DE20300498U1

DE20300498U1 - Pressure sensor for aggressive chemical and explosion protected environments has monolithic ceramic body and membrane

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Publication number: DE20300498U1
Application number: DE20300498U
Authority: DE
Original assignee: Huba Control AG
Current assignee: Huba Control AG
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2013-01-14

Abstract

A pressure sensor (1) has a monolithic ceramic body (3) with integrated membrane (5) and Wheatstone bridge strain gauge pressure transducer (7) on the opposite side to the pressure (P) transmitting medium (27).

Description

DrucksensorPressure sensor

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem monolithischen Keramikkörper, einer Membran und einer Verstärkerelektronikplatte.The invention relates to a pressure sensor with a monolithic ceramic body, a membrane and an amplifier electronics board.

Drucksensoren sind im Bereich der Technik für das Bestimmen eines Absolutdruckes oder eines Relativdruckes bekannt. Die mit einem Medium zu beaufschlagenden Drucksensoren werden dabei in den Kreislauf des Mediums, dessen Druck zu messen ist, integriert. Der Einsatz des Drucksensors ist auf die Form des Mediums nicht beschränkt, es können sowohl gasförmige als auch flüssige Mediendrücke gemessen werden. Der Druck liegt auf einer Seite der Membran an, die sich aufgrund des anliegenden Druckes durchbiegt. Diese Durchbiegung erfolgt gegen ein rückstellendes Moment, zum Beispiel die Eigenelastizität der Membran.Pressure sensors are known in the field of technology for determining an absolute pressure or a relative pressure. The pressure sensors that are to be subjected to a medium are integrated into the circuit of the medium whose pressure is to be measured. The use of the pressure sensor is not limited to the form of the medium; both gaseous and liquid media pressures can be measured. The pressure is applied to one side of the membrane, which bends due to the applied pressure. This bending occurs against a restoring moment, for example the inherent elasticity of the membrane.

Bekannte Absolutdrucksensoren weisen einen Körper mit einer Ausnehmung, eine Deckplatte mit einer darauf angebrachten Membran und eine Verstärkerelektronikplatte auf. Die Deckplatte ist so auf der Ausnehmung des Körpers angeordnet, dass eine für die Messung des Absolutdruckes notwendige vakuumdichte Kammer gebildet wird. Die Membran vermag sich bei entsprechender Druckbeaufschlagung durchzubiegen und trägt Umsetzungsmittel, die dazu bestimmt sind, die Durchbiegung der Membran in ein auswertbares Signal umzusetzen. In der Aussenwand des Körpers befinden sich Durchkontaktierungen, die über Leiterbahnen mit den Umsetzungsmitteln verbunden sind. DieKnown absolute pressure sensors have a body with a recess, a cover plate with a membrane attached to it and an amplifier electronics plate. The cover plate is arranged on the recess of the body in such a way that a vacuum-tight chamber is formed, which is necessary for measuring the absolute pressure. The membrane can bend when pressure is applied and carries conversion means which are designed to convert the deflection of the membrane into an evaluable signal. In the outer wall of the body there are through-holes which are connected to the conversion means via conductor tracks. The

Herstellung solcher Absolutdrucksensoren ist kompliziert und kostenintensiv.Manufacturing such absolute pressure sensors is complicated and costly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drucksensor bereitzustellen, der über einen langen Betriebszeitraum eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet und ausserdem sehr einfach und schnell hergestellt werden kann.The object of the present invention is to provide a pressure sensor which ensures high measurement accuracy over a long operating period and which can also be manufactured very easily and quickly.

Diese Aufgabe wird durch den Drucksensor gemäss Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht und beschrieben.This object is achieved by the pressure sensor according to claim 1. Further preferred embodiments are claimed and described in the dependent claims.

