EP4634629A1

EP4634629A1 - Verfahren zum herstellen eines drucksensors

Info

Publication number: EP4634629A1
Application number: EP23802205.7A
Authority: EP
Inventors: Andreas Rossberg; Elke Schmidt; Martin BURGARD
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2023-11-07
Publication date: 2025-10-22
Also published as: CN120265964A; WO2024125893A1; DE102022133114A8; DE102022133114A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors, umfassend zumindest die Folgenden Schritte: - Bereitstellen eines keramischen Grundkörpers (1), - Bereitstellen einer Messmembran (5), - Bereitstellen eines elektromechanischen Wandlers, - Bereitstellen mindestens eines Titankerns (9.1) für einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift; - Erzeugen einer gegenüber dem Einlegieren von Titan aus dem Titankern (9.1) in eine Schmelze eines Aktivhartlotes passivierenden Schicht auf einer Oberfläche des Titankerns; - Einbringen des Kontaktstiftes (9.1, 9.2) in eine durch den Grundkörper (1) verlaufende für den Kontaktstift (9.1, 9.2) angedachte Aufnahme; - Elektrisches Verbinden des Kontaktstiftes (9.1, 9.2) mit einer Komponente des elektromechanischen Wandlers an einer membran-zugewandten Seite des Grundkörpers (1); - Fügen des Kontaktstiftes (9.1, 9.2) mit dem Grundkörper (1) mittels des Aktivhartlotes (23) zumindest an einer der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers (1), so dass das Titan des Titankerns (9.1) nicht in die Schmelze des Aktivhartlotes (23) legiert.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors sowie einen Drucksensor.

Drucksensoren werden in der industriellen Messtechnik zur messtechnischen Erfassung von Drücken eingesetzt.

Hierzu werden unter anderem auch keramische Drucksensoren eingesetzt, die mindestens einen keramischen Körper, wie z.B. einen Grundkörper und/oder eine unter Einschluss einer Druckkammer mit dem Grundkörper verbundene Messmembran, umfassen. Bei diesen Drucksensoren ist es je nach Ausgestaltung erforderlich, einen oder mehrere keramische Körper des Drucksensors jeweils mittels mindestens einer Fügung mit einem metallischen Körper zu verbinden. Diese Fügungen müssen je nach Position derselben unter Umständen hohen Anforderungen an deren Druckfestigkeit und/oder deren Dichtheit erfüllen.

Ein Beispiel hierfür sind Durchführungen, die jeweils einen als Stift ausgebildeten, mittels einer Fügung druckdicht mit dem Grundkörper verbundenen, durch den Grundkörper hindurch verlaufenden metallischen Körper umfassen, über den eine daran angeschlossene Sensorkomponente des Drucksensors durch den Grundkörper hindurch elektrisch kontaktierbar und/oder an eine Messelektronik anschließbar ist.

So ist beispielsweise in der DE 10 2008 043 567 A1 ein Drucksensor beschrieben, der einen keramischer Grundkörper, sowie eine unter Einschluss einer Druckkammer mit dem Grundkörper verbundene, mit einem vom Drucksensor messtechnisch zu erfassenden Druck beaufschlagbare keramische Messmembran umfasst. Dieser Drucksensor ist mit einem kapazitiven, elektromechanischen Wandler ausgestattet, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran in eine elektrische Größe umwandelt. Zusätzlich umfasst der Drucksensor eine durch den Grundkörper hindurch verlaufende Durchführung, über die eine Elektrode eines Kondensators des kapazitiven Wandlers elektrisch anschließbar ist. Die Durchführung umfasst einen an die Elektrode angeschlossenen, als Tantal-Stift ausgebildeten, metallischen Körper, der in eine durch den Grundkörper hindurch verlaufende, in der Druckkammer mündende Bohrung eingesetzt ist. Der Tantal-Stift ist endseitig mittels einer Aktivhartlötung mit dem keramischen Grundkörper verbunden, die einen zwischen dem Grundkörper und dem darin eingesetzten Tantal-Stift bestehenden Spalt endseitig verschließt. Damit ist die Druckfestigkeit und die Dichtheit der Aktivhartlötung in hohem Maße mitbestimmend für die Druckfestigkeit und die Dichtheit der Durchführung. Da die Bohrung in der Druckkammer mündet, ist eine hohe Druckfestigkeit der Aktivhartlötung insb. dann erforderlich, wenn die Druckkammer im Messbetrieb unter Umständen sehr hohen Drücken ausgesetzt sein kann. Das ist insb. bei Differenzdrucksensoren der Fall, die eine zwischen zwei Grundkörpern angeordnete, mit jedem der Grundkörper jeweils unter Einschluss einer Druckkammer verbundene Messmembran aufweisen. Eine hohe Dichtheit ist z.B. insb. dann erforderlich, wenn der Drucksensor als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, dessen Druckkammer evakuiert ist, aber auch bei Relativ- und Differenzdrucksensoren ist eine hohe Dichtheit erforderlich.

