WO2016156162A1 - Kapazitiver drucksensor - Google Patents

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WO2016156162A1
WO2016156162A1 PCT/EP2016/056436 EP2016056436W WO2016156162A1 WO 2016156162 A1 WO2016156162 A1 WO 2016156162A1 EP 2016056436 W EP2016056436 W EP 2016056436W WO 2016156162 A1 WO2016156162 A1 WO 2016156162A1
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WO
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measuring
dependent
pressure
electrode
esp
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PCT/EP2016/056436
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kraus
Karl-Peter Hauptvogel
Sascha KOCH
Andreas Rossberg
Thomas Uehlin
Martin BURGARD
Nils Ponath
Ulfert Drewes
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Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
    • 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
    • G01L19/04—Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
    • G01L9/125—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means

Definitions

  • the invention relates to a capacitive pressure sensor, with a pressure chamber including a pressure chamber arranged on a base body, acted upon by a pressure-elastically deformable measuring membrane, an outer edge of the measuring membrane enclosing the pressure chamber with an outer edge of the measuring membrane facing end side of the body connecting Addition, in particular an active brazing, and a capacitive electromechanical transducer for metrological detection of a dependent of the pressure to be measured deflection of the measuring membrane, the at least one arranged on a side facing the base body side of the measuring membrane membrane electrode and one on one of
  • Capacitive pressure sensors can be designed as absolute pressure sensors, as relative pressure sensors or as differential pressure sensors, and are used in industrial applications
  • Measurement technology used to measure pressures.
  • capacitive ceramic pressure sensors in which at least the
  • Measuring diaphragm made of ceramic has the advantage that the ceramic measuring membrane can be exposed directly to the medium whose pressure is to be measured.
  • ceramic has particularly advantageous chemical and mechanical properties for use in pressure measurement technology.
  • Esp. are diaphragm seals that transmit the pressure to be measured by means of a pressure-transmitting liquid to the pressure sensor, not required.
  • a capacitive electromechanical transducer for metrological detection of a dependent of the pressure to be measured deflection of the measuring membrane the at least one arranged by a arranged on a base body side of the diaphragm membrane electrode and a arranged on one of the measuring membrane facing the end face of the main body electrode body Capacitor includes.
  • These pressure sensors are manufactured by prefabricating the measuring diaphragm and the base body, and the membrane electrode is mounted on the measuring diaphragm and the diaphragm
  • Base electrode are applied to the body. Subsequently, a solder layer is introduced from an active brazing material between the measuring membrane and the base body, and the assembly is heated under vacuum in total to a lying above the melting temperature of the solder soldering solder.
  • EP 0 445 382 A2 DE it is described to apply a protective layer of an oxide of the electrode material to the electrodes, which prevents solder which melts during active brazing from flowing over the electrodes.
  • electrodes made of tantalum are preferably used for this purpose, on which a protective layer of tantalum pentoxide is arranged.
  • Tantalum pentoxide is known as an insulator with very high permittivity, and is used e.g. in
  • Electrolytic capacitors as well as in the semiconductor industry as - often as high-k
  • Dielectric called - used high-quality dielectric.
  • the protective layer of tantalum pentoxide described in EP 0 445 382 A2 DE is produced by thermal or anodic oxidation of the tantalum electrodes.
  • the application of the electrodes and the generation of the oxide layer on the electrodes represent two separate process steps, which are carried out in two different systems.
  • the application of the electrodes e.g. takes place in a sputtering system, in which the electrodes are sputtered as a coating on measuring membrane and body
  • the thermal oxidation takes place in a separate from the sputtering furnace.
  • the surfaces of the electrodes during transport from the sputtering system to the oven by particles, fibers or touch pollute, resulting in rejects.
  • the thermal oxidation of tantalum electrodes is a time-consuming process that regularly takes several hours, z. B. 4 to 5 hours to complete.
  • DE 10 2013 106 045 A1 describes a pressure sensor in which the solder stop and membrane electrode are prepared from the same material system.
  • a membrane electrode is used which has titanium oxide.
  • titanium oxide is conductive and can therefore be used as an electrode material.
  • non-stoichiometric titanium oxide is preferably used, since the latter has a higher conductivity than stoichiometric titanium oxide.
  • DE 10 2013 106 045 A1 describes increasing the conductivity of the electrode material by doping with Cr, Nb or W ,.
  • the preparation of the membrane electrode is carried out according to DE 10 2013 106 045 A1, preferably by reactive sputtering.
  • the invention comprises a pressure sensor, with
  • a pressure diaphragm which can be acted upon by a pressure chamber and which is arranged on a base body and can be acted upon by a pressure, is elastically deformable in a pressure-dependent manner
  • a capacitive electromechanical transducer for metrological detection of a dependent of the pressure to be measured deflection of the measuring membrane the at least one arranged on a side facing the base of the measuring membrane membrane electrode and one on one of the measuring membrane facing
  • the membrane electrode consists of semiconducting, doped tantalum oxide, in particular semiconducting, doped ditantalum pentoxide.
  • the main body electrode consists of semiconducting, doped tantalum oxide, in particular semiconducting, doped ditantalum pentoxide.
  • the doping comprises titanium (Ti), wherein the doped tantalum oxide esp.
  • Doped dopant tallow Ti 2 0 5 ), in which a titanium content of the titanium-tantalum metal content of the doped Ditantalpentoxids on the order of 10 mol.%.
  • the semiconductive membrane electrode has an impedance dependent on the temperature of the measuring membrane
  • a measuring circuit is provided, which is the temperature-dependent impedance, in particular its ohmic component, or dependent on the temperature-dependent impedance
  • Measuring variable esp. A time constant of a charging and / or discharging the capacitor formed by the membrane electrode and the main body electrode or one of a caused by the capacitor in an AC circuit
  • Phase shift between AC and AC voltage dependent variable, esp. A dielectric power loss of the capacitor or tangent of a loss angle, or a quality or attenuation of a condenser containing, esp. In resonance operated, resonant circuit determined.
