DE3851547T2

DE3851547T2 - Methode zur Herstellung und zum Justierung eines Drucksensors.

Info

Publication number: DE3851547T2
Application number: DE3851547T
Authority: DE
Inventors: Ronald E Brown; John M Hart; Mark B Kearney; Dennis M Koglin; Michael J Luettgen
Original assignee: Delco Electronics LLC
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2008-11-30
Also published as: EP0322122A3; EP0480544B1; EP0322122B1; EP0322122A2; JPH01280232A; US4850227A; DE3877171T2; DE3877171D1; JPH0656345B2; EP0480544A2; DE3851547D1; EP0480544A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Drucksensoren des Typus, der getrennte druckerfassende und elektrische signalverarbeitende Elemente verwendet, und insbesondere auf die Packung und Herstellung derartiger Sensoren.
Drucksensoren werden in Automobilfahrzeugen für eine Vielzahl von Zwecken verwendet, z. B. dem Erfassen des Vakuumdrucks an der Einlaßsammelleitung eines Fahrzeugmotors.
Ein bekannter Typus von Drucksensor, der in einem Artikel von Oakes, welcher in den "Proceedings of the Third International Conference on Automotive Electronic", 143-9, 1981 erscheint, und "A Pressure Sensor for Automotive Application", Mechanical Engineering Publications, London, England, Seite 354, ISBN 085298 477 4 betitelt ist, und in der US-A-4 295 117 beschrieben ist, umfaßt ein Druck erfassendes Element, einschließlich eines piezoresistiven Siliziumhalbleiterchips, und einen getrennten integrierten Halbleiterschaltkreis (IC) zum Empfangen eines elektrischen Signals aus dem erfassenden Element, Verarbeiten des Signals und Erzeugen des Ausgangssignals aus dem Drucksensor. In diesem bekannten Drucksensor ist das Druck erfassende Element vollständig in seinem eigenen Untergehäuse eingeschlossen, welches sich nach außen erstreckende Anschlüsse umfaßt, die elektrischen Zugang zu dem eingeschlossenen Druck erfassenden Element erlauben. Das Untergehäuse ist wiederum vollständig in dem Hauptgehäuse des Drucksensors eingeschlossen. Das Hauptgehäuse umfaßt eine Durchtrittsöffnung, welche direkt mit einer Öffnung in dem Untergehäuse des Druck erfassenden Elementes kommuniziert, was das Aussetzen des Druck erfassenden Elements an den zu erfassenden Druck erlaubt.
Das Signal verarbeitende IC ist auch innerhalb des Packungshauptgehäuses angebracht und elektrisch mit den Anschlüssen des Untergehäuses des Druck erfassenden Elementes durch Drahtkontaktierungen verbunden. Schließlich verbinden Drahtkontaktierungen Anschlußteile des Signal verarbeitenden ICs mit Anschlüssen des Hauptgehäuses. Um das Abgleichen der zugehörigen Signal verarbeitenden Beschaltung zu erreichen, unterwirft die Standardprozedur das zusammengefügte Element und die Beschaltung einem Testdruck innerhalb einer Testkammer. Als eine Alternative schlägt die US-A-4 708 012 die Verwendung eines mechanischen Gliedes vor, um eine bekannte Kraft an die Membran des Elementes anzulegen, während die Beschaltung für das Trimmen frei zugänglich gelassen wird.
Es ist wünschenswert, den derartigen bekannten Drucksensor in vier Hauptbereichen zu verbessern, nämlich: der differentiellen Betriebstemperatur zwischen dem Druck erfassenden Element und dem Signal verarbeitenden Element, der Größe, der Einfachheit des Aufbaus und der Herstellung und den Kosten.
Zu dem Ziel der Vereinfachung der Herstellung und der Verringerung der Kosten ist ein Verfahren der Herstellung eines Drucksensors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in Anspruch 1 spezifiziert.
In einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel hat das Verfahren gemäß der Erfindung einen Drucksensor zur Folge mit zwei Kammern, welche voneinander hermetisch abgedichtet sind, wobei die erste Kammer ein Druck erfassendes Element enthält und die zweite Kammer ein Signal verarbeitendes Element. Elektrische Verbindungen koppeln die zwei Elemente. Ein Teil des Drucksensors legt eine Durchtrittsöffnung oder Öffnung fest, welche die erste Kammer an einen zu erfassenden Druck koppelt. Der Drucksensor umfaßt weiter ein Glied mit relativ hoher thermischer Leitfähigkeit, das einen Teil davon aufweist, der thermisch einen erheblichen Teil des Signal verarbeitenden Elementes berührt und einen anderen Teil davon aufweist, der sich in die erste Kammer erstreckt, so daß jedes Temperaturdifferential zwischen den zwei Kammern gemildert wird.
