DE102004041388A1

DE102004041388A1 - Drucksensorzelle und diese verwendende Drucksensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102004041388A1
Application number: DE102004041388A
Authority: DE
Inventors: Katsumichi Ueyanagi; Shigeru Shinoda; Kimihiro Ashino; Kazunori Saito
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2005-03-24
Also published as: JP2005098976A; KR101043883B1; KR20110039434A; KR101109282B1; KR20050022325A; US20050087020A1; US7412894B2; JP4774678B2

Abstract

Ein Drucksensorchip (41), der eine Membran (45), Piezowiderstände, eine Verstärkerschaltung und verschiedene Arten von Einstellschaltungen enthält, ist mit einem Basiselement (42) in der Weise verbunden, dass die Membran (45) einem Durchgangsloch (46) des Basiselements (42) gegenüberliegt. Das Basiselement (42) und ein Metallrohrelement (43) sind in der Weise verbunden, dass ihre jeweiligen Durchgangslöcher (46) und (48) miteinander in Verbindung stehen. Das Metallrohrelement (43) ist mit einem Harzgehäuse (44) mit einem Klebstoff verbunden und ein Signalanschluss (58) des Harzgehäuses (44) und der Drucksensorchip (41) sind durch Kontaktierungsdrähte (59) elektrisch miteinander verbunden, um eine Drucksensorzelle (100) zu bilden. Mit einem an dem Metallrohrelement (43) angebrachten O-Ring und mit dem von oben angepressten Harzgehäuse (44) wird die Drucksensorzelle (100) an einem Gehäuse, wie zum Beispiel einem Öl enthaltenden Block, befestigt. Auf eine andere Art wird die Drucksensorzelle (100) durch Verwendung eines Elements mit einer Anordnung, die einen Biegeabschnitt und einen Gewindeabschnitt hat, durch Umbiegen des Biegeabschnitts über der Drucksensorzelle (100) an dem Element befestigt und der Gewindeabschnitt wird durch Einschrauben an dem Gehäuse angebracht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksensorzelle und eine diese verwendende Drucksensorvorrichtung und insbesondere eine Halbleiter-Drucksensorzelle/-vorrichtung zum Messen eines hohen Drucks von 1 MPa oder mehr.
Allgemein wird in einer Drucksensorvorrichtung, die an einem Block, wie z. B. einem Öl enthaltenden Block eines Kraftfahrzeuggetriebes oder einem Ölblock einer hydraulischen Aktuatoreinrichtung angebracht ist, um einen Druck zu messen, eine Halbleiterdrucksensorzelle als ein Sensorelement verwendet, das einen Piezowiderstandseffekt nutzt. In einem derartigen Drucksensor sind eine Vielzahl von Halbleiterdehnmessstreifen, die in einer Brückenschaltung verbunden sind, auf einer Membran gebildet, die aus einem Material, wie z. B. Einkristallsilizium hergestellt ist, das den Piezowiderstandseffekt zeigt. Eine Verformung der Membran durch eine Druckänderung verursacht eine dem Ausmaß der Verformung entsprechende Änderung des Messstreifenwiderstands der Halbleiterdehnmessstreifen. Das Ausmaß der Änderung wird von der Brückenschaltung als ein Spannungssignal abgenommen.

Als Drucksensorvorrichtungen sind Anordnungen wie die in 16 bis 19 gezeigten bekannt. Die in 16 gezeigte Drucksensorvorrichtung ist mit einem Verbindungsstück 1 mit einem Gewindeabschnitt, einem Flansch 3 zum Einschrauben des Verbindungsstücks 1 in einen Abschnitt, in dem die Vorrichtung eingebaut werden soll, einem Drucksensor 2 zum Ausgeben eines einem Ausmaß der Druckänderung wie vorstehend erläutert entsprechenden Spannungssignals, einer Schaltungsplatine 4 zur Montage eines Schaltungschips zum Verarbeiten des Ausgangsignals des Drucksensors 2, Kontaktierungsdrähten 5, die den Drucksensor und die Schaltungsplatine 4 verbinden, und Anschlüssen 6 und 7 zum Abnehmen des Signals von der Schaltungsplatine 4 nach außen versehen. Der Anschluss 6 und ein Anschlusshalter 8, der den Anschluss 7 trägt, sind durch ein Verbindungselement 11 an dem Flanschelement 3 befestigt. Ferner sind eine Dichtung 9 und ein O-Ring 10 auf das Flanschelement 3 aufgesetzt (siehe beispielsweise JP-A-2002-168718 (1)).

