WO2014053323A1 - Drucksensor mit feuchtefilter - Google Patents

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WO2014053323A1
WO2014053323A1 PCT/EP2013/069437 EP2013069437W WO2014053323A1 WO 2014053323 A1 WO2014053323 A1 WO 2014053323A1 EP 2013069437 W EP2013069437 W EP 2013069437W WO 2014053323 A1 WO2014053323 A1 WO 2014053323A1
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WO
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pressure
filter element
pressure sensor
counter body
sensor according
Prior art date
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PCT/EP2013/069437
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Philipps
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0654—Protection against aggressive medium in general against moisture or humidity

Definitions

  • the invention relates to a pressure sensor, in particular a
  • Relative pressure sensor which has a moisture-sensitive component.
  • pressures of media e.g. Measure liquids, gases or vapors.
  • these pressures are measured against the atmospheric or ambient pressure currently prevailing.
  • the atmospheric or ambient pressure serves as the reference pressure, to which the pressure of the medium is set in relation.
  • a relative pressure sensor in which a measuring diaphragm, along its edge region to form a
  • Reference pressure chamber is pressure-tight manner connected to the base body, via a reference pressure path on one side of the measuring diaphragm with a
  • a filter element is arranged in the reference pressure path, wherein the filter element comprises nanoporous material, which is impregnated with a hydrophobic organosilane.
  • the filter element comprises nanoporous material, which is impregnated with a hydrophobic organosilane.
  • the sol-gel process typically used for the production of the nanoporous material has the disadvantage that the pore size is relatively difficult to control and thus to be adjusted.
  • an additional step in addition to the steps for the actual production of the filter element, necessary for hydrophobization, which further
  • German patent application DE 10 2008 042 489 shows a method for reducing the humidity within a workpiece assembly, in particular a pressure sensor chip, in which the membrane of the pressure sensor chip is covered with a gel for protection, which is intended to protect the membrane from deposits or auskondensierendem water.
  • the present invention is therefore based on the object
  • the pressure sensor according to the invention for detecting a measuring pressure relative to a reference air pressure has the following:
  • Base body and the counter body is formed, wherein the side facing away from the counter body of the measuring diaphragm with the measuring pressure and the counter body facing side of the measuring diaphragm on the
  • Reference pressure chamber is subjected to the reference air pressure, wherein the reference air pressure is supplied via a reference pressure path through an opening of the reference pressure chamber, wherein the reference pressure path through the filter element and wherein a pressure-dependent deflection of the measuring diaphragm is measured by the difference of the two pressures by means of the at least one transducer element and wherein the
  • Filter element comprises porous silicon.
  • the filter element is preferably produced by a process for producing porous silicon, as described, for example, in German Offenlegungsschrift DE 10 2010 001 504 A1.
  • Micromechanical manufacturing processes offer the possibility of producing homogeneous and precise or defined pore diameters by means of very precise and stable processes or process parameters.
  • porosification of a silicon element it is possible for the porosification of a silicon element to adjust the current density of the etching process such that a particularly defined pore diameter for the
  • Filter element can be achieved.
  • filter elements can be produced which have such a filigree pore diameter that penetration or permeation of moisture through the filter element can be greatly reduced.
  • the method used for the production of a filter element is characterized in that it is particularly compatible with the processes that are needed for the actual production of the pressure sensor.
  • a silicon wafer is typically used, on which a plurality of filter elements is feasible, so as to reduce the manufacturing cost per individual filter element.
  • a silicon wafer is typically used, on which a plurality of filter elements is feasible, so as to reduce the manufacturing cost per individual filter element.
  • the filter element is prepared by means of micromechanical processes, in particular etching processes, monolithically in the counter body.
  • the counterbody is above a2 in particular
  • the materials of the counter body and the base body comprise
  • Semiconductor materials in particular silicon.
  • Silicon body are formed, the advantage that they can be bonded by means of fusion bonding.