  • the measuring circuit based on the impedance or the impedance-dependent
  • Measured variable determines a temperature of the measuring membrane, and in particular for the compensation of a temperature-dependent measurement error of the pressure sensor provides or used.
  • the measuring circuit based on the impedance or the impedance-dependent
  • the invention comprises a method for producing a pressure sensor according to the invention, which is characterized in that
  • the membrane electrode is applied to the side of the measuring membrane facing the base body, in particular by gas-phase deposition, in particular by physical vapor deposition, in particular by sputtering, in particular by DC or magnetron sputtering, is applied,
  • Main body is applied, esp. By vapor deposition, esp. By physical vapor deposition, in particular by sputtering, esp. By DC or magnetron sputtering applied, and
  • sputtering takes place by means of a sputtering target consisting of a semiconducting, doped ditantalpine oxide, in particular titanium-doped ditantalum pentoxide.
  • the invention has the advantage that the membrane electrode consisting of semiconducting, doped tantalum oxide, esp. Doped Ditantalpentoxid, at the same time forms a Lotstopp, which counteracts an inflow of molten active brazing material into the pressure chamber of the pressure sensor during the Aktivhartlötens.
  • the membrane electrodes can be produced in a single process step comparatively quickly and inexpensively with low variance. Since the doped tantalum pentoxide is semiconducting, the membrane electrode can be deposited by DC or magnetron sputtering. Thus, no high-frequency sputtering system is required, as required for sputtering insulators.
  • DC and magnetron sputtering By means of DC and magnetron sputtering, thin, essentially non-porous layers can be produced in reproducibly high quality.
  • DC and magnetron sputtering moreover has the advantage that the composition of the sputtered layers is easier to control than reactive sputtering.
  • Fig. 1 shows: a capacitive pressure sensor.
  • Fig. 1 shows a section through an embodiment of a pressure sensor.
  • This comprises a pressure membrane p acted upon and pressure-dependent elastically deformable measuring membrane 1, which is arranged on a base body 3.
  • the measuring diaphragm 1 and preferably also the base body 3 are made of ceramic, e.g. made of aluminum oxide
  • the illustrated pressure sensor can be designed as an absolute pressure sensor.
  • the pressure chamber 5 enclosed under the measuring diaphragm 1 is evacuated.
  • it can be configured as a relative pressure sensor, in that the pressure chamber 5 is supplied with a reference pressure p ref , for example an atmospheric pressure, via a bore 9 leading through the main body 3, shown in dashed lines in FIG. 1, relative to that acting on the measuring diaphragm 1 Pressure p is to be detected.
  • a reference pressure p ref for example an atmospheric pressure
  • the pressure sensor comprises an electromechanical transducer which serves to metrologically detect a pressure-dependent deformation of the measuring diaphragm 1.
  • This includes e.g. at least one capacitor with a depending on the pressure-induced deflection of the measuring membrane 1 changing capacity of a on a base body 3 facing side of the measuring membrane 1 applied membrane electrode 1 1 and one of the measuring membrane 1 facing end of
  • Base body 3 applied base body electrode 13 has.
  • the membrane electrode 1 1 extends over the base body 3 facing side of the measuring membrane 1 to the joint 7, and is preferably on the preferably as Aktivhartlötung
  • Counterelectrode 13 is preferably carried out via a contact pin 15 inserted in a bore leading through the base body 3, e.g. a tantalum pin, which produces an electrically conductive connection to the main body electrode 13.
  • a contact pin 15 inserted in a bore leading through the base body 3, e.g. a tantalum pin, which produces an electrically conductive connection to the main body electrode 13.
  • the pressure-dependent capacity of this capacitor or its changes are detected by a connected to the membrane electrode 1 1 and the main body electrode 13, not shown here measurement circuit and converted into a pressure-dependent measurement signal, which then to display, for further processing and / or Evaluation is available.
  • the membrane electrode 1 1 consists of semiconducting, doped
  • Tantalum oxide preferably of semiconducting, doped ditantalum pentoxide (Ta20 5 ).
  • this is particularly suitable for doping with titanium (Ti).
  • Ti titanium
  • a doping is suitable in which the titanium content of the titanium-tantalum metal content of the doped
  • porous electrodes are unsuitable for use in pressure sensors, since porous electrodes in the pressure chamber 5 absorb moisture penetrating, which then to impairments of the
  • the membrane electrode 1 Preferably, not only the membrane electrode 1 1, but also the main body electrode 13 of the doped, semiconducting tantalum oxide, preferably the doped semiconducting Ditantalpentoxid (Ta20 5 ).
  • Doped tantalum pentoxide has the advantage that it is due to the doping in
  • the semiconductive membrane electrode 1 1 has the advantage of having a temperature-dependent impedance as a semiconductor.
  • Pressure sensor provides or uses. For this purpose, by means of a measuring circuit, not shown here, the impedance of the membrane electrode 1 1, in particular its ohmic component, or dependent on the temperature-dependent impedance
  • Measured variable determined As described in DE 10 2013 1 14 734.8, for this purpose, a measured variable dependent on the temperature-dependent impedance of the membrane electrode 1 1 of the capacitor formed by the membrane electrode 1 1 and the main body electrode 13 can be detected by measurement using the measuring circuit. In particular, a time constant of a charging and / or discharging process of the
  • Capacitor or one of a caused by the capacitor in an AC circuit phase shift ⁇ between AC and AC voltage dependent variable, such as a dielectric loss of the
  • the deformation of the measuring membrane 1 can be determined by the capacitance of the capacitor.
  • Pressure sensors can be used, which have further electrodes.
  • An example of this are pressure sensors described in DE 10 201 1078 557 A1, the electromechanical transducers of which have two capacitors, one of which is formed by the membrane electrode and a first main body electrode arranged centrally on the end face of the main body facing the measuring diaphragm, and a second main body electrode which is surrounded on the outside by the membrane electrode and the first main body electrode is formed.