Die in 17 gezeigte Drucksensorvorrichtung ist aus einem Wandler 12, einem sechseckigen Anschluss 13, einer Abdeckung 14, einer ringförmigen Dichtung 15, einem Umfangsclip 16, einer flexiblen Schaltung 17 und einem Basiselement 18 zum Abnehmen eines Signals nach außen gebildet. Der Wandler 12 ist aus einem ersten leitfähigen Film, dessen Verformung bei Anlegen eines Drucks verursacht wird, einem zweiten leitfähigen Film, der dem ersten leitfähigen Film mit einem zwischen den beiden leitfähigen Filmen gehaltenen Abstandhalter gegenüberliegt, und einer Schaltung zum Umwandeln der durch die Verformung des ersten leitfähigen Films sich ändernden elektrostatischen Kapazität in ein Spannungssignal gebildet (siehe beispielsweise JP-A-2002-202215 (1)).

Die in 18 gezeigte Drucksensorvorrichtung hat eine Anordnung, bei der in einem Sensorgehäuse 24 ein Drucksensorchip 25 an Anschlussleitungen 19, 20, 21 und 22 angeschlossen ist. Die Anschlussleitungen 19, 20, 21 und 22 sind an dem Sensorgehäuse 24 befestigt, während sie voneinander durch Versiegelungsglas 23 hermetisch isoliert sind. In Verbindung damit ist der Drucksensorchip 25 in Silikonöl eingeschlossen, das mit einer Metallmembran 26 abgedeckt ist (siehe beispielsweise JP-A-2000-55762 (8 und 10)).

Die in 19 gezeigte Drucksensorvorrichtung hat eine Anordnung, in welcher die in 18 gezeigte Drucksensorvorrichtung unter Verwendung eines O-Rings 29 in einem Metallgehäuse 28 eingeschlossen ist. In dem Metallgehäuse 28 ist ein Steckverbindergehäuse 33, das mit den Anschlussleitungen 19, 20, 21 und 22 elektrisch verbundene Anschlussplatinen 30, 31 und 32 hat, zusammen mit einem O-Ring 34 und einem daran zu befestigenden Abstandsring 35 eingebaut. Die Befestigung erfolgt durch Umbiegen eines Teils des Metallgehäuses 28, sodass es in Eingriff mit dem Steckverbindergehäuse 33 kommt. Das Metallgehäuse 28 hat eine Druckaufnahmeöffnung 36, einen Gewindeabschnitt 37, einen Befestigungsabschnitt 38 und einen Absatz 39 (siehe beispielsweise JP-A-2000-55762).

Ferner ist ein Halbleiterdrucksensor bekannt, bei welchem in einem Halbleiterelement, das einen Membranabschnitt mit einer Gruppe von darauf gebildeten Piezowiederständen aufweist, eine Verstärkerschaltung eines Ausgangssignals von der Gruppe von Piezowiederständen gebildet ist. Die Verstärkerschaltung wird durch Integrieren einer Kombination eines Operationsverstärkers und eines Widerstandsnetzwerks gebildet, das Dünnfilmwiderstände enthält. In einer den Halbleiterdrucksensor verwendenden Drucksensorvorrichtung ist der Halbleiterdrucksensor in einem abgedichteten Behälter enthalten. In dem Behälter wird ein Raum auf der Seite, zu der die Oberfläche des Halbleitersensors weist, auf einem konstanten Druck gehalten. Somit wird eine Anordnung geschaffen, in der ein auf die Rückseite des Halbleiterdrucksensors wirkender Druck gemessen wird, wobei der Druck in dem Behälter als Bezugsgröße dient (siehe beispielsweise JP-A-1-150832).

