DE3733766A1 - Verfahren zum herstellen eines drucksensors - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines drucksensors

Info

Publication number
DE3733766A1
DE3733766A1 DE19873733766 DE3733766A DE3733766A1 DE 3733766 A1 DE3733766 A1 DE 3733766A1 DE 19873733766 DE19873733766 DE 19873733766 DE 3733766 A DE3733766 A DE 3733766A DE 3733766 A1 DE3733766 A1 DE 3733766A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layers
firing
layer
unfired
pressure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19873733766
Other languages
English (en)
Other versions
DE3733766C2 (de
Inventor
Walter Dipl Ing Gottschling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Elektronik GmbH
Original Assignee
Murata Elektronik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Elektronik GmbH filed Critical Murata Elektronik GmbH
Priority to DE19873733766 priority Critical patent/DE3733766A1/de
Publication of DE3733766A1 publication Critical patent/DE3733766A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3733766C2 publication Critical patent/DE3733766C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0075Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0044Constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel­ len eines Drucksensors mit einer auf einen Druck durch elasti­ sche Deformation ansprechenden, einen Hohlraum aufweisenden Struktur aus einem durch Brennen verfestigbaren Material und mit wenigstens einem auf oder in der Struktur angeordneten Element zum Umsetzen der Deformation in eine elektrisch er­ faßbare Größe.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Her­ stellen eines keramischen Drucksensors, dessen mikromechanische Struktur aus keramischem Material in integraler Form zumindest einen Widerstand oder einen Kondensator beinhaltet, dessen Wider­ standsänderung bzw. Kapazitätsänderung als Maß für den Umgebungs­ druck des Drucksensors herangezogen werden kann.
Ein Drucksensor der eingangs beschriebenen Art wird seit einiger Zeit im Automobilbereich zum Messen des Ansaugunterdruckes bei Verbrennungsmotoren eingesetzt. Der bekannte keramische Druck­ sensor, der zur Erläuterung dieses Standes der Technik in Fig. 1 schemenhaft dargestellt ist, und in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, umfaßt eine Grundplatte 2, mit einer Dicke von etwa 0,5 mm sowie eine sich über die Grundplat­ te 2 wölbende, zusammen mit der Grundplatte 2 einen Hohlraum 4 definierende keramische Deckschicht 3. Der Hohlraum hat einen Durchmesser d in der Größenordnung von 5 mm sowie eine Höhe h in der Größenordnung von 60 Mikrometer. Die Dicke der Deck­ schicht t liegt in der Größenordnung von 100 Mikrometer. Zum Herstellen des bekannten Drucksensors wird in einem ersten Ver­ fahrensschritt auf die Aluminiumoxid-Grundplatte ein Kohlen­ stoff-Füller oder eine organische Tinte aufgedruckt. Anschließend hieran wird der Füller bzw. die Tinte gebrannt. Anschließend wird ein keramisches dielektrisches Material auf den Füller so­ wie die nicht vom Füller bzw. der Tinte bedeckten Teile der Grundplatte aufgedruckt. Anschließend wird das keramische di­ elektrische Material in einer Stickstoff-Atmosphäre gebrannt, bis das keramische Material gesintert ist. In einem anschließen­ den Verfahrensschritt wird die Struktur in einer Luft-Atmosphäre gebrannt, wobei der Füller aufgrund der Porosität der gebrann­ ten keramischen Deckschicht 3 vollständig und rückstandslos aus­ brennt. Anschließend werden die Elemente einer Wheatstone- Brückenschaltung auf die keramische Deckschicht 3 aufgebracht, woraufhin diese Deckschicht gegebenenfalls durch Verstärken ihrer Schichtdicke und erneutes Brenner in ihrer mechanischen Festigkeit gestärkt werden kann. Obwohl der bekannte Drucksen­ sor über zufriedenstellende Meßeigenschaften verfügt, ist sein praktischer Anwendungsbereich aufgrund der durch die oben beschriebene, aufwendige Herstellung bedingten hohen Gestehungs­ kosten begrenzt.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß werden die Schichten in einem ungebrannten, unverfestigten Zustand zusammengefügt bzw. aufeinander gestapelt, wobei die Mittellage zwischen Deckschicht und Grundschicht eine Ausnehmung aufweist, die den Hohlraum des Drucksensors bildet. Nach dem Zusammenfügen der Schichten werden diese gemeinsam durch Brenner verfestigt. Ganz offensichtlich hebt sich das er­ findungsgemäße Verfahren von dem bekannten Verfahren durch eine starke Vereinfachung der Herstellung des Drucksensors ab. In völliger Abkehr vom Stand der Technik sieht die Erfindung also vor, den Sensor aus ungebrannten, unverfestigten Materialien zusammenzufügen, bevor das Brennen durchgeführt wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Fig. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter An­ wendung auf einen beispielhaften Drucksensor näher erläutert.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht der nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellte Drucksensor aus einer Grund­ schicht 5, oberhalb der eine mit einer vorzugsweise kreisrunden Ausnehmung versehene Mittellage 6 angeordnet ist, die ihrer­ seits eine zumindest die Ausnehmung 7 abdeckende Deckschicht 8 trägt. In der Deckschicht oder auf der Deckschicht sind Wider­ stände 9 zum Erfassen einer Deformation der Deckschicht 8 in Reaktion auf eine Änderung des Umgebungsdruckes angeordnet. Die Grundschicht 5 besteht aus einer Mehrzahl von übereinander gestapelten Einzelgrundschichten 10 bis 15. Obwohl bei der Zeichnerischen Darstellung nur sechs Einzelgrundschichten dar­ gestellt sind, kann die Anzahl der Einzelgrundschichten je nach gewünschter Dicke der Grundschicht 5 auch höher sein.