  • Differential pressure sensors can be used, the at least one including an
  • Pressure chamber arranged on a base body can be acted upon with a pressure, pressure-dependent elastically deformable measuring membrane, the outer edge is connected to the inclusion of a pressure chamber with an outer edge of the measuring diaphragm facing end of the body via a joint, esp.
  • An active brazing, and at least one capacitive electromechanical transducer comprising at least one arranged by a arranged on a side facing the base of the measuring membrane membrane electrode and a capacitor arranged on one of the measuring membrane facing end side of the base body arranged base electrode.
  • Pressure sensors according to the invention are produced by prefabricating the measuring membrane 1 and base body 3, the membrane electrode 1 1 on
  • the side of the measuring diaphragm 1 facing the main body 3 is applied, and the main body electrode 13 is applied to the end face of the main body 3 facing the measuring diaphragm 1.
  • the application of the membrane electrode 1 1 and the main body electrode 13 is preferably carried out by vapor deposition, preferably by physical
  • a sputtering target consisting of semiconducting, doped ditantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), which is doped with, for example, titanium, is preferably used.
  • the application of the membrane electrode 1 1 and the main body electrode 13 is preferably carried out by means of DC or magnetron sputtering. By DC, as well as by magnetron sputtering can thin, in
  • Substantially non-porous layers can be produced in reproducibly high quality.
  • DC and magnetron sputtering moreover has the advantage that the composition of the sputtered layers is easier to control than is the case with reactive sputtering.
  • an electrical connection of the counter electrode 13 can be provided by the contact pin 15, for example a tantalum pin, is inserted into the leading through the body 3 bore, and produces an electrically conductive connection to the main body electrode 13 ,
  • the tantalum electrodes provided at the outset known from the prior art with a protective layer of ditantalum pentoxide produced by thermal oxidation no further operation is required for producing the electrodes according to the invention.
  • the entire manufacturing process of the electrodes thus takes place in a single system. Accordingly, no transport of the components from one system to another is required, in which the surfaces of the components could be contaminated by particles, fibers or touch. This avoids rejects.
  • the sputtering process is a relatively fast executable process, which usually takes about 30 minutes. In comparison, for thermal oxidation of tantalum electrodes, several hours, e.g. 4 to 5 hours, needed.
  • Pressure chamber 5 pressure-tightly connected by active brazing.
  • a solder layer is arranged between the outer facing edges of the base body 3 and the measuring membrane 1 to be joined by the joining 7.
  • Lot Mrs can e.g. in the manner described in EP 490 807 A1 as solder paste or in the form of a preformed solder preform, e.g. a solder ring, are introduced.
  • joints 7 having a height of greater than or equal to 30 ⁇ m can be produced.
  • joints 7 can be produced with a height of the order of magnitude of 10 ⁇ m.
  • the arrangement formed by the main body 3, the solder layer and the measuring membrane 1 is heated in total to a soldering temperature above the melting temperature of the active hard solder and heated there over a longer period of time, in particular a period of 5 min to 15 min, held.
  • a soldering temperature above the melting temperature of the active hard solder in particular a period of 5 min to 15 min, held.
  • Aktivhartlöt compiler be used in which the solder layer is completely melted under vacuum by laser radiation.
  • the membrane electrode 1 1 which adjoins the active hard solder, acts as a solder stop, which counteracts an inflow of molten active brazing solder into the pressure chamber 5.
  • the achieved by DC or magnetron sputtering precise adjustment of the composition of the membrane electrode 1 1 has the advantage that on the targeted adjustment of the composition of the temperature range by the membrane electrode 1 1 forms an effective Lotstopp, can be increased.

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Abstract

Es ist ein kapazitiver Drucksensor mit einer unter Einschluss einer Druckkammer (5) auf einem Grundkörper (3) angeordneten, miteinem Druck (p) beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren Messmembran (1), einer einen äußeren Rand der Messmembran (1) unter Einschluss der Druckkammer (5) mit einem äußeren Rand einer der Messmembran (1)zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (3) verbindenden Aktivhartlötung (7), und einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck (p) abhängigen Auslenkung der Messmembran (1), der mindestens einen durch eine auf einer dem Grundkörper (3) zugewandten Seite der Messmembran (1) angeordnete Membran-Elektrode (11) undeine auf einer der Messmembran (1) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (3) angeordnete Grundkörper-Elektrode (13) gebildeten Kondensatorumfasst,beschrieben,der kostengünstiger, insb. mit geringer Varianz in hoher Qualität, herstellbar ist,undsich dadurchauszeichnet,dass die Membran-Elektrode (11) aus halbleitendem,dotiertem Tantaloxid, insb. halbleitendem,dotiertem Ditantalpentoxid (Ta2O5), besteht.

Description

Kapazitiver Drucksensor
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Drucksensor, mit einer unter Einschluss einer Druckkammer auf einem Grundkörper angeordneten, mit einem Druck beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren Messmembran, einer einen äußeren Rand der Messmembran unter Einschluss der Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers verbindenden Fügung, insb. einer Aktivhartlötung, und einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck abhängigen Auslenkung der Messmembran, der mindestens einen durch eine auf einer dem Grundkörper zugewandten Seite der Messmembran angeordnete Membran-Elektrode und eine auf einer der
Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnete Grundkörper- Elektrode gebildeten Kondensator umfasst. Kapazitive Drucksensoren können als Absolutdrucksensoren, als Relativdrucksensoren oder als Differenzdrucksensoren ausgebildet sein, und werden in der industriellen
Messtechnik zur Messung von Drücken eingesetzt.
Dabei weisen kapazitive keramische Drucksensoren, bei denen zumindest die
Messmembran aus Keramik besteht, den Vorteil auf, dass die keramische Messmembran unmittelbar dem Medium ausgesetzt werden kann, dessen Druck gemessen werden soll. Keramik weist insoweit für die Anwendung in der Druckmesstechnik besonders vorteilhafte chemische und mechanische Eigenschaften auf. Insb. sind Druckmittler, die den zu messenden Druck mittels einer Druck übertragenden Flüssigkeit auf den Drucksensor übertragen, nicht erforderlich.