Erfindungsgemäss wird damit die Aufgabe mit einem Drucksensor der eingangs genannten Art gelöst, in dem die Membran in den Keramikkörper integriert ist. Der monolithische Keramikkörper ist becherförmig ausgebildet, d.h., er weist ein vorzugsweise dickwandiges ringförmiges Körperteil und einen Becherboden auf, der die Membran bildet. Mithin ist die Membran in den Keramikkörper integriert. Der Keramikkörper wird zweckmässig in einem Sensorgehäuse lösbar arretiert, so dass er bei Bedarf leicht aus- und wieder eingebaut werden kann. Dazu können an dem Keramikkörper geeignete Aussparungen, Schultern oder Vorsprünge wie beispielsweise umlaufende Wülste angebracht werden, die eine sichere und einfache Arretierung ermöglichen. Wenn es durch die ümgebungsbedingungen gefordert wird, kann der Keramikkörper in das Sensorgehäuse mittels einer aushärtenden Vergussmasse vergossen werden, was einen Einsatz des erfindungsgemässen Drucksensors auch in explosionsgefährdeten Anlagen ermöglicht.According to the invention, the object is thus achieved with a pressure sensor of the type mentioned at the outset, in which the membrane is integrated into the ceramic body. The monolithic ceramic body is cup-shaped, i.e. it has a preferably thick-walled annular body part and a cup base that forms the membrane. The membrane is therefore integrated into the ceramic body. The ceramic body is expediently releasably locked in a sensor housing so that it can be easily removed and reinstalled if necessary. For this purpose, suitable recesses, shoulders or projections such as circumferential beads can be attached to the ceramic body, which enable safe and simple locking. If required by the environmental conditions, the ceramic body can be cast in the sensor housing using a hardening casting compound, which enables the pressure sensor according to the invention to be used in systems at risk of explosion.

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Bevorzugt weist die Membran des Drucksensors Dicken zwischen 0,08 ram bis zu 2,5 irnn auf. Diese Werte ergeben sich aus dem Druckeinsatzbereich. Die Verwendung einer Keramikmembran hat den Vorteil, dass diese auf Temperaturschwankungen, wenn überhaupt, nur in einem geringen Masse und auch auf grosse Druckspitzen nicht mit bleibenden Verformungen reagiert. Überdies weist Keramik eine geringe chemische Angreifbarkeit auf, weswegen es sich für den erfindungsgemässen Einsatz besonders gut eignet. Des Weiteren hat Keramik, in Abhängigkeit der Dicke der Membran, eine ausreichende Elastizität, die sicherstellt, dass auch kleine Durchbiegungen aufgrund des zu messenden Druckes von dem Umsetzungsmittel, das entsprechend sensitiv wirkt, aufgenommen werden.The membrane of the pressure sensor preferably has a thickness of between 0.08 ram and 2.5 irnn. These values result from the pressure range. The use of a ceramic membrane has the advantage that it reacts to temperature fluctuations only to a small extent, if at all, and does not react to large pressure peaks with permanent deformation. In addition, ceramic has a low chemical vulnerability, which is why it is particularly suitable for use according to the invention. Furthermore, depending on the thickness of the membrane, ceramic has sufficient elasticity to ensure that even small deflections due to the pressure to be measured are absorbed by the conversion medium, which acts accordingly sensitively.

Das Umsetzungsmittel setzt die Durchbiegung der Membran in ein auswertbares Signal, insbesondere eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Widerstand um. Das Umsetzungsmittel ist über erste Leiterbahnen radial mit den ersten Kontaktflächen verbunden, die ausserhalb der Membran auf dem Keramikkörper angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Umsetzungsmittel aus Dehnungsmessstreifen, die in einem Siebdruckverfahren auf die Oberfläche der Membran aufgebracht werden. Dies führt zu einer sehr günstigen und mit hoher Güte reproduzierbaren Anordnung des Umsetzungsmittels. Durch dieses Verfahren wird beispielsweise eine Wheatstonesche Brückenschaltung auf die Membran aufgebracht. Dadurch ist das Umsetzungsmittel auf der Seite der Membran angeordnet, die nicht durch Druck beaufschlagt wird.The conversion means converts the deflection of the membrane into an evaluable signal, in particular an electrical voltage or an electrical resistance. The conversion means is connected radially via first conductor tracks to the first contact surfaces, which are arranged outside the membrane on the ceramic body. In a preferred embodiment, the conversion means consists of strain gauges that are applied to the surface of the membrane using a screen printing process. This leads to a very favorable arrangement of the conversion means that can be reproduced with high quality. This process is used to apply a Wheatstone bridge circuit to the membrane, for example. The conversion means is therefore arranged on the side of the membrane that is not subjected to pressure.