Aktivhartlötungen werden mittels eines Aktivhartlots hergestellt, das eine aktive Komponente umfasst, die beim Aktivhartlöten mit der Keramik reagiert. Dabei wird durch Reduktion der Keramik eine mechanisch hochfeste chemische Verbindung zwischen der Keramik und dem Aktivhartlot bewirkt.

Aktivhartlote bieten den Vorteil, dass sie aufgrund der darin enthaltenen aktiven Komponente in der Lage sind, keramische Bauteile zu benetzen und ein direktes Löten von keramischen Bauteilen ohne vorherige Metallisierung der Keramik zu ermöglichen.

Nachteilig an diesem Ansatz ist allerdings, dass Tantalstifte einen zwar nur sehr geringen, aber dennoch messbar nachteiligen Einfluss auf erzielbare Messgenauigkeit ausüben, der sich insb. in Form eines temperaturabhängigen Messfehlers niederschlägt.

Insofern wird in der DE 10 2018 108743 A1 die Vorzüge der Verwendung von Titan als Werkstoff für die Durchkontaktierungen bzw. Stifte beschrieben. Nachteilig an der Verwendung von Titanstiften als Durchkontaktierung ist allerdings, dass ein Aktivhartlot, insb. ein Ag-Cu-Ti-Aktivhartlot, sehr heftige Reaktionen mit dem Titan des Stiftes während des Lotprozesses hervorruft. Dies wiederum führt dazu, dass einerseits eine Undichtigkeit auftreten kann und andererseits, dass eine sichere elektrische Kontaktierung nicht hergestellt werden kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und den Drucksensor gemäß Patentanspruch 7.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors umfasst zumindest die folgenden Schritte:

Bereitstellen eines keramischen Grundkörpers, Bereitstellen einer unter Einschluss einer Druckkammer mit dem Grundkörper verbundenen, mit einem vom Drucksensor messtechnisch zu erfassenden Druck beaufschlagbaren Messmembran,

Bereitstellen eines elektromechanischen Wandlers, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran in eine elektrische Größe umwandelt, Bereitstellen mindestens eines Titankerns für einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift, der zur elektrischen Kontaktierung einer Komponente des elektromechanischen Wandlers durch den Grundkörper hindurch dienen soll; Erzeugen einer gegenüber dem Einlegieren von Titan aus dem Titankern in eine Schmelze eines Aktivhartlotes passivierenden Schicht auf einer vorzugsweise allseitig umgebenen Oberfläche des Titankerns;

Einbringen des Kontaktstiftes in eine für den Kontaktstift angedachte durch den Grundkörper hindurch verlaufende Aufnahme, insb. eine Bohrung;

Elektrisches Verbinden des Kontaktstiftes mit der Komponente des elektromechanischen Wandlers an einer membran-zugewandten Seite des Grundkörpers;

Fügen des Kontaktstiftes mit dem Grundkörper mittels des Aktivhartlotes zumindest an einer der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers, so dass das Titan des Titankerns nicht in die Schmelze des Aktivhartlotes legiert.