In der in 16 oder 17 gezeigten Drucksensorvorrichtung verursachen jedoch zahlreiche Teile das Problem steigender Bauteilekosten und Montagekosten. Ferner ist in beiden Vorrichtungen der Signalübertragungsweg aus einer Vielzahl von Teilen und somit einer Vielzahl von Verbindungspunkten der Teile gebildet. In der in 16 gezeigten Vorrichtung ist der Signalübertragungsweg aus dem Drucksensor 2, den Verbindungsdrähten 5, der Schaltungsplatine 4, dem Schaltungschip, dem Anschluss 6 und dem Anschluss 7 gebildet. In der in 17 gezeigten Vorrichtung ist der Weg aus dem Wandler 12, der flexiblen Schaltung 17, dem Schaltungschip und dem Basiselement 18 gebildet. Dies verursacht das Problem einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit, was zu einer mangelnden langfristigen Zuverlässigkeit führt. Ferner verursacht in der in 16 gezeigten Vorrichtung die direkte Verbindung des Verbindungsstücks 1 mit dem Drucksensor 2 eine auf den Drucksensor 2 übertragene Belastung, die beim Einschrauben des Verbindungsstücks 1 erzeugt wird. Dadurch entsteht das Problem einer verringerten Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Messsignals.

Ferner führt in der in 18 gezeigten Drucksensorvorrichtung an die Anschlussleitungen angelegtes Rauschen zur Polarisierung des Silikonöls, was manchmal die Ansammlung von elektrischen Ladungen auf der Oberfläche des Drucksensorchips 25 verursacht. Dies führt zu Schwankungen des von dem Drucksensorchip 25 ausgegebenen Signals, wodurch das Problem einer verringerten Zuverlässigkeit des Messsignals entsteht. Ferner erzeugen eine Erhöhung des Innendrucks auf Grund der Ausdehnung des Silikonöls in einer Hochtemperaturumgebung und die Komprimierung des Silikonöls bei der Einwirkung eines hohen Drucks wiederholte Belastungen der Metallmembran 26. Dies verursacht eine Ermüdung der Metallmembran 26, wodurch das Problem der mangelnden langfristigen Zuverlässigkeit der Vorrichtung entsteht.

Ferner führt in der in 19 gezeigten Drucksensorvorrichtung eine große Fläche des Abschnitts zum Aufnehmen eines Drucks zu einer großen auf die Vorrichtung wirkenden Last. Zum Aufnehmen einer derartigen Last muss die Steifigkeit des Metallgehäuses 28 erhöht werden. Somit ergibt sich das Problem, dass die Kosten erhöht werden und die Vorrichtung größer ausgeführt wird.

Da ferner in der in der JP-A-1-150832 aufgezeigten Drucksensorvorrichtung die äußeren Signalanschlüsse zum Abnehmen der Ausgangssignale nach außen an der Unterseite des Behälters mit Glas versiegelt sind, kann angenommen werden, dass der Behälter aus Metall hergestellt ist. Der Metallbehälter hat jedoch den Nachteil, dass er teuer ist. Ferner sind die äußeren Signalanschlüsse und eine Druckaufnahmeöffnung auf der gleichen Seite angeordnet. Wenn daher die Drucksensorvorrichtung beispielsweise für eine Anwendung zum Messen des Drucks verwendet wird, während sie an einem Öl enthaltenden Block oder einem Aktuatorblock montiert ist, unterbrechen die äußeren Signalanschlüsse die Drucksensorvorrichtung, was es unmöglich macht, die Drucksensorvorrichtung an einem Öl enthaltenden Block oder dergleichen zu montieren. Die äußeren Signalanschlüsse müssen daher auf der entgegengesetzten Seite der Seite, an der die Druckaufnahmeöffnung vorgesehen ist, vorspringen. Wenn jedoch wie vorstehend erläutert der Behälter aus Metall ist, besteht das Problem, dass es schwierig ist, die äußeren Anschlüsse an der entgegengesetzten Seite der Druckaufnahmeöffnung vorzusehen.