  • a further intermediate layer for example, a splice, which also
  • a conventional micromechanical manufacturing process (fusion bonding) can be used, so that a more cost-effective construction and connection technology is favored by batch processes for the pressure sensor on.
  • fusion bonding fusion bonding
  • the counter body is over Adhesive method or a bonding method, in particular anodic or eutectic bonding, to the base body, which is formed for example of glass, ceramic, Kovar or metal attached.
  • Adhesive method or a bonding method in particular anodic or eutectic bonding
  • the base body which is formed for example of glass, ceramic, Kovar or metal attached.
  • the diameter and / or the number of pores of the filter element is designed such that the
  • the diameter of the pores is less than 10 nanometers, in particular less than 5 nanometers.
  • FIG 3 shows a longitudinal section through a further alternative embodiment of the pressure sensor according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the pressure sensor 1 according to the invention. This has a main body 5 and a counter body 10, wherein both bodies 5, 10 are formed of silicon.
  • the main body 5 comprises a measuring diaphragm 6, which
  • the measuring membrane 6 produced in this way forms two sides of the membrane, the first Diaphragm side facing away from the base body 5 and the second
  • Diaphragm side to a reference pressure chamber 8 connects.
  • both sides of the measuring diaphragm 6 are subjected to a pressure, wherein the side facing away from the base 5 of the measuring diaphragm with a measuring pressure 2 and the base body 5 facing side of the measuring diaphragm 6 is acted upon by the reference pressure chamber 8 with a reference pressure 3.
  • At least one transducer element 4 is provided, which the pressure-dependent deflection in a
  • This transducer element 4 can, for example, capacitively, resisitv or inductively detect the pressure-dependent deflection. Since these forms of implementation are known to those skilled in the art, it will not be discussed further here.
  • the counter-body 5 shown in Figure 1 further comprises a
  • Reference pressure chamber 8 is supplied so as to act on the base body 5 facing side of the measuring diaphragm 6 with the reference pressure 3. Further, the counter body 10 comprises a filter element 7, through which the reference pressure path 9 extends.
  • the filter element 7 is part of the counter body 10 in the pressure sensor according to the invention shown in Figure 1 and is by means of
  • the filter element 7 only in be formed in a certain area of the counter body 1 0, wherein in both cases the reference pressure path 9 passes through the filter element 7. In this way, the penetration of moisture into the reference pressure chamber 8 can be reduced because the pores of the filter element 7 filters or reduces the moisture present in the reference air.
  • Counter body 10 and the base body 5 can be greatly reduced mechanical stress or mechanical stresses within the main body-opposing body structure. Furthermore, in particular if the
  • Materials of the counter body 10 and the main body 5 include silicon, these by means of fusion bonding without a further moisture-sensitive
  • Interlayer 1 for example, an adhesive layer, bonding or fastening together.
  • eutectic bonding it is also possible to bond the two bodies made of silicon, ie the counterpart and the base body 5, 10, to one another by means of eutectic bonding.
  • the main body 5 is connected to the counter body 10 by means of a eutectic alloy, for example silicon-gold.
  • a layer is formed between the two bodies, but this layer is not sensitive to moisture and thus no additional technical effort for protection against moisture is necessary.
  • the base body 5 represents the anodic bonding.
  • the counter body 10 formed of glass which has an increased Na + concentration, is brought into contact with the base body 5 made of silicon and, by applying a voltage, a space charge zone at the interface of the two Body 5, 10 generates, leading to Si-O-Si bonds leads and thus to the bond of the two bodies 5, 10.
  • the filter element 7 in the counter body 10 which is formed of glass to bring.
  • Material in particular does not include silicon to introduce.
  • materials in addition to glass for forming the counter body 10 in particular materials are available which have an adapted or similar thermal expansion coefficient with respect to the main body 5.
  • materials are available which have an adapted or similar thermal expansion coefficient with respect to the main body 5.