Die Umhüllung oder das Gehäuse für den Drucksensor umfaßt zwei separate Kammern, welche hermetisch voneinander abgedichtet sind. Das Druck erfassende Element ist innerhalb einer der Kammern angeordnet, und eine Durchtrittsöffnung ist an jene Kammer gekoppelt, um das Aussetzen des erfassenden Elementes an den zu erfassenden Druck zu erlauben. Ein Signal verarbeitendes Element ist innerhalb der anderen Kammer angeordnet. Elektrische Verbindungen zwischen den zwei Elementen liegen vermittels von leitfähigen Leitungen vor, welche sich in hermetischer Passung durch eine innere Wand erstrecken, die die zwei Kammern trennt.
Temperaturdifferentiale zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen neigen dazu, Fehler in dem Druck erfassenden Verfahren einzuführen. Um derartige Temperaturdifferentiale zu mäßigen, sind thermisch und elektrisch leitfähige Glieder (Leitungen) vorgesehen, um die zwei Kammern und die jeweiligen Elemente darin eng thermisch zusammenzukoppeln. Ein derartiges Glied umfaßt eine der verbindenden elektrischen Leitungen, welche längs der Bodenoberfläche der Kammer angeordnet ist, die das Signal verarbeitende Element enthält. Eine Bodenoberfläche des Signal verarbeitenden Elementes ist direkt auf einem vergrößerten Teil der Leitung in guter thermischer Beziehung damit befestigt. Die Leitung erstreckt sich durch die innere Wand, die die Kammern trennt, und zwar direkt in die Kammer, die das Druck erfassende Element enthält. Wärme aus der Kammer des Druck erfassenden Elementes wird so direkt durch die Leitung geleitet und zwar in direktem Kontakt mit dem Signal verarbeitenden Element. Andere elektrische Leitungen, welche zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen kommunizieren, dienen auch dazu, Temperaturdifferentiale zwischen den zwei Elementen zu mildern. Ein anderes thermisch leitendes Glied umfaßt einen getrennten Basisteil (Bodenschlußglied) der Packung, welches aus einem Material, z. B. einem Metall, gebildet ist, welches thermisch höher leitfähig ist als andere Teile der Packung. Dieses Basisteil bildet die Bodenwand der Kammer des Druck erfassenden Elementes und erstreckt sich unterhalb der inneren Wand, die die zwei Kammern trennt und zwar direkt unterhalb und in enger thermischer Verbindung mit der Bodenwand, die den Boden der anderen Kammer bildet. Wärme aus der Druck erfassenden Kammer wird so über das Bodenschlußglied an die Kammer des Signal verarbeitenden Elementes durch die Bodenwand davon übertragen.
Der Drucksensor ist dazu entworfen, der Kammer, die das Drucksensorelement enthält, zu ermöglichen, bei einem Testdruck unter Druck gesetzt zu werden, während die andere Kammer offengelassen wird, so daß das Signal verarbeitende Element getestet und wie gewünscht modifiziert werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung beschrieben werden, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in welchen:
Fig. 1 eine Draufsicht ist, teilweise weggebrochen, eines Drucksensors, der in Übereinstimmung mit dieser Erfindung hergestellt ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Drucksensors ist, der in Fig. 1 gezeigt ist, und zwar längs der Linie 2-2 davon genommen;
Fig. 3 eine Ansicht in der Perspektive von einem Teil eines Dreiteilgehäuses oder Einschlusses für den Drucksensor ist, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist; und
Fig. 4 eine Ansicht im Seitenschnitt ist, die einen Schritt in der Herstellung des Drucksensors zeigt.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist dort ein Drucksensor 10 (auch als eine Drucksensoranordnung 10 bezeichnet) wie in Übereinstimmung mit dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt gezeigt. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht von Fig. 1 längs der gestrichelten Linie 2-2. Der Drucksensor 10 umfaßt ein dreiteiliges Gehäuse, welches ein hauptunterbringendes Glied 12, ein Oberteilabdeckglied 14, welches ein Durchtrittsöffnungsglied 16 und ein Luftbelüftungsloch 81 und ein Unterseitenverschlußglied 18 umfaßt. Das hauptunterbringende Glied 12 und das Oberseitenabdeckglied 14 werden vorzugsweise aus einem bekannten thermoplastischen Harz hergestellt und das Bodenverschlußglied 18 wird vorzugsweise aus einem Material hoher thermischer Leitfähigkeit, z. B. einem Metall wie Aluminium oder einer Keramik mit hoher thermischer Leitfähigkeit gebildet. Um eine hermetische Passung zwischen dem Oberseitenabdeckglied 14 und dem hauptunterbringenden Glied 12 zu schaffen, wird eine Zunge-in-Rille-Verbindung verwendet, wobei der Zungenteil 26 der Verbindung (Fig. 2) von dem Oberseitenabdeckglied 14 herabhängt und der Rillenteil 28 in dem hauptunterbringenden Glied 12 vorgesehen ist. Eine Ausnehmung 27 ist in der Bodenoberfläche des hauptunterbringenden Gliedes 12 für das Aufnehmen des Bodenverschlußgliedes 18 vorgesehen.