Zur Lösung der bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik auftretenden Probleme ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Drucksensorvorrichtung vorzusehen, die kostengünstig ist, eine hohe Langzeit-Zuverlässigkeit hat und Messsignale mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit abgibt, sowie weiter eine Drucksensorvorrichtung mit äußeren Anschlüssen, die an der entgegengesetzten Seite eine Druckaufnahmeöffnung angeordnet sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Drucksensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der beanspruchten Erfindung wird ein Ausgangssignal direkt von dem Drucksensorchip ausgegeben. Das von dem Drucksensorchip ausgegebene Signal wird über einen Kontaktierungsdraht zu dem Signalanschluss übertragen. Dies hält die Anzahl der Verbindungen auf einem Signalübertragungsweg möglichst gering, um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu verringern. Die Langzeit-Zuverlässigkeit des Drucksensors wird dadurch hoch. Ferner ermöglicht es die geringe Anzahl von Teilen der Drucksensorzelle, diese zu reduzierten Kosten zu erstellen. Daher kann die Verwendung der Drucksensorzelle die Kosten einer Drucksensorvorrichtung vermindern.

Ferner wird das Druckübertragungsmedium in den Druckaufnahmeabschnitt des Drucksensorchips eingeführt. Dies erlaubt es dem Druckaufnahmeabschnitt, den Druck des Mediums ohne Verwendung von Silikonöl, das den Drucksensorchip stark beeinträchtigt, direkt aufzunehmen. Die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des Messsignals können daher verbessert werden. Da ferner die Fläche des den Druck aufnehmenden Abschnitts auf die Fläche der Rückseite des Druckaufnahmeabschnitts des Siliziumchips beschränkt ist, wird die auf den Drucksensorkörper wirkende Last klein. Dadurch kann der Drucksensor in geringerer Größe mit einfacherem Aufbau ausgeführt werden.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erlaubt ein einfacher Aufbau mit einer geringen Anzahl von Teilen die Verwirklichung einer ausfallsicheren und lecksicheren Struktur für das Druckübertragungsmedium, was es möglich macht, eine äußerst zuverlässige Drucksensorvorrichtung zu erzielen. Ferner können die Materialkosten und die Montagekosten stark reduziert werden. Wenn ferner die Drucksensorvorrichtung in einen Öl enthaltenden Block etc. eingeschraubt wird, wird eine in dem Gewindeabschnitt erzeugte Belastung wirksam, welche durch den O-Ring reduziert wird, sodass es möglich wird, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eines Messsignals zu verbessern. Darüber hinaus kann eine Drucksensorvorrichtung erhalten werden, in der der Signalanschluss zum Abnehmen eines Signals von außen an einem Öffnungsabschnitt eines offenen Endes der Druckaufnahmeeinheit angeordnet ist, das heißt an der entgegengesetzten Seite einer Druckaufnahmeöffnung.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können der Drucksensorchip und das Basiselement so verbunden werden, dass eine hohe Luftdichtigkeit zwischen ihnen aufrechterhalten bleibt. Dies ermöglicht die Verwirklichung eines höchst luftdichten Aufbaus.