  • ceramic materials metallic materials (preferably Kovar), or glass fiber reinforced epoxy composites from which are typically formed circuit boards.
  • Figure 2 shows a longitudinal section through a further alternative embodiment of the pressure sensor 1 according to the invention, in which the counter-body 10 is connected via an intermediate layer 1 1 with the base body 5.
  • the counter body 10 is not formed of silicon, but of one of the above-mentioned materials, wherein the counter body 10 is attached to the base body 5 by means of an adhesive method.
  • the base body is typically formed of silicon or ceramic.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a further alternative embodiment of the pressure sensor 1 according to the invention, in which the base body 5, which is formed from a ceramic, by means of an adhesive method to the
  • Counter body 10 which is formed of silicon, is attached.
  • a mostly moisture-sensitive intermediate layer 1 1 is formed.
  • This intermediate layer 1 1 is also protected from moisture by means of the filter element 7.
  • FIG. 3 shows a pressure sensor 1 in which the filter element 7 is designed such that it extends through the entire counter body 10, wherein the reference pressure path 9 in turn through the
  • Filter element 7 extends. Such a construction is also possible in the embodiment of the pressure sensor shown in FIG.

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Abstract

Drucksensor (1) zur Erfassung eines Messdruckes (2) bezogen auf einen Referenzluftdruck (3), welcher mindestens ein Wandlerelement (4), einen Grundkörper (5), einen Gegenkörper (10), sowie eine Messmembran (6) und ein Filterelement (7) aufweist, wobei eine Referenzdruckkammer (8) zwischen der Messmembran (6) und dem die Messmembran (6) haltenden Grundkörper (5) und dem Gegenkörper (10) ausgebildet wird, wobei die von dem Gegenkörper (10) abgewandte Seite der Messmembran (6) mit dem Messdruck (2) und die dem Gegenkörper (10) zugewandte Seite der Messmembran (6) über die Referenzdruckkammer (8) mit dem Referenzluftdruck (3) beaufschlagt wird, wobei der Referenzluftdruck (3) über einen Referenzdruckpfad (9) durch eine Öffnung der Referenzdruckkammer (8) zugeführt wird, wobei der Referenzdruckpfad (9) durch das Filterelement (7) verläuft und wobei eine druckabhängige Auslenkung der Messmembran (6) aufgrund der Differenz der beiden Drücke (2, 3) mittels des mindestens einen Wandlerelementes (4) gemessen wird und wobei das Filterelement (7) poröses Silizium umfasst.

Description

Drucksensor mit Feuchtefilter
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor, insbesondere einen
Relativdrucksensor, welcher eine feuchteempfindliche Komponente aufweist.
Mit Drucksensoren, insbesondere Relativdrucksensoren lassen sich Drücke von Medien, z.B. Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen messen. Im Fall von Relativdrucksensoren werden diese Drücke gegenüber dem gerade herrschenden Atmosphären- oder Umgebungsdruck gemessen. Hierbei dient der Atmosphären- oder Umgebungsdruck als Referenzdruck, zu dem der Druck des Mediums in Relation gesetzt wird.
Als einer der Hauptprobleme, beim Einsatz solcher Drucksensoren, insbesondere Relativdrucksensoren, hat sich das Eindringen von Feuchtigkeit in den Sensor Innenbereich herausgestellt. Typischerweise gelangt die Feuchtigkeit über die feuchte Referenzluft, die dem Sensor über einen Referenzpfad zugeführt wird, in das Innere des Sensors. Es gibt daher zahlreiche Lösungsversuche das Eindringen der Feuchtigkeit durch die Referenzluft in den Sensor zu verhindern.
