用于檢測(cè)流體介質(zhì)的壓力的壓力傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種用于檢測(cè)流體介質(zhì)在測(cè)量空間中的壓力的壓力傳感器(10)。該壓力傳感器(10)包括傳感器殼體(12)、至少一個(gè)用于測(cè)量所述介質(zhì)的壓力的第一壓力傳感器元件(16)以及用于輸出指示作用于所述第一壓力傳感器元件(16)上的壓力的信號(hào)的控制和/或分析處理電路(22)。所述控制和/或分析處理電路(22)布置在電路載體(18)上或電路載體(18)中，所述電路載體(18)布置在所述傳感器殼體(12)內(nèi)。所述第一壓力傳感器元件(16)布置在所述電路載體(18)上或所述電路載體(18)中并且借助至少一個(gè)第一分隔膜片(26)與所述流體介質(zhì)分隔。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于檢測(cè)流體介質(zhì)的壓力的壓力傳感器
【背景技術(shù)】
[0001] 由現(xiàn)有技術(shù)已知用于檢測(cè)流體介質(zhì)、例如氣體和液體的壓力的不同的設(shè)備和方 法。所述壓力的測(cè)量量是在氣體和液體中出現(xiàn)的、作用于各方向的、非定向的作用力。為了 測(cè)量這些壓力，存在動(dòng)態(tài)的和靜態(tài)作用的測(cè)量值接收器或傳感器元件。動(dòng)態(tài)作用的壓力傳 感器僅僅用于測(cè)量在氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)中的壓力振動(dòng)。這個(gè)壓力測(cè)量可以直接地進(jìn)行，或者 通過(guò)膜片變形或通過(guò)力傳感器進(jìn)行。
[0002] 尤其為了測(cè)量非常高的壓力，簡(jiǎn)單地將電阻置于介質(zhì)已經(jīng)足夠，因?yàn)樗幸阎?電阻都或多或少明顯顯示出壓力相關(guān)性。然而，在此對(duì)電阻與溫度的同時(shí)相關(guān)性的抑制以 及使電阻的電連接部從壓力介質(zhì)中壓力密封的引出變得困難。
[0003] 因此，最廣為流行的壓力檢測(cè)方法為了獲取信號(hào)首先使用薄的膜片作為機(jī)械中間 級(jí)，該機(jī)械中間級(jí)一側(cè)承受壓力并且在所述壓力的影響下或多或少地?fù)锨?。所述機(jī)械中間 級(jí)可以在寬的邊界內(nèi)根據(jù)厚度和直徑匹配于相應(yīng)的壓力范圍。低的壓力測(cè)量范圍會(huì)導(dǎo)致一 些相對(duì)較大的膜片具有處于0. lmm至lmm范圍內(nèi)的燒曲。然而，高的壓力需要一些更厚的具 有小直徑的膜片，所述膜片通常僅僅撓曲幾微米。這種壓力傳感器例如由Konrad Reif (編 者）：Sensoren im Kraftfahrzeug(機(jī)動(dòng)車(chē)中的傳感器），2010年第 1 版，80-82以及 134-136 頁(yè)已知。
[0004] DE 10 2008 054 382 A1描述了一種壓力傳感器模塊，該壓力傳感器模塊包括用 于確定測(cè)量介質(zhì)的壓力的壓力傳感器芯片、用于將壓力傳遞到壓力傳感器芯片上的適配 器、與壓力傳感器芯片接觸的插頭部件以及用于在壁的接收開(kāi)口中固定壓力傳感器模塊的 固定工具。
[0005] 在這種壓力傳感器中使用具有測(cè)量元件的單獨(dú)的傳感器模塊。對(duì)于不同的介質(zhì)要 求能夠通過(guò)凝膠實(shí)現(xiàn)測(cè)量元件的背側(cè)加載或鈍化。
[0006] 盡管通過(guò)這種壓力傳感器實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)，但是已知的壓力傳感器的優(yōu)化潛力仍然存 在。因此，在當(dāng)前存在的壓力傳感器的粘接的傳感器元件的情況下，由背側(cè)加載引起的介質(zhì) 電阻(Medienresistenz)是良好的，然而由于可能沉積在所述膜片上的水和顆粒，該介質(zhì)電 阻是有問(wèn)題的。所述壓力范圍是受限的，并且焊接易受腐蝕。