Erfindungsgemäß wird das Erzeugen bzw. Aufbringen einer Passivierungsschicht auf einen Titankern, der in einem keramischen Grundkörper eines Drucksensors als Kontaktstift für eine Durchkontaktierung eingesetzt werden soll, vorgeschlagen, um so den passivierten Kontaktstift mit einem Aktivhartlot fügen zu können, ohne dass das Titan des Titankerns mit einer Komponente des Aktivhartlotes chemisch reagiert.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die gegenüber dem Einlegieren von Titan aus dem Titankern in die Schmelze passivierende Schicht durch eine Oxidation oder eine Nitridierung mit einem Stickstoff bei einer definierten Temperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur kleiner 450 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur in Bereich von 300 °C bis 400 °C erzeugt wird.

Eine alternative Ausführungsform kann vorsehen, dass die Schicht durch Beschichtung der Oberfläche des Titankerns mit einem, gegenüber dem Einlegieren des Titans in die Schmelze, passivierenden Material erfolgt und/oder dass die Schicht durch Beschichtung der Oberfläche des Titankerns mit Tantal, Molybdän, Nickel, einer Nickel-Legierung oder einem anderen, gegenüber dem Einlegieren des Titans in die Schmelze passivierenden Metall oder einem Metalloxid, z.B. Titanoxid, erfolgt. Ferner kann die Ausführungsform vorsehen, dass die Beschichtung der Oberfläche des Titankerns durch einen Sputterprozess, insb. einen Sputterprozess zum Besputtern von Schüttgut durchgeführt wird.

Wiederum eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das Fügen des Kontaktstiftes mit dem Grundkörper mittels eines Ag-Cu- Aktivhartlots (Silber-Kupfer-Aktivhartlotes), vorzugsweise mit Titan als aktive Komponente, durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Drucksensor, insb. erhältlich durch eine oder mehrere der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, umfassend: einen keramischen Grundkörper, eine unter Einschluss einer Druckkammer mit dem Grundkörper verbundene, mit einem vom Drucksensor messtechnisch zu erfassenden Druck beaufschlagbare Messmembran, einen elektromechanischen Wandler, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran in eine elektrische Größe umwandelt, und mindestens einen jeweils an eine Komponente des Drucksensors angeschlossenen, durch den Grundkörper hindurch verlaufenden, elektrisch leitfähigen Kontaktstift, über den die daran angeschlossene Komponente elektrisch anschließbar ist, wobei der mindestens eine Kontaktstift einen Titankern und eine, eine Oberfläche des Titankerns, vorzugsweise allseitig umgebende, ein Einlegieren des Titans des Titankerns in eine Schmelze eines Aktivhartlotes verhindernde Schicht aufweist, wobei der mindestens eine Kontaktstift in eine dafür angedachte Aufnahme, insb. eine Bohrung des Grundkörpers eingesetzt und an einer der membranzugewandten Seite des Grundkörpers an die zugehörige Komponente des Wandlers elektrisch angeschlossen ist, und wobei der mindestens eine Kontaktstift ferner zumindest an einer der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers mit dem Aktivhartlot mit dem Grundkörper gefügt ist, so dass das Titan des Titankerns nicht in die Schmelze des Aktivhartlotes einlegiert ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors, und

Fig. 2: einen in Fig. 1 eingekreisten, membran-zugewandten Bereich des in den Grundkörper eingesetzten Kontaktstifts. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors. Dieser umfasst einen keramischen Grundkörper 1 und eine unter Einschluss einer Druckkammer 3 mit dem Grundkörper 1 verbundene, mit einem vom Drucksensor messtechnisch zu erfassenden Druck p beaufschlagbare Messmembran 5.

Einzelne Bestandteile erfindungsgemäßer Drucksensoren können unterschiedliche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbare Ausgestaltungen aufweisen. Beispiele hierzu sind nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.