Da gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung das Basiselement aus dem gleichen Material wie der Drucksensorchip hergestellt ist, besteht kein Unterschied hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden, wodurch keine thermisch bedingte Belastung auf Grund der Verbindung des Basiselements und des Drucksensorchips in dem Drucksensorchip erzeugt werden. Es wird zwar um die Verbindungsstelle des Basiselements und der Druckaufnahmeeinheit eine thermische Belastung auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden erzeugt. Das Basiselement hält jedoch den Drucksensorchip von der Verbindungsstelle entfernt, was es ermöglicht, den Einfluss der thermischen Belastung auf den Drucksensorchip zu reduzieren.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird die Verbindungsfestigkeit hoch, wenn die Druckaufnahmeeinheit und das Basiselement durch Metallmaterial, beispielsweise eutektisches Gold/Zinn-Lot oder Hochtemperaturlot verbunden werden. Daher kann die Zuverlässigkeit der Verbindung der Druckaufnahmeeinheit und des Basiselements verbessert werden.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat von den Materialien, die den auf dem Glasbasiselement vorgesehenen Metalldünnfilm mit der Dreischichtstruktur bilden, Chrom auf der einen Seite eine hervorragende Anhaftung an Glas. Ferner ist Gold auf der anderen Seite geeignet zur Verbindung der metallischen Druckaufnahmeeinheit mit dem Metalldünnfilm mit eutektischem Gold/Zinn-Lot oder Hochtemperaturlot. Zwischen dem Gold und dem Chrom vorgesehenes Platin dient ferner dazu, zu verhindern, dass Gold und Chrom in nachteilhaften Kontakt miteinander gebracht werden. Indem der Metalldünnfilm mit einer derartigen Dreischichtstruktur vorgesehen wird, kann die Verbindungsfestigkeit verbessert werden, wenn die metallische Druckaufnahmeeinheit und das Glasbasiselement unter Verwendung des eutektischen Gold/Zinn-Lots oder des Hochtemperaturlots miteinander verbunden werden.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wirkt der Druck des Druckübertragungsmediums auf den Absatz der Druckaufnahmeeinheit, um so die Stufe gegen den Endabschnitt des Harzgehäuses auf der Seite des offenen Endes der Druckaufnahmeeinheit zu pressen. Dies kann eine hohe strukturelle Zuverlässigkeit unter angelegtem Druck sicherstellen.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Verwendung eines Klebstoffs bei der Befestigung des Basiselements und der Druckaufnahmeeinheit aneinander die Materialkosten verringern.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die aus einem Metallplattenelement gebildete Druckaufnahmeeinheit die Materialkosten weiter reduzieren als in dem Fall, in dem die Druckaufnahmeeinheit aus einem Metallrohrelement gebildet ist.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der Endabschnitt der Druckaufnahmeeinheit, der von jeder Endfläche des Harzgehäuses nach außen vorragt, als eine Halterung zum Befestigen eines anderen Teiles, wie zum Beispiel eines Anschlusselements, an der Druckaufnahmeeinheit verwendet werden, wobei das andere Teil in Kontakt mit dem Abschnitt gebracht wird. Auf diese Weise kann eine Drucksensorzelle bzw. eine Drucksensorvorrichtung erhalten werden, die in der Lage ist, Drücke bis in einen hohen Druckbereich zu messen.