在借助凝膠鈍化時(shí)存在介質(zhì)穿 過(guò)所述凝膠的擴(kuò)散，并且可能通過(guò)不同的化學(xué)過(guò)程和/或物理過(guò)程導(dǎo)致保護(hù)作用的改變或 測(cè)量信號(hào)影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 相應(yīng)地，提出一種用于檢測(cè)流體介質(zhì)的壓力的壓力傳感器，該壓力傳感器至少很 大程度上避免已知的壓力傳感器的缺點(diǎn)，并且該壓力傳感器在同時(shí)擴(kuò)展例如用于廢氣背壓 的新應(yīng)用的壓力范圍的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)例如用于顆粒過(guò)濾器診斷的壓力傳感器的介質(zhì) 電阻的穩(wěn)健的設(shè)計(jì)。
[0008] -種根據(jù)本發(fā)明的用于檢測(cè)流體介質(zhì)在測(cè)量空間中的壓力的壓力傳感器包括傳 感器殼體、至少一個(gè)用于測(cè)量所述介質(zhì)的壓力的第一壓力傳感器元件以及用于輸出指示作 用于所述壓力傳感器元件上的壓力的信號(hào)的控制和/或分析處理電路。所述控制和/或分析 處理電路布置在電路載體上或電路載體中，所述電路載體布置在所述傳感器殼體內(nèi)。所述 壓力傳感器元件布置在所述電路載體上或所述電路載體中并且借助至少一個(gè)第一分隔膜 片與流體介質(zhì)分隔。
[0009] 所述壓力傳感器元件例如集成到所述電路載體中。所述壓力傳感器元件可以與所 述分隔膜片是有間距的。例如在所述壓力傳感器元件與所述分隔膜片之間構(gòu)造有傳遞空 間。所述傳遞空間可以以傳遞介質(zhì)填充，該傳遞介質(zhì)適合于將所述流體介質(zhì)作用于所述分 隔膜片上的壓力傳遞到所述壓力傳感器元件上。所述傳遞介質(zhì)可以是液體。所述傳遞介質(zhì) 例如是具有低熱膨脹、低粘性以及低吸水性的液體，以便對(duì)溫度影響不敏感。所述傳遞介質(zhì) 例如是油。所述壓力傳感器元件可以布置在所述電路載體中的傳感器元件空間中。所述傳 感器元件空間可以以傳遞介質(zhì)填充。所述傳遞介質(zhì)例如是油。所述傳感器元件空間可以借 助封閉元件封閉。所述傳感器元件空間可以借助第二分隔膜片與所述傳感器殼體的內(nèi)部空 間分隔。所述第二分隔膜片可以構(gòu)造用于施加背壓。在所述傳感器元件空間中的傳遞介質(zhì) 可以適合于將作用于所述第二分隔膜片上的背壓傳遞到所述第一傳感器元件上。在所述電 路載體上或在所述電路載體中可以布置有至少一個(gè)第二壓力傳感器元件，該第二壓力傳感 器元件構(gòu)造用于測(cè)量施加到所述第一分隔膜片上的背壓。
[0010] 可以電地或機(jī)械地施加所述背壓。這種裝置允許檢測(cè)壓力差。
[0011] 本發(fā)明的基本構(gòu)思是設(shè)置一個(gè)集成到所述電路載體中的具有壓力傳感器元件的 油容器（C)丨vorlage)。例如借助所謂的嵌入將所述測(cè)量元件集成到所述電路載體中。在此 壓力導(dǎo)入部可以敞開(kāi)地構(gòu)型。隨后將分隔膜片集成到所述電路載體中并且通過(guò)合適的壓力 傳遞介質(zhì)填充所產(chǎn)生的容積。用于壓力測(cè)量的所述測(cè)量元件可以實(shí)施為單芯片（l-Chip)， 也就是具有集成的分析處理電路的膜片，或者雙芯片（2-chip)，也就是具有單獨(dú)的分析處 理電路的膜片。此外每個(gè)電路載體也能夠構(gòu)建多個(gè)測(cè)量元件。所述分隔膜片用于外部作用 的待測(cè)流體介質(zhì)、例如空氣或廢氣等等與所述壓力傳遞介質(zhì)的互相分隔。所述分隔膜片由 具有用于其他用途的合適涂層的介質(zhì)電阻材料制成。在此重要的是，除了介質(zhì)電阻以外所 述分隔膜片還具有足夠好的柔性，也就是盡可能軟。這例如通過(guò)盡可能薄的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。用 于所述分隔膜片的可能的材料是鋼、PTFE、PI等等。
[0012] 所述壓力傳遞介質(zhì)典型地是具有低熱膨脹、低粘性以及低吸水性的油，以便對(duì)溫 度影響不敏感。