Die Dicke a der Deckschicht 8 entspricht vorzugsweise der Dicke a der Mittellage 6, die wiederum vorzugsweise der jeweiligen Dicke der Einzelgrundschichten 10 bis 15 entspricht. Die Dicke a liegt zwischen 10 und 100 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 25 und 50 Mikrometer. Der Durchmesser b der Ausnehmung 7 liegt in der Größenordnung von einigen Millimetern. In der Größenordnung von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern liegen die Gesamtabmessungen des Drucksensors, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet sei.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen des soeben beschriebenen Drucksensors werden zunächst etwa zehn Einzelgrund­ schichten 10 bis 15 aus einer ungebrannten, sogenannten "grünen" Keramik übereinander gestapelt, auf die eine ebenfalls aus "grü­ ner" Keramik bestehende Mittellage 6 mit der Ausnehmung 7 gelegt wird. Die Ausnehmung 7 kann entweder vor Aufbringen der eben­ falls aus "grüner" Keramik bestehenden Deckschicht mit einer organischen Tinte oder einem sonstigen geeigneten, durch Erhitzen rückstandsfrei beseitigbaren Füllmaterial ausgefüllt werden oder unausgefüllt bleiben. Die Widerstände 9 werden nach Aufbringen der Deckschicht 8 aufgedruckt und, falls dies erwünscht ist, durch eine ergänzende Lage der Deckschicht 8 aus "grüner" Kera­ mik abgedeckt. Diese, noch unverfestigte Schichtenstruktur wird durch Sinterbrand verfestigt.
Als Material für das erfindungsgemäße Verfahren kommt nicht nur eine sogenannte "grüne" Keramik in Frage, sondern jedes im Sinterbrand verfestigbare Material, wie beispielsweise Glas. Selbstverständlich sind die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel angegebenen Maße abhängig vom Einsatzgebiet des herzustellenden Drucksensors. Ohne Abweichung von dem erfindungsgemäßen Konzept kann auch die Anzahl der Einzelschichten des Drucksensors erheb­ lich variiert werden.
Anstelle der oben beschriebenen Erfassung der Deformation der einen Hohlraum aufweisenden Struktur mittels wenigstens eines Widerstandes kann die Deformation auch mit einem kapazitiven Element oder einer Kapazitätsmeßbrücke erfaßt werden. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise eine erste Elektrode des kapazitiven Meßelementes in der keramischen Deckschicht 3 oder auf deren Unterseite, die dem Hohlraum 7 zugewandt ist, angeordnet sein, während die zweite Elektrode gegenüber dieser ersten Elektrode auf der dem Hohlraum 7 zugewandten Seite der Grundschicht 5 an­ geordnet ist. Die durch eine Druckänderung bewirkte Abstands­ änderung der Elektroden eines derart ausgestalteten Kondensators kann durch übliche Kapazitätsmeßtechniken erfaßt werden, die beispielsweise durch Erfassung der Frequenzverstimmung eines Schwingkreises, der diesen Kondensator als frequenzbestimmendes Element enthält. Eine derartige Frequenzänderung kann über eine an sich bekannte Meß- und Linearisierungsschaltung zur Kapazi­ tätsmessung als Druckänderung oder als Absolutdruck zur Anzeige gebracht werden. Ebenfalls ist es möglich, nicht nur ein einzi­ ges kapazitives Element zum Erfassen der Deformation vorzusehen, sondern eine an sich bekannte Kapazitätsmeßbrücke.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors,
mit einer auf einen Druck durch elastische Deformation an­ sprechenden, einen Hohlraum aufweisenden Struktur aus einem durch Brennen verfestigbaren Material und
mit wenigstens einem auf oder in der Struktur angeordneten Element zum Umsetzen der Deformation in eine elektrisch er­ faßbare Größe, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Verfahrensschritt auf eine Grundschicht (5) aus einem ungebrannten, unverfestigten Material eine eine Aus­ nehmung (7) aufweisende Mittellage (6) aus ungebranntem, unverfestigtem Material und eine zumindest die Ausnehmung (7) abdeckende Deckschicht (8) aus ungebranntem, unverfestigtem Material aufgebracht wird, und
daß in einem zweiten Verfahrensschritt diese Schichten (5, 6, 8) gemeinsam durch Brennen verfestigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (5, 6, 8) aus einem durch Sinterbrand in eine kristalline Form überführbaren Material bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (5, 6, 8) aus einem ungebrannten, sogenann­ ten "grünen" keramischen Material bestehen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus Glas bestehen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht (5) aus einer Mehrzahl von gestapelten Einzelgrundschichten (10 bis 15) besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgrundschichten (10 bis 15) die Mittellage (6) und die Deckschicht (8) eine Dicke von 10 bis 100 Mikrometer, vorzugsweise von 20 bis 50 Mikrometer, haben.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (7) vor dem zweiten Verfahrensschritt des Brennens mit einer während des Brennens verdunstenden oder verbrennenden Flüssigkeit oder Füllmasse gefüllt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit oder Füllmasse eine organische Tinte ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (7) auch vor dem zweiten Verfahrensschritt des Brennens lediglich Luft oder ein Gas enthält.
DE19873733766 1987-10-06 1987-10-06 Verfahren zum herstellen eines drucksensors Granted DE3733766A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19873733766 DE3733766A1 (de) 1987-10-06 1987-10-06 Verfahren zum herstellen eines drucksensors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19873733766 DE3733766A1 (de) 1987-10-06 1987-10-06 Verfahren zum herstellen eines drucksensors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3733766A1 true DE3733766A1 (de) 1989-04-27
DE3733766C2 DE3733766C2 (de) 1991-01-10