Der in Fig.1 als Beispiel dargestellte Drucksensor ist exemplarisch als Absolutdrucksensor ausgebildet, der einen auf eine Außenseite der Messmembran 5 einwirkenden Druck p messtechnisch erfasst. In dem Fall ist die unter der Messmembran 5 eingeschlossene Druckkammer 3 evakuiert. Alternativ kann der Drucksensor als Relativdrucksensor ausgebildet sein, der einen auf die Außenseite der Messmembran 5 einwirkenden Druck p bezogen auf einen der Druckkammer 3 über eine durch den Grundkörper 1 hindurch verlaufende, in Fig. 1 als Alternative gestrichelt gezeichnete Druckzuleitung 11 zugeführten Referenzdruck p_ref erfasst. Die Erfindung ist jedoch analog auch in Verbindung mit keramischen Differenzdrucksensoren einsetzbar.

Unabhängig davon, ob der Drucksensor als Absolut-, Relativ- oder Differenzdrucksensor ausgebildet ist, weisen dessen Grundkörper 1 und dessen Messmembran 5 jeweils in Abhängigkeit von einem Druckmessbereich des Drucksensors vorgegebene Abmessungen auf. Insoweit kann der Grundkörper 1 je nach Druckmessbereich z.B. einen Durchmesser in der Größenordnung von größer gleich 1 ,5 cm, insb. von 1 ,5 cm bis 3,5 cm, und eine Dicke in der Größenordnung von größer gleich mehreren Millimetern, insb. von 0,4 cm bis 0,5 cm, aufweisen. Dabei weist die Messmembran 5 je nach Druckmessbereich z.B. eine Membranstärke von größer gleich einem oder mehreren Zehntelmillimetern auf. Zur Messung sehr hoher Drücke können bei entsprechender Vergrößerung der Dicke des Grundkörpers 1 auch Membranstärken von bis zu mehreren Millimetern eingesetzt werden.

Unabhängig von der diesbezüglichen Ausgestaltung des Drucksensors können Grundkörper 1 und Messmembran 5 beispielsweise mittels einer einen äußeren Rand der Messmembran 5 mit einem äußeren Rand des Grundkörpers 1 verbindenden, die Druckkammer 3 außenseitlich allseitig umgebenden Fügung 13 miteinander verbunden sein. Als Fügung 13 eignet sich z.B. eine Aktivhartlötung, wie z.B. eine mittels Zirkonium, Nickel und Titan umfassenden Aktivhartlots erzeugte Aktivhartlötung.

Zusätzlich umfasst der Drucksensor einen elektromechanischen Wandler, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran 5 einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran 5 in eine elektrische Größe umwandelt. Diese elektrische Größe kann beispielsweise mittels einer an den Wandler anzuschließenden oder daran angeschlossenen Messelektronik 7 erfasst und in ein den zu messenden Druck wiedergebendes Signal umgewandelt werden, dass dann zur Anzeige gebracht, als Messsignal ausgegeben und/oder zur weiteren Verarbeitung und/oder Auswertung zur Verfügung gestellt werden kann.

Der elektromechanische Wandler kann beispielsweise als kapazitiver Wandler ausgebildet sein, der einen Messkondensator mit einer von der druckabhängigen Durchbiegung der Messmembran 5 abhängigen Messkapazität Cp umfasst. Der hier als Beispiel dargestellte Messkondensator umfasst eine auf einer membran-zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 1 aufgebrachte Messelektrode 15 und eine auf einer dem Grundkörper 1 zugewandten Innenseite der Messmembran 5 angeordnete Gegenelektrode 17. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel bildet die Messelektrode 15 eine der Komponenten des Wandlers, die über einen daran angeschlossenen noch näher zu beschreibenden erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktstift 9 elektrisch angeschlossen bzw. anschließbar ist.