[0013] 所述壓力傳感器元件和控制和/或分析處理電路應(yīng)相應(yīng)于所述壓力要求合適地選 擇，并且能夠借助標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)或?qū)Ｓ眉夹g(shù)、例如嵌入進(jìn)行集成。在此，還可以是倒裝芯片技術(shù) (Flip-Chip-Technik)和/或硅通孔敷鍍，利用所述硅通孔敷鍍使芯片借助"凸點(diǎn)"（接觸點(diǎn)） 連接。
[0014] 在印制電路板中的用于所述壓力傳遞介質(zhì)的開(kāi)口應(yīng)嚴(yán)密地封閉，使得油不能夠流 出。泄露可能會(huì)引起信號(hào)改變。在所述電路載體中必要時(shí)也包含其他構(gòu)件，例如電容器等 等。在所述電路載體上存在用于電接觸的連接部。
[0015] "壓力傳感器元件"在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為提供關(guān)于壓力和/或測(cè)量值的實(shí)際 測(cè)量信號(hào)的傳感器元件，所述測(cè)量信號(hào)被用于檢測(cè)流體介質(zhì)的壓力。所述壓力傳感器元件 例如可以包括具有一個(gè)或多個(gè)壓阻元件和/或其他類(lèi)型的敏感元件的構(gòu)造為測(cè)量橋的傳感 器膜片，如在壓力傳感器中通常的那樣。對(duì)于這種壓力傳感器元件的其他可能構(gòu)型可以參 看上述的現(xiàn)有技術(shù)，尤其參看Konrad Reif(編者）：Sensoren im Kraftfahrzeug(機(jī)動(dòng)車(chē)中 的傳感器），2010年第1版，80-82以及134-136頁(yè)。然而其他構(gòu)型原則上也是可能的。
[0016] "控制和分析處理電路"在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為適合用于信號(hào)處理的構(gòu)件。所 述控制或分析處理電路例如可以涉及專(zhuān)用集成電路(application specific integrated circuit-ASIC)。這種電路是一種被實(shí)現(xiàn)為集成電路的電子電路。
[0017] "電路載體"在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為適合于承載電路的任何構(gòu)件。所述電路載 體例如構(gòu)造為印制電路板。"印制電路板"在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為用于電子部件的載 體，該載體起對(duì)電連接進(jìn)行機(jī)械固定的作用。所述印制電路板由電絕緣材料組成，該電絕緣 材料具有在該電絕緣材料上附著的導(dǎo)電連接，即所謂的印制線路。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器可以用于診斷顆粒過(guò)濾器或用于檢測(cè)背壓、例如渦輪增 壓器前方的廢氣背壓。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 本發(fā)明的其他可選的細(xì)節(jié)和特征根據(jù)以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明得到，這些實(shí)施例 在附圖中示意性地示出。
[0020] 附圖示出：
[0021 ]圖1示出根據(jù)第一實(shí)施方式的壓力傳感器的橫截面圖，
[0022]圖2示出根據(jù)第二實(shí)施方式的壓力傳感器的橫截面圖，
[0023]圖3示出根據(jù)第三實(shí)施方式的壓力傳感器的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于檢測(cè)流體介質(zhì)的壓力的壓力傳感器10 的橫截面圖。壓力傳感器10例如可以構(gòu)造用于檢測(cè)在內(nèi)燃機(jī)的燃料管路中的壓力或者在內(nèi) 燃機(jī)的廢氣流中的廢氣的壓力。在圖1中示出的壓力傳感器10尤其適合于顆粒過(guò)濾器診斷。 壓力傳感器10包括傳感器殼體12。傳感器殼體12限定殼體內(nèi)部空間14。壓力傳感器10具有 用于檢測(cè)所述流體介質(zhì)的壓力的第一壓力傳感器元件16。