Der Drucksensor 10 enthält zwei voneinander beabstandete Kammern 20 und 22. Die Gehäusewände, die die Kammern 20, 22 festlegen, umfassen eine äußere Wand 29 des hauptunterbringenden Gliedes 12 und eine innere Wand 30, die das hauptunterbringende Glied 12 zweiteilt und die zwei Kammern 20 und 22 hermetisch trennt.
Wie am besten in Fig. 3 gesehen wird, welche eine Ansicht in der Perspektive des hauptunterbringenden Gliedes 12 der Drucksensoranordnung 10 selbst ist, ist der Rillenteil 28, welcher einen Teil der Zunge-in-Rille-Verbindung mit dem Oberseitenabdeckglied 18 (Fig. 2) bildet, in den oberen Oberflächen der äußeren und inneren Wände 29 und 30 gebildet. Die Innenseitenwand des Rillenteils 28 legt zwei Wände oder Lippenteile 31 und 33 fest, wobei der Lippenteil 31 einen Teil der Wand bildet, die die Kammer 22 festlegt und der Lippenteil 33 einen Teil der Wand bildet, die die Kammer 20 festlegt. Wie am besten in Fig. 4 gesehen wird, welche eine Ansicht des Drucksensors 10 ohne sein Oberseitenabdeckglied 14 ist, bildet der Lippenteil 31 um die Kammer 22 einen Zylinder, welcher über die obere Oberfläche des anderen Teils der zwei Wände 29 und 30 vorsteht. Das obere Ende des Lippenteils (oder Zylinders) 31 endet in einer ringförmigen Oberfläche 35 (Fig. 3). Der Zweck dieser baulichen Details wird nachfolgend beschrieben.
Zurückkehrend zu den Fig. 1 und 2 ist innerhalb der Kammer 22 ein Druck erfassendes Element 32 des bekannten Typus angeordnet, z. B. ein Siliziumhalbleiterchip des Typus, der in dem vorgenannten Oakes-Artikel beschrieben ist. Die Kammer 22 kommuniziert mit einer Durchtrittsöffnung oder Öffnung 34 durch das Durchtrittsöffnungsglied 16 für den Einlaß des Drucks, der durch das Druck erfassende Element 32 erfaßt werden soll, das innerhalb der Kammer 22 angeordnet ist.
Innerhalb der anderen Kammer 20 ist ein integrierter Halbleiterschaltkreis-(IC-)Chip des bekannten Typus angeordnet, der als ein Signal aufbereitendes oder verarbeitendes Element 36 bezeichnet wird. Wie bekannt ist, ist der Zweck des Signal verarbeitenden Elementes 36, ein elektrisches Signal aus einem elektrischen Schaltkreis (z. B. einem Wheatstone-Brückenschaltkreis - nicht gezeigt) auf dem Druck erfassenden Element 32 zu empfangen und es zu verarbeiten (z. B. Temperaturkompensation und Signalverstärkung zu schaffen, um ein Ausgangssignal aus dem Drucksensor 10 zu erzeugen.
Innerhalb der Kammer 20 ist eine niedrige Wand 40 mit geneigten Seiten beinhaltet, welche sich parallel zu der inneren Wand 30 erstreckt, die die zwei Kammern 20 und 22 trennt. Diese niedrige Wand 40 zusammen mit der äußeren Wand 29 (welche auch geneigte Seiten innerhalb der Kammer 20 aufweist) legt eine Ausnehmung 42 (typischerweise rechteckig - siehe auch Fig. 3) innerhalb der Kammer 20 zum Aufnehmen des Signal verarbeitenden Elementes 36 fest.
Die Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elemente 32 und 36 sind miteinander und mit Anschlußleitungen des Drucksensors 10 wie folgt verschaltet. Teilweise innerhalb des Materials des hauptunterbringenden Gliedes 12 eingebettet, gibt es eine Zahl von leitfähigen Leitungen 46 bis 50. Mit Bezug auf Fig. 1 sind verschiedene Teile von jeder der Leitungen 46-50 innerhalb jeder der zwei Kammern 20 und 22 freigelegt. Auch erstrecken sich drei der Leitungen 46, 47 und 48 auswärts von einem Ende des hauptunterbringenden Gliedes 12 und dienen als externe Anschlüsse für den Drucksensor 10. Andere Leitungen, nicht gezeigt, können vorgesehen sein, die sich von dem anderen Ende des Hauptgehäusegliedes erstrecken, um als ein Mittel zum mechanischen Unterstützen des Drucksensors zu dienen, z. B. innerhalb eines Sockels des bekannten Typus, nicht gezeigt.