Mithin sind keine zusätzlichen Abdichtmassnahmen erforderlich. Ausserdem bietet es weiterhin den Vorteil, dass die von dem Umsetzungsmittel notwendigen elektrischenTherefore, no additional sealing measures are required. In addition, it offers the further advantage that the electrical

Leitungen sich bereits auf der Seite der Membran befinden, auf welcher die Verstärkerelektronikplatte angeordnet ist.Lines are already on the side of the membrane on which the amplifier electronics board is located.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drucksensor ein Absolutdrucksensor. Dabei ist zwischen der Verstärkerelektronikplatte und dem Keramikkörper eine Deckplatte angeordnet, die mit einem Verbindungsmittel an dem Keramikkörper so befestigt ist, dass eine vakuumdichte Kammer durch die der Membran zugewandten Seite der Deckplatte und der dem Medium abgewandten Seite der Membran ausgebildet wird. Auf dem Keramikkörper angeordnete erste Kontaktflächen sind, wie unten beschrieben, via Durchkontaktierungen der Deckplatte metallisch mit zweiten Kontaktflächen der Verstärkerelektronikplatte verbunden. Die erfindungsgemässen Absolutdrucksensoren können sehr rationell hergestellt werden, sind sehr platzsparend aufgebaut und hochgradig zuverlässig. Sie können sehr klein gebaut werden, so sind beispielsweise solche mit einem Durchmesser von 1.5 cm möglich.In a preferred embodiment, the pressure sensor is an absolute pressure sensor. A cover plate is arranged between the amplifier electronics plate and the ceramic body, which is attached to the ceramic body with a connecting means in such a way that a vacuum-tight chamber is formed by the side of the cover plate facing the membrane and the side of the membrane facing away from the medium. First contact surfaces arranged on the ceramic body are, as described below, metallically connected to second contact surfaces of the amplifier electronics plate via through-holes in the cover plate. The absolute pressure sensors according to the invention can be manufactured very efficiently, are very space-saving and highly reliable. They can be built very small, for example those with a diameter of 1.5 cm are possible.

Das Verbindungsmittel (metallisches Lot wäre denkbar) ist vorzugsweise eine Glaslotschicht, d.h., dass auf den Keramikkörper Glaslot oder Glaspulver aufgebracht wird, welches bei Temperaturen von über 430"C gesintert wird. Ein weiteres mögliches Verbindungsmittel ist metallisches Lot. Durch die Erstellung des Verbindungsmittels aus Glaslot bei hoher Temperatur entsteht in der Kammer der für die Messung des Absolutdruckes notwendige Referenzunterdruck.The connecting material (metallic solder would be conceivable) is preferably a glass solder layer, i.e. glass solder or glass powder is applied to the ceramic body and sintered at temperatures of over 430°C. Another possible connecting material is metallic solder. By creating the connecting material from glass solder at high temperature, the reference negative pressure required for measuring the absolute pressure is created in the chamber.

Die Deckplatte, die vorzugsweise aus einem keramischen Material besteht, ist metallisch durchkontaktiert. Diese Durchkontaktierungen enden an der der Membran zugewandtenThe cover plate, which is preferably made of a ceramic material, is metal-plated. These vias end at the side facing the membrane.

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Seite mit dritten Kontaktflächen und auf der der Verstärkerelektronikplatte zugewandten Seite mit vierten Kontaktflächen. Die vierten Kontaktfläche sind über zweite Leiterbahnen mit fünften Kontaktflächen verbunden, die ebenfalls auf der der Verstärkerelektronikplatte zugewandten Seite angeordnet sind. Die Deckplatte weist in einer bevorzugten Ausführur.gsform auf der der Membran zugewandten Seite eine Vertiefung auf, deren Fläche maximal bis zum Verbindungsmittel geht und deren Höhe von der Anwendung des Absolutdrucksensors abhängt. Durch die Vertiefung in der Deckplatte wird das Volumen der vakuumdichten Kammer vergrössert, verglichen mit einer Kammer, bei der die Deckplatte keine Aussparung aufweist.Side with third contact surfaces and on the side facing the amplifier electronics board with fourth contact surfaces. The fourth contact surfaces are connected via second conductor tracks to fifth contact surfaces, which are also arranged on the side facing the amplifier electronics board. In a preferred embodiment, the cover plate has a recess on the side facing the membrane, the area of which extends as far as the connecting means and the height of which depends on the application of the absolute pressure sensor. The recess in the cover plate increases the volume of the vacuum-tight chamber compared to a chamber in which the cover plate has no recess.

