CN105628295A - 耐碘的压力传感器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种压力传感器组件(1)，具有壳体(5)和被接收在壳体(5)的内室(19)中的压力传感器(3)。壳体(5)具有气体入口(7)，其与内室(19)的子区域(20)通气连接。在气体入口(7)上设置有牺牲元件(27)，使得流过气体入口(7)的气体与牺牲元件(27)的设置有银层(28)的表面(29)接触。该牺牲元件(27)具有由耐碘或耐碘化物的材料制成的承载元件。在与包含碘或碘化物的气体接触时，银层由于化学反应消耗，而承载元件不被腐蚀并且可提供必要的机械稳定性。因此，一方面可防止碘或碘化物侵入内室(19)中并损害微机械压力传感器(3)的触头，另一方面可防止牺牲结构的银颗粒脱落并到达内燃机燃烧室中。

Description

耐碘的压力传感器组件
技术领域
本发明涉及一种压力传感器组件，尤其是可使用在机动车中的那样的压力传感器组件。
背景技术
压力传感器可用于测量***中的气体压力。例如可借助压力传感器绝对地或者相对于参考压力来测量在引导气体或包含气体的***内部的气体压力。替代地，可以在引导气体或包含气体的***的例如不同部位上相对彼此测量两个气体压力。在后一种情况下涉及压差传感器。
在机动车中，还使用压力传感器组件来感测汽油发动机或涡轮柴油发动机中的进气管绝对压力。这种压力传感器组件也称为MAP传感器(MAP＝Manifold-Absolute-Pressure)。替代地，例如可在机动车中使用压差传感器组件，用于根据通向过滤器的入口中存在的气体压力相对于出口中存在的气体压力的值来确定柴油机颗粒过滤器中的脏污程度。
压力传感器现在大多构造为微机械结构元件并且一般具有探测面，该探测面设计用于根据作用在该探测面上的压力而改变其物理特性。所述探测面例如可构造为在压力加载时变形的薄膜。基于变形而出现的物理参数变化例如可借助集成的电路来测量，然后被作为携带关于作用的气体压力的信息的信号输出。
EP1521952Bl说明了一种用于压力测量的装置，该装置适合用于机动车中的压力测量，尤其用于压差测量。
为了压力传感器的探测面能感测***中气体的待测压力，在***和一个邻接该探测面的体积之间应该存在通气的连接。由于气体交换，***中的压力变化可引起作用于所述探测面上的压力的改变。
然而，通过所述通气的连接，也可能发生物质向包围微机械压力传感器的壳体中的侵入。尤其是，在要被测量压力的气体中可能包含会损害压力传感器的物质。
例如已观察到，到达压力传感器上的碘或碘化物在那会损害触头。碘或碘化物例如可能随着时间而从通向压力传感器组件的输入管道的材料中释放出来。
至今已尝试，例如通过由不敏感材料如金制成的覆盖层来保护对于浸入的有害物质敏感的部件。
在替代的解决方案尝试中使用了所谓牺牲结构，所述牺牲结构通过化学反应来化合侵入的潜在有害物质，但在此自身会消耗。例如可使用由疏松的银毛或银丝构成的牺牲结构来化合侵入的碘。
发明内容
本发明的实施方式能以有利的方式实现一种压力传感器组件，其很大程度上能耐受包含于流入的气体中的碘或碘化物，能简单和成本有利地制造，并且长期稳健。
根据本发明的第一方面，提出一种压力传感器组件，其具有壳体和被接收于该壳体内室中的压力传感器。该壳体在此具有至少一个气体入口，所述气体入口与该壳体的内室通气地连接。所述压力传感器装置的特征在于，在气体入口上设置有牺牲元件，所述牺牲传感器这样布置和构造，使得流过所述气体入口的气体与所述牺牲元件的表面发生接触。所述牺牲元件的所述表面设置有银层。
本发明的实施方式的观点可被视为基于下面说明的构思和认知。