In der EP 0 445 382 A2 ist ein kapazitiver keramischer Drucksensor beschrieben, mit
- einer unter Einschluss einer Druckkammer auf einem Grundkörper angeordneten, mit einem Druck beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren Messmembran, - einer einen äußeren Rand der Messmembran unter Einschluss der Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers verbindenden Aktivhartlötung, und
- einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck abhängigen Auslenkung der Messmembran, der mindestens einen durch eine auf einer dem Grundkörper zugewandten Seite der Messmembran angeordnete Membran-Elektrode und eine auf einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnete Grundkörper-Elektrode gebildeten Kondensator umfasst. Die Herstellung dieser Drucksensoren erfolgt, indem Messmembran und Grundkörper vorgefertigt werden, und die Membran-Elektrode auf die Messmembran und die
Grundkörper-Elektrode auf den Grundkörper aufgebracht werden. Anschließend wird eine Lotschicht aus einem Aktivhartlot zwischen Messmembran und Grundkörper eingebracht, und die Anordnung unter Vakuum insgesamt auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Lots liegende Löttemperatur aufgeheizt.
In der EP 0 445 382 A2 DE ist beschrieben, auf den Elektroden eine Schutzschicht aus einem Oxid des Elektrodenmaterials aufzubringen, die verhindert, dass beim Aktivhartlöten aufschmelzendes Lot über die Elektroden fließt. Gemäß der EP 0 445 382 A2 DE werden hierzu vorzugsweise Elektroden aus Tantal verwendet, auf denen eine Schutzschicht aus Tantalpentoxid angeordnet ist.
Tantalpentoxid ist bekannt als Isolator mit sehr hoher Permitivität, und wird z.B. in
Elektrolytkondensatoren, sowie in der Halbleiterindustrie als - häufig als high-k
Dielektrikum bezeichnetes - hochwertiges Dielektrikum eingesetzt.
Die in der EP 0 445 382 A2 DE beschriebene Schutzschicht aus Tantalpentoxid wird durch thermische oder anodische Oxidation der Tantal-Elektroden erzeugt wird. Dabei stellen das Aufbringen der Elektroden und das Erzeugen der Oxidschicht auf den Elektroden zwei separate Verfahrensschritte dar, die in zwei verschiedenen Anlagen ausgeführt werden. Während das Aufbringen der Elektroden z.B. in einer Sputter-Anlage erfolgt, in der die Elektroden als Beschichtung auf Messmembran und Grundkörper aufgesputtert werden, erfolgt die thermische Oxidation in einem von der Sputter-Anlage getrennten Ofen. Dabei besteht die Gefahr, dass die Oberflächen der Elektroden beim Transport von der Sputter-Anlage zum Ofen durch Partikel, Fasern oder Berührung verschmutzen, was zu Ausschuss führt.
Die thermische Oxidation von Tantal-Elektroden ist ein zeitaufwendiges Verfahren, das regelmäßig mehrere Stunden, z. B. 4 bis 5 Stunden, in Anspruch nimmt. Dabei können sich neben dem gewünschten Ditantalpentoxid auch niederwertigere Tantaloxide bilden, was zu einer Varianz der Oxidschichten führt.
Dabei führen insb. bei der thermischen Oxidation entstehende niederwertige Oxide dazu, dass der Temperaturbereich, in dem die Tantaloxidschicht zuverlässig als Lotstopp einsetzbar ist, nach oben begrenzt ist. Um während der Aktivhartlötung von Messmembran und Grundkörper einen zuverlässigen Lotstopp zu gewährleisten ist folglich die
Löttemperatur, bei der die Aktivhartlötung erfolgt, entsprechend nach oben zu begrenzen. Darüber hinaus weisen die Tantalschicht und die darauf erzeugte Oxidschicht
unterschiedliche thermischem Ausdehnungskoeffizienten, was bei einem Einsatz des Drucksensors in einem größerem Temperaturbereich zu thermomechanischen
Spannungen führen kann, die sich auf die Druckempfindlichkeit der Messmembran auswirken können.
In der DE 10 2013 106 045 A1 ist ein Drucksensor beschrieben, bei dem Lotstopp und Membran-Elektrode aus dem gleichen Werkstoffsystem präpariert werden. Hierzu wird eine Membran-Elektrode eingesetzt, die Titanoxid aufweist. Im Gegensatz zu Tantalpentoxid ist Titanoxid leitfähig und kann somit als Elektrodenwerkstoff eingesetzt werden. Dabei wird vorzugsweise nichtstöchiometrisches Titanoxid eingesetzt, da letzteres eine höhere Leitfähigkeit aufweist als stöchiometrisches Titanoxid. Darüber hinaus ist in der DE 10 2013 106 045 A1 beschrieben, die Leitfähigkeit des Elektrodenmaterials durch eine Dotierung mit Cr, Nb oder W, zu erhöhen. Die Präparation der Membran-Elektrode erfolgt gemäß der DE 10 2013 106 045 A1 vorzugsweise durch reaktives Sputtern.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen alternativ hierzu einsetzbaren kapazitiven
Drucksensor anzugeben, der kostengünstig, und insb. mit geringerer Varianz in hoher Qualität hergestellt werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Hierzu umfasst die Erfindung einen Drucksensor, mit
- einer unter Einschluss einer Druckkammer auf einem Grundkörper angeordneten, mit einem Druck beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren Messmembran,
- einer einen äußeren Rand der Messmembran unter Einschluss der Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers verbindenden Fügung, insb. einer Aktivhartlötung, und
- einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck abhängigen Auslenkung der Messmembran, der mindestens einen durch eine auf einer dem Grundkörper zugewandten Seite der Messmembran angeordnete Membran-Elektrode und eine auf einer der Messmembran zugewandten
Stirnseite des Grundkörpers angeordnete Grundkörper-Elektrode gebildeten Kondensator umfasst,
der sich dadurch auszeichnet, dass
die Membran-Elektrode aus halbleitendem, dotiertem Tantaloxid, insb. halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid, besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Grundkörper- Elektrode aus halbleitendem, dotiertem Tantaloxid, insb. halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid. Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dotierung Titan (Ti) umfasst, wobei das dotierte Tantaloxid insb. dotiertes Ditantalpentoxid (Ta205) ist, bei dem ein Titananteil am Titan-Tantal-Metallgehalt des dotierten Ditantalpentoxids in der Größenordnung von 10 Mol. % liegt.