Optional kann der Wandler mindestens einen weiteren Kondensator umfassen. Ein Beispiel hierfür ist ein in Fig. 1 als Option ebenfalls dargestellter Referenzkondensator. Dieser umfasst in dem dargestellten Beispiel eine auf der membran-zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 5 aufgebrachte, in Fig. 1 als Option gestrichelt dargestellte Referenzelektrode 19, die zusammen mit der Gegenelektrode 17 den Referenzkondensator CR bildet. Ferner kann auch die Referenzelektrode 19 eine der Komponenten des Wandlers darstellen, die mit einem noch näher zu beschreibenden, erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktstift anschließbar bzw. angeschlossen ist.

Der elektrische Anschluss der Gegenelektrode 17 erfolgt vorzugsweise über die daran angrenzende, in dem Fall elektrisch leitfähige Fügung 13, die unmittelbar von außen kontaktiert werden kann. Alternativ kann der elektrische Anschluss der Gegenelektrode 17 aber auch, wie in Fig. 1 dargestellt, über einen weiteren noch näher zu beschreibenden, erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktstift kontaktiert werden. Der Kontaktstift verläuft hierbei durch den Grundkörper 1 hindurch bis zur Fügung 13 direkt oder alternativ bis zu einem an die Fügung 13 angeschlossenen Anschlussbereich, welcher bspw. durch eine Metallisierung realisiert sein kann.

Der Referenzkondensator ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dessen Referenzkapazität CR keine oder nur eine geringe Abhängigkeit von der druckabhängigen Durchbiegung der Messmembran 5 aufweist. Das wird in dem dargestellten Beispiel dadurch erzielt, dass die Referenzelektrode 19 als ringscheibenförmige oder ringsegmentscheibenförmige Elektrode ausgebildet ist, die die hier kreisscheibenförmige Messelektrode 15 außenseitlich umgibt.

Die Messelektrode 15 und die Gegenelektrode 17, sowie auch die ggfs. vorgesehene Referenzelektrode 19, bestehen jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Elektrodenmaterial. Hierzu eignen beispielsweise Tantal, Tantaloxid, Titan und/oder Titanoxid umfassenden Materialien

In Verbindung mit einen kapazitiven Wandler umfassenden Drucksensoren wird der zu messende Druck mittels der an den Wandler anzuschließenden bzw. angeschlossenen Messelektronik 7 vorzugsweise anhand einer von der Messkapazität CP abhängige Hilfsgröße Cv ermittelt. Das kann z.B. eine ausschließlich von der Messkapazität CP oder alternativ eine von der Messkapazität CP und der Referenzkapazität CR abhängige Hilfsgröße Cv sein. Als Hilfsgröße Cv eignet sich z.B. eine von einer auf die Messkapazität C_p bezogenen Differenz von Messkapazität CP und Referenzkapazität CR abhängige Hilfsgröße Cv.wie z.B. Cv = (CP - CR) / Cp.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf Drucksensoren mit kapazitiven Wandlern beschränkt, sondern kann analog auch in Verbindung mit Drucksensoren eingesetzt werden, die mit einem auf einem anderen Wandlerprinzip basierenden elektromechanischen Wandler ausgestattet sind, und mindestens eine Komponente umfassen, die über einen daran angeschlossenen, durch den Grundkörper hindurch verlaufenden Kontaktstift kontaktierbar ist.

Umfasst der Drucksensor wie in Fig. 1 dargestellt zwei oder mehr jeweils über einen der Kontaktstifte 9 kontaktierbare Komponenten, so gelten die nachfolgenden Ausführungen hinsichtlich des erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktstifts für mindestens einen oder einen Teil der Kontaktstifte bis hin zu allen Kontaktstifte 9 entsprechend.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Kontaktstift weist einen Titankern mit einer, vorzugsweise allseitig, den Titankern umgebende Schicht auf. Der Titankern kann vorzugsweise aus Titan Grade 1 , Titan Grade 2, Titan Grade 4 oder Titan Grade 5 bestehen. Diese Werkstoffe weisen nicht nur im Einsatztemperaturbereich, sondern darüber hinaus auch in einem sehr großen Verfahrenstemperaturbereich einen Elastizitätsmodul im Bereich von