Die Verstärkerelektronikplatte ist eine Trägerplatte, insbesondere eine Leiterplatte, auf der dem Fachmann bekannte elektronische Bauelemente einer Verstärkerschaltung angebracht sind. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Hybridschaltung. Auf der Unterseite der Verstärkerelektronikplatte, das heisst, auf der der Deckplatte zugewandten Seite, sind die zweiten Kontaktflächen angeordnet, die metallisch mit den elektronischen Bauelementen verbunden sind. Diese befinden sich dabei in Positionen, die den fünften Kontaktflächen auf der der Membran abgewandten Seite der Deckplatte entsprechen.The amplifier electronics board is a carrier board, in particular a circuit board, on which electronic components of an amplifier circuit known to those skilled in the art are mounted. This is preferably a hybrid circuit. The second contact surfaces, which are metallically connected to the electronic components, are arranged on the underside of the amplifier electronics board, i.e. on the side facing the cover plate. These are located in positions that correspond to the fifth contact surfaces on the side of the cover plate facing away from the membrane.

Mithin werden die über ersten Leiterbahnen mit dem Umsetzungsmittel verbundenen ersten Kontaktflächen des Keramikkörpers über die Durchkontaktierungen der Deckplatte mit den zweiten Kontaktflächen der Verstärkerelektronikplatte leitfähig verbunden. Selbstverständlich sind auch andere dem Fachmann bekannte Arten der metallischen Verbindung möglich.Thus, the first contact surfaces of the ceramic body, which are connected to the conversion means via first conductor tracks, are conductively connected to the second contact surfaces of the amplifier electronics board via the through-holes of the cover plate. Of course, other types of metallic connection known to those skilled in the art are also possible.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, worin eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert wird.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures, in which a preferred embodiment of the invention is explained in more detail using an example.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen erfindungsgemässenFig. 1 an inventive

Absolutdrucksensor in einem Längsschnitt;Absolute pressure sensor in a longitudinal section;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einenFig. 2 a plan view of a

erfindungsgemässen Absolutdrucksensorinventive absolute pressure sensor

vor der Montage der Deckplattebefore mounting the cover plate

Fig. 3 eine Draufsicht auf einenFig. 3 a plan view of a

erfindungsgemässen Absolutdrucksensor;absolute pressure sensor according to the invention;

Fig. 4 einen Relativdrucksen3or in einemFig. 4 a relative pressure sensor in a

Längsschnitt.Longitudinal section.

In Figur 1 bezeichnet 1 einen Absolutdrucksensor, wie er als Messzelle in einen Druckaufnehmer eingebaut wird. Erfindungsgemäss weist der Absolutdrucksensor einen monolithischen Keramikkörper 3 auf. Der monolithische Keramikkörper 3 ist becherförmig, das heisst, er weist ein dickwandiges ringförmiges Körperteil und einen dünnwandigen Becherboden auf. Der Becherboden des Keramikkörpers 3 stellt eine Membran 5 dar. Mithin ist die Membran 5 in den Keramikkörper 3 integriert. Der Keramikkörper liegt vorzugsweise einstückig vor, es ist jedoch auch möglich diesen zweistückig herzustellen und anschliessend geeignet zu verbinden. Das ringförmige Körperteil und die Membran begrenzen eine Messkammer 27 aus. Ein Umsetzungsmittel 7 -siehe auch Figur 2 - ist unmittelbar auf der der Messkammer abgewandten Seite derIn Figure 1, 1 designates an absolute pressure sensor, such as is installed as a measuring cell in a pressure sensor. According to the invention, the absolute pressure sensor has a monolithic ceramic body 3. The monolithic ceramic body 3 is cup-shaped, i.e. it has a thick-walled ring-shaped body part and a thin-walled cup base. The cup base of the ceramic body 3 represents a membrane 5. The membrane 5 is therefore integrated into the ceramic body 3. The ceramic body is preferably in one piece, but it is also possible to manufacture it in two pieces and then connect them in a suitable manner. The ring-shaped body part and the membrane delimit a measuring chamber 27. A conversion means 7 - see also Figure 2 - is directly on the side of the