Eine bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- die halbleitende Membran-Elektrode eine von der Temperatur der Messmembran abhängige Impedanz aufweist, und
- eine Messschaltung vorgesehen ist, die die temperatur-abhängige Impedanz, insb. deren ohmschen Anteil, oder eine von der temperatur-abhängigen Impedanz abhängige
Messgröße, insb. eine Zeitkonstante eines Lade- und/oder Entladevorgangs des durch die Membran-Elektrode und die Grundkörper-Elektrode gebildeten Kondensators oder eine von einer durch den Kondensator in einem Wechselstromkreis bewirkten
Phasenverschiebung zwischen Wechselstrom und Wechselspannung abhängige Messgröße, insb. eine dielektrische Verlustleistung des Kondensators oder ein Tangens eines Verlustwinkels, oder eine Güte oder Dämpfung eines den Kondensator enthaltenden, insb. in Resonanz betriebenen, Schwingkreises, bestimmt.
Eine Weiterbildung der bevorzugten Weiterbildung sieht vor, dass
die Messschaltung anhand der Impedanz oder der von der Impedanz abhängigen
Messgröße eine Temperatur der Messmembran bestimmt, und insb. zur Kompensation eines temperatur-abhängigen Messfehlers des Drucksensors zur Verfügung stellt oder verwendet. Eine weitere Weiterbildung der bevorzugten Weiterbildung sieht vor, dass
- die Messschaltung anhand der Impedanz oder der von der Impedanz abhängigen
Messgröße eine Temperatur der Messmembran bestimmt, und
- die Messschaltung bei der Bestimmung der Temperatur eine Kompensation einer
Abhängigkeit der Impedanz von der druckabhängigen Verformung der Messmembran vornimmt.
Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Drucksensors, das sich dadurch auszeichnet, dass
- Grundkörper und Messmembran bereitgestellt werden,
- die Membran-Elektrode auf der dem Grundkörper zugewandten Seite der Messmembran aufgebracht wird, insb. durch Gasphasenabscheidung, insb. durch physikalische Gasphasenabscheidung, insb. durch Sputtern, insb. durch Gleichstrom- oder Magnetron- Sputtern, aufgebracht wird,
- die Grundkörper-Elektrode auf der der Messmembran zugewandten Stirnseite des
Grundkörpers aufgebracht wird, insb. durch Gasphasenabscheidung, insb. durch physikalische Gasphasenabscheidung, insb. durch Sputtern, insb. durch Gleichstromoder Magnetron-Sputtern, aufgebracht wird, und
- Grundkörper und Messmembran durch Aktivhartlöten miteinander verbunden werden. Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Sputtern mittels eines aus halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid, insb. mit Titan dotiertem Ditantalpentoxid, bestehenden Sputter-Targets.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass die aus halbleitendem, dotiertem Tantaloxid, insb. dotiertem Ditantalpentoxid, bestehende Membran-Elektrode zugleich einen Lotstopp bildet, der während des Aktivhartlötens einem Einfließen von geschmolzenem Aktivhartlot in die Druckkammer des Drucksensors entgegen wirkt. Darüber hinaus können die Membran- Elektroden in einem einzigen Verfahrensschritt vergleichsweise schnell und kostengünstig mit geringer Varianz hergestellt werden. Da das dotierte Tantalpentoxid halbleitend ist, kann die Membran-Elektrode mittels Gleichstrom- oder Magnetron-Sputtern aufgebracht werden. Es wird somit keine Hochfrequenz-Sputteranlage benötigt, wie sie zum Sputtern von Isolatoren erforderlich ist. Durch Gleichstrom-, sowie durch Magnetron-Sputtern können dünne, im Wesentlichen porenfreie Schichten in reproduzierbar hoher Qualität hergestellt werden. Gleichstrom- und Magnetron-Sputtern weisen darüber hinaus den Vorteil auf, dass die Zusammensetzung der durch Sputtern erzeugten Schichten leichter zu kontrollieren ist, als beim reaktiven Sputtern.
Es ist kein separater Arbeitsgang zur Erzeugung einer Lotstopp-Schicht auf der Membran- Elektrode erforderlich. Entsprechend entfällt auch der dazu erforderliche Transport zwischen zwei Anlagen, und die damit verbundene Gefahr einer Verschmutzung.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Fig. 1 zeigt: einen kapazitiven Drucksensor.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Drucksensors. Dieser umfasst eine mit einem Druck p beaufschlagbare und druckabhängig elastisch verformbare Messmembran 1 , die auf einem Grundkörper 3 angeordnet ist. Die Messmembran 1 und vorzugsweise auch der Grundkörper 3 bestehen aus Keramik, z.B. aus Aluminiumoxid
(AI2O3), und sind miteinander unter Einschluss einer Druckkammer 5 druckdicht verbunden. Hierzu ist ein äußerer Rand einer dem Grundkörper 3 zugewandten Seite der
Messmembran 1 unter Einschluss der Druckkammer 5 mittels einer Fügung 7,
vorzugsweise einer Aktivhartlötung, mit einem äußeren Rand einer der Messmembran 1 zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 3 verbunden. Der dargestellte Drucksensor kann als Absolutdrucksensor ausgebildet sein. In dem Fall ist die unter der Messmembran 1 eingeschlossene Druckkammer 5 evakuiert. Alternativ kann er als Relativdrucksensor ausgebildet werden, indem der Druckkammer 5 über eine durch den Grundkörper 3 hindurch führende, in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete Bohrung 9 ein Referenzdruck pref, z.B. ein Atmosphärendruck, zugeführt wird, bezogen auf den der auf die Messmembran 1 einwirkende Druck p erfasst werden soll.