In der WO 02/090916 wird ein Relativdrucksensor offenbart, bei dem eine Messmembran, die entlang ihres Randbereiches unter Bildung einer
Referenzdruckkammer druckdicht mit dem Grundkörper verbunden ist, über einen Referenzdruckpfad auf einer Seite der Messmembran mit einem
Referenzdruck beaufschlagt wird. Zur Minderung der Feuchte, welche mittels der Referenzluft über den Referenzdruckpfad in den Sensor gelangt, ist ein Filterelement in dem Referenzdruckpfad angeordnet, wobei das Filterelement nanoporiges Material umfasst, welches mit einem hydrophoben Organosilan imprägniert ist. Alternativ zur nachträglichen Imprägnierung kann dem
Ausgangsstoff des Filterelementes eine hydrophobe Substanz beigemischt werden.
Der in der WO 02/090916 verfolgte Ansatz ist insofern nachteilig, als dass die Poren, des aus dem Filterelement bestehenden Materials, beim Hydrophobisieren zugesetzt werden und somit eine homogene und definierte Porengröße nur sehr bedingt geben ist.
Ferner weist das, zur Herstellung des nanoporigen Materials typischerweise zum Einsatz kommende, Sol-Gel-Verfahren, den Nachteil auf, dass die Porengröße nur relativ schwierig zu kontrollieren und somit einzustellen ist. Darüber hinaus ist bei der Herstellung eines nanoporigen Filterelementes ein zusätzlicher Schritt, neben den Schritten zur eigentlichen Herstellung des Filterelementes, zur Hydrophobisierung nötig, welcher weitere
Herstellungskosten verursacht und somit Kosten für das Filterelement bedeutet.
Ferner zeigt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 042 489 eine Methode zur Reduzierung der Feuchte innerhalb eines Werkstückverbundes, insbesondere eines Drucksensorchips auf, bei der zum Schutz die Membran des Drucksensorchips mit einem Gel bedeckt wird, welches die Membran vor Ablagerungen oder auskondensierendem Wasser schützen soll.
Die in der DE 10 2008 042 4809 beschriebene Lösung ist insofern
unbefriedigend, als dass die Passivierung der Membran mit dem Gel einen erhöhten Fertigungsaufwand darstellt, da zur Beschichtung der Membran mit dem Gel Herstellungsverfahren eingesetzt werden müssen, die nicht oder nur begrenzt kompatible zu den Herstellungsverfahren des eigentlichen
Drucksensors sind. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Filterelement zur Reduzierung der Feuchte in einem Drucksensor
vorzuschlagen, welcher besonders günstige Eigenschaften in Bezug auf den Drucksensor sowie die Herstellung dieses Drucksensors aufweist. Der erfindungsgemäße Drucksensor zur Erfassung eines Messdruckes bezogen auf einen Referenzluftdruck weist folgendes auf:
- mindestens ein Wandlerelement;
- einen Grundkörper;
- einen Gegenkörper; - eine Messmembran und ein Filterelement, wobei eine Referenzdruckkammer zwischen der Messmembran und dem die Messmembran haltenden
Grundkörper und dem Gegenkörper ausgebildet wird, wobei die von dem Gegenkörper abgewandte Seite der Messmembran mit dem Messdruck und die dem Gegenkörper zugewandte Seite der Messmembran über die
Referenzdruckkammer mit dem Referenzluftdruck beaufschlagt wird, wobei der Referenzluftdruck über einen Referenzdruckpfad durch eine Öffnung der Referenzdruckkammer zugeführt wird, wobei der Referenzdruckpfad durch das Filterelement verläuft und wobei eine druckabhängige Auslenkung der Messmembran aufgrund der Differenz der beiden Drücke mittels des mindestens einen Wandlerelementes gemessen wird und wobei das
Filterelement poröses Silizium umfasst.
Das Filterelement wird vorzugsweise nach einem Verfahren zur Herstellung von porösem Silizium, wie es beispielsweise in der deutschen Offenlegung DE 10 2010 001 504 A1 beschrieben ist, hergestellt.
