JP5713547B2 - センサ装置及びセンサ装置を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式のセンサ装置に関する。

このような形式のセンサ装置は一般的に公知である。例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００５０２７３６５号明細書により公知の高圧センサ装置においては、高圧センサ装置が圧力センサエレメントを有しており、この圧力センサエレメントが、圧力作用を受けて変形するダイヤフラムと機能層とを有しており、この場合、前記ダイヤフラムの領域内に圧力室が配置されていて、前記機能層が変形すると電気的な特性が変化するようになっている。このために、機能層は有利な形式で圧電抵抗材料、例えばＮｉＣｒＳｉ合金を有している。この圧電抵抗材料が変形すると、圧力室内の圧力変化に従って抵抗変化又は圧電電圧が発生し、この抵抗変化又は圧電電圧が取り出され測定される。このような形式のセンサは、もっぱら自動車分野の燃料直接噴射において及びドライブダイナミック制御のためのハイドロリックにおいて使用される。このような高圧センサ装置における欠点は、測定しようとする圧力のための、それぞれ１つの圧力センサエレメントを備えた固有のセンサ装置が必要とされるという点にある。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００５０２７３６５号明細書

本発明の課題は、従来技術における上記のような欠点を取り除くことができるセンサ装置、並びにこのセンサ装置を製造するための方法を提供することである。

前記課題を解決した本発明によれば、センサ装置特に高圧センサ装置であって、基板エレメントと接合エレメントとを有しており、前記基板エレメントが、圧力感知式のダイヤフラムと、該ダイヤフラムの領域内に配置された空洞とを備えたセンサ構造部を有しており、前記空洞と前記接合エレメントの中空室とが接続されるように、前記基板エレメントが前記接合エレメントに接続されている形式のものにおいて、前記基板エレメントがさらに、圧力感知式の別のダイヤフラムと、該別のダイヤフラムの領域内に配置された別の空洞とを備えた少なくとも１つの別のセンサ構造部を有しており、前記別の空洞が、少なくとも１つの接合エレメント又は別の接合エレメントの別の中空室に接続されていることを特徴としている。

本発明によるセンサ装置及び、このセンサ装置を製造するための方法は、従来技術のものに対して、１つのセンサ装置だけを有する比較的小さい構造スペースで、特に互いに異なる複数の圧力をほぼ同時に測定することができ、しかも特に簡単に接合することができ、これによって、製造費用及び組立費用を節約することができるという利点を有している。これは、１つの基板エレメント内に、空洞を有するダイヤフラムも、また別の空洞を有する別のダイヤフラムも実現されていることによって達成されており、基板エレメントを接合エレメント又は別の接合エレメントと接続することによって、空洞を中空室に、及び別の空洞を別の中空室に、特に簡単な形式で接続することができる。これによって、基板エレメントは、接合エレメント又は別の接合エレメントを介して接続された複数の圧力管路を特に多チャンネル式に測定することができる。この場合、第１の圧力室が第２の圧力室から分離されていれば、ダイヤフラムによって第１の圧力室内の第１の圧力を測定することができ、別のダイヤフラムによって第２の圧力室内の第２の圧力を測定することができる。例えば、第１及び第２の圧力室を接合エレメント及び別の接合エレメントを介して、自動車制御装置の第１及び第２のハイドロリック管路に同時に接続することができる。選択的に、第１の圧力室と第２の圧力室との間で圧力を等圧化する接続が考えられるので、センサ構造部及び別のセンサ構造部によって、センサ構造部及び別のセンサ構造部によって、１つの基板エレメントだけでほぼ同じ第１及び第２の圧力を測定してセンサ構造部及び別のセンサ構造部を相互に制御することができる。これは例えばこのようなセンサ装置を自動車ハイドロリックに使用した場合におけるような、安全性に関連した機能において特別な利点を提供する。何故ならば、間違った圧力測定は直ちに検出されるからである。例えばエレクトロハイドロリック式のブレーキシステム（ＥＳＰシステム）に圧力センサを組み込んだ場合、有利な形式で複数の種々異なるブレーキ圧を測定する必要がある。例えばマスタブレーキシリンダ内のブレーキ圧及び種々異なる車軸及び／又は各車輪におけるブレーキ圧を測定する必要があるので、特に有利には基板エレメント上に複数の別のセンサ構造部を設けることができ、これによって唯一の基板エレメントだけで、全ＥＳＰシステムのための種々異なる複数のブレーキ圧を測定することができる。特に、このセンサ装置をＥＳＰシステムに組み込んだ場合、測定しようとする複数のブレーキ圧をハイドロリック管路を介して１つの基板エレメントの複数のセンサ構造部にガイドされている。特に、基板エレメントは、接合エレメント及び／又は別の接合エレメントによって特に簡単な形式で、特にＥＳＰシステムのハイドロリック装置に接続することができる。これによって、製造コスト及び組立コストの低減と共に、自動車における構造スペース及び配線コストを節約することができる。このセンサ装置は特に、例えば特にＥＳＰシステムのハイドロリック装置及び／又はＥＨＢシステム（エレクトロハイドロリック式のブレーキ）のセンサ配列におけるように、複数のハイドロリック管路が比較的狭いスペースに集合している自動車領域に組み込むために設けられている。同様に、自動車噴射装置に使用することも考えられる。さらにまた、センサ装置を製造するための本発明の方法によれば、このセンサ装置を１つのプロセス化された大きい基板で製造することができ、これによって、センサ装置の製造コストは著しく低減される。