Die Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung erzielt verschiedene, nachfolgend angeführte Effekte. Da die Anzahl der Verbindungsstellen auf dem Signalübertragungsweg nach außen möglichst gering gehalten wird, wird die Ausfallwahrscheinlichkeit gesenkt, womit es möglich wird, eine Drucksensorvorrichtung mit einer hohen Langzeitzuverlässigkeit zu erhalten. Ferner kann ein kostengünstiger Drucksensor mit einer geringen Anzahl von Teilen erhalten werden. Zusätzlich kann eine Schwankung des Ausgangssignals auf Grund eines Einflusses des Silikonöls vermieden werden, um die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des Messsignals zu verbessern. Ferner wird dann, wenn die Drucksensorvorrichtung durch Einschrauben an einem Block montiert wird, eine in dem Gewindeabschnitt erzeugte Spannungsbelastung an die Drucksensorzelle angelegt, während sie abgeschwächt wird, um es so zu ermöglichen, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eines Messsignals zu verbessern. Darüber hinaus kann eine Drucksensorvorrichtung erhalten werden, in welcher der Signalanschluss zum Abnehmen eines Signals an der Außenseite an der entgegengesetzten Seite der Druckaufnahmeöffnung angeordnet ist.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung im Detail unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung;
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung;
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung;
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung;
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der Erfindung;
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung;
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung;
9 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung;
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Anordnung einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung entlang der Schnittebene A-A in 9;
11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Anordnung einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung entlang der Schnittebene B-B in 9;
12 zeigt eine Querschnittsansicht einer Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der Erfindung entlang der Schnittebene A-A in 9;
13 zeigt eine Querschnittsansicht einer Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der Erfindung entlang der Schnittebene B-B in 9;
14 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der Erfindung;
15 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 12 der Erfindung;
16 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drucksensorvorrichtung nach dem Stand der Technik;
17 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer Anordnung einer anderen Drucksensorvorrichtung nach dem Stand der Technik;
18 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Drucksensorvorrichtung nach dem Stand der Technik;
19 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Drucksensorvorrichtung nach dem Stand der Technik.
In der folgenden Erläuterung jeder Ausführungsform wird eine Anordnung, die ähnlich derjenigen einer anderen Ausführungsform ist, durch dieselben Bezugszeichen und Zeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Erklärung wird verzichtet.
Ausführungsform 1
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt. Wie 1 zeigt, ist die Drucksensorzelle 100 gemäß Ausführungsform 1 mit einem Drucksensorchip 41, einem Basiselement 42, einem Metallrohrelement 43 und einem Harzgehäuse 44 versehen.
Der Drucksensorchip 41 hat eine Membran 45 als Druckaufnahmeabschnitt, die gebildet wird, indem ein Teil einer ersten Fläche (eine untere Fläche in 1) von Halbleitersilizium beispielsweise so bearbeitet wird, dass er vertieft ist. Ein Druck wird von der Membran 45 empfangen. In einem der Rückseite der Membran 45 entsprechenden Bereich auf einer zweiten Fläche (eine obere Fläche in 1) des Halbleitersiliziums sind mindestens vier Messfühler (nicht dargestellt) gebildet, die jeweils aus einem diffundierten Widerstand aufgebaut sind. Diese Messfühler wandeln dann, wenn ein Druck an die Membran 45 angelegt wird, die lastbedingte Verformung an der zweiten Fläche des Halbleitersiliziums in eine Veränderung eines Widerstandswerts um. Der Drucksensorchip 41 kann aus anderen Halbleitermaterialien als Silizium aufgebaut sein.