Der Fortschritt in der Mikromechanik bzw. Mikrosystemtechnik eröffnet hierbei fertigungsseitig neue Potentiale zur Herstellung von solchen Filterelementen. Die in der Halbleitertechnik angesiedelten und bereits etablierten
mikromechanischen Fertigungsverfahren, bieten die Möglichkeit, durch sehr präzise und stabile Prozesse bzw. Prozessparameter homogene und präzise bzw. definierte Porendurchmesser herzustellen. So ist es zur Porösifizierung eines Siliziumelementes möglich, die Stromdichte des Ätzprozesses derartig einzustellen, dass ein besonders definierter Porendurchmesser für das
Filterelement erzielt werden kann. Auf diese Weise lassen sich Filterelemente herstellen, die einen derartig filigranen Porendurchmesser aufweisen, dass ein Eindringen bzw. Durchdringen von Feuchte durch das Filterelement stark reduziert werden kann. Darüber hinaus zeichnen sich das zur Herstellung eines Filterelementes eingesetzte Verfahren dadurch aus, dass es zu den Prozessen, die zur eigentlichen Herstellung des Drucksensors benötigt werden, besonders kompatible ist.
Als Basis Material zur Herstellung eines Filterelementes wird typischerweise ein Siliziumwafer eingesetzt, auf dem eine Vielzahl von Filterelementen realisierbar ist, um so die Herstellungskosten pro individuelles Filterelement zu reduzieren. Darüber hinaus eröffnet sich, bei den in der Halbleitertechnik angesiedelten mikromechanischen Fertigungsverfahren, die Möglichkeit mehrere Siliziumwafer im sogenannten Batch-Prozess, d.h. gleichzeitig, zu bearbeiten. Dies bietet den Vorteil, dass Filterelemente auf diese Weise nochmals kostengünstiger hergestellt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Filterelement mittels mikromechansichen Prozessen, insbesondere Ätzprozessen, monolithisch in den Gegenkörper präpariert. Insbesondere steht der erste thermische
Ausdehnungskoeffizient ai des Materials des Gegenkörpers und der zweite thermische Ausdehnungskoeffizienten a2 des Materials des Grundkörpers in al al
folgender Beziehung < 10%, insbesondere < 5%,
a2 a2
al
vorzugsweise < 1%. Ferner ist insbesondere der Gegenkörper über a2
einen Bondprozess an den Grundkörper angebondet. Insbesondere umfassen die Materialien des Gegenkörpers und des Grundkörpers
Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium.
Dies bietet insbesondere in dem Fall, dass der Grundkörper und der
Gegenkörper aus Silizium ausgebildet sind, den Vorteil, dass diese mittels Fusion-Bonding gebondet werden können. Hierdurch wird eine weitere Zwischenschicht, beispielsweise eine Klebestelle, welche ebenfalls
feuchteempfindlich sein kann, vermieden. Ferner kann bei dem Anbringen des Gegenkörpers an den Grundkörper, wiederum auf ein konventionelles mikromechanisches Fertigungsverfahren (Fusion-Bonding) zurückgegriffen werden, sodass eine kostengünstigere Aufbau- und Verbindungstechnik auch durch Batch-Prozesse für den Drucksensor weiter begünstigt wird. Darüber hinaus wird durch den Einsatz von Materialien, insbesondere Silizium, mit ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten für den Gegen körper und den Grundkörper, der innere mechanische Stress im Schichtverbund des Drucksensors verringert.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das Filterelement in den
Gegenkörper eingebracht. Insbesondere ist der Gegenkörper über ein Klebeverfahren oder ein Bondverfahren, insbesondere anodisches- oder eutektisches-Bonden, an den Grundkörper, der beispielsweise aus Glas, Keramik, Kovar oder Metall ausgebildet ist, angebracht. Durch das Einbringen eines Filterelementes in den Gegenkörper, wird die Klebeschicht ebenfalls in vorteilhafter Weise vor Feuchte geschützt.