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Membran 5 angebracht. Die Umsetzungsini ttel 7 sind in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Wheatstonschen Brückenschaltung angeordnete Dehnungsstreifen, die bei Längendehnung den Widerstand ändern. Diese können mittels einer Widerstandspaste im Siebdruckverfahren auf die Membran 5 angebracht werden. Das Umsetzungsmittel 7 ist über erste Leiterbahnen 29 radial mit ersten Kontaktflächen 19 verbunden, wobei die ersten Kontaktflächen 19 ausserhalb der Membran auf dem Keramikkörper angeordnet sind.Membrane 5 is attached. In a preferred embodiment, the conversion means 7 are strain gauges arranged in a Wheatstone bridge circuit, which change the resistance when stretched. These can be applied to the membrane 5 using a resistance paste in a screen printing process. The conversion means 7 is connected radially to first contact surfaces 19 via first conductor tracks 29, the first contact surfaces 19 being arranged outside the membrane on the ceramic body.

Die vorzugsweise keramische Deckplatte 9 weist eine Anzahl metallischer Durchkontaktierungen 15 auf. Die auf der Unterseite der Deckplatte liegenden dritten Kontaktflächen 17 der Durchkontaktierungen 15 sind mit den entsprechenden ersten Kontaktflächen 19 durch eine Lötverbindung verbunden.The preferably ceramic cover plate 9 has a number of metallic vias 15. The third contact surfaces 17 of the vias 15 located on the underside of the cover plate are connected to the corresponding first contact surfaces 19 by a soldered connection.

Auf der der Membran zugewandten Seite einer Deckplatte 9 oder auf der der Deckplatte zugewandten Seite des Keramikkörpers 3 ist ein Verbindungsmittel 11, dasOn the side of a cover plate 9 facing the membrane or on the side of the ceramic body 3 facing the cover plate, a connecting means 11 is provided which

20. vorzugsweise aus Glaslot besteht, radial ausserhalb der Membran 5 angebracht. Dabei sind sowohl die Membran 5, die ersten Kontaktflächen 19 und die dritten Kontakrflächen 17 verbindungsmittelfrei. Dadurch wird eine Kammer 13 ausgebildet, die seitlich durch das Verbindungsmittel 11, oben durch die der Membran zugewanden Seite der Deckplatte 9 und unten durch die Membran 5 begrenzt ist. In der Kammer 13 wird durch die hohen Prozesstemperaturen während der Herstellung der Kammer ein Vakuum erzeugt. Die Kammer 13 ist vakuumdicht, wodurch das für die Messung des Absolutdruckes notwendige Erfordernis der Messung des Referenzunterdruckes möglich ist.20. preferably made of glass solder, is mounted radially outside the membrane 5. The membrane 5, the first contact surfaces 19 and the third contact surfaces 17 are free of connecting means. This forms a chamber 13 which is delimited laterally by the connecting means 11, at the top by the side of the cover plate 9 facing the membrane and at the bottom by the membrane 5. A vacuum is generated in the chamber 13 by the high process temperatures during the manufacture of the chamber. The chamber 13 is vacuum-tight, which makes it possible to measure the reference negative pressure, which is necessary for measuring the absolute pressure.

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Eine Verstärkerelektronikplatte 21 mit einer Platte aus Keramik oder einem anderen geeigneten Material und einer als Hybridschaltung ausgeführte Elektronik weist zweite Kontaktflächen 25 an den Positionen auf, die den auf der Oberfläche der Deckplatte 9 liegenden fünften ■ Kontaktflächen 33 - siehe auch Figur 3 - entsprechen.An amplifier electronics board 21 with a plate made of ceramic or another suitable material and electronics designed as a hybrid circuit has second contact surfaces 25 at the positions that correspond to the fifth contact surfaces 33 located on the surface of the cover plate 9 - see also Figure 3.

Somit sind die Umsetzungsmittel 7 durch eine elektrische Verbindung mit der Verstärkerelektronikplatte 21 verbunden, die durch die ersten Leiterbahnen 29, ersten Kontaktflächen 19, die dritten Kontaktflächen 17, die metallischen Durchkontaktierungen 15, die vierten Kontaktflächen 23, die zweiten Leiterbahner. 31, die fünften Kontaktflächen 33 und die 2weiten Kontaktflächen 25 ausgebildet ist.Thus, the conversion means 7 are connected by an electrical connection to the amplifier electronics board 21, which is formed by the first conductor tracks 29, first contact surfaces 19, the third contact surfaces 17, the metallic vias 15, the fourth contact surfaces 23, the second conductor tracks 31, the fifth contact surfaces 33 and the second contact surfaces 25.

Bei Anstieg des Druckes in der zentralen Messkammer 27 wird die in dem Keramikkörper 3 integrierte !Membran 5 nach oben in Richtung Kammer 13 durchgebogen. Das auf der Membran 5 angebrachte Ümsetzungsmittel 7 setzt die Durchbiegung in ein auswertbares Signal um, beispielsweise durch Widerstandsänderung, das durch elektrische Verbindung in die Verstärkerelektronikplatte 21 übermittelt wird.When the pressure in the central measuring chamber 27 increases, the membrane 5 integrated in the ceramic body 3 is bent upwards in the direction of the chamber 13. The conversion means 7 attached to the membrane 5 converts the deflection into an analyzable signal, for example by means of a change in resistance, which is transmitted to the amplifier electronics board 21 via an electrical connection.

Der in Figur 1 dargestellte Absolutdrucksensor wird vorzugsweise in vier Arbeitschritten hergestellt. In einem ersten Schritt wird das Verbindungsmittel 11 auf die dem Medium abgewandten Seite des Keramikkörpers 3 mit der Membran 5 auf der das ümsetzungsmittel 7 angebracht ist, das über erste Leiterbahnen 29 mit ersten Kontaktflächen 19 verbunden ist oder auf die der Membran zugewandten Seite der Deckplatte radial derart zugegeben, dass die Membran 5 und die ersten Kontaktflächen 19 verbindungmittelfrei bleiben. In einem zweiten Schritt wird die Deckplatte 9 so auf dem Keramikkörper 3The absolute pressure sensor shown in Figure 1 is preferably manufactured in four steps. In a first step, the connecting means 11 is added radially to the side of the ceramic body 3 facing away from the medium with the membrane 5 on which the conversion means 7 is attached, which is connected to first contact surfaces 19 via first conductor tracks 29, or to the side of the cover plate facing the membrane in such a way that the membrane 5 and the first contact surfaces 19 remain free of connecting means. In a second step, the cover plate 9 is placed on the ceramic body 3

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angeordnet, dass das Glaslot zwischen ihnen angeordnet ist, und unter hohen Temperaturen verbunden- Durch die hohen Temperaturen entsteht in der Kammer nach dem Abkühlen das für die Messung des Absolutdruckes notwendige Vakuum. In einem dritten Schritt werden die auf dem Keramikkörper 3 angeordneten ersten Kontaktflächen 19 mit den dritten Kontaktflächen 17 der Deckplatte 9 mittels Löttechnik durch die hülsenförmigen Durchkontaktierungen hindurch verbunden. In einem letzten Schritt wird die Verstärkerelektronikplatte 21 auf der Deckplatte 9 derart angeordnet, dass die an den zweiten Kontaktflächen 25 angebrachten Lötkügelchen mit den fünften Kontaktflächen 33 in Kontakt gebracht und durch Erhöhen der Temperatur metallisch mit ihnen verbunden werden.arranged so that the glass solder is arranged between them, and connected at high temperatures. The high temperatures create the vacuum required for measuring the absolute pressure in the chamber after cooling. In a third step, the first contact surfaces 19 arranged on the ceramic body 3 are connected to the third contact surfaces 17 of the cover plate 9 by means of soldering technology through the sleeve-shaped vias. In a last step, the amplifier electronics board 21 is arranged on the cover plate 9 in such a way that the solder balls attached to the second contact surfaces 25 are brought into contact with the fifth contact surfaces 33 and are metallically connected to them by increasing the temperature.

