用于制造测量流体压力的压力传感器装置的方法和压力传感器装置与流程

本发明涉及一种用于制造用于测量流体压力的压力传感器装置的方法和一种用于测量流体压力的压力传感器装置。

背景技术：

在(高压)压力传感器装置中测量压力通道中的流体、尤其是液体的压力。为此压力通道在一侧上通过金属膜片来限界。在金属膜片上布置有用于测量流体压力或金属膜片变化的应变片或硅半导体芯片。

至今将玻璃膏施加到金属膜片的背离压力通道的一侧上。随后例如在炉中加热该玻璃膏，以便加热玻璃膏中的接合剂(所谓的预烘)。由此使玻璃牢固地固定在金属膜片上。随后使硅半导体芯片借助于芯片精密放置器(chipfineplacer)和同时对玻璃的加热而固定在玻璃上，其方式是，硅半导体芯片沉入到液化或软化的玻璃中并且固定在该玻璃上。所述加热例如在炉中实施。

这里的缺点是，必须实施两个加热步骤以制造压力传感器装置。此外，玻璃必须被两次加热到非常高的温度。这导致了长制造时间。这里的缺点也在于，玻璃或玻璃膏在金属膜片上的放置和半导体芯片在玻璃上的放置在技术上是困难的。这经常仅能够通过昂贵的芯片精密放置器和昂贵的摄像技术来实施。

技术实现要素：

本发明的实施方式能够以有利的方式实现，在技术上简单和快速地制造压力传感器装置，或者说能够实现，提供可以在技术上简单和快速制造的压力传感器装置。

根据本发明的第一方面提出用于制造用于测量流体压力的压力传感器装置的方法，其中，所述方法包括以下步骤：-提供压力单元，该压力单元具有用于接收要测量其压力的流体的压力通道和金属膜片、尤其是钢膜片，其中，金属膜片在至少一侧上限界压力通道；-将玻璃元件引入到压力单元的凹口中，其中，凹口构造在金属膜片的背离压力通道的一侧上，而不使玻璃元件与金属膜片材料锁合地连接；-将用于确定压力通道中的流体压力的应变测量设备和/或用于确定压力通道中的流体压力的半导体元件布置在玻璃元件上；和-加热玻璃元件以使玻璃元件与金属膜片材料锁合地连接并且使应变测量设备和/或半导体元件与玻璃元件材料锁合地连接。

由此有利的是，通常在技术上简单地制造所述压力传感器装置。玻璃元件典型地仅须被加热一次，以便同时将玻璃元件固定在金属膜片上或与金属膜片材料锁合地连接并且将应变测量设备和/或半导体元件固定在玻璃元件上或与玻璃元件材料锁合地连接。因此，通常可以快速并且成本有利地制造所述压力传感器装置。一般不需要芯片精密放置器或类似器件以固定应变测量设备和/或半导体元件。通常不需要所谓的预烘过程。

玻璃元件尤其可以被加热到高于400℃(并且小于约1500℃)、例如约420℃的温度。所述温度尤其可以为约410℃至约800℃、尤其为约420°至约500℃。由此玻璃元件可以至少部分地软化或液化，由此可以建立玻璃元件和金属膜片之间的以及应变测量设备和/或半导体元件和玻璃元件之间的材料锁合的连接。

根据本发明的第二方面，提出一种用于测量在压力传感器装置的压力通道中的流体压力的压力传感器装置，其中，所述压力传感器装置包括：-金属膜片、尤其是钢膜片，其中，金属膜片限界压力通道，-构造在金属膜片的背离压力通道的一侧上的凹口，-玻璃元件，其中，玻璃元件在凹口中布置在金属膜片的背离压力通道的一侧上，和-应变测量设备和/或半导体元件，其中，应变测量设备和/或半导体元件布置在玻璃元件上，其特征在于，玻璃元件与金属膜片材料锁合地连接并且应变测量设备和/或半导体元件与玻璃元件材料锁合地连接，其中，玻璃元件与金属膜片的材料锁合的连接和应变测量设备和/或半导体元件与玻璃元件的材料锁合的连接在玻璃元件的仅一个加热步骤中实施。

这里的优点是，压力传感器装置通常在技术上简单地构造。此外，所述压力传感器装置可以典型地快速和成本有利地制造。玻璃元件通常在制造压力传感器装置时仅需要加热一次，以便同时将玻璃元件固定在金属膜片上或者说与金属膜片材料锁合地连接并且将应变测量设备和/或半导体元件固定在玻璃元件上或者说与玻璃元件材料锁合地连接。一般不需要所谓的预烘过程用于压力传感器装置的制造。