Gemäße einer günstigen Ausgestaltung ist der Durchmesser und/oder die Anzahl der Poren des Filterelementes derartig ausgebildet, dass das
Eindringen von Feuchte, durch die Poren in die Referenzdruckkammer vermindert wird.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung beträgt der Durchmesser der Poren weniger als 10 Nanometer, insbesondere weniger als 5 Nanometer.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Drucksensor,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors, und
Fig. 3: einen Längsschnitt durch eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Drucksensor 1 . Dieser weist einen Grundkörper 5 und einen Gegenkörper 10 auf, wobei beide Körper 5, 10 aus Silizium ausgebildet sind.
Ferner umfasst der Grundkörper 5 eine Messmembran 6, welche
typischerweise mittels konventionellen mikromechanischen Verfahren, insbesondere KOH-Ätzen, geätzt wurde. Die auf diese Weise erzeugte Messmembran 6 bildet zwei Membranseiten aus, wobei die erste Membranseite von dem Grundkörper 5 abgewandt und die zweite
Membranseite dem Grundkörper 5 zugewandt ist, wobei die zweite
Membranseite an eine Referenzdruckkammer 8 anschließt.
Zum Einsatz des Drucksensors 1 werden beide Seiten der Messmembran 6 mit einem Druck beaufschlagt, wobei die vom Grundkörper 5 abgewandte Seite der Messmembran mit einem Messdruck 2 und die dem Grundkörper 5 zugewandte Seite der Messmembran 6 über die Referenzdruckkammer 8 mit einem Referenzdruck 3 beaufschlagt wird.
Zur Ermittlung der druckabhängigen Auslenkung der Messmembran 6, welche aufgrund der Differenz der auf beiden Seiten der Messmembran 6
anliegenden Drücke 2, 3 erfolgt, ist zumindest ein Wandlerelement 4 vorgesehen, welches die druckabhängige Auslenkung in ein
(weiterverarbeitbares) Messsignal wandelt. Dieses Wandlerelement 4 kann beispielsweise kapazitiv, resisitv oder induktiv die druckabhängige Auslenkung detektieren. Da diese Umsetzungsformen dem Fachmann bekannt sind, soll an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen werden.
Der in Figur 1 dargestellte Gegenkörper 5 umfasst weiter einen
Referenzdruckpfad 9 über den der Referenzdruck 3 der
Referenzdruckkammer 8 zugeführt wird, um so die dem Grundkörper 5 zugewandte Seite der Messmembran 6 mit dem Referenzdruck 3 zu beaufschlagen. Ferner umfasst der Gegenkörper 10 ein Filterelement 7, durch den der Referenzdruckpfad 9 verläuft.
Das Filterelement 7 ist in dem in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Drucksensor Bestandteil des Gegenkörpers 10 und ist mittels
mikromechanischen Verfahren bzw. Prozessen, die bereits eingangs beschrieben wurden, in den Gegenkörper 10 hinein präpariert. Dabei kann das Filterelement 7 durchgängig durch den gesamten Gegenkörper 10, d.h. von der Oberseite des Gegenkörpers 10, welche dem Grundkörper 5 zugewandt ist, bis zur Unterseite des Gegenkörpers 10, die dem Grundkörper 5
abgewandt ist, ausgebildet sein. Alternativ kann das Filterelement 7 nur in einem bestimmten Bereich des Gegenkörpers 1 0 ausgebildet sein, wobei in beiden Fällen der Referenzdruckpfad 9 durch das Filterelement 7 verläuft. Auf diese Weise kann das Eindringen von Feuchte in die Referenzdruckkammer 8 vermindert werden, da die Poren des Filterelementes 7 die in der Referenzluft befindliche Feuchte filtert bzw. reduziert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ai des Materials des Gegenkörpers 10 und der zweite thermische Ausdehnungskoeffizienten c(2 des Materials des Grundkörpers 5 in al al
folgender Beziehung steht < 10%, insbesondere < 5%,
a2 a2
al
vorzugsweise < 1%. Bei einer derartigen Wahl des Materials des a2
Gegenkörpers 10 und des Grundkörpers 5 lässt sich mechanischer Stress bzw. mechanische Spannungen innerhalb des Grundkörper-Gegenkörper Gebildes stark reduzieren. Ferner lässt sich insbesondere wenn die
Materialien des Gegenkörpers 10 und des Grundkörpers 5 Silizium umfassen, diese mittels Fusion-Bonding ohne eine weitere feuchteempfindliche
Zwischenschicht 1 1 , beispielsweise eine Klebeschicht, aneinander bonden bzw. befestigen.