Family

ID=6337727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19873733766 Granted DE3733766A1 (de) 1987-10-06 1987-10-06 Verfahren zum herstellen eines drucksensors

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3733766A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0461459A1 (de) * 1990-06-11 1991-12-18 Hartmann & Braun Aktiengesellschaft Druckmessumformer mit einem rotationssymmetrischen Drucksensor aus Keramik

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20300498U1 (de) 2002-12-18 2003-04-17 Huba Control AG, Würenlos Drucksensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1563894A (en) * 1976-03-12 1980-04-02 Kavlico Corp Capacitive pressure transducer and method for making same
DE3008572C2 (de) * 1980-03-06 1982-05-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Druckmeßdose
US4545254A (en) * 1984-06-01 1985-10-08 Ceramphysics, Inc. Materials and methods for pressure and temperature sensors at cryogenic temperatures
DE3817695A1 (de) * 1987-05-26 1988-12-08 Ngk Insulators Ltd Drucksensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1563894A (en) * 1976-03-12 1980-04-02 Kavlico Corp Capacitive pressure transducer and method for making same
DE3008572C2 (de) * 1980-03-06 1982-05-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Druckmeßdose
US4545254A (en) * 1984-06-01 1985-10-08 Ceramphysics, Inc. Materials and methods for pressure and temperature sensors at cryogenic temperatures
DE3817695A1 (de) * 1987-05-26 1988-12-08 Ngk Insulators Ltd Drucksensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0461459A1 (de) * 1990-06-11 1991-12-18 Hartmann & Braun Aktiengesellschaft Druckmessumformer mit einem rotationssymmetrischen Drucksensor aus Keramik

Also Published As

Publication number Publication date
DE3733766C2 (de) 1991-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014114764B4 (de) Keramischer Drucksensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE68902534T2 (de) Kapazitiver Beschleunigungsmesser und Verfahren zu seiner Herstellung.
DE3817695C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Drucksensors
DE3817905C2 (de)
DE2709945A1 (de) Kapazitiver druckwandler und verfahren zu dessen herstellung
DE3909185A1 (de) Kapazitiver drucksensor und verfahren zu seiner herstellung
DE2503781C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl später voneinander zu trennender Druckmeßwandler in Halbleiterbauweise
DE69532174T2 (de) Dünnfilm-Sensorelement sowie Verfahren zu seiner Herstellung
EP0797084B1 (de) Verfahren zum Herstellen von kapazitiven, in Nullpunkt-Langzeit-Fehlerklassen sortierten Keramik-Absolutdruck-Sensoren
EP3331700A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils aus keramischen werkstoffen
EP0440011A2 (de) Kraft-bzw. Druckmessvorrichtung
DE3733766C2 (de)
DE3814950A1 (de) Beschleunigungsaufnehmer
EP1061351B1 (de) Kapazitiver keramischer Relativdruck-Sensor
DE3108300C2 (de) Druckmeßdose und Verfahren zu deren Herstellung
EP3304019B1 (de) Drucksensor mit einer aktivhartlötung
DE102016107238A1 (de) Verfahren zum Fügen einer Differenzdruckmesszelle und Differenzdruckmesszelle
EP0793577B1 (de) Verfahren zum herstellen einer schichtstruktur auf einem substrat
DE4102805A1 (de) Kapazitiver beschleunigungssensor
DE10127230A1 (de) Druckerfassungsvorrichtung
DE19712066A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der eindimensionalen Wärmeausdehnung bzw. -schrumpfung einer Probe unter Druckbelastung
DE69409991T2 (de) Kapazitiver Microsensor mit geringer Fremdkapazität und Herstellungsverfahren
DE19542242C1 (de) Verfahren zur Herstellung eines eine gewölbte Membrane aufweisenden Drucksensors
DE102018210063A1 (de) MEMS-Sensor sowie Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Sensors
DE2434933C2 (de) Sensor einer Meßeinrichtung für den Sauerstoffteildruck der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee