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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.
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Drucksensoren werden in Automobilfahrzeugen für eine
Vielzahl von Zwecken verwendet, z. B. dem Erfassen des
Vakuumdrucks an der Einlaßsammelleitung eines
Fahrzeugmotors.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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Fig. 1 eine Draufsicht ist, teilweise
weggebrochen, eines Drucksensors, der in
Übereinstimmung mit dieser Erfindung
hergestellt ist;
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Fig. 2 eine Schnittansicht des Drucksensors
ist, der in Fig. 1 gezeigt ist, und
zwar längs der Linie 2-2 davon
genommen;
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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
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Fig. 4 eine Ansicht im Seitenschnitt ist, die
einen Schritt in der Herstellung des
Drucksensors zeigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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In Übereinstimmung mit dieser Erfindung sind Mittel zum
Verringern jedweden Temperaturdifferentials zwischen
den Signal verarbeitenden und Druck erfassenden
Elementen 36 und 32 vorgesehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.