenliegend verlötet sind. Allerdings ist bei dieser Ausführungsform der elastische Filmabschnitt 17 neben dem Anschlußbereich 73 um ca. 90<) nach oben gebogen, so daß die Druckmeßzelle 1 in Vertikallage mit quer zum Sockel 71 gerichteter Meßmembran 11 zu liegen kommt. Der elastische Filmabschnitt 17 kann durch einen innen sitzenden Rohrstutzen 83 in einer gewünschten Lage gehalten werden. Auch hier ist also die Druckmeßzelle schwimmend im Druckinnenraum 79 angeordnet.Finally, reference is also made to FIG. 10, in which, in contrast FIG. 8 shows a pressure measuring element with a particularly small diameter. In This embodiment also has the connection area 73 of the flexible film section 17 parallel to the base 71, the base pin ends 77- again at central holes 41 protrude through the film section 17 and are soldered on top. However, it is in this embodiment the elastic film section 17 adjacent to the connection area 73 bent upwards by approx. 90 <) so that the pressure measuring cell 1 is in a vertical position comes to rest with the measuring membrane 11 directed transversely to the base 71. The elastic one Film section 17 can through an internally seated pipe socket 83 in a desired Can be held. Here, too, the pressure measuring cell is floating in the pressure interior 79 arranged.
Auch diese Ausführungsform kann ohne ein Befüllungs-Bohrloch im Gehäusekörper bzw. im Sockel ausgebildet sein, wobei der Sockel 71 nach Befüllen des Druckinnenraumes 79 mit Druckmedium über den erwähnten Widerstandsring 81 mit der Unterseite des Gehäuses 67 widerstandsverschweißt ist.This embodiment can also be without a filling borehole in the housing body or be formed in the base, the base 71 after filling the pressure interior 79 with pressure medium via the mentioned resistance ring 81 with the underside of the Housing 67 is resistance welded.
Abschließend soll noch darauf hingewiesen werden, daß beispielsweise - wie in Figur 8 gezeigt ist - zwischen der Druckmeßzelle 1 und dem Sockel 71 eine Isolierscheibe 85 auf dem Sockel angeordnet sein kann.Finally it should be pointed out that, for example - As shown in Figure 8 - between the pressure measuring cell 1 and the base 71 a Insulating washer 85 can be arranged on the base.
Die in Figur 8 gezeigte Isolierscheibe 85 dient dazu, daß während des Lötens an den Sockestiftenden 77 kein Kurzschluß mit dem Sockel 71 und damit mit dem Gehäuse 67 herstellbar ist. Die Bedeutung liegt weiterhin auch darin, daß immer dann, wenn der Abstand zwischen den Widerständen auf der Druckmeßzelle 1 und dem Sockel 71 des Gehäuses 67 sehr klein ist, bei auftretenden Spannungsdifferenzen sehr hohe Feldstärken verursacht werden können, die die Stabilität der Widerstände beeinflussen könnten. Die Isolierplatte 85 macht also den Abstand zum Sockel größer.The insulating washer 85 shown in Figure 8 serves that during of soldering to the socket pin ends 77 no short circuit with the socket 71 and thus can be produced with the housing 67. The importance also lies in the fact that whenever the distance between the resistors on the pressure measuring cell 1 and the base 71 of the housing 67 is very small, when voltage differences occur Very high field strengths can be caused, which affect the stability of the resistors could influence. The insulating plate 85 thus increases the distance to the base.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 10 kommt dem erwähnten Rohrstutzen 83 die Funktion zu, das Volumen im Druckinnenraum 79 zu vermindern und ebenso den Abstand zwischen dem Gehäuse 67 und der Druckmeßzelle 1 über ein kritisches Maß zu halten.In the exemplary embodiment according to FIG. 10, there is the mentioned pipe socket 83 has the function of reducing the volume in the pressure interior 79 and likewise the Distance between the housing 67 and the pressure measuring cell 1 over a critical level to keep.
Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 8 kann natürlich eine an sich herkömmliche Druckmeßzelle mit obenliegender Meßmembran eingebaut sein, die mit ihrer Basisplatte 7 auf einer Isolierscheibe 85 oder direkt auf den darunter befindlichen Sockel 71 aufgeklebt oder allgemein befestigt ist und in üblicher Weise mit Goldrähten eine Verbindung von der Meßmembran zu den Sockelenden 77 hergestellt wird.Deviating from the exemplary embodiment shown in FIG. 8, of course a conventional pressure measuring cell with an overhead measuring membrane can be installed, with their base plate 7 on an insulating washer 85 or directly on the one below located base 71 is glued or generally attached and in the usual way a connection from the measuring membrane to the base ends 77 is established with gold wires will.
Auch wenn hierdurch eine nicht ganz so optimale superflache Ausbildung wie in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 8 zu erzielen ist, so läßt sich dieser Erfolg doch annähernd dann erreichen, wenn auch hier eine bohrlochfreie Befüllung des Druckinnenraumes 79 durch Widerstandsverschweißung des gezeigten Sockels 71 mit dem umlaufenden Ring 81 vorgenommen wird.Even if this results in a less than optimal, super-flat training as can be achieved in the exemplary embodiment according to FIG. 8, this can be done You can almost achieve success if here, too, filling is free of boreholes of the pressure interior 79 by resistance welding of the base 71 shown is made with the circumferential ring 81.
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