本発明の有利な実施態様及び変化実施例は、従属請求項、図面に関する説明に記載されている。

本発明の有利な実施態様によれば、基板エレメントと前記別の基板エレメントとが、それぞれ接合エレメント又は別の接合エレメントに、素材結合（stoffschluessigen Verbindung；素材同士による結合）、摩擦結合（kraftschluessigen Verbindung；摩擦による束縛）かつ／又は形状結合（formschluessigen Verbindung；形状による束縛）によって結合されているので、有利な形式で機械的に頑丈であると同時に、比較的に安価に製造することができる、基板エレメントと接合エレメントとの間、若しくは基板エレメントと別の接合エレメントとの間の結合が実現される。特に有利には、基板エレメントと接合エレメントとの間、若しくは基板エレメントと別の接合エレメントとの間の結合だけによって、複数の圧力管路を、相応に複数のダイヤフラムに接続することができる。

本発明の別の有利な実施態様によれば、基板エレメントと接合エレメントとの間に、アダプタ部材及び／又は別のアダプタ部材が配置されており、前記空洞が中空室に前記アダプタ部材によって及び／又は前記別の空洞によって前記別の中空室に、前記別のアダプタ部材によって結合されていて、特に有利には前記別の構造部が前記アダプタ部材及び／又は前記別のアダプタ部材を有しており、これによって、特に簡単な形式で、基板エレメントと接合エレメントとの間、及び／又は基板エレメントと別の接合エレメントとの間の結合を、アダプタ部材及び／又は別のアダプタ部材によって製造することができる。

別の有利な実施態様によれば、センサ装置が別の構造部を有しており、該別の構造部が前記ダイヤフラムを中心にして回転対称的に、かつ／または前記別のダイヤフラムを中心にして回転対称的に配置されており、これによって、特に有利な形式で、別のセンサ構造部及び／又は結合構造部を基板エレメント上に形成することができる。

本発明の別の有利な実施態様によれば、センサ装置が、前記ダイヤフラムの変位運動を評価するためにも、また前記別のダイヤフラムの別の変位運動を評価するためにも設けられた評価回路を有している。これによって、有利な形式で、唯一の評価回路だけによって、センサ装置のセンサ構造部及び別のセンサ構造部を、有利には平行に又は直列に、及び特に有利には連続的に又は周期的に評価される。これは特に１つの基板エレメントだけにおいて得られるので、センサ構造部及び別のセンサ構造部を評価するための評価回路を、１つの基板エレメントに接続するだけでよい。特に有利には評価回路は、基板エレメントに有利な形式でモノリスシック（一体的）に集積されている。