Neben dem Fusion-Bonding ist es auch möglich, die beiden aus Silizium bestehenden Körper, also den Gegen- und den Grundkörper 5, 10, mittels eutektischem Bonden aneinander zu bonden. Beim eutektischen Bonden wird mittels einer eutektischen Legierung, beispielsweise Silizium-Gold, der Grundkörper 5 mit dem Gegenkörper 10 verbunden. Auf diese Weise entsteht zwar, im Gegensatz zum Fusion-Bonding, eine Schicht zwischen den beiden Körpern, jedoch ist diese Schicht nicht feuchteempfindlich und somit ist kein zusätzlicher technischer Aufwand zum Schutz vor Feuchte nötig.
Eine weitere Alternative zur Verbindung des Gegenkörpers 10 mit dem
Grundkörper 5 stellt das anodische Bonden dar. Beim anodischen Bonden wird der aus Glas ausgebildete Gegenkörper 10, der eine erhöhte Na+- Konzentration aufweist, mit dem aus Silizium ausgebildeten Grundkörper 5 in Kontakt gebracht und durch Anlegen einer Spannung eine Raumladungszone an der Grenzfläche der beiden Körper 5, 10 erzeugt, die zu Si-O-Si Bindungen führt und somit zum Bond der beiden Körper 5, 10. Jedoch ist es hierfür nötig, wie bereits angedeutet, das Filterelement 7 in den Gegenkörper 10, welcher aus Glas ausgebildet ist, einzubringen.
Eine Alternative zu dem, in den Gegenkörper 10 präparierten Filterelement 7, stellt somit das Einbringen des Filterelementes 7 in den Gegenkörper 10 dar. Hierfür ist vorgesehen, dass Filterelement 7 als eigenständiges Element aus Silizium herzustellen und dieses dann in den Gegenkörper 10, dessen
Material insbesondere nicht Silizium umfasst, einzubringen.
Als weitere Materialien neben Glas zur Ausbildung des Gegenkörpers 10 bieten sich insbesondere Materialien an, die bezüglich des Grundkörpers 5 einen angepassten bzw. ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Insbesondere eignen sich keramische Werkstoffe, metallische Werkstoffe (bevorzugt Kovar), oder auch glasfaserverstärkte Epoxy- Verbundwerkstoffe, aus denen typischerweise Leiterplatten ausgebildet sind.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 , bei dem der Gegenkörper 10 über eine Zwischenschicht 1 1 mit dem Grundkörper 5 verbunden ist.
Typischerweise ist hierbei der Gegenkörper 10 nicht aus Silizium ausgebildet, sondern aus einem der oben genannten Werkstoffe, wobei der Gegenkörper 10 mittels eines Klebeverfahrens an den Grundkörper 5 angebracht ist. Hierfür wird der Grundkörper typischerweise aus Silizium oder Keramik ausgebildet.