105 kN/mm² bis 115 kN/mm² und einen sehr gut an die Keramik angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 8* 10'⁶/K bis 9* 10'⁶/K auf. Im Vergleich dazu weisen in dem eingangs genannten Stand der Technik verwendete Tantalstifte einen deutlich höheren Elastizitätsmodul von mehr als 180 kN/mm² und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 6* 10'⁶/K bis 7* 10'⁶/K auf. Die Kontaktstifte 9 können beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm aufweisen.

Die Herstellung der Titankerne erfolgt vorzugsweise, indem aus einem Rohling durch einen Ziehvorgang ein im Wesentlichen vollzylindrischer Stab hergestellt wird, der einen dem Durchmesser der herzustellenden Kontaktstifte 9 entsprechenden Durchmesser aufweist. Aus diesem Stab werden dann Titanstäbe der gewünschten Länge geschnitten.

Um ein Einlegieren des Titans des Titankerns in eine, insb. Ag-Cu-Schmelze (Silber- Kupfer-Schmelze) beim Hartlötprozess zu verhindern, wird erfindungsgemäß auf bzw. an einer Oberfläche des Titankerns eine Schicht erzeugt, die eine passivierende Wirkung gegenüber dem Einlegieren des Titans aufweist. Hierbei kann eine solche passivierend gegenüber dem Einlegieren des Titans in die, insb. Ag-Cu Schmelze wirkende Beschichtung bspw. durch eine Oxidation oder Nitridierung mit einem Stickstoff bei einer definierten Temperatur, insb. bei einer Temperatur kleiner 450 °C, ganz besonders bei einer Temperatur im Bereich von 300 °C bis 400 °C, der Oberfläche des Titankerns erzeugt werden.

Alternativ kann die Beschichtung auch durch Aufbringen eines gegenüber dem Einlegieren des Titans in die, insb. Ag-Cu Schmelze passivierenden Materials erfolgen. Als besonders vorteilhafte Materialen, die eine passivierende Wirkung gegenüber dem Einlegieren des Titans in die Ag-Cu-Schmelze aufweisen, haben sich Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Nickel, eine Nickel-Legierung oder andere passivierende Metalle oder Metalloxide, wie z.B. Titanoxid, herausgestellt. Diese Materialen können bspw. über einen Sputterprozess aufgebracht werden, wobei sich insbesondere das Beschichten der Titankerne als Schüttgut als besonders vorteilhaft herausgestellt hat. Bei dieser Methode werden die als Schüttgut vorliegenden Titankerne in eine sich drehende Substrattrommel gegeben, in weicher eine stationäre Plasmabeschichtungsquelle angeordnet ist, so dass eine gute Durchmischung der Titankerne während des eigentlichen Beschichtens durch die Drehbewegung gegeben ist.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Kontaktstift ist in eine hierfür im Grundkörper vorgesehene Aufnahme eingesetzt und an die zugehörige Komponente des Wandlers angeschlossen. Die Aufnahme kann bspw. durch eine Bohrung im Grundkörper erzeugt werden. Hierzu können aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, wie z.B. die in der DE 10 2008 043 567 A1 beschriebenen Verfahren, eingesetzt werden, bei denen der jeweilige Kontaktstift 9 in der zugehörigen Bohrung verpresst wird.