センサ装置を製造するための本発明の方法によれば、第１の製造段階で、複数の基板エレメントを基板上に形成し、第２の製造段階で少なくとも１つの基板エレメントを前記基板から取り出し、第３の製造段階で前記基板エレメントを接合エレメント有利には別の接合エレメントに、前記別の空洞が前記接合エレメント又は前記別の接合エレメントの別の中空室と接続されるように、結合するようにした。特に有利にはこれによって、複数の基板エレメントを、有利には、唯一の大基板（大きい基板）上にほぼ同時に製造し、次いで基板を個別化することができるので、個別の基板エレメントの製造時に個別の支持エレメントを必要とすることがなく、製造コストは、従来技術のものと比較して著しく低減された。特に有利には、複数の基板エレメントを同時に製造し、これによって製造時間を短縮することができる。第１の製造段階で、基板内に空洞及び別の空洞を有利な形式で穿孔工程によって形成される。さらに、第１及び第２の圧力室が中空室及び別の中空室に接続され、それによってセンサ構造部及び別のセンサ構造部によって、中空室内の圧力及び別の中空室内の別の圧力が測定される。

別の有利な実施態様によれば、第１の製造段階で別の構造部を前記基板上に形成し、この際に前記別の構造部を有利な形式で前記ダイヤフラムを中心にしてほぼ回転対称的に及び／又は前記別のダイヤフラムを中心にしてほぼ回転対称的に、有利にはフライス切削、鋳造、プレス、かしめ、接着、はんだ付け及び／又は溶接によって製造するようにした。これによって、特に有利には、比較的安価でコントロールし易いプロセスで、大基板の複数の基板エレメント上に別の構造部を形成することができる。

別の有利な実施態様によれば、第２の製造段階で、レーザー切断プロセスによって前記基板エレメントが個別化される。これによって特に有利には、基板エレメントを比較的精確に個別化することができ、この場合、特に基板エレメントの寸法を精確に規定し、さらに有利な形式で、個別化プロセス時に鋸引き粒子の発生が最少になる。

別の有利な実施態様によれば、第３の製造段階を、接着、はんだ付け及び／又はかしめによって実施し、かつ／または第３の製造段階中に、前記空洞と前記中空室とをアダプタ部材によって互いに接続するか、かつ／または別の空洞及び別の中空室を別のアダプタ部材によって互いに接続し、この際に有利には、前記別の構造部が前記アダプタ部材及び／又は別のアダプタ部材を有している。これによって特に有利には、比較的簡単かつ安価な形式で、基板エレメントと接合エレメント及び／又は別の接合エレメントとの間の結合を、アダプタ部材及び／又は別のアダプタ部材によって形成することができる。特に、基板エレメント又は接合エレメントにおいて、アダプタ部材によって製造公差の補償が可能である。

本発明の第１実施例によるセンサ装置の概略的な側面図である。 本発明の第２実施例によるセンサ装置の概略的な斜視図である。 本発明の第３実施例によるセンサ装置の概略的な斜視図である。 本発明の第４実施例によるセンサ装置の概略的な側面図である。 本発明の第５実施例によるセンサ装置の概略的な側面図である。

本発明の実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。

図１ａは、本発明の第１実施例によるセンサ装置１の概略的な側面図を示しており、この場合、センサ装置１は、主延在平面１００と、この主延在平面１００に対して平行な第１の側２′と、前記主延在平面１００に対して平行な第２の側２″とを備えた基板エレメント２を有している。基板エレメント２はさらに第２の側２″に、前記主延在平面１００に対して垂直な方向で基板エレメント２内に延在する空洞６と、第１の面２′上に前記空洞６に対してほぼ垂直方向で、かつ前記主延在平面１００と同一面に配置されたダイヤフラム５とを有している。それぞれ主延在平面１００に対して平行に、センサ構造部４に対して間隔を保ってかつ互いに間隔を保って、センサ装置１は、ほぼ同構造の２つの別のセンサ構造部４′を有しており、これらのセンサ構造部４′はそれぞれ、第２の側２″上に別の空洞６′を有し、かつ第１の側４′上に同一の別のダイヤフラム５′を有している。これによって、空洞６と２つの別の空洞６′とは、第１の圧力室と第２の圧力室と第３の圧力室とを形成しており、この場合、第１の圧力室、第２の圧力室及び第３の圧力室内の圧力が変化すると、それぞれ対応するダイヤフラム５，５′が変形せしめられ、この変形はそれぞれ、図示されていない圧電抵抗材料によって、それぞれのダイヤフラム４，４′の第１の側２′上に、第１、第２及び第３の圧力室内の圧力に応じて第１、第２及び第３のセンサ信号を生ぜしめる。基板エレメント２を形成するために、第１の製造段階で、図示していない基板（大ウェーハ）上に、それぞれ複数のセンサ構造部４，４′を備えた複数の基板エレメント２が製造され、次いで第２の製造段階で基板エレメント２がレーザー切断プロセスによって個別化される。