[0025]在傳感器殼體12中，更確切地說(shuō)，在殼體內(nèi)部空間14中布置有電路載體18。電路載 體18構(gòu)造為印制電路板20。在印制電路板20上或在印制電路板20中布置有控制和/或分析 處理電路22?？刂坪?或分析處理電路22例如是ASIC 24。第一壓力傳感器元件16布置在印 制電路板20上或在印制電路板20中。第一壓力傳感器元件16借助至少一個(gè)第一分隔膜片26 與所述流體介質(zhì)分隔。第一壓力傳感器元件16尤其與第一分隔膜片26是有間距的。
[0026]在此，在第一壓力傳感器元件16與第一分隔膜片26之間構(gòu)造有傳遞空間28。傳遞 空間28以傳遞介質(zhì)填充。所述傳遞介質(zhì)適合于將所述流體介質(zhì)作用于第一分隔膜片26上的 壓力傳遞到第一壓力傳感器元件16上。所述傳遞介質(zhì)是液體，例如油。具有低熱膨脹、低粘 性和低吸水性的液體原則上適合作為傳遞介質(zhì)，以便對(duì)溫度影響不敏感。
[0027] 第一壓力傳感器元件16和控制和/或分析處理電路22應(yīng)相應(yīng)于所述壓力要求合適 地選擇，并且可以借助標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)或?qū)Ｓ眉夹g(shù)、例如嵌入進(jìn)行集成。在此，尤其可以是倒裝芯 片技術(shù)和/或硅通孔敷鍍，利用所述硅通孔敷鍍，借助"凸點(diǎn)"（接觸點(diǎn))連接控制和/或分析 處理電路22的芯片。
[0028]第一分隔膜片26由具有合適的涂層的介質(zhì)電阻材料制造。在如下的考慮下選擇所 述材料:除了介質(zhì)電阻以外第一分隔膜片26還具有足夠好的柔性，也就是盡可能軟。這例如 通過(guò)盡可能薄的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于第一分隔膜片26的可能的材料是鋼、PTFE、PI等等。
[0029]第一壓力傳感器元件16尤其布置在印制電路板20中的傳感器元件空間30中。傳感 器元件空間30也同樣以所述傳遞介質(zhì)填充。傳感器元件空間30借助第二分隔膜片32與傳感 器殼體12的殼體內(nèi)部空間14分隔。第二分隔膜片32可以制造成與第一分隔膜片26相同。傳 感器元件空間30在此借助封閉元件34封閉。為了控制和/或分析處理電路22與傳感器殼體 12的未更詳細(xì)示出的插頭部件的電連接，在印制電路板20上布置有印制線路36。在所示出 的壓力傳感器10中，能夠檢測(cè)出所述流體介質(zhì)作用于第一分隔膜片26上的壓力。同時(shí)可以 在第二分隔膜片32上施加背壓。例如可以機(jī)械地施加所述背壓。這允許檢測(cè)壓力差。
[0030]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的壓力傳感器10。以下僅僅描述與所述第一 實(shí)施方式的不同，并且相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
[0031]在所述第二實(shí)施方式的壓力傳感器10中，與第一實(shí)施方式相比較未設(shè)有傳遞空間 28。在圖2中示出的壓力傳感器10中僅僅設(shè)有第一分隔膜片26。此外，在印制電路板20上或 在印制電路板20中布置有至少一個(gè)第二壓力傳感器元件38,該第二壓力傳感器元件38構(gòu)造 用于測(cè)量施加在第一分隔膜片26上的背壓。在印制電路板20中不僅構(gòu)造有可以稱(chēng)為第一傳 感器元件空間30的傳感器元件空間30,而且也構(gòu)造有第二傳感器元件空間40。第二壓力傳 感器元件38布置在第二傳感器元件空間40中。第二傳感器元件空間40也同樣以油填充并且 借助封閉元件34封閉。第二壓力傳感器元件38可以制造成與第一壓力傳感器元件16相同。 [0032]因此，在圖2中示出的壓力傳感器10適合于檢測(cè)作用于第一分隔膜片26上的流體 介質(zhì)壓力和施加在第一分隔膜片26上的背壓。例如可以以電的方式施加所述背壓。這同樣 允許檢測(cè)壓力差。
[0033]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的壓力傳感器10的橫截面圖。以下僅僅描述 與以上實(shí)施方式的不同，并且相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