Lediglich in dem Fall, dass der Gegenkörper 10 aus Glas und der Grundkörper 5 aus Silizium ausgebildet sind, ist, wie bereits erwähnt, ein anodisches Bonden der beiden Körper 5, 10 ohne eine Zwischenschicht 1 1 möglich.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 , bei dem der Grundkörper 5, der aus einer Keramik ausgebildet ist, mittels eines Klebeverfahrens an den
Gegenkörper 10, der aus Silizium ausgebildet ist, angebracht ist. Durch das Klebeverfahren wird eine zumeist auch feuchteempfindliche Zwischenschicht 1 1 ausgebildet. Diese Zwischenschicht 1 1 wird mittels des Filterelementes 7 ebenfalls vor Feuchte geschützt.
Ferner zeigt Figur 3 einen Drucksensor 1 bei dem das Filterelement 7 dahingehend ausgestaltet ist, dass es sich durch den gesamten Gegenkörper 10 erstreckt, wobei der Referenzdruckpfad 9 wiederum durch das
Filterelement 7 verläuft. Ein derartiger Aufbau ist auch bei der in Figur 1 dargestellten Ausgestaltung des Drucksensors möglich.
Bezugszeichenliste Drucksensor
Messdruck
Referenzdruck
Wandlerelement
Grundkörper
Messmembran
Filterelement
Referenzdruckkammer
Referenzdruckpfad
Gegenkörper
Zwischenschicht, Klebestelle

Claims

Patentansprüche
1 . Drucksensor (1 ) zur Erfassung eines Messdruckes (2) bezogen auf einen Referenzluftdruck (3), aufweisend:
- mindestens ein Wandlerelement (4);
- einen Grundkörper (5);
- einen Gegenkörper (10);
- eine Messmembran (6) und ein Filterelement (7), wobei eine
Referenzdruckkammer (8) zwischen der Messmembran (6) und dem die Messmembran (6) haltenden Grundkörper (5) und dem Gegenkörper (10) ausgebildet wird, wobei die von dem Gegenkörper (10) abgewandte Seite der Messmembran (6) mit dem Messdruck (2) und die dem Gegenkörper (10) zugewandte Seite der Messmembran (6) über die Referenzdruckkammer (8) mit dem Referenzluftdruck (3) beaufschlagt wird, wobei der Referenzluftdruck (3) über einen Referenzdruckpfad (9) durch eine Öffnung der
Referenzdruckkammer (8) zugeführt wird, wobei der Referenzdruckpfad (9) durch das Filterelement (7) verläuft und wobei eine druckabhängige
Auslenkung der Messmembran (6) aufgrund der Differenz der beiden Drücke (2, 3) mittels des mindestens einen Wandlerelementes (4) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das Filterelement (7) poröses Silizium umfasst.
2. Drucksensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Filterelement (7) mittels mikromechanischen Prozessen, insbesondere Ätzprozessen, monolithisch in den Gegenkörper (10) präpariert ist.
3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ai des Materials des Gegenkörpers (10) und der zweite thermische Ausdehnungskoeffizienten a2 des Materials des
al
Grundkörpers (5) in folgender Beziehung steht < 10%, insbesondere
a2
al al
< 5%, vorzugsweise
a2 a2 < 1%.
4. Drucksensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkörper (10) über einen Bondprozess, insbesondere Fusion-Bonding, an den Grundkörper (5) angebondet ist.
5. Drucksensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien des Gegenkörpers (10) und des Grundkörpers (5) Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium umfassen.
6. Drucksensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Filterelement (7) in den Gegenkörper (10) eingebracht ist.
7. Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gegenkörper (10) über ein Klebeverfahren oder einen Bondverfahren, insbesondere anodisches Bonden oder eutektisches Bonden, an den
Grundkörper (5) angebracht ist.
8. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser und/oder die Anzahl der Poren des Filterelementes (7) derartig ausgebildet ist, dass das Eindringen von Feuchte, durch die Poren in die Referenzdruckkammer (8) vermindert wird.
9. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Poren weniger als 10 Nanometer, insbesondere weniger als 5 Nanometer beträgt.
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