Die Wege der verschiedenen Leitungen 46-50 sind in Fig. 1 gezeigt, und zwar teilweise in gestrichelten Linien, wo die Leitungen innerhalb des Hauptgehäusegliedes 12 eingebettet sind. So erstrecken sich, ausgehend von den zwei äußeren Anschlußleitungen 46 und 48 diese Leitungen in das hauptunterbringende Glied 12 und treten, noch innerhalb des unterbringenden Gliedmaterials auf die andere Seite der Kammer 20 durch. Die zwei Leitungen 46 und 48 treten dann (Fig. 1) innerhalb der Kammer 20 in den Raum zwischen der niedrigen Wand 40 innerhalb der Kammer 20 und der inneren Wand 30 aus, die die zwei Kammern 20 und 22 trennt. Die Leitung 46 setzt sich durch die innere Wand 30 fort und tritt freigelegt innerhalb der Kammer 22 aus. Die andere Leitung 48 setzt sich auch in die innere Wand 30 fort, aber endet dort.
Die dritte zentrale Anschlußleitung 47 erstreckt sich in das hauptunterbringende Glied 12 und direkt in die Kammer 20 hinein (siehe auch Fig. 3). Innerhalb der Kammer 20 expandiert die Breite der Leitung 47 in einen vergrößerten Teil 47a davon, um die Bodenoberfläche der Ausnehmung 42 vollständig abzudecken. (Die Ränder des vergrößerten Teils 47a erstrecken sich unterhalb der Ausnehmungswände, daher sind die Ränder in gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigt). Hinter der Ausnehmung 42 verengt sich die Leitung 47 in der Breite, tritt (Fig. 2) unter der niedrigen Wand 40 durch und wird wieder in dem Raum zwischen der niedrigen Wand 40 und der inneren Wand 30 freigelegt. Die Leitung 47 tritt dann durch die innere Wand 30 und tritt innerhalb der Kammer 22 aus. Wie in Fig. 1 gezeigt, folgen die verschiedenen Leitungen, welche durch die innere Wand 30 treten, einem Zickzack-Pfad zur besseren Ausnutzung des Gehäuseraumes.
Zwei weitere Leitungen 49 und 50 (siehe Fig. 1 und 3) sind vorgesehen. Diese Leitungen 49, 50 beginnen freigelegt auf der Bodenseitenoberfläche der Kammer 20 in dem Raum zwischen der niedrigen Wand 40 und der inneren Wand 30, treten durch die innere Wand 30 und treten innerhalb der Kammer 22 aus.
Elektrische Verbindungen zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen 32 und 36 und den verschiedenen Leitungen 46-50 und so zu einander und den Sensoranschlüssen 46, 47 und 48 erfolgen vermittels von Drahtkontaktierungen 54 (Fig. 2).
Wie bemerkt, erstreckt sich jede der Leitungen 46, 47, 49 und 50 in die Kammer 22 hinein. Wie in Fig. 3 und durch den Typus des Schraffierens gezeigt, der in Fig. 2 verwendet wird, sind die Räume zwischen den Leitungen mit dünnen Schichten oder Netzen 52 des Materials des hauptunterbringenden Gliedes 12 gefüllt. Auch gibt es, herabhängend von sowohl den Netzen 52 als auch den Leitungen 46-50 bei einer Position benachbart den vorderen Enden der Leitungen innerhalb der Kammer 22 einen Balken 55 des Materials des hauptunterbringenden Gliedes 12. Die Kombination der kontinuierlichen Oberfläche, die durch die alternierenden Leitungen und Netze gebildet wird, und dem abhängigen Balken 55 bildet einen Trog 61 (Fig. 2), welcher vorzugsweise mit einer bekannten schützenden oder passivierenden Substanz 56 zum hermetischen Abdichten der freiliegenden Verbindungen zwischen der inneren Wand 30 und den heraustretenden Leitungen gefüllt ist. Dies ist als Rückseitenpassivierung der Leitungen bekannt. Ein Silikonhaftmittel kann als eine passivierende Substanz verwendet werden.
In ähnlicher Weise ist, um Rückseitenpassivierung der verschiedenen Leitungen vorzusehen, wo sie zuerst in die innere Wand 30 aus der Kammer 20 eintreten, ein Graben 60 durch eine Bodenwand 64 der Kammer 20 vorgesehen. Um exzessive Komplikation der Zeichnungen zu vermeiden, ist der Graben (Trog) 60 nicht in Fig. 1 gezeigt. Jedoch erstreckt sich der Graben 60 unterhalb des Raumes zwischen den niedrigen und inneren Wänden 40 und 30 über einen Abstand, der hinreichend ist, um die Unterseiten aller der Leitungen 46-50 vollständig freizulegen, wo sie sich in die innere Wand 30 erstrecken (und so damit Verbindungen bilden). Dieser Graben 60 wird auch mit der passivierenden Substanz 56 gefüllt.
Wie vorhergehend bemerkt, ist eine Funktion des signalverarbeitenden Elementes 36 (innerhalb der Kammer 20), das elektrische Signal aus dem Druck erfassenden Element 32 zu verarbeiten. Es ist eine bekannte Charakteristik derartiger Signal verarbeitender Elemente 36, daß das Ausgangssignal daraus eine Funktion (neben anderen Dingen) des Temperaturdifferentials zwischen den Signal verarbeitenden und Druck erfassenden Elementen ist. Jedoch ist die Temperatur der Gase, die in die (Druck erfassende) Kammer 20 während der Verwendung des Drucksensors 10 eingelassen werden, variabel. Dies kann Anlaß zu einem variablen Temperaturdifferential zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen 32, 36 geben, was wiederum Fehler des Ausgabesignals des Drucksensors 10 verursachen kann.
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung sind Mittel zum Verringern jedweden Temperaturdifferentials zwischen den Signal verarbeitenden und Druck erfassenden Elementen 36 und 32 vorgesehen.
Vorzugsweise umfaßt ein erstes Mittel zum Verringern der Temperaturdifferentiale zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen 32 und 36 eine elektrische Leitung 47, welche in die Kammer 20 eintritt und unter dem Signal verarbeitenden Element 36 verläuft und gute thermische Berührung damit bildet. Der Teil der Leitung 47, als Teil 47a gezeigt, welcher unter einer Bodenoberfläche des Signal verarbeitenden Elementes 36 liegt, ist vergrößert und weist typischerweise eine Fläche größer als der Fußabdruck des Signal verarbeitenden Elementes 36 auf. Die Leitung 47 tritt durch die innere Wand 30 und tritt in die Kammer 22 ein. Eine andere Kontaktierungsleitung 54 ist mit einem Ende an die Leitung 47 kontaktiert, wo sie in die Kammer 22 eintritt, und ist durch ein zweites Ende an einen Kontaktierungsfleck auf einer Oberseitenfläche des Druck erfassenden Elementes 32 kontaktiert. Die physikalische Gestalt der Leitung 47 und ihre Anordnung erleichtert eine gute Übertragung von Wärme an das Signal verarbeitende Element 36 aus der Kammer 22 und vom Druck erfassenden Element 32. Dies hilft, jedwede Temperaturdifferentiale zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen 32 und 36 zu mildern. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Leitung 47 im wesentlichen elektrisch von dem Boden des Signal verarbeitenden Elementes 36 isoliert, und eine Kontaktierungsleitung 54 bildet einen elektrischen Kontakt zwischen einem Kontaktierungsfleck auf einer Oberseitenoberfläche eines Signal verarbeitenden Elementes 36 und einem Teil der Leitung 47. In einigen Anwendungen ist es durchführbar, daß ein vergrößerter Teil 47a der Leitung 47 sowohl thermischen als auch elektrischen Kontakt zu der Bodenseitenoberfläche des Signal verarbeitenden Elementes 36 herstellen könnte.
Ein zweites Mittel zum Verringern der Temperaturdifferentiale zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen 32 und 36 umfaßt die verschiedenen Leitungen 46, 49 und 50, welche sich zwischen beiden und in beide Kammern hinein erstrecken.
Ein drittes Mittel zum Verringern von Temperaturdifferentialen zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen 32 und 36 umfaßt das Bodenverschlußglied 18 (Fig. 2), welches wie vorhergehend erwähnt vorzugsweise aus einem Material hoher thermischer Leitfähigkeit hergestellt ist und welches sich von unterhalb der Kammer 22 zu unterhalb der Kammer 20 erstreckt. In der Verwendung des Drucksensors 10 erwärmen heiße Gase, die in die Kammer 22 eingelassen werden, das Bodenverschlußglied 18, welches mit geringem Temperaturabfall Wärmeenergie aus der Kammer 22 zu der Bodenwand 64 der Kammer 20 leitet. Wie gezeigt, ist der Teil der Bodenwand 64, welcher dem Bodenverschlußglied 18 direkt überliegt, von verringerter Dicke (um die Dicke des Bodenverschlußgliedes 18) und Wärme aus dem Bodenverschlußglied 18 wird durch die Bodenwand 64 zum vergrößerten Teil 47a der Leitung 47 geleitet. Dieser vergrößerte Teil 47a, welcher wie vorhergehend beschrieben die vollständige Bodenoberfläche des Signal verarbeitenden Elementes 36 unterlegt (siehe Fig. 1), schafft einen exzellenten Pfad für die Wärmeleitung an das Signal verarbeitende Element 36.
Es wird geschätzt, daß mit einem Temperaturbereich von -40ºC bis +125ºC für die Gase, die in die Kammer 22 eingelassen werden, das Temperaturdifferential zwischen den Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elementen 32 und 36 näherungsweise 5 Grad C betragen sollte. Ein Temperaturdifferential von bis zu näherungsweise 15 Grad C ist brauchbar. Dies ist klein genug, um nicht unakzeptabel große Fehler in den Ausgabeablesungen aus dem Drucksensor 10 einzuführen.
In einem typischen Drucksensor 10 werden das hauptunterbringende Glied 12 und das Oberseitenabdeckglied 14 aus einem thermoplastischen Harz gebildet und hergestellt, wobei bekannte Formungstechniken verwendet werden. In dem Fall des hauptunterbringenden Gliedes 12 werden die verschiedenen Leitungen als Teil eines geprägten oder geätzten Metallblattes gebildet, das durch einen peripheren Rahmen zusammengehalten wird. Dieses Blatt, das als ein Leitungsrahmen bekannt ist, wird innerhalb einer Form angeordnet, und das thermoplastische Harz wird in die Form gezwungen, um das hauptunterbringende Glied 12 um die verschiedenen Leitungen herum zu bilden. Auf das Öffnen der Form und die Entfernung des Werkstückes hin werden die peripheren Rahmenglieder, welche nicht innerhalb des Materials des hauptunterbringenden Gliedes 12 eingebettet sind, weggebrochen, um die verschiedenen Leitungen 46-50 voneinander elektrisch zu isolieren. Der verbleibende Gehäuseteil, d. h. das Bodenverschlußglied 18 wird vorzugsweise durch ein Prägeverfahren gebildet.
Der Drucksensor 10 wird wie folgt zusammengefügt ein Druck erfassendes Element 32 des Typus, der in dem vorgenannten Oakes-Artikel gezeigt ist, wird verwendet. In Kürze umfaßt das Druck erfassende Element 32 eine Scheibe von halbleitendem Material, z. B. Silizium, mit einer Ausnehmung darin, die eine Druck empfindliche Membran bildet. Ein einfacher Wheatstone-Brückenschaltkreis wird innerhalb der Siliziumscheibe durch geeignete Dotierungstechniken gebildet, und Anschlußpunkte werden auf der Scheibe vorgesehen, vermittels von welchen elektrische Verbindungen daran hergestellt werden können. Die Scheibe wird elektrostatisch auf einen Block aus Borosilikatglas 83 gehaftet, für die Zwecke der Beanspruchungsisolierung, und der Glasblock wird wiederum an eine Oberseitenoberfläche des Bodenverschlußgliedes 18 angebracht und geklebt. Die passivierende Substanz 56 wird dann in die Tröge 60 und 61 gefüllt und dann wird das Bodenverschlußglied 18 adhäsiv an dem hauptunterbringenden Glied 12 angebracht (d. h. geklebt), um den Boden der Kammer 22 abzuschließen und eine hermetische Dichtung zu bilden. Zusätzliche Mengen von passivierender Substanz 56 werden in der Ausnehmung 27 angeordnet. Für die Zwecke der Einfachheit zeigen die Zeichnungen keine passivierende Substanz 56 in der Ausnehmung 27.
Das Signal verarbeitende Element 36 wird dann innerhalb der Ausnehmung 42, die innerhalb der Kammer 20 gebildet ist, an die Stelle geklebt. Die richtige Positionierung des Signal verarbeitenden Elementes 36 innerhalb der Ausnehmung 42 wird durch die geneigten Seiten der Ausnehmung vereinfacht, die äußere und innere Wände 29 und 40 festlegen. Auch wird vorzugsweise ein bekanntes Haftmittel mit hoher thermischer Leitfähigkeit verwendet, um einen engen und gut thermisch leitenden Übergang zwischen der Bodenoberfläche des Signal verarbeitenden Elementes 36 und dem vergrößerten Teil 47a an dem Boden der Ausnehmung zu schaffen.
Die Drahtkontaktierungen 54 werden dann zwischen verschiedenen Anschlußpunkten auf jedem der Signal verarbeitenden und Druck erfassenden Elemente 36, 32 und den freigelegten Oberflächenteilen der Leitungen 46-50 in jeder der jeweiligen Kammern 20 und 22 hergestellt. Ein bekannter schützender Überzug 68 (Fig. 2) wird dann über das Druck erfassende Element 32 aufgebracht, um es gegen feindliche Umgebung, z. B. Automobilmotorgase zu schützen, welche es in der Verwendung antreffen wird. Der schützende Überzug 68 wird auch über die freigelegten Oberflächenteile der Leitungen 46-50 aufgebracht, die die Enden der Drahtkontaktierungen 54 umfassen, die daran gehaftet sind, um gegen jedwede feindliche Umgebung zu schützen, und zu helfen, die Kammer 22 hermetisch zu dichten, wo die elektrischen Leitungen dieselbe aus der Kammer 20 betreten. In einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist der schützende Überzug 68 ein Langketten-Polymer.
An diesem Punkt in der Zusammenfügung des Drucksensors 10 werden die elektrischen Parameter des Signal verarbeitenden Elementes 36 evaluiert und wie erforderlich eingestellt. Zu diesem Zweck wird ein Testdruck aufbringendes Mittel, bekannt als ein Stiefel 70 (Fig. 4) gegen die ringförmige Oberfläche 35 des (sich nach oben erstreckenden) Lippenteils 31, das die Kammer 22 umgibt, angelegt und ein Testdruck oder -vakuum wird an die Kammer 22 über den Stiefel angelegt. Um eine hermetische Dichtung zwischen dem Stiefel 70 und dem Lippenteil 31 zu schaffen, ist eine Gummidichtung 71 an dem Ende des Stiefels vorgesehen. Weil der Lippenteil 31 sich höher als andere Wandteile des hauptunterbringenden Gliedes 12 erstreckt wie vorhergehend beschrieben, ist die Gummidichtung 71, wenn sie zwischen dem Stiefel 70 und der ringförmigen Oberfläche 35 gequetscht wird, frei dazu, sich abwärts und um den Lippenteil herum zu deformieren. Dies, so ist gefunden worden, stellt eine hermetische Passung zwischen dem Stiefel 70 und der Kammer 22 sicher.