关于本发明的实施方式的想法还可以被视为以接下来所描述的思想和认知为基础。

根据实施方式，凹口和应变测量设备和/或半导体元件具有这样的形状，使得应变测量设备和/或半导体元件在布置在凹口中的玻璃元件上时沿预给定的方向定向。这里的优点是，在制造压力传感器装置时应变测量设备和/或半导体元件典型地关于凹口或压力通道自动地定向。因此，还进一步简化制造过程。

根据实施方式，玻璃元件包括预成形元件，玻璃元件尤其是预成形元件。这里的优点是，一般降低了制造费用。此外，制造方法由此典型地在技术上更简单。预成形玻璃元件通常尤其可以是预成形玻璃元件，如由光电领域(例如光缆制造)已知的那样。

根据实施方式，玻璃元件适配于凹口的形状，尤其玻璃元件的外部形状适配于凹口的内部形状。这里的优点是，玻璃元件在引入到凹口中时典型地不必关于凹口或压力通道附加地定向，而是所述玻璃元件可以说是自定向。这通常简化了制造过程。

根据实施方式，应变测量设备和/或半导体元件在没有中间层和没有中间材料的情况下紧接着(或者说直接)与玻璃元件材料锁合地连接。这里的优点是，通常实现在玻璃元件和金属膜片之间的以及在应变测量设备和/或半导体元件和玻璃元件之间的特别可靠的并且在技术上简单的材料锁合的连接。此外，所述方法通常在技术上更简单。制造费用和用于制造的时间典型地也降低。

根据实施方式，应变测量设备和/或半导体元件基本上方形地构造并且这样布置在凹口中，使得应变测量设备和/或半导体元件用至少一个角、尤其用至少两个角接触凹口的内表面。这里的优点是，应变测量设备和/或半导体元件典型地不必关于凹口或玻璃元件或压力通道手动地定向。在将应变测量设备和/或半导体元件引入到凹口中时，典型地发生关于凹口的自校准。因此，所述方法通常可以在更短的时间内实施。由此通常减少或防止应变测量设备和/或半导体元件相对于凹口的打滑。

根据压力传感器装置的实施方式，玻璃元件基本上完全覆盖凹口的底部。这里的优点是，压力传感器装置可以典型地在技术上特别简单地制造。此外，所述压力传感器装置通常在技术上特别简单地构造。

根据压力传感器装置的实施方式，应变测量设备和/或半导体元件基本上方形地构造并且用至少一个角、尤其用至少两个角接触凹口的内表面。这里的优点是，压力传感器装置可以典型地在技术上特别简单地制造。此外，应变测量设备和/或半导体元件通常具有关于玻璃元件或凹口或压力通道的预给定的定向。

根据实施方式，应变测量设备和/或半导体元件在没有中间层和没有中间材料的情况下直接与玻璃元件材料锁合地连接。这里的优点是，典型地存在玻璃元件和金属膜片之间的以及应变测量设备和/或半导体元件和之间的特别可靠的并且在技术上简单的材料锁合的连接。此外，所述压力传感器装置通常在技术上更简单地构造。

要指出的是，在这里参照用于制造用于测量流体压力的压力传感器装置的方法或所述压力传感器装置的不同实施方式来说明本发明的一些可能的特征和优点。本领域技术人员认识到，所述特征能够以合适的方式组合、适配或替换，以便形成本发明的其他实施方式。

附图说明

下面参照附图描述本发明的实施方式，其中，附图和说明书均不限制地解释本发明。

图1示出根据本发明的压力传感器装置的实施方式的立体剖面图；和

图2示出不同的预成形玻璃元件，所述预成形玻璃元件可以分别作为用于在图1中示出的根据本发明的压力传感器装置的玻璃元件使用。

附图仅是示意性的并且不是按正确比例的。相同的附图标记在附图中表明相同或功能相同的特征。

具体实施方式

图1示出根据本发明的压力传感器装置10的实施方式的立体剖面图。

压力传感器装置10用于测量流体的压力、尤其是高压至超高压。

压力传感器装置10包括压力单元12。压力单元12包括压力通道15，在该压力通道中接收要被确定其压力的流体。所述流体尤其可以是液体，例如水和/或油。

压力单元12包括金属。金属也理解为金属合金。压力单元12可以由金属组成。所述金属例如可以是钢。可以考虑其他金属。

压力单元12具有压力膜片，该压力膜片部分地限界压力通道15。压力膜片包括与压力单元12相同的材料或者说由所述材料组成。在压力膜片和压力单元12的围绕压力通道15的其余部分之间尤其可以存在平滑的过渡或者说不存在明显的边界。压力单元12可以一件式地构造。压力通道15圆柱形地构造。

压力膜片布置在压力通道15的轴向端部上。压力膜片根据压力通道15中的流体的压力可逆地改变该压力膜片的形状。

在压力单元12中在压力膜片的背离压力通道15的一侧上构造有凹口25或者说凹陷部。凹口25圆柱形地构造。凹口25的直径大于压力通道15的直径。凹口25的中心与压力通道15的轴线同轴。