如开头提到的，已观察到，尤其与压力传感器组件的微机械结构元件发生接触的碘或碘化物会导致该结构元件或它的触头的结构损害。现有的用于避免这种损害的方案此间已被经常认为是具有缺陷的。
例如，在为制造微机械结构元件所使用的工艺技术中对形成有防腐蚀保护层的材料、尤其金的处理会导致问题。尤其已观察到，金层的沉积在半导体工业中大多是不希望的，因为例如残留在加工设备中的金在后面加工其它结构元件例如晶体管时在那里会导致对阈电压的不希望的影响。
替代使用的例如由银毛或银丝制成的牺牲结构部分地已被证明不是长期稳健的。例如已观察到，由于基于与碘或碘化物的反应而消耗银或由于腐蚀，会形成颗粒，这些颗粒然后例如可到达内燃机燃烧室中并且在那里造成损害。
因此提出，设置具有替代的牺牲结构的压力传感器组件。该牺牲结构在所述情况下应被设置为牺牲元件，所述牺牲元件布置进入传感器组件的壳体中的气体入口上。该牺牲元件在它的表面上设置有由银构成的、可起牺牲层作用的层。
该牺牲结构在此优选构造为仅在它的表面上设置有银层的实体结构。
例如该牺牲元件可构造有承载元件，在该承载元件上施加所述银层。该承载元件优选应以不与碘或碘化物起化学反应的材料构成或由该材料制成，即该材料是耐受碘或碘化物的，从而该材料例如不会由于与碘或碘化物的化学反应而被消耗。由此可实现，用作真正的牺牲结构的银层保持在本身不会随时间的推移而被化学反应消耗掉的承载元件上。因此可实现牺牲元件的长期稳健性。尤其可避免在待牺牲的银的分解增加时形成疏松的颗粒。
所述承载层例如可以钢板构成。钢板不仅是机械稳定的，而且也很大程度上对于碘或碘化物具有化学耐受性。
所述牺牲元件尤其能是一体式的。该牺牲元件例如可具有套筒式的几何形状。换句话说，该牺牲元件例如能构造有敞开的或封闭的环形。该牺牲元件尤其可柱形地构造。在此，该牺牲元件可在一侧具有中断部或缝隙，使得它的外周能变形。
所述牺牲元件可力锁合地、材料锁合地和/或形状锁合地固定在气体入口的内表面上。该牺牲元件例如可具有这样的外轮廓：该外轮廓基本相应于该气体入口的内表面上的内轮廓或比所述内轮廓略大。该牺牲元件则可力锁合地压入到所述气体入口中。所述牺牲元件在气体入口中的材料锁合的粘接也是可能的。该牺牲元件还可例如设置有卡锁突块，借助该卡锁突块，该牺牲元件可形状锁合地卡锁式固定在形成所述气体入口的接管中。
替代地，所述牺牲元件可铸造到形成所述气体入口的接管中。该接管或包括该接管的整个壳体可例如通过可压铸材料例如热塑性材料的压铸来制造，其中，该牺牲元件通过铸造到接管中而固定在壳体的气体入口上。
优选所述牺牲元件的整个表面设置有银层。整个表面涂层在技术上能简单地实施，例如通过电镀或CVD方法。然而原理上仅牺牲元件的表面的部分区域设置有银也可以是足够的。
所述银层优选可具有1μm至100μm之间、强烈优选5μm到20μm之间的层厚度。这样的层厚度表现为足以能够用作压力传感器组件的整个计划使用寿命上的牺牲层。
在此指出，本发明的一些可能的特征和优点是参考不同的实施方式来说明的。专业人士知道，这些特征能以合适的方式组合、适配或更换，以获得本发明的其它实施方式。
附图说明
下面参考附图来说明本发明的实施方式，其中，附图和说明书都不应被解释为对本发明是限制性的。
图1示出根据本发明的压力传感器组件的立体剖视图。
图2示出用于根据本发明的压力传感器组件的牺牲元件的立体视图。
图3示出根据本发明的压力传感器组件的气体入口的立体俯视图，具有固定于其中的牺牲元件。
图4示出根据本发明的压力传感器组件的气体入口的立体剖视图，具有固定于其中的牺牲元件。
图5示出另一根据本发明的压力传感器组件的气体入口的立体剖视图，具有固定于其中的牺牲元件。
图6示出用于根据本发明的压力传感器组件的牺牲元件的剖视图。