Der Drucksensor umfasst einen elektromechanischen Wandler, der dazu dient, eine druckabhängige Verformung der Messmembran 1 messtechnisch zu erfassen. Dieser umfasst z.B. mindestens einen Kondensator mit einer sich in Abhängigkeit von der druckbedingten Auslenkung der Messmembran 1 verändernden Kapazität, der eine auf einer dem Grundkörper 3 zugewandten Seite der Messmembran 1 aufgebrachte Membran- Elektrode 1 1 und eine auf einer der Messmembran 1 zugewandten Stirnseite des
Grundkörpers 3 aufgebrachte Grundkörper-Elektrode 13 aufweist. Die Membran-Elektrode 1 1 erstreckt sich über die dem Grundkörper 3 zugewandte Seite der Messmembran 1 bis zur Fügung 7, und wird vorzugsweise über die vorzugsweise als Aktivhartlötung
ausgebildete Fügung 7 elektrisch kontaktiert. Der elektrische Anschluss der
Gegenelektrode 13 erfolgt vorzugsweise über einen in eine durch den Grundkörper 3 führende Bohrung eingesetzten Kontaktstift 15, z.B. einen Tantalstift, der eine elektrisch leitfähige Verbindung zur Grundkörper-Elektrode 13 herstellt.
Die druckabhängige Kapazität dieses Kondensators bzw. deren Änderungen werden über eine an die Membran-Elektrode 1 1 und die Grundkörper-Elektrode 13 angeschlossene, hier nicht dargestellte Messschaltung erfasst und in ein druckabhängiges Messsignal umgewandelt, das dann zur Anzeige, zur weiteren Verarbeitung und/oder Auswertung zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß besteht die Membran-Elektrode 1 1 aus halbleitendem, dotiertem
Tantaloxid, vorzugsweise aus halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid (Ta205).
Als Dotierung eignet sich hierzu insb. eine Dotierung mit Titan (Ti). Hierzu eignet sich insb. eine Dotierung, bei der der Titananteil am Titan-Tantal-Metallgehalt des dotierten
Ditantalpentoxids in der Größenordnung von etwa 10 Mol. % liegt. Eine solche Dotierung ist in der US 3, 402,078 A beschrieben, wo sie zur Erzeugung einer porösen Kathode einer Brennstoffzelle verwendet wird. Zur Erzeugung der Kathoden ist dort ein Verfahren beschrieben, bei dem Titanoxid und Tantalpentoxid in einem dem gewünschten Titananteil entsprechenden Mischungsverhältnis gemischt, und in Ethanol gemahlen, getrocknet, geröstet und gesiebt werden, und hieraus mittels einer
wasserbasierten Lösung eine streichbare Masse erzeugt wird, die dann am Einsatzort aufgetragen, getrocknet und anschließend gebrannt wird. Poröse Elektroden sind jedoch für den Einsatz in Drucksensoren ungeeignet, da poröse Elektroden in die Druckkammer 5 eindringende Feuchtigkeit aufnehmen, die dann zu Beeinträchtigungen der
Messeigenschaften des Drucksensor führt.
Vorzugsweise besteht nicht nur die Membran-Elektrode 1 1 , sondern auch die Grundkörper- Elektrode 13 aus dem dotierten, halbleitenden Tantaloxid, vorzugsweise dem dotierten, halbleitenden Ditantalpentoxid (Ta205). Dotiertes Ditantalpentoxid bietet den Vorteil, dass es aufgrund der Dotierung in
ausreichendem Maße leitfähig ist, um als Elektrodenmaterial geeignet zu sein, und zugleich während der Aktivhartlötung von Messmembran 1 und Grundkörper 3 einen Lotstopp für das zur Aktivhartlötung verwendete Aktivhartlot bildet, der ein Einfließen des Aktivhartlots in die Druckkammer 5 während des Lötvorgangs verhindert.
Darüber hinaus bietet die halbleitende Membran-Elektrode 1 1 den Vorteil, dass sie als Halbleiter eine von der Temperatur abhängige Impedanz aufweist. Diese
Temperaturabhängigkeit kann auf die in der noch unveröffentlichten Deutschen
Patentanmeldung DE 10 2013 1 14 734.8 der Anmelderin vom 20.12.2013 beschriebene Weise dazu eingesetzt werden, die Temperatur der Messmembran 1 mittels einer entsprechenden Messschaltung zu bestimmen, die diese Messschaltung dann
vorzugsweise zur Kompensation eines temperatur-abhängigen Messfehlers des
Drucksensors zur Verfügung stellt oder verwendet. Hierzu wird mittels einer hier nicht dargestellten Messschaltung die Impedanz der Membran-Elektrode 1 1 , insb. deren ohmscher Anteil, oder eine von der temperaturabhängigen Impedanz abhängige
Messgröße bestimmt. Wie in der DE 10 2013 1 14 734.8 beschrieben, kann hierzu eine von der temperaturabhängigen Impedanz der Membran-Elektrode 1 1 abhängige Messgröße des durch die Membran-Elektrode 1 1 und die Grundkörper-Elektrode 13 gebildeten Kondensators mittels der Messschaltung messtechnisch erfasst werden. Als Messgröße eignen sich insb. eine Zeitkonstante eines Lade- und/oder Entladevorgangs des
Kondensators, oder eine von einer durch den Kondensator in einem Wechselstromkreis bewirkten Phasenverschiebung φ zwischen Wechselstrom und Wechselspannung abhängige Messgröße, wie zum Beispiel eine dielektrische Verlustleistung des
Kondensators oder ein Tangens des Verlustwinkels δ, oder eine Güte oder Dämpfung eines den Kondensator enthaltenden, z.B. in Resonanz betriebenen, Schwingkreises.