在凹口25中布置有玻璃元件30。玻璃元件30基本上完全覆盖凹口25的底部。凹口25的底部的一部分或者整个底部是金属膜片20的一侧。玻璃元件30与压力单元12或金属膜片20材料锁合地连接。玻璃元件30完全覆盖金属膜片20。在玻璃元件30和金属膜片20之间不存在其他层或其他材料。玻璃元件30紧接着或者说直接与金属膜片20连接。

在玻璃元件30上、即在玻璃元件30的背离压力通道15的一侧上布置有用于确定压力通道15中的流体压力的应变测量设备和/或在玻璃元件30上布置有用于确定压力通道15中的流体压力的半导体元件40。因此，应变测量设备布置在压力通道15上方。应变测量设备例如可以是应变片，该应变片测量金属膜片20在垂直于圆柱形压力通道15的轴线的方向上的伸展。半导体元件40例如可以是硅半导体芯片。硅半导体芯片通过金属膜片20的尺寸变化和/或形状变化来确定流体的压力。

应变测量设备和/或半导体元件40与玻璃元件30材料锁合地连接。在应变测量设备和/或半导体元件40与玻璃元件30之间不存在其他层或其他材料。应变测量设备和/或半导体元件40直接或者说紧接着固定在玻璃元件30上。

压力传感器装置10被如下地制造：

首先提供压力单元12。压力单元12包括具有金属膜片20的压力通道15和凹口25或者说凹陷部。

现在将玻璃元件30引入到凹口25中。玻璃元件30可以是所谓的预成形玻璃元件32-38。预成形玻璃元件32-38尤其可以是用于制造光缆的预成形玻璃元件。(预成形)玻璃元件32-38例如可以是圆柱形的元件。

图2示出不同的预成形玻璃元件32-38，所述预成形玻璃元件可以分别作为用于图1中示出的根据本发明的压力传感器装置10的玻璃元件30使用。

玻璃元件30可以具有与凹口25的形状相应的形状。(预成形)玻璃元件30的外部形状可以相应于凹口25的内部形状。(预成形)玻璃元件30可以具有扁平盘的形状。由此玻璃元件30关于压力单元12或凹口25定向(所谓的自校准)。

现在将应变测量设备和/或半导体元件40布置到玻璃元件30或预成形玻璃元件上。应变测量设备和/或半导体元件40在凹口25中居中地布置或在压力通道15上居中地布置。应变测量设备和半导体元件40尤其可以并排布置在玻璃元件30上。

现在使玻璃元件30加热或者说加温。这例如可以通过以下方式实施：使压力单元12(至少部分地)与玻璃元件30和应变测量设备和/或半导体元件40一起运动到炉中。炉被加热到至少约400℃(并且小于约1000℃)的温度。所述温度例如可以是约430℃或约450℃。

通过高温使玻璃元件30至少部分地液化或者说软化。由此建立玻璃元件30和压力单元12或金属膜片20之间的材料锁合的连接以及应变测量设备和/或半导体元件40和玻璃元件30之间的材料锁合的连接。两种材料锁合的连接在仅一个加热过程或加温过程中形成。在预成形玻璃元件32-38中的可能的缺口或开口也通过加热或液化闭合。

在液化或软化时，应变测量设备或半导体元件40或应变测量设备和半导体元件40可以部分地沉入到玻璃元件30中。

应变测量设备和/或半导体元件40的表面垂直于压力通道15的轴线地延伸。

应变测量设备和/或半导体元件40可以方形地构造。凹口25可以柱形地构造，其中，垂直于压力通道15的轴线的横截面具有非圆形的椭圆形状。应变测量设备和/或半导体元件40的角42可以在将应变测量设备和/或半导体元件40引入到凹口25中时或之后接触凹口25的内壁。应变测量设备和/或半导体元件40的相对置的角42尤其可以接触凹口25的内壁。以该方式使应变测量设备和/或半导体元件40沿预给定的方向定向(所谓的自校准)。

玻璃元件30可以具有这样的厚度(平行于压力通道15的轴线地测量)，使得应变测量设备和/或半导体元件40还布置在压力单元12的凹口25的内部。

也可能的是，玻璃元件30具有这样的厚度(平行于压力通道15的轴线地测量)，使得应变测量设备和/或半导体元件40布置在凹口25外部或固定在玻璃元件30上。

玻璃元件30的厚度可以在布置有应变测量设备和/或半导体元件40的区域外部具有恒定的厚度。所述厚度沿轴线的方向或沿平行于压力通道15的轴线的方向被测量。

最后要指出，概念如“具有”、“包括”等不排除其他元件或步骤，并且概念如“一个”不排除多个。权利要求书中的附图标记不视为限制。