Mit dem Stiefel 70 am Ort, und einem Druck, der an die Kammer 22 angelegt wird, wird das Gehäuse getestet, wobei bekannte Verfahren verwendet werden, und zwar auf Lecke zwischen den zwei Kammern 20 und 22. Wenn es keine Lecke gibt, ist der nächste Schritt, mit dem Stiefel 70 an der Stelle und einem bekannten Druck, der an das Druck erfassende Element 32 angelegt wird, die elektrischen Parameter des Signal verarbeitenden Elementes 36 zu messen. Dann werden, wie es notwendig ist, Einstellungen (d. h. der Abgleich von Widerständen) an dem Signal verarbeitenden Element 36 durchgeführt, um seine Parameter einzustellen, um ein vorausgewähltes Ausgabesignal zu schaffen, das mit dem Testdruck konsistent ist.
Ein Merkmal des Gehäuses dieser Erfindung ist, daß das Vorsehen der zwei separaten Kammern 20 und 22 den Einschluß der Kammer 22 durch den Stiefel 70 erlaubt, während die Kammer 20 und das Signal verarbeitende Element 36 darin vollständig unbedeckt gelassen werden. Dies ermöglicht unbehinderten Zugang zu dem und direkte Berührung mit dem Signal verarbeitenden Element 36 vermittels von elektrischen Tastköpfen 72 oder dergleichen zum Messen der elektrischen Parameter des Signal verarbeitenden Elementes 36. Dann werden, wobei bekannte Techniken verwendet werden, diese Parameter wie notwendig eingestellt. Zum Beispiel können unterschiedliche der elektrischen Tastköpfe 72 verwendet werden, um Ströme durch ausgewählte Strompfade zum Offenbrennen dieser Pfade zu senden, wodurch selektiv die elektrischen Charakteristiken der Elementschaltkreise verändert werden. In alternativer Weise und insbesondere wegen des direkten Zugangs zu der Oberfläche des Signal verarbeitenden Elementes 36 kann ein Laserbündel verwendet werden, um die selektiven Teile der Beschaltung offen zu brennen, um die gewünschten Einstellungen durchzuführen.
Nach dem Abschluß des Testens und der Einstellverfahren wird der Stiefel 70 entfernt und ein schützender Überzug 68 (Fig. 2) wird über das Signal verarbeitende Element 36 und über die Teile der elektrischen Leitungen 46-50 und der Drahtkontaktierungen 54 aufgebracht, wo die elektrischen Leitungen in die innere Wand 30 eintreten. Der Drucksensor 10 wird durch die Zufügung des Oberseitenabdeckgliedes 14 abgeschlossen. Das Oberseitenabdeckglied 14 wird hermetisch an das hauptunterbringende Glied 12 vermittels eines Haftmittels gedichtet, welches in den Rillenteil 28, das die Kammern 20 und 22 umgibt, ausgegeben wird. Das Luftloch 81 im Oberseitenabdeckglied 14 dient dazu, jedweder Luft in dem Haftmittel, das in dem Teil des Rillenteils 28, das die Kammer 20 umgibt, zu erlauben, welche in die Kammer 20 hinein austreten könnte, herausbelüftet zu werden. Dies hilft, irgendeinen Druckaufbau in der Kammer 20 zu beseitigen, welche einen Bruch in der hermetischen Dichtung zwischen den Kammern 20 und 22 veranlassen könnte.