Dabei wird bei der Bestimmung der Temperatur der Messmembran 1 anhand der von der Impedanz abhängigen Messgröße vorzugweise eine Kompensation einer Abhängigkeit der Impedanz von der druckabhängigen Verformung der Messmembran 1 vorgenommen, wobei die Verformung der Messmembran 1 über die Kapazität des Kondensators ermittelt werden kann. Auch wenn die Erfindung vorliegend am Beispiel eines nur eine einzige Membran- Elektrode 1 1 und eine einzige Grundkörper-Elektrode 13 aufweisenden Drucksensors beschrieben ist, ist sie natürlich völlig analog auch in Verbindung mit kapazitiven
Drucksensoren einsetzbar, die weitere Elektroden aufweisen. Ein Beispiel hierfür sind in der DE 10 201 1 078 557 A1 beschriebene Drucksensoren, deren elektromechanische Wandler zwei Kondensatoren aufweisen, von denen einer durch die Membran-Elektrode und eine mittig auf der der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnete erste Grundkörper-Elektrode gebildet ist, und einer durch die Membran- Elektrode und eine die erste Grundkörper-Elektrode außenseitlich umgebende zweite Grundkörper-Elektrode gebildet ist.
Ebenso ist die Erfindung natürlich völlig analog auch in kapazitiven keramischen
Differenzdrucksensoren einsetzbar, die mindestens eine unter Einschluss einer
Druckkammer auf einem Grundkörper angeordnete mit einem Druck beaufschlagbare, druckabhängig elastisch verformbare Messmembran aufweisen, deren äußerer Rand unter Einschluss einer Druckkammer mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers über eine Fügung, insb. eine Aktivhartlötung, verbunden ist, und die mindestens einen kapazitiven elektromechanischen Wandler aufweisen, der mindestens einen durch eine auf einer dem Grundkörper zugewandte Seite der Messmembran angeordnete Membran-Elektrode und eine auf einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnete Grundkörper-Elektrode gebildeten Kondensator umfasst.
Erfindungsgemäße Drucksensoren werden hergestellt, indem Messmembran 1 und Grundkörper 3 vorgefertigt werden, die Membran-Elektrode 1 1 auf
die dem Grundkörper 3 zugewandte Seite der Messmembran 1 aufgebracht wird, und die Grundkörper-Elektrode 13 auf die der Messmembran 1 zugewandte Stirnseite des Grundkörpers 3 aufgebracht wird. Das Aufbringen der Membran-Elektrode 1 1 und der Grundkörper-Elektrode 13 erfolgt vorzugsweise durch Gasphasenabscheidung, vorzugsweise durch physikalische
Gasphasenabscheidung, insb. durch Sputtern. Hierzu wird vorzugsweise ein aus halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid (Ta205) bestehendes Sputtertarget eingesetzt, das zum Beispiel mit Titan dotiert ist. Das Aufbringen der Membran-Elektrode 1 1 und der Grundkörper-Elektrode 13 erfolgt vorzugsweise mittels Gleichstrom- oder Magnetron- Sputtern. Durch Gleichstrom-, sowie durch Magnetron-Sputtern können dünne, im
Wesentlichen porenfreie Schichten in reproduzierbar hoher Qualität hergestellt werden. Gleichstrom- und Magnetron-Sputtern weisen darüber hinaus den Vorteil auf, dass die Zusammensetzung der durch Sputtern erzeugten Schichten leichter zu kontrollieren ist, als das beim reaktiven Sputtern der Fall ist. Beim Aufbringen der Membran-Elektrode 1 1 kann zugleich ein elektrischer Anschluss der Gegenelektrode 13 vorgesehen werden, indem der Kontaktstift 15, z.B. ein Tantalstift, in die durch den Grundkörper 3 führende Bohrung eingesetzt wird, und eine elektrisch leitfähige Verbindung zur Grundkörper-Elektrode 13 herstellt.
Im Unterschied zu den eingangs genannten aus dem Stand der Technik bekannten mit einer durch thermischen Oxidation erzeugten Schutzschicht aus Ditantalpentoxid versehenen Tantal-Elektroden, ist zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektroden kein weiterer Arbeitsgang erforderlich. Der gesamte Herstellungsprozess der Elektroden erfolgt somit in einer einzigen Anlage. Entsprechend ist kein Transport der Bauteile von einer Anlage zur anderen erforderlich, bei dem die Oberflächen der Bauteile durch Partikel, Fasern oder Berührung verschmutzen könnten. Hierdurch wird Ausschuss vermieden. Darüber hinaus ist der Sputtervorgang ein vergleichsweise schnell ausführbarer Prozess, der in der Regel ca. 30 Minuten dauert. Im Vergleich dazu werden für eine thermische Oxidation von Tantal-Elektroden regelmäßig mehrere Stunden, z.B. 4 bis 5 Stunden, benötigt.
Nachfolgend werden Messmembran 1 und Grundkörper 3 unter Einschluss der
Druckkammer 5 durch Aktivhartlöten druckdicht miteinander verbunden. Hierzu wird zwischen den durch die Fügung 7 zu verbindenden äußeren einander zugewandten Rändern von Grundkörper 3 und Messmembran 1 eine Lotschicht angeordnet. Die
Lotschicht kann z.B. auf die in der EP 490 807 A1 beschriebene Weise als Lotpaste aufgetragen oder in Form eines vorgefertigten Lotformteils, z.B. eines Lotrings, eingebracht werden. Hierdurch lassen sich Fügungen 7 mit einer Höhe von größer gleich 30 μιη herstellen. Eine geringere Mindesthöhe der Messmembran 1 und Grundkörper 3 verbindenden Fügung 7 und damit einhergehend ein zur Erzielung einer höheren
Messgenauigkeit vorteilhafterer geringerer Elektrodenabstand kann gemäß einem in der DE 10 2010 043 1 19 A1 beschriebenen Verfahren erzielt werden, indem die Lotschicht mittels Gasphasenabscheidung auf eine der Fügeflächen oder anteilig auf beide
Fügeflächen aufgebracht wird. Hierdurch können Fügungen 7 mit einer Höhe in der Größenordnung von 10 μιη hergestellt werden.