In Figur 2 wird eine Draufsicht auf den erfindungsgemässen Absolutdrucksensor 1 vor der Montage der Deckplatte gezeigt. Der monolithische Keramikkörper 3 weist die integrierte Membran 5 mit dem Umsetzungsmittel 7 auf. Im vorliegenden Fall sind dies in einer Wheatstoneschen 3rückenschaltung angeordnete Widerstände Rl, R2, R3, R4, R6 und R8, die bei Längenänderung den Widerstand ändern, wobei die genaue Ausführungsform dem Fachmann bekannt ist. Das Umsetsungsmittel 7 ist über erste Leiterbahnen 29 mit ersten Kontaktflächen 19 verbunden, die ausserhalb der Membran 5 auf dem Keramikkörper 3 angeordnet sind. Das Verbindungsmittel 11 in Form von Glaslot ist radial ausserhalb der Membran 5 angebracht, wobei sowohl die Oberfläche der Membran 5 als die ersten Kontaktflächen 19 verbindungsmittelfrei sind, sodass die Messung des Druckes dadurch nicht beeinflusst wird. Die ersten Kontaktflächen 19 sind dabei radial durch das Verbindungsmittel 11 so umgeben, dass sie bei montierter Deckplatte luftdicht abgeschlossen sind.Figure 2 shows a top view of the absolute pressure sensor 1 according to the invention before the cover plate is mounted. The monolithic ceramic body 3 has the integrated membrane 5 with the conversion means 7. In the present case, these are resistors R1, R2, R3, R4, R6 and R8 arranged in a Wheatstone bridge circuit, which change the resistance when the length changes, the exact embodiment being known to the person skilled in the art. The conversion means 7 is connected via first conductor tracks 29 to first contact surfaces 19, which are arranged outside the membrane 5 on the ceramic body 3. The connecting means 11 in the form of glass solder is attached radially outside the membrane 5, whereby both the surface of the membrane 5 and the first contact surfaces 19 are free of connecting means, so that the measurement of the pressure is not influenced by this. The first contact surfaces 19 are surrounded radially by the connecting means 11 in such a way that they are hermetically sealed when the cover plate is mounted.

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In Figur 3 ist eine Draufsicht auf den erfindungsgemässen Absolutdrucksensor 1 gezeigt. Die auf der der Verstärkerelektronikplatte zugewandten Seite der Deckplatte liegenden vierten Kontaktflächen 23 sind über zweite in Uinfangsrichtung verlaufende Leiterbahnen 31 mit fünften Kontaktflächen 33 verbunden. Diese fünften Kontaktflächen 33 sind metallisch mit den zweiten Kontaktflächen 25 der Verstärkerelektronikplatte 21 verbunden.Figure 3 shows a top view of the absolute pressure sensor 1 according to the invention. The fourth contact surfaces 23 located on the side of the cover plate facing the amplifier electronics board are connected to fifth contact surfaces 33 via second conductor tracks 31 running in the circumferential direction. These fifth contact surfaces 33 are metallically connected to the second contact surfaces 25 of the amplifier electronics board 21.

In Figur 4 wird ein Relativdrucksensor 35 mit einem Keramikgehäuse 3 mit integrierter Membran 5 gezeigt. Auf der Membran 5 ist ein Umsetzungsmittel 7 angebracht, das über erste Leiterbahnen 29 mit ersten Kontaktflächen 19 auf dem Keramikkörper 3 verbunden ist. Diese sind metallisch mit den zweiten Kontaktflächen 25 der Verstärkerelektronikplatte 21 verbunden.Figure 4 shows a relative pressure sensor 35 with a ceramic housing 3 with an integrated membrane 5. A conversion means 7 is attached to the membrane 5 and is connected via first conductor tracks 29 to first contact surfaces 19 on the ceramic body 3. These are metallically connected to the second contact surfaces 25 of the amplifier electronics board 21.