図１ｂには、本発明の第２実施例によるセンサ装置１の概略的な斜視図が示されており、この場合、第２実施例は、図１ａに示した第１実施例とほぼ同じであるが、ダイヤフラム５，５′を同心的に取り囲む別の構造部８が第１の側２′上に配置されている。

図１ｃには、本発明の第３実施例によるセンサ装置１の概略的な斜視図が示されており、この場合、第３実施例は、図１ａに示した第１実施例とほぼ同じであるが、基板エレメント２上に全部で４つのセンサ構造部４，４′が２列２段に配置されている。

図２には、本発明の第４実施例によるセンサ装置１の概略的な側面図が示されており、この場合、第４実施例は、図１ａに示した第１実施例とほぼ同じであるが、第２の側２″を備えた基板エレメント２が接合エレメント３上に配置されていて、この接合エレメント３と素材結合（stoffschluessige Verbindung；素材同士による結合）によって結合されている。素材結合は結合部材２０によって形成される。この結合部材２０は、主延在平面１００に対して少なくとも部分的に垂直に、第２の側２″と接合エレメント３との間に配置されていて、特にはんだ又は接着剤を有している。従って、基板エレメント２は、第３の製造段階で接合エレメント３上に有利な形式ではんだ付け又は接着される。空洞４は、接合エレメント３内の中空室７に接続され、別の空洞４′は接合エレメント３内の別の中空室７′に接続されるので、基板エレメント２内の圧力室と中空室７，７′との間で等圧化が行われ、それによって中空室７，７′内の圧力がセンサ構造部４，４′によって測定され得るようになっている。基板エレメント２は、第２の側２″において空洞６，６′間に溝９を有しており、この溝９は、接合エレメント３のウエブ１０を受容するために設けられており、従って特に、基板エレメント２と接合エレメント３との間の、主延在平面１００に対して平行な相対位置が、主に溝９内にウエブ１０が係合することによって規定される。

図３には、本発明の第５実施例によるセンサ装置１の概略的な側面図が示されており、この場合、第５実施例は、図２に示した第４実施例のものとほぼ同じであるが、溝９の内側９′２に係止エレメント３０が形成されていて、第３の製造段階で、素材結合の代わりに、基板エレメント２と接合エレメント３との間で摩擦結合（kraftschluessige Verbindung；摩擦による束縛）が形成されており、この摩擦結合は、基板エレメント２を接合エレメント３に向かって押し付けると同時に、係止エレメント３０とウエブ３０とをかしめ結合することによって得られる。

１ センサ装置、 ２ 基板エレメント、 ２′ 第１の側、 ２″ 第２の側、 ３ 接合エレメント、 ４，４′ センサ構造部、 ４ 空洞、 ４′ 別の空洞、 ５ ダイヤフラム、 ５′ 別のダイヤフラム、 ６ 空洞、 ６′ 別の空洞、 ７，７′ 中空室、 ８ 別の構造部、 ９ 溝、 １０ ウエブ、 ２０ 結合部材、 ３０ 係止エレメント、 １００ 主延在平面

Claims (11)