Nach dem Einbringen bzw. Aufbringen der Lotschicht wird die durch den Grundkörper 3, die Lotschicht und die Messmembran 1 gebildete Anordnung insgesamt unter Vakuum auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Aktivhartlots liegende Löttemperatur aufgeheizt und dort über einen längeren Zeitraum, insb. einen Zeitraum von 5 min bis 15 min, gehalten. Alternativ kann ein in der DE 10 201 1 005 665 A1 beschriebenes
Aktivhartlötverfahren verwendet werden, bei dem die Lotschicht unter Vakuum durch Laserstrahlung vollständig aufgeschmolzen wird. Während des Aktivhartlötens wirkt die an das Aktivhartlot angrenzende Membran-Elektrode 1 1 als Lotstopp, der einem Einfließen von geschmolzenem Aktivhartlot in die Druckkammer 5 entgegenwirkt. Dabei bietet die durch Gleichstrom- oder Magnetron-Sputtern erzielte präzise Einstellung der Zusammensetzung der Membran-Elektrode 1 1 den Vorteil, dass über die gezielte Einstellung der Zusammensetzung der Temperaturbereich, indem die Membran-Elektrode 1 1 einen wirksamen Lotstopp bildet, erhöht werden kann.
Messmembran
Grundkörper
Druckkammer
Fügung
Bohrung
Membran-Elektrode
G ru nd körper- El ektrod e
Kontaktstift

Claims

Patentansprüche
1. Drucksensor, mit
- einer unter Einschluss einer Druckkammer (5) auf einem Grundkörper (3)
angeordneten, mit einem Druck (p) beaufschlagbaren, druckabhängig elastisch verformbaren Messmembran (1 ),
- einer einen äußeren Rand der Messmembran (1 ) unter Einschluss der Druckkammer (5) mit einem äußeren Rand einer der Messmembran (1 ) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (3) verbindenden Fügung (7), insb. einer Aktivhartlötung, und
- einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck (p) abhängigen Auslenkung der Messmembran (1 ), der mindestens einen durch eine auf einer dem Grundkörper (3) zugewandten Seite der Messmembran (1 ) angeordnete Membran-Elektrode (1 1 ) und eine auf einer der Messmembran (1 ) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (3) angeordnete Grundkörper-Elektrode (13) gebildeten Kondensator umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran-Elektrode (1 1 ) aus halbleitendem, dotiertem Tantaloxid, insb.
halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid (Ta205) besteht.
Drucksensor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundkörper-Elektrode (13) aus halbleitendem, dotiertem Tantaloxid, insb.
halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid (Ta205) besteht.
Drucksensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Dotierung Titan (Ti) umfasst, wobei das dotierte Tantaloxid insb. dotiertes
Ditantalpentoxid (Ta205) ist, bei dem ein Titananteil am Titan-Tantal-Metallgehalt des dotierten Ditantalpentoxids in der Größenordnung von 10 Mol. % liegt.
4. Drucksensor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die halbleitende Membran-Elektrode (1 1 ) eine von der Temperatur der Messmembran
(1 ) abhängige Impedanz aufweist, und
- eine Messschaltung vorgesehen ist, die die temperatur-abhängige Impedanz, insb. deren ohmschen Anteil, oder eine von der temperatur-abhängigen Impedanz abhängige Messgröße, insb. eine Zeitkonstante eines Lade- und/oder
Entladevorgangs des durch die Membran-Elektrode (1 1 ) und die Grundkörper-
Elektrode (13) gebildeten Kondensators oder eine von einer durch den Kondensator in einem Wechselstromkreis bewirkten Phasenverschiebung (φ) zwischen
Wechselstrom und Wechselspannung abhängige Messgröße, insb. eine dielektrische Verlustleistung des Kondensators oder ein Tangens eines Verlustwinkels (δ), oder eine Güte oder Dämpfung eines den Kondensator enthaltenden, insb. in Resonanz betriebenen, Schwingkreises, bestimmt.
Drucksensor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Messschaltung anhand der Impedanz oder der von der Impedanz abhängigen Messgröße eine Temperatur der Messmembran (1 ) bestimmt,
und insb. zur Kompensation eines temperatur-abhängigen Messfehlers des
Drucksensors zur Verfügung stellt oder verwendet. 6. Drucksensor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Messschaltung anhand der Impedanz oder der von der Impedanz abhängigen Messgröße eine Temperatur der Messmembran (1 ) bestimmt, und
- die Messschaltung bei der Bestimmung der Temperatur eine Kompensation einer Abhängigkeit der Impedanz von der druckabhängigen Verformung der
Messmembran (1 ) vornimmt.
Verfahren zur Herstellung eines Drucksensor gemäß Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass
- Grundkörper (3) und Messmembran (1 ) bereitgestellt werden,
- die Membran-Elektrode (1 1 ) auf der dem Grundkörper (3) zugewandten Seite der Messmembran (1 ) aufgebracht wird, insb. durch Gasphasenabscheidung, insb. durch physikalische Gasphasenabscheidung, insb. durch Sputtern, insb. durch
Gleichstrom- oder Magnetron-Sputtern, aufgebracht wird,
- die Grundkörper-Elektrode (13) auf der der Messmembran (1 ) zugewandten
Stirnseite des Grundkörpers (3) aufgebracht wird, insb. durch
Gasphasenabscheidung, insb. durch physikalische Gasphasenabscheidung, insb. durch Sputtern, insb. durch Gleichstrom- oder Magnetron-Sputtern, aufgebracht wird, und
- Grundkörper (3) und Messmembran (1 ) durch Aktivhartlöten miteinander verbunden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sputtern mittels eines aus halbleitendem, dotiertem Ditantalpentoxid (Ta205), insb. mit Titan (Ti) dotiertem Ditantalpentoxid (Ta205), bestehenden Sputter-Targets erfolgt.
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