这些附图仅是示意性的并且不是遵守尺寸比例的。相同的附图标记在附图中标记相同的或作用相同的特征。
具体实施方式
图1图示出根据本发明的压力传感器组件1的构造。
压力传感器组件1具有压力传感器3以及在装配状态中包围该压力传感器3的壳体5。压力传感器3布置在由壳体5以及盖21包围的内室19中。在该壳体上设置有呈向下从壳体5突出的、空心柱形的接管9形式的气体入口7。压力传感器3可构造有微机械结构元件13。压力传感器3具有探测面11，所述探测面的特性在压力加载时以可测量的方式改变。所述探测面能通过柔性的凝胶12来保护。压力传感器3具有模制进去的、可接触的内置件15，所述内置件朝外通过键合触头(未示出)与外部触头17连接。外部触头17被接收在插座18中，使得可借助插头(未示出)从外部接触传感器3。
通过气体入口7，气体可从外部进入到内室19的子区域20中。气体入口7在此这样构型，使得通过气体入口7进入的气体可到达压力传感器的探测面11。气体入口7例如可与机动车内燃机的进气管连接，使得可使用所述压力传感器组件来确定进气管中的当前压力。
替代地，所述压力传感器组件也可具有两个分开的气体入口，它们例如可与引导气体的***(未示出)的不同区域连接，使得借助该压力传感器可确定这些区域之间的相对压力差。因此，例如可将所述压力传感器组件作为压差传感器组件在机动车的排气***中使用，用于相对于排气***中在颗粒过滤器下游的一个位置上的气体压力来确定排气***中在颗粒过滤器上游的一个位置上的气体压力。由该信息可推断出颗粒过滤器的脏污程度。
气体入口7的接管9包围通道8，气体可通过该通道流入到壳体5的内室19的子区域20中并由该区域流出。因此，内室19的子区域20可通过通道8与通过引导气体的管道(未示出)附接到接管9上的、引导气体的或包含气体的***处于通气连接，从而能够测量该***中存在的气体压力。为了能够将所述引导气体的管道气密地接到压力传感器组件1上，在接管9上设置环绕的密封件23。此外，在示出的例子中，穿过通道8延伸地设置呈NTC(英文：NegativeTemperatureCoefficientThermistors，负温度系数热敏电阻)形式的温度测量传感器25。
已观察到，例如可随时间从引导气体的管道逸出的碘或碘化物在例如与微机械压力传感器3或者它的电触头发生接触时能够起损害作用。例如已认识到，碘化物可由二级空气***的部件例如以碘化铜(CuI)或碘化钾(KI)形式长出。该碘化物可通过氧化剂例如二氧化氮(NO2)氧化为碘(I2)。在压力传感器3的键合触头上典型地在铝焊盘上布置有精细的金丝，在这些键合触头上会由于碘而发生金属间相AuxAly的腐蚀，由此可能局部发生键合接触的强度的减弱并最终发生键合接触的失效，例如由于热机械载荷引起的键合裂开。在此，基于催化过程而出现腐蚀，使得在此没消耗碘。
为了防止碘能够一直到达内室19中并尤其到达内室的子区域20中并在那里到达键合触头，现在设置，在气体入口7的区域中设置牺牲元件27，在该牺牲元件上在表面施加银层。牺牲元件27的朝向通道8指向的表面29是裸露的并且可与流向压力传感器3的气体接触。在此，银层的银可与包含于所述气体中的碘或碘化物化学反应并从而使碘或碘化物化合。
图2图示出牺牲元件27的一个例子。图6示出这样的牺牲元件的横截面。图3和4图示出牺牲元件可以如何布置并固定在气体入口7的接管9上。
示例性的牺牲元件27具有套筒式的几何形状。为此，牺牲元件27柱形地构造并且沿着它的纵长延伸具有缝隙33。基于该缝隙33可将牺牲元件27压合，以便它例如能装配到接管9中。在牺牲元件27上还设置有卡锁突块31，借助所述卡锁突块，牺牲元件27可嵌入到接管9上的相应适配地构成的槽口35中。因此，为了装配，可将牺牲元件27压入到接管9中的通道8中并且然后借助它的卡锁突块31形状锁合地卡锁到设置在那里的槽口35中。