Es ist einzuschätzen, daß verschiedene Modifikationen an dem Drucksensor durchgeführt werden könnten. Zum Beispiel könnte das Bodenverschlußglied 18 sich weiter über den Boden der Kammer 20 erstrecken, um den thermischen Ausgleich, der zwischen den Signal verarbeitenden und Druck erfassenden Elementen 36, 32 gewünscht wird, weiter zu erhöhen. Noch weiter könnte die Außenseitengeometrie des Drucksensors 10 ohne weiteres modifiziert werden, um die Verwendung des Drucksensors 10 in verschiedenen Anbringungsanordnungen zu erlauben. Überdies kann das Oberseitenabdeckglied 14 durch zwei separate Teile ersetzt werden. Der erste Teil könnte die Kammer 20 abdecken und der zweite Teil könnte die Kammer 22 abdecken. Noch weiter könnte in einigen Anwendungen das Bodenverschlußglied 18 aus dem gleichen Material wie das hauptunterbringende Glied 12 hergestellt werden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors (10), das die Schritte umfaßt, daß: ein Druck erfassendes Element (32) innerhalb einer ersten Kammer (22) innerhalb eines Teils eines Gehäuses des Drucksensors angeordnet wird; ein Signal verarbeitendes Element (36) innerhalb einer zweiten Kammer (20) innerhalb des Gehäuseteils angeordnet wird; die Druck erfassenden und Signal verarbeitenden Elemente elektrisch verbunden werden; die zweite Kammer (20) und das Signal verarbeitende Element (36) darin nichteingeschlossen belassen werden, während die erste Kammer (22) hermetisch abgeschlossen wird und das Druck erfassende Element (32) einer Vorrichtung ausgesetzt wird, welche einen vorausgewählten Testdruck erzeugt; das Signal verarbeitende Element (36) zum Einstellen der elektrischen Parameter davon in Übereinstimmung mit dem Testdruck kontaktiert wird; der Testdruck entfernt wird; und ein Oberseitenabdeckglied (14) an das Gehäuseteil zum hermetischen Abdichten der zwei Kammern voneinander gedichtet wird, während eine Durchtrittsöffnung (34) vorgesehen wird, welche Zugang zu der ersten Kammer (22) schafft.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, das die Schritte umfaßt, daß elektrische Parameter des Signal verarbeitenden Elementes (36) gemessen werden, während der Testdruck an das Druck erfassende Element (32) angelegt wird; und ausgewählte Teile der Beschaltung auf dem Signal verarbeitenden Element konsistent mit dem Testdruck laserabgeglichen werden, um gewünschte Einstellungen zu schaffen.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, in welchem der hermetische Einschluß-Schritt ausgeführt wird, wobei ein zylindrischer Stiefel (70) mit einer ringförmigen Dichtung (71) auf dem einen Ende davon verwendet wird, und die dichtende Dichtung (71) mit einer ringförmigen Oberfläche (35), die auf der Oberseite eines aufwärts vorstehenden Lippenteils (31) gebildet ist, das die obere offene Oberfläche der ersten Kammer (22) festlegt, in Eingriff gebracht wird, wobei sich der Außenseitenrand der Dichtung (71) jenseits des Außenseitenrandes der kreisförmigen Oberfläche (35) erstreckt und geringfügig durch den Druck des Ineingrifftretens deformiert wird, und zwar um die obere Wand des Lippenteils (31) herum, um eine dichte hermetische Passung zwischen der Dichtung (71) und dem Lippenteil (31) vorzusehen.

4. Ein Verfahren zum Bilden eines Drucksensors (10) mit ersten und zweiten Kammern (22, 20) mit elektrischen Leitungen (46-50), die zwischen den Kammern (20, 22) kommunizieren, das die Schritte umfaßt, daß: die Boden- und Seitenteile der elektrischen Leitungen (46-50) abgedichtet werden, um so die Kammern (20, 22) voneinander hermetisch zu isolieren, wo die elektrischen Leitungen (46-50) aus einer Kammer zu der anderen treten; ein Bodenverschlußglied (18) an einem hauptunterbringenden Glied (12) des Drucksensors (10) angebracht wird und eine hermetische Dichtung an dem Schnitt des Bodenverschlußgliedes (18) und des hauptunterbringenden Gliedes (12) gebildet wird; ein Drucksensorelement (32) innerhalb der ersten Kammer (22) angeordnet wird, und ein Signal verarbeitendes Element (36) in der zweiten Kammer (20) angeordnet wird; elektrisch jedes der Signal verarbeitenden und Druck erfassenden Elemente (36, 32) mit den elektrischen Leitungen (46-50) gekoppelt wird; ein Teil des Drucksensorelementes (32) überzogen wird und Oberseiten- und Seitenteile der Teile der elektrischen Leitungen (46-50) in der ersten Kammer (22) mit einem passivierenden Material (56) überzogen werden; hermetisch die erste Kammer (22) abgeschlossen wird und das Druck erfassende Element (32) einem vorausgewählten Testdruck ausgesetzt wird, während die zweite Kammer (20) und das Signal verarbeitende Element (36) darin nichteingeschlossen belassen werden; Signale aus dem Signal verarbeitenden Element (36) erfaßt werden und Teile des Signal verarbeitenden Elementes eingestellt werden, so daß Signale, die daraus empfangen werden, dem angelegten Testdruck entsprechen; der Testdruck von der ersten Kammer (22) entfernt wird; ein Teil des Signal verarbeitenden Elementes (36) und Oberseiten- und Seitenteile der Teile der elektrischen Leitungen (46-50) in der zweiten Kammer überzogen werden; und ein Oberseitenabdeckglied (14) an dem hauptunterbringenden Glied (12) zum hermetischen Abdichten der ersten Kammer (22) angebracht wird und so hermetisch die erste Kammer (22) von der zweiten Kammer (20) isoliert wird, wobei das Oberseitenabdeckglied (14) eine Durchtrittsöffnung (34) festlegt, welche Zugang zu der ersten Kammer (22) schafft.