專利名稱：相對壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于記錄介質壓力和大氣壓力之間的差的相對壓力傳感器。本發(fā)明的領域的相對壓力傳感器包括壓力測量變換器，其中該壓力測量變換器具有測量膜和平臺，其中，在測量膜和平臺之間形成基準壓力腔，支撐主體，其中平臺借助承壓粘附體與該支撐主體相連接。其中基準壓力路徑延伸穿過平臺和支撐主體，使得將基準壓力引入到基準壓力腔中。傳感器外部主體，在該傳感器外部主體中形成變換器腔，其中傳感器腔具有第一開口和第二開口，其中經第一開口將壓力測量變換器帶入到變換器腔中，并且借助支撐主體將壓力測量變換器保持在變換器腔中，其中支撐主體壓密地密封第一開口，并且其中測量膜的背離基準壓力腔的一側經第二開口與介質壓力可接觸。
背景技術：
在本發(fā)明的領域的相對壓力傳感器的情況下，出現的問題是，承壓粘附體是潮濕敏感的。這導致壓力測量變換器中的機械應力，這種機械應力最終引起測量誤差。在這點上，德國專利申請102008043175描述了改變承壓粘附體的結構的方法，通過這種方法，在該發(fā)明的壓力傳感器的情況下，基準壓力路徑延伸使得承壓粘附體通過防潮層免受基準空氣。盡管這些方法取得了改進，但是由于這些類型的屏蔽——例如，粘附體上的硅樹脂層或粘附體與基準空氣路徑之間的橡膠軟管——未被氣封，它們不是根本解決辦法，并且因此，所需努力和實現的改進的比例仍留有很多期待。歐洲專利申請EP 1065488A1公開了一種電容性陶瓷相對壓力傳感器，該相對壓力傳感器包括充氣的測量腔，該測量腔用陶瓷測量膜封閉，在操作期間待測量的壓力作用在該測量膜的外側上；充氣可壓縮的彈簧彈性膜盒，在操作期間基準壓力外部地作用在膜盒上，并且膜盒的內部容積依賴于其基準壓力，以及為了使存在于測量腔內的內部壓力與基準壓力相匹配，膜盒與測量腔連通；以及變換器，用于將依賴于壓力的測量膜的變形轉換成電的測量變量。在詳細的描述中公開了彈簧彈性膜盒可特別具有金屬膜，例如，波形膜或彈簧彈性塑料膜，其中，彈性在這里明顯具有重要作用。因此，彈性意味著回彈力的存在，這絕對不可避免地導致基準壓力被破壞，并且隨后導致測量誤差。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供相對壓力傳感器，這種相對壓力傳感器克服先前技術的缺點，確保對在支撐主體上的平臺的粘附體的可靠的潮氣防護，而不降低測量精度。
根據本發(fā)明的這個目的是通過如獨立專利權利要求1中限定的相對壓力傳感器來實現的。因此，本發(fā)明的相對壓力傳感器包括壓力測量變換器，其中該壓力測量變換器具有測量膜和平臺，其中，在測量膜和平臺之間形成基準壓力腔；支撐主體，其中平臺借助承壓粘附體與支撐主體相連接，其中基準壓力路徑延伸穿過平臺和支撐主體，使得把基準壓力引入到基準壓力腔中；傳感器外部主體，在該傳感器外部主體中形成變換器腔，其中該變換器腔具有第一開口和第二開口，其中通過第一開口將壓力測量變換器帶入到變換器腔中，并且借助支撐主體將壓力測量變換器保持在變換器腔中，其中支撐主體壓密地密封第一開口，并且其中測量膜的背離基準壓力腔的一側經第二開口與介質壓力可接觸；該相對壓力傳感器的特征在于基準壓力路徑具有充氣的密封段，該充氣的密封段從基準壓力腔延伸至少穿過承壓粘附體，其中密封段借助柔性鍍金屬塑料箔氣密地密封。