Solche Relativdrucksensoren lassen sich sehr kostengünstig auf einer Fertigungsstrasse für Absolutdrucksensoren herstellen, in dem der Montageschritt der Befestigung der Deckplatte einfach weggelassen wird und die Verstärkerelektronikplatte direkt mit dem Keramikkörper in Kontakt gebracht wird. Dank der in Umfangsrichtung angeordneten über zweite Leiterbahnen verbundene vierten und fünften Kontaktflächen der Deckplatte beim Absolutdrucksensor, ist ein Weglassen diese Deckplatte problemlos möglich, da die zweiten Kontaktflächen 25 der Verstärkerelektronikplatte und die ersten Kontaktflächen 19 des Keramikkörpers 3 so problemlos miteinander in Kontakt gebracht werden können. Mithin können mit den gleichen Bauelementen zuverlässige Absolutdrucksensoren und Relativdrucksensoren in grossen Mengen hergestellt werden.Such relative pressure sensors can be manufactured very cost-effectively on a production line for absolute pressure sensors by simply omitting the assembly step of attaching the cover plate and bringing the amplifier electronics plate directly into contact with the ceramic body. Thanks to the fourth and fifth contact surfaces of the cover plate in the absolute pressure sensor, which are arranged in the circumferential direction and connected via second conductor tracks, this cover plate can be omitted without any problem, since the second contact surfaces 25 of the amplifier electronics plate and the first contact surfaces 19 of the ceramic body 3 can thus be brought into contact with one another without any problem. Reliable absolute pressure sensors and relative pressure sensors can therefore be manufactured in large quantities using the same components.

Claims

1. Pressure sensor ( 1 ) with a monolithic ceramic body ( 3 ), a membrane ( 5 ) and an amplifier electronics board ( 21 ), wherein the membrane ( 5 ) is capable of bending when subjected to appropriate pressure by a medium and carries conversion means ( 7 ) which are intended to convert the bending of the membrane into an evaluable signal, characterized in that the membrane ( 5 ) is integrated into the ceramic body ( 3 ) and carries the conversion means ( 7 ) on its side facing away from the medium.

2. Pressure sensor ( 1 ) according to claim 1, additionally comprising a cover plate ( 9 ), wherein the ceramic body ( 3 ) and the cover plate ( 9 ) together form a vacuum-tight chamber, characterized in that the cover plate ( 9 ) is arranged between the amplifier electronics plate ( 21 ) and the ceramic body ( 3 ), wherein the cover plate ( 9 ) is fastened to the ceramic body ( 3 ) with an annular connecting means ( 11 ) such that the vacuum-tight chamber ( 13 ) is formed by the side of the cover plate ( 9 ) facing the membrane and the side of the membrane ( 5 ) facing away from the medium.

3. Pressure sensor ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the connecting means ( 11 ) between the cover plate ( 9 ) and the ceramic body ( 3 ) is an annular glass solder layer.

4. Pressure sensor ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the cover plate ( 9 ) has a recess on the membrane side which increases the volume of the vacuum-tight chamber ( 13 ).

5. Pressure sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the conversion means ( 7 ) are connected radially to first contact surfaces ( 19 ) via first conductor tracks ( 29 ), wherein the first contact surfaces ( 19 ) are arranged outside the membrane ( 5 ) on the ceramic body ( 3 ) and are completely surrounded by the connecting means ( 11 ).

6. Pressure sensor ( 1 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the cover plate ( 9 ) has metallic through-contacts ( 15 ) radially outside the membrane ( 5 ), wherein the through-contacts ( 15 ) have third contact surfaces ( 17 ) connected to the first contact surfaces on the membrane side and fourth contact surfaces ( 23 ) on the side facing the amplifier electronics board, which are connected to fifth contact surfaces ( 33 ) of the cover plate ( 9 ) via second conductor tracks ( 31 ), wherein the fifth contact surfaces ( 33 ) are also metallically connected to second contact surfaces ( 25 ) of the amplifier electronics board ( 21 ).

7. Pressure sensor ( 1 ) according to one of claims 2 to 6, characterized in that the conversion means ( 7 ) are strain gauges arranged in a Wheatstone bridge circuit.