如从图6中可看出，牺牲元件27具有承载元件26，该承载元件还将它的机械稳定性提供给所述牺牲元件。承载元件26例如可通过金属板、尤其钢板的滚卷形成。承载元件26例如可具有0.1mm至5mm之间、优选0.2mm到1mm之间的厚度。在承载元件26的处于外部的表面29上施加处于1μm到100μm之间、例如5μm到10μm之间的薄的银层28。
图5示出压力传感器组件1的壳体5的一种替代构型。牺牲元件27在该情况中直接铸造在壳体5中。在此，在牺牲元件27的套筒中局部地设置有孔37。在压铸壳体5并且同时铸入牺牲元件27时，壳体5的塑料可流入到孔37中，使得牺牲元件27在塑料硬化后固定地锚接在壳体5中。牺牲元件的处于内部的、朝通道8指向的表面29也是裸露的，使得在此设置的银层28可与流过的气体发生接触。
在这里提出的压力传感器组件1的情况下，能够以相对简单的手段防止碘或碘化物侵入到壳体5中并从而损害被接收在那里的键合触头。为此设置的牺牲元件27可简单地制造并且集成在压力传感器组件1中。所提出的成本有利的解决方案还使得能够取消迄今为保护键合触头而部分使用的那样的加金工艺。也可防止沾染由于牺牲结构上的腐蚀现象而产生的银颗粒。通过将稳健性措施集成在压力传感器组件1的壳体5中获得高的灵活性。
最后要指出，如“具有”，“包括”等概念不排除其它的元件或步骤，如“一个”这样的概念不排除多个的情况。此外要指出，参考上述实施例之一说明的特征或步骤也可与上面说明的其它实施例的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制性的。

Claims (9)

1.压力传感器组件(1)，具有：
壳体(5)；
被接收在所述壳体(5)的内室(19)中的压力传感器(3)；
其中，所述壳体(5)具有至少一个气体入口(7)，所述气体入口至少与所述壳体(5)的所述内室(19)的一子区域(20)通气地连接，
其特征在于，
在所述气体入口(7)上设置有牺牲元件(27)，所述牺牲元件这样布置和构造，使得流过所述气体入口(7)的气体与所述牺牲元件(27)的表面(29)发生接触，其中，所述牺牲元件(27)的所述表面(29)设置有银层(28)。
2.如权利要求1所述的压力传感器组件，其中，所述牺牲元件(27)构造有承载元件(26)，所述承载元件以不与碘或碘化物化学反应的材料构成，并且，所述银层(28)施加在所述承载元件(26)的表面上。
3.如权利要求2所述的压力传感器组件，其中，所述承载元件(26)以钢板构成。
4.如权利要求1至3之一所述的压力传感器组件，其中，所述牺牲元件(27)具有套筒式的几何形状。
5.如权利要求1至4之一所述的压力传感器组件，其中，所述牺牲元件(27)力锁合地、材料锁合地和/或形状锁合地固定在所述气体入口(7)的内表面上。
6.如权利要求1至5之一所述的压力传感器组件，其中，所述牺牲元件(27)借助卡锁突块(31)卡锁式地固定在形成所述气体入口(7)的接管(9)中。
7.如权利要求1至6之一所述的压力传感器组件，其中，所述牺牲元件(27)铸造到形成所述气体入口(7)的接管(9)中。
8.如权利要求1至7之一所述的压力传感器组件，其中，所述牺牲元件(27)的整个表面设置有所述银层(28)。
9.如权利要求1至8之一所述的压力传感器组件，其中，所述银层(28)具有1μm至100μm之间、优选5μm到20μm之间的层厚度。
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