在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，充氣的密封段延伸至少穿過支撐主體。在本發(fā)明的進一步發(fā)展的實施例中，充氣的密封段包括小管，該小管固定到支撐主體。塑料箔能夠例如沿著周邊密封表面與小管氣密地相連接，其中周邊密封表面圍繞的面積大于小管的橫截面積。在這點上，例如，小管能夠在其背離基準壓力腔的一端具有端表面，該端表面的表面法線相對于小管的縱向軸線傾斜，以便實現較大的面積，或可把形狀保持箔支承主體連接到小管，其中，基準壓力路徑的充氣的密封段延伸穿過這個箔支承主體，其中塑料箔沿著周邊密封表面與箔支承主體氣密地相連接，其中周邊密封表面圍繞的面積大于小管的橫截面積。箔與小管或與箔支承主體的連接能夠例如經由粘合劑、焊接、或卷邊或者經由小管或箔支承主體與具有環(huán)狀夾緊表面的夾緊主體之間的夾緊形成。在基準壓力路徑的密封的充氣的段中的氣體的壓力在理想情況下應當等于在箔的外側作用在箔上的大氣壓力。這意味著柔性箔的封閉氣體的體積波動應當被吸收。封閉氣體的體積波動由其溫度波動和由大氣壓力的波動引起，并且實質上與封閉氣體的量成正比。例如應當選擇封閉氣體的量使得在平均溫度和平均大氣壓力的情況下，箔被保持在中間位置。在箔在中間位置的情況下，氣體的量由此通過基準壓力路徑的密封段的容積預先確定。在這方面，如果箔的最大行程應當被限制到最小量，那么最小化密封段的容積是必要的。在本發(fā)明的實施例中，變換器腔的第一開口具有內橫截面積A1，通過該第一開口將測量膜帶入到變換器腔中，其中在測量膜和箔之間的基準壓力路徑的密封段具有長度L， 其中=L/(A1/π)1/2 < 4，優(yōu)選地，IV(A1A)"2 < 3。以這種方式，由于垂直于開口平面的延伸的密封段的容積受到限制。在本發(fā)明的實施例中，變換器腔的第一開口具有內橫截面積A1，其中箔在橫截面積A1上的垂直投影形成投影表面A2，其中Α2/Α1 < 1，特別地，Α2/Α1 <0.9，優(yōu)選地，Α2/Α1 < 0. 8。在這種尺寸的情況下，選擇是環(huán)繞該箔從變換器腔延伸出電饋通，其中這些電饋通圍繞基準壓力路徑。根據本發(fā)明的實施例，壓力測量變換器可以是具有至少兩個電阻元件的(壓電式)電阻性壓力測量變換器，或具有至少兩個電極的電容性壓力測量變換器，其中相對壓力傳感器還具有電子電路，該電子電路的輸入端連接到到壓力測量變換器的電阻元件或電極，其中基準壓力路徑的密封段空間地布置在壓力測量變換器和電子電路之間。與本發(fā)明相關，術語“承壓”是指這樣的性質由于變換器腔中壓力測量變換器的壓力載荷而引起的這些力作用在粘附體上，幾乎沒有導致粘附體的不可逆的變形，該變形對傳感器的零點和測量范圍可能有影響。在壓力測量變換器的壓力載荷中，粘附體中的剪切應力例如不大于E/500，優(yōu)選地，不大于E/1000，其中E是粘附體所使用的材料的彈性模量。很顯然，實際上發(fā)生的剪應力包括三個變量，S卩，第一、材料的性質，第二、粘附體的有效面積，和第三、施加的壓力，或規(guī)定的最大壓力。作為粘附體的材料，尤其是彈性模量例如為2GPa至4GPa的環(huán)氧粘合劑是適合的。在本發(fā)明的進一步的發(fā)展中，與平臺的基部相比，粘附體的有效面積減小了，以這種方式在平臺和支撐主體之間提供收縮或瓶頸。這種收縮使得與粘附體橫跨平臺的整個基部表面的實施例相比，由于平臺和支撐主體的不同的熱膨脹系數所引起的平臺中的機械應力減小了。在本發(fā)明的進一步的發(fā)展中，由粘附體的周邊所包圍的面積總計小于平臺的基部表面的18%，優(yōu)選地小于12 %，更優(yōu)選地小于6%。