Beim Verpressen wird der jeweilige Kontaktstift 9 in die zugehörige Bohrung eingesetzt und gegen ein beispielsweise auf der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers 1 angeordnetes Widerlager gepresst. Dabei wird vorzugsweise zugleich auch der elektrische Anschluss des jeweiligen Kontaktstifts 9 an die zugehörige Komponente bewirkt. Hierzu weist das der Messmembran 5 zugewandten Ende der jeweiligen Bohrung jeweils eine Mantelfläche auf, über die sich ein Anschlussbereich 21 der jeweiligen Komponente erstreckt. Diese Mantelflächen sind jeweils derart ausgerichtet, dass das dem Widerlager gegenüberliegende Ende des Kontaktstifts 9 beim Verpressen gegen den auf der Mantelfläche angeordneten Anschlussbereich 21 der jeweiligen Komponente gepresst wird. Hierdurch wird jeweils eine Kaltverschweißung erzeugt, die einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen dem jeweiligen Kontaktstift 9 und dem Anschlussbereich 21 bewirkt. Dabei ist durch die Kaltverschweißung auch dann noch ein zuverlässiger elektrische Kontakt erzielbar, wenn der Kontaktstift 9 und der Anschlussbereich 21 aus voneinander verschiedenen, elektrisch leitfähigen Werkstoffen bestehen. Dabei kann der jeweilige Anschlussbereich 21 z.B. als Teilbereich der jeweiligen Komponente oder als an die jeweilige Komponente angeschlossener Kontakt ausgebildet sein.

Fig. 2 zeigt hierzu eine vergrößerte Darstellung einer Ausgestaltung des in Fig. 1 eingekreisten, in Fig. 1 nur schematisch dargestellten membran-zugewandten Bereichs des Grundkörpers 1 mit dem darin eingepressten Kontaktstift 9. Dort ist der Anschlussbereich 21 , über den die Messelektrode 15 an den Kontaktstift 9 angeschlossen ist, durch einen auf der z.B. trichterförmigen Mantelfläche des der Messmembran 5 zugewandten Endes der zugehörigen Bohrung angeordneten Teilbereich der Messelektrode 15 gebildet. Analog kann natürlich auch die ggfs. vorgesehene Referenzelektrode 19 einen an den zugehörigen Kontaktstift 9 angeschlossen Anschlussbereich 21 umfassen, der durch einen auf der Mantelfläche des der Messmembran 5 zugewandten Endes der zugehörigen Bohrung angeordneten Teilbereich der Referenzelektrode 19 gebildet ist.

Ferner ist der jeweilige Kontaktstift auf einer der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers 1 mittels einer Aktivhartlötung gefügt und somit abgedichtet, insb. hermetisch dicht abgedichtet. Zur Aktivhartlötung hat sich insbesondere ein Ag-Cu Aktivhartlot 23 mit einer aktiven Komponente, wie z.B. Titan, Zirkonium oder Hafnium, die durch eine Reaktion an der Grenzfläche Lot-Grundkörper eine Benetzung ermöglicht, als besonders vorteilhaft erwiesen. Ggfs. kann auch ein zwischen dem jeweiligen Kontaktstift und der Bohrung bestehender Ringspalt mit dem Aktivhartlot abgedichtet werden. Der elektrisch leitfähige Kontaktstift kann mittels einer auf der Aktivhartlötung aufbringbaren bzw. aufgebrachten Weichlötung 25 elektrisch kontaktiert werden. Bezugszeichenliste

Grundkörper

Druckkammer

Messmembran

Messelektronik

Titankern des Kontaktstiftes

Passivierende Schicht

Referenzluftdruckzuleitung

Fügung

Messelektrode

Gegenelektrode

Referenzelektrode

Anschlussbereich

Aktivhartlot, insb. Ag-Cu Aktivhartlot

Weichlötung

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors, umfassend zumindest die Folgenden Schritte:

Bereitstellen eines keramischen Grundkörpers (1),

Bereitstellen einer unter Einschluss einer Druckkammer (3) mit dem Grundkörper (1) verbundenen, mit einem vom Drucksensor messtechnisch zu erfassenden Druck (p) beaufschlagbaren Messmembran (5),