Obgleich nicht dargestellt, sind in dem Drucksensorchip 41 Schaltungen gebildet, wie zum Beispiel eine Wheatstone-Brückenschaltung, die mit den Messfühlern gebildet ist, eine Schaltung zum Ausgleichen der Empfindlichkeit, eine Schaltung zum Ausgleichen eines Versatzes und eine Schaltung zum Ausgleichen von Temperaturcharakteristiken der Empfindlichkeit und des Versatzes. Darüber hinaus sind in dem Drucksensorchip 41 auch Elemente wie zum Beispiel ein Stromstoßschutzelement und ein Filter (nicht dargestellt) gebildet.
Das Basiselement 42 ist ohne besondere Einschränkung beispielsweise aus Glasmaterial, nämlich beispielsweise Pyrex-Glas (Handelsname) oder Tempax-Glas hergestellt. In der Mitte des Basiselements 42 ist ein Durchgangsloch 46 vorgesehen, um ein Druckübertragungsmedium, wie zum Beispiel Luft oder Öl eintreten zu lassen. Das Basiselement 42 und der Drucksensorchip 41 werden durch elektrostatisches Bonden unter den Verbindungsbedingungen von 400 °C und 400 V verbunden. Dabei wird die Verbindung mit der Membran 45 durchgeführt, die so positioniert wird, dass sie dem Durchgangsloch 46 gegenüberliegt. Wenn das elektrostatische Bonden auf diese Weise durchgeführt wird, können der Drucksensorchip 41 und das Basiselement 42 unter Aufrechterhaltung einer hohen Luftdichtigkeit zwischen ihnen verbunden werden. Dies ermöglicht die Verwirklichung einer sehr luftdichten Struktur.
Auf der Fläche des Basiselements 42 auf der Seite, die mit dem Metallrohrelement 43 als eine Druckaufnahmeeinheit verbunden wird, wird ein Metalldünnfilm 47 in Schichten gebildet, der aus drei Schichten eines Chromfilms, eines Platinfilms und eines Goldfilms in dieser Reihenfolge von der Seite des Basiselements 42 gebildet ist. Chrom, das eine hervorragende Anhaftung an Glasmaterial hat, verursacht keine Ablösung des Metalldünnfilms 47. Ferner verhindert der Platinfilm, dass der Chromfilm und der Goldfilm in Kontakt miteinander kommen. Der Goldfilm ist zum Verbinden des Basiselements 42 und des Metallrohrelements 43 mit eutektischem Gold/Zinn-Lot oder Hochtemperaturlot geeignet, das zwischen diesen eingebracht wird.
Das Metallrohrelement 43 ist ohne besondere Einschränkung beispielsweise aus Legierung 42 hergestellt, deren Oberfläche mit Nickel plattiert ist. Die Plattierung kann eine Kombination einer Nickelplattierung und einer Goldplattierung sein. In der Mitte des Metallrohrelements 43 ist ein Durchgangsloch 48 für den Eintritt eines Druckübertragungsmediums, wie zum Beispiel Luft oder Öl, vorgesehen. Das Metallrohrelement 43 und das Basiselement 42 werden durch Metallmaterial 49, wie zum Beispiel das eutektische Gold/Zinn-Lot oder das Hochtemperaturlot, miteinander verbunden, wobei ihre jeweiligen Durchgangslöcher 48 und 46 so positioniert sind, dass sie miteinander in Verbindung stehen. Der Grund für die Plattierung des Metallrohrelements 43 ist, dass die Verbindungsfestigkeit mit dem Basiselement 42 hoch wird.
Der Grund für Verwendung eines Lotes, wie z. B. des eutektischen Gold/Zinn-Lots oder des Hochtemperaturlots als das Metallmaterial 49 ist, die Drucksensorzelle 100 unter hohen Temperaturen einsatzfähig zumachen. Ein weiterer Grund ist, dass der niedrige Elastizitätsmodul dieser Lotarten eine Belastung vermindern kann, die in dem Basiselement 42 bzw. dem Metallrohrelement 43 auf Grund eines Unterschiedes des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen ihnen erzeugt wird. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Chrom, Platin und Gold sind 4,5 × 10^–6/°C, 9 × 10^–6/°C bzw. 14,3 × 10^–6/°C. Ferner ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glasmaterials des Basiselements 42 3,2 × 10^–6/°C. Des weiteren ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Legierungsmaterials 42 des Metallrohrelements 43 4,3 × 10^–6/°C.
Das Metallrohrelement 43 hat einen Absatz 50, der an einer Position in der Mitte zwischen einem Ende auf der mit dem Basiselement 42 zu verbindenden Seite und dem anderen Ende, nämlich dem Ende auf der Seite eines offenen Endes 51, an dem sich das Durchgangsloch 48 des Metallrohrelements 43 öffnet, nach außen vorspringt. In der folgenden Erläuterung wird die Öffnung des Durchgangslochs 48 an dem offenen Ende 51 des Metallrohrelements 43 als Druckaufnahmeöffnung 52 bezeichnet.