現在將根據附圖更詳細地解釋本發(fā)明，本發(fā)明的附圖如下所示圖1本發(fā)明的壓力測量變換器的實施例的第一實例的透視圖；圖2本發(fā)明的壓力測量變換器的實施例的第二實例的透視圖；以及圖3本發(fā)明的相對壓力傳感器的實施例的實例的縱截面。
具體實施例方式圖1中所示的壓力測量變換器1包括帶有測量膜的硅片2，該硅片借助陽極接合固定到實質上矩形體形狀的平臺3上，該平臺包括硼硅酸鹽玻璃(派熱克斯玻璃)，并且基準壓力孔穿過該平臺。平臺3借助環(huán)形承壓粘附體9固定到板形支撐主體4上?；鶞士諝夤?連接到支撐主體4，該基準空氣管5與穿過支撐主體4、穿過承壓粘附體9的中心孔對準，并且與穿過平臺3的基準壓力孔對準。基準壓力管5具有傾斜的端表面6，在該端表面上的邊緣上固定有鍍金屬塑料箔(未示出)，從而壓密地密封通過基準管5的基準壓力路徑。以這種方式形成的基準壓力路徑的密封段從鍍金屬塑料箔延伸到半導體芯片2的測量膜的下面，其中該密封段延伸穿過基準壓力管5、穿過支撐板4的孔、支撐主體4和平臺3 之間的環(huán)形承壓粘附體9、以及穿過平臺3的基準壓力孔，進入到在半導體芯片2的測量膜下方的基準壓力腔中。電饋通7布置在環(huán)繞基準壓力管5的支撐主體4的周邊上，從而借助電饋通7和半導體芯片2之間的接合線接觸半導體芯片2的壓阻式電阻元件(此處未示出)。此外，填充管8延伸穿過支撐主體4，在將壓力測量變換器安裝到殼體的變換器腔中之后，通過該填充管8能夠對變換器腔填充液壓傳送液體。由于基準壓力管5的傾斜切斷的面積6，其上固定有鍍金屬箔的端表面大于基準壓力管5的平直切斷的情況。這使得箔的更大容積行程成為可能，從而使封閉在基準壓力路徑中的氣體的體積波動均衡?；鶞蕢毫β窂降拿芊獠糠值娜莘e可以介于例如5μ 1和 20μ1之間，使得在士 25%的體積波動的情況下，鍍金屬塑料箔必須吸收士 1.25微升到士5μ 1的容積行程。為了擴大可用容積行程，這是很可能的，尤其是當箔具有壓印的波型時。圖2示出了在半導體芯片12借助陽極接合固定到平臺13上的情況下的壓力測量變換器11。平臺13借助環(huán)形承壓粘附體固定到支撐主體14上，其中基準壓力路徑穿過平臺13、承壓粘附體和穿過支撐主體14與該承壓粘附體對齊的中心孔延伸，并在基準壓力管 15中延續(xù)，該基準壓力管15固定到支撐主體14。箔支承主體16安裝在基準壓力管15上， 基準壓力路徑穿過該箔支承主體16延續(xù)。箔支承主體16實質上為圓柱形，其中選擇其半徑使得箔支承主體16裝配在電饋通17之間，該電饋通17布置在環(huán)繞支撐主體14的中心的圓弧上并且延伸穿過該支撐主體14。此外，填充管18延伸穿過支撐主體14，從而在將壓力測量變換器安裝到相對壓力傳感器的變換器腔中之后，允許對變換器腔填充液壓傳送液體。鍍金屬塑料箔19沿著周邊焊縫壓密地固定在箔支撐主體16的背離基準壓力管15的端面上，從而壓密地密封一段基準壓力路徑。