1. センサ装置（１）であって、基板エレメント（２）と接合エレメント（３）とを有しており、前記基板エレメント（２）が、圧力感知式のダイヤフラム（５）と、該ダイヤフラム（５）の領域内に、前記基板エレメント（２）の主延在平面（１００）に対して垂直な方向に配置された空洞（６）とを備えたセンサ構造部（４）を有しており、前記空洞（６）と前記接合エレメント（３）の中空室（７）とが接続されるように、前記基板エレメント（２）が前記接合エレメント（３）に接続されており、
   前記基板エレメント（２）がさらに、圧力感知式の別のダイヤフラム（５′）と、該別のダイヤフラム（５′）の領域内に配置された別の空洞（６′）とを備えた少なくとも１つの別のセンサ構造部（４′）を有しており、前記別の空洞（６′）が、少なくとも１つの前記接合エレメント（３）又は別の接合エレメント（３′）の別の中空室（７′）に接続されているセンサ装置において、
   前記基板エレメント（２）は、第２の側（２″）において前記空洞（６，６′）の間に溝（９）を有し、前記接合エレメント（３）は、前記中空室（７，７′）の間にウェブ（１０）を有し、
   前記ウェブ（１０）は、前記溝（９）を受容するように設けられていることを特徴とする、センサ装置。
2. 前記基板エレメント（２）と前記別の基板エレメント（２）とが、それぞれ接合エレメント（３）又は別の接合エレメント（３′）に、素材結合、摩擦結合かつ／または形状結合によって結合されている、請求項１記載のセンサ装置。
3. 前記基板エレメント（２）と前記接合エレメント（３）との間に、アダプタ部材及び／又は別のアダプタ部材が配置されており、前記空洞（６）が前記中空室（７）に前記アダプタ部材によって結合され、かつ／又は前記別の空洞（６′）が前記別の中空室（７′）に前記別のアダプタ部材によって結合されている、請求項１又は２記載のセンサ装置。
4. 前記センサ装置（１）が別の構造部（８）を有しており、該別の構造部（８）が前記ダイヤフラム（５）を中心にして回転対称的に、かつ／または前記別のダイヤフラム（５′）を中心にして回転対称的に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置。
5. 前記センサ装置（１）が、前記ダイヤフラム（５）の変位運動を評価するためにも、また前記別のダイヤフラム（５′）の別の変位運動を評価するためにも設けられた評価回路を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ装置を製造するための方法において、
   第１の製造段階で、複数の基板エレメント（２）を基板（２′）上に形成し、第２の製造段階で少なくとも１つの基板エレメント（２）を前記基板（２′）から取り出し、第３の製造段階で前記基板エレメント（２）を、前記基板エレメント（２）の主延在平面（１００）に対して垂直な方向に配置された前記空洞（６）が前記接合エレメント（３）の中空室（７）と接続され、かつ前記別の空洞（６′）が前記接合エレメント（３）又は前記別の接合エレメント（３′）の別の中空室（７′）と接続されるように、接合エレメント（３）又は別の接合エレメント（３′）に結合し、
   前記基板エレメント（２）は、第２の側（２″）において前記空洞（６，６′）の間に溝（９）を有し、前記接合エレメント（３）は、前記中空室（７，７′）の間にウェブ（１０）を有し、前記結合は、前記ウェブ（１０）が前記溝（９）を受容するように設けられていることにより、行われることを特徴とする、センサ装置を製造するための方法。
7. 第１の製造段階で別の構造部（８）を前記基板（２′）上に形成し、この際に前記別の構造部（８）を前記ダイヤフラム（５）を中心にしてほぼ回転対称的にかつ／又は前記別のダイヤフラム（５′）を中心にしてほぼ回転対称的に、フライス切削、鋳造、プレス、かしめ、接着、はんだ付け及び／又は溶接によって製造する、請求項６記載の方法。
8. 第２の製造段階で、レーザー切断プロセスによって前記基板エレメント（２）を個別化する、請求項６又は７記載の方法。
9. 第３の製造段階を、接着、はんだ付け及び／又はかしめによって実施し、かつ／又は第３の製造段階中に、前記空洞（６）と前記中空室（７）とをアダプタ部材によって互いに接続し、かつ／又は別の空洞（６′）と別の中空室（７′）とを別のアダプタ部材によって互いに接続し、この際に、前記別の構造部（８）が前記アダプタ部材及び／又は別のアダプタ部材を有するようにする、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 別の構造部（８）が設けられており、該別の構造部（８）が前記アダプタ部材及び／又は前記別のアダプタ部材を有している、請求項３記載のセンサ装置。
11. 前記空洞（６）及び前記別の空洞（６′）は、等圧化する接続を有する、請求項１記載のセンサ装置。

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