Das Harzgehäuse 44 hat eine Ausnehmung 53 auf der Seite seines einen Endes. In der Ausnehmung 53 sind der Drucksensorchip 41 und das Basiselement 42 enthalten. In dem Boden der Ausnehmung 53 ist ein Loch 54 vorgesehen, das von dem Boden des gegenüberliegenden Endes des Harzgehäuses 44 durchdringt. In dem Loch 54 ist das Metallrohrelement 43 enthalten. An einem Ende des Harzgehäuses 44 ist entgegengesetzt zu der Ausnehmung 53 eine Ausnehmung 55 gebildet, in der der Absatz 50 des Metallrohrelements 43 enthalten ist. Wenn der Absatz 50 in der Ausnehmung 55 enthalten ist, wird eine Fläche 56 des Absatzes 50 auf der entgegengesetzten Seite der Druckaufnahmeöffnung 52 mit einer Fläche 57 der Ausnehmung 55, mit welcher die Fläche 56 in Berührung gebracht wird, verbunden.
Wenn die Flächen 56 und 57 miteinander verbunden sind, wirkt dann, wenn durch das über die Druckaufnahmeöffnung 52 eingeführte Druckübertragungsmedium ein Druck an die Drucksensorzelle 100 angelegt wird, der Druck auf den Absatz 50 des Metallrohrelements 43, sodass der Absatz 50 gegen das Harzgehäuse 44 gepresst wird. Dies schafft eine hohe strukturelle Zuverlässigkeit unter einem angelegten Druck. Ferner hat das Harzgehäuse 44 einen Signalanschluss 58 zum Abnehmen eines Signals von außen. Das Basisende des Signalanschlusses 58 liegt an der Seite der Ausnehmung 53 frei. Der freiliegende Abschnitt des Signalanschlusses 58 und der Drucksensorchip 41 sind durch Kontaktierungsdrähte 59 elektrisch miteinander verbunden.
In der Drucksensorzelle 100 mit der vorstehend erläuterten Anordnung wird das Druckübertragungsmedium durch die Druckaufnahmeöffnung 52 eingeführt. Ein von der Membran 45 des Drucksensorchips 41 aufgenommener Druck verursacht die Verformung der Membran 45. Dies verändert die Messfühlerwiderstandswerte der Messfühler an der Membran 45, durch welche ein der Veränderung entsprechendes Spannungssignal erzeugt wird. Das Spannungssignal wird von einer Verstärkerschaltung verstärkt, durch Einstellschaltungen, wie z. B. die Empfindlichkeitsausgleichsschaltung, die Versatzausgleichsschaltung und die Temperaturcharakteristik-Ausgleichsschaltung eingestellt und von dem Drucksensorchip 41 ausgegeben. Das ausgegebene Signal wird anschließend durch die Kontaktierungsdrähte 59 an den Signalanschluss 58 ausgegeben.
Dabei ist das Druckübertragungsmedium nur mit der Innenwand des Metallrohrelements 43, der Innenwand des Basiselements 42 und der Membran 45 des Drucksensorchips 41 in Berührung. Daher verursacht das Druckübertragungsmedium, sei es in Gasform eines Klimaanlagenmediums, wie z. B. R134a-Gas oder CO₂-Gas, oder in flüssiger Form, wie etwa ein Öl oder ein Schmiermittel, keine Verschlechterung der Drucksensorzelle 100. Dies erlaubt es der Drucksensorzelle 100, eine hohe Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum zu erreichen. Auch wenn ein hoher Druck gemessen wird, ist ferner die den Druck aufnehmende Fläche (eine Druckaufnahmefläche) nur auf die Fläche der Membran 45 beschränkt. Daher wird es möglich, die Drucksensorvorrichtung, welche die Drucksensorzelle 100 verwendet, mit dem kleinstmöglichen Aufbau mit den kleinstmöglichen Materialgrößen auszuführen, sodass sie leicht wird. Dies ermöglicht die Verwirklichung einer Drucksensorvorrichtung zu verminderten Kosten.
Alle spezifisches Beispiel werden ein zu messender Druck und der Durchmesser der Membran 45 als 20 MPa bzw. 1 mm angenommen. In diesem Fall ist die Druckaufnahmefläche 0,78 mm², woraus eine von der Drucksensorzelle 100 empfangene Last als 20 Mpa × 0,78 mm² berechnet wird. Wird das Flächenmaß der Fläche 57 der Ausnehmung 55 in dem Harzgehäuse 44, nämlich die Fläche 57 (nachfolgend als Bodenauflagefläche bezeichnet), gegen welche der Absatz 50 des Metallrohrelements 43 durch den Druck gepresst wird, mit 14,9 mm² angenommen, so wird eine an der Bodenauflagefläche des Harzgehäuses 44 erzeugte Druckbelastung als 20 Mpa × 0,78 mm²/14,9 mm² berechnet, was 1,05 MPa ergibt.
Als allgemein für einen derartigen Zweck, nämlich für das Harzgehäuse 44 verwendete Harzmaterialien werden Epoxyharz, Polyphenylensulfidharz (PPS), Polybutylen-Terephthalatharz (PBT) oder Nylonharz genannt. Die Bruchfestigkeiten derartige Harzarten liegen im Bereich von 98 bis 196 MPa. Daher kann auch dann, wenn eine Druckbelastung in der Größenordnung von 1,05 MPa an der Bodenauflagefläche des Harzgehäuses 44