[0034]第一壓力傳感器元件16布置在傳感器元件空間30中并且借助第一分隔膜片26與 所述流體介質(zhì)分隔。傳感器元件空間30以一種傳遞介質(zhì)、例如油填充并且借助封閉元件34 封閉。在所示出的壓力傳感器10中，能夠檢測(cè)出所述流體介質(zhì)作用于第一分隔膜片26上的 壓力。所述第三實(shí)施方式的壓力傳感器10適合用于檢測(cè)絕對(duì)壓力，如同例如在檢測(cè)渦輪增 壓器前方或者說(shuō)上游的廢氣背壓時(shí)所需要的那樣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于檢測(cè)流體介質(zhì)在測(cè)量空間中的壓力的壓力傳感器（10)，包括傳感器殼體 (12)、至少一個(gè)用于測(cè)量所述介質(zhì)的壓力的第一壓力傳感器元件（16)以及用于輸出指示作 用于所述第一壓力傳感器元件（16)上的壓力的信號(hào)的控制和/或分析處理電路(22)，其中， 所述控制和/或分析處理電路(22)布置在電路載體（18)上或所述電路載體（18)中，所述電 路載體(18)布置在所述傳感器殼體(12)內(nèi)， 其特征在于， 所述第一壓力傳感器元件（16)布置在所述電路載體（18)上或所述電路載體（18)中并 且借助至少一個(gè)第一分隔膜片(26)與所述流體介質(zhì)分隔。2. 根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓力傳感器（10)，其中，所述第一壓力傳感器元件（16) 與所述第一分隔膜片(26)是有間距的。3. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器（10)，其中，在所述第一壓力傳感器 元件（16)與所述第一分隔膜片（26)之間構(gòu)造有傳遞空間（28)，其中，所述傳遞空間（28)以 傳遞介質(zhì)填充，所述傳遞介質(zhì)適合用于將所述流體介質(zhì)作用于所述第一分隔膜片(26)上的 壓力傳遞到所述第一壓力傳感器元件（16)上。4. 根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓力傳感器（10)，其中，所述傳遞介質(zhì)是液體，尤其是 油。5. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器（10)，其中，所述第一壓力傳感器元 件(16)布置在所述電路載體(18)中的傳感器元件空間（30)中。6. 根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓力傳感器（10)，其中，所述傳感器元件空間（30)以傳 遞介質(zhì)填充。7. 根據(jù)前兩項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器（10)，其中，所述傳感器元件空間 (30)借助封閉元件(34)封閉。8. 根據(jù)前三項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器（10)，其中，所述傳感器元件空間 (30)借助第二分隔膜片(32)與所述傳感器殼體(12)的內(nèi)部空間（14)分隔。9. 根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓力傳感器（10)，其中，所述第二分隔膜片（32)構(gòu)造用 于施加背壓，其中，所述傳感器元件空間（30)中的所述傳遞介質(zhì)適合用于將作用于所述第 二分隔膜片(32)上的所述背壓傳遞到所述第一傳感器元件（16)上。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器(10)，其中，在所述電路載體（18)上 或在所述電路載體(18)中布置有至少一個(gè)第二壓力傳感器元件(38)，所述第二壓力傳感器 元件(38)構(gòu)造用于測(cè)量施加到所述第一分隔膜片(26)上的背壓。
【文檔編號(hào)】G01L19/00GK105899926SQ201480072710
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年11月6日
【發(fā)明人】A·勒克斯, P·帕茨納
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司