Bereitstellen eines elektromechanischen Wandlers, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran (5) einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran (5) in eine elektrische Größe umwandelt, Bereitstellen mindestens eines Titankerns (9.1) für einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift, der zur elektrischen Kontaktierung einer Komponente des elektromechanischen Wandlers durch den Grundkörper (1) hindurch dienen soll; Erzeugen einer gegenüber dem Einlegieren von Titan aus dem Titankern (9.1) in eine Schmelze eines Aktivhartlotes passivierenden Schicht auf einer, vorzugsweise allseitig umgebenen Oberfläche des Titankerns;

Einbringen des Kontaktstiftes (9.1 , 9.2) in eine für den Kontaktstift (9.1 , 9.2) angedachte durch den Grundkörper (1) hindurch verlaufende Aufnahme, insb. eine Bohrung;

Elektrisches Verbinden des Kontaktstiftes (9.1 , 9.2) mit der Komponente des elektromechanischen Wandlers an einer membran-zugewandten Seite des Grundkörpers (1);

Fügen des Kontaktstiftes (9.1 , 9.2) mit dem Grundkörper (1) mittels des Aktivhartlotes (23) zumindest an einer der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers (1), so dass das Titan des Titankerns (9.1) nicht in die Schmelze des Aktivhartlotes (23) legiert.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die gegenüber dem Einlegieren von Titan aus dem Titankern (9.1) in die Schmelze passivierende Schicht (9.2) durch eine Oxidation oder eine Nitridierung mit einem Stickstoff bei einer definierten Temperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur kleiner 450 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur in Bereich von 300 °C bis 400 °C erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schicht (9.2) durch Beschichtung der Oberfläche des Titankerns (9.1) mit einem, gegenüber dem Einlegieren des Titans in die Schmelze, passivierenden Material erfolgt.

4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schicht durch Beschichtung der Oberfläche des Titankerns (9.1) mit Tantal, Molybdän, Nickel, einer Nickel-Legierung oder einem anderen, gegenüber dem Einlegieren des Titans in die Schmelze passivierenden Metall oder einem Metalloxid, z.B. Titanoxid erfolgt.

5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Beschichtung der Oberfläche des Titankerns (9.1) durch einen Sputterprozess, insb. einen Sputterprozess zum Besputtern von Schüttgut durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fügen des Kontaktstiftes (9.1 , 9.2) mit dem Grundkörper (1) mittels eines Ag-Cu- Aktivhartlots, vorzugsweise mit Titan als aktive Komponente durchgeführt wird.

7. Drucksensor, insb. erhältlich durch das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen keramischen Grundkörper (1), eine unter Einschluss einer Druckkammer (3) mit dem Grundkörper (1) verbundene, mit einem vom Drucksensor messtechnisch zu erfassenden Druck (p) beaufschlagbare Messmembran (5), einen elektromechanischen Wandler, der derart ausgebildet ist, dass er eine vom auf die Messmembran (5) einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran (5) in eine elektrische Größe umwandelt, und mindestens einen jeweils an eine Komponente des Drucksensors angeschlossenen, durch den Grundkörper (1) hindurch verlaufenden, elektrisch leitfähigen Kontaktstift (9), über den die daran angeschlossene Komponente elektrisch anschließbar ist, wobei der mindestens eine Kontaktstift (9) einen Titankern und eine, eine Oberfläche des Titankerns, vorzugsweise allseitig umgebende, ein Einlegieren des Titans des Titankerns (9.1) in eine Schmelze eines Aktivhartlotes verhindernde Schicht (9.2) aufweist, wobei der mindestens eine Kontaktstift (9.1 , 9.2) in eine dafür angedachte Aufnahme, insb. eine Bohrung des Grundkörpers eingesetzt und an einer der membran-zugewandten Seite des Grundkörpers (1) an die zugehörige Komponente des Wandlers elektrisch angeschlossen ist, und wobei der mindestens eine Kontaktstift (9.1 , 9.2) ferner zumindest an einer der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers (1) mit dem Aktivhartlot (23) mit dem Grundkörper (1) gefügt ist, so dass das Titan des Titankerns (9.1) nicht in die Schmelze des Aktivhartlotes einlegiert ist.