箔支承主體16的半徑大于基準壓力管15的半徑，并且因此使得比箔直接固定在基準壓力管15的情況大的容積行程成為可能。在任何情況下，鍍金屬塑料箔19的容積行程在具有波型的給定的情況下足以均衡箔的平衡位置附近的若干μ 1的體積波動。示出的具有仍定位在電饋通的區(qū)域中的基準壓力路徑的密封段的壓力測量變換器的緊湊結構使得能夠在不付出較大的適應性努力的情況下實現本發(fā)明， 因為例如箔支承主體16和鍍金屬箔19能夠安置在支撐主體14和預處理電路(此處未示出)之間，該預處理電路連接電饋通17。圖3示意性地示出了如何將圖2的壓力測量變換器布置在傳感器外部主體中，從而完成本發(fā)明的相對壓力傳感器。除了壓力變換器11之外，相對壓力傳感器包括傳感器外部主體20，在該傳感器外部主體20中形成有變換器腔21。壓力供應線M從傳感器外部主體20的背離變換器腔21的外部表面22延伸到變換器腔21的端面23。該壓力供應線優(yōu)選滿足火焰穿透屏蔽的要求。隔膜床25形成在外部表面22上，該隔膜床25由隔離隔膜27 密封從而形成壓力引導腔沈，其中隔離隔膜27的邊緣壓密地焊接到外部表面22。壓力測量變換器11與在前面的硅芯片12 —起插入到變換器腔21中，其中支撐主體14通過硬釬焊或焊接與傳感器外部主體20壓密地連接。對在變換器腔21中的剩余自由容積、在壓力供應線M和在壓力引導腔沈中填充壓力傳送液體，尤其是壓力傳送油，從而將作用在隔離隔膜27上的壓力傳送到壓力測量變換器的測量膜。壓力測量變換器的測量膜的撓度取決于引入的介質壓力和通過箔19引入到基準壓力路徑的密封段中的大氣壓力之間的差。半導體芯片12的壓阻式電阻元件(未示出)通過接觸墊和接合線與電饋通17相連接，該電饋通17進而連接到處理電路30，通過該處理電路30對電阻元件饋電。通過將基準壓力路徑的密封段限制在半導體芯片12和處理電路30之間的非常短的區(qū)域，這個段的容積很小，使得能夠提供鍍金屬塑料箔的需要的容積行程，而不破壞引入到基準壓力路徑的密封段中的大氣壓力。以這種方式，有效地使平臺13和支撐主體14之間的承壓粘附體9免受潮濕，而不降低壓力測量質量。能夠例如以在專利申請102009001133中所陳述的方式發(fā)生變換器電路的接觸。另外，在該專利申請中所陳述的填充元件能夠設置在變換器腔中，從而最小化剩余的油體積。出于簡明目的，在本申請中省略對接觸方式和填充元件的陳述。
權利要求
1.相對壓力傳感器，包括壓力測量變換器(11)，其中所述壓力測量變換器具有半導體芯片(1 的測量膜和平臺(13)，其中，在所述測量膜和所述平臺(1 之間形成基準壓力腔；支撐主體(14)，其中所述平臺借助承壓粘附體(9)與所述支撐主體相連接。 其中基準壓力路徑延伸穿過所述平臺(1 和所述支撐主體(14)，使得把基準壓力引入到所述基準壓力腔中。傳感器外部主體(20)，在所述傳感器外部主體中形成變換器腔， 其中所述變換器腔具有第一開口和第二開口 03)，其中經所述第一開口把所述壓力測量變換器(11)帶入到所述變換器腔中，并且借助所述支撐主體把所述壓力測量變換器保持在所述變換器腔中， 其中所述支撐主體(14)壓密地密封所述第一開口，并且其中所述測量膜的背離所述基準壓力腔的一側經所述第二開口與介質壓力可接觸。 所述相對壓力傳感器的特征在于所述基準壓力路徑具有充氣的密封段，所述充氣的密封段從所述基準壓力腔延伸至少穿過所述承壓粘附體(9)，其中該密封段借助柔性鍍金屬塑料箔(19)氣密地密封。
2.如權利要求1所述的相對壓力傳感器，其中所述充氣的密封段延伸至少穿過所述支撐主體。
3.如權利要求1或2所述的相對壓力傳感器，其中所述充氣的密封段包括小管，所述小管固定到所述支撐主體。
4.如權利要求3所述的相對壓力傳感器，其中所述塑料箔沿著周邊密封表面與所述小管氣密地相連接，其中所述周邊密封表面圍繞的面積大于所述小管的橫截面積。
5.如權利要求4所述的相對壓力傳感器，其中所述小管在其背離所述基準壓力腔的一端具有端表面，所述端表面的表面法線相對于所述小管的縱向軸線傾斜。
6.如權利要求3所述的相對壓力傳感器，其中形狀保持箔支承主體連接到所述小管， 其中所述基準壓力路徑的所述充氣的密封段延伸穿過所述形狀保持箔支承主體，其中所述塑料箔沿著周邊密封表面與所述小管氣密地相連接，其中所述周邊密封表面圍繞的面積大于所述小管的橫截面積。
7.如前述權利要求中任意一項所述的相對壓力傳感器，其中所述變換器腔的所述第一開口具有內橫截面積A1，其中在所述測量膜和所述箔之間的所述基準壓力路徑的所述密封段具有長度 L，其中=L/ (A1/ π )1/2 < 4，優(yōu)選地，L/ (A1/ π )1/2 < 3。
8.如前述權利要求中任意一項所述的相對壓力傳感器，其中所述變換器腔的所述第一開口具有內橫截面積A1，其中所述箔在所述橫截面積A1上的垂直投影形成投影表面A2，其中=A2A1 < 1，特別地，A2A1 < 0. 8。
9.如前述權利要求中任意一項所述的相對壓力傳感器，其中所述壓力測量變換器是具有至少兩個電阻元件的(壓電式)電阻性壓力測量變換器，或具有至少兩個電極的電容性壓力測量變換器，其中所述相對壓力傳感器還具有電子電路，所述電子電路的輸入連接到所述壓力測量變換器的所述電阻元件或所述電極，其中所述基準壓力路徑的所述密封段空間上布置在所述壓力測量變換器和所述電子電路之間。
全文摘要
一種相對壓力傳感器，包括壓力測量變換器11，該壓力測量變換器具有半導體芯片12的測量膜和平臺13，其中，在測量膜和平臺二者之間形成基準壓力腔；支撐主體14，其中平臺借助承壓粘附體9與該支撐主體相連接，其中基準壓力路徑延伸穿過兩個前述元件進入到基準壓力腔中；傳感器外部主體20，在該傳感器外部主體中形成變換器腔21，該變換器腔21具有第一開口和第二開口23，其中通過該第一開口將壓力測量變換器11帶入到變換器腔中并且借助支撐主體將所述壓力測量變換器11保持在該變換器腔21中，其中支撐主體壓密地密封第一開口，并且其中測量膜的背離基準壓力腔的一側通過第二開口與介質壓力可接觸；其中基準壓力路徑具有充氣的密封段，該充氣的密封段從基準壓力腔延伸至少穿過承壓粘附體9，其中密封段借助柔性鍍金屬塑料箔19氣密地密封。
文檔編號G01L19/06GK102472680SQ201080035251
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權日2009年8月12日
發(fā)明者奧拉夫·克魯澤馬克, 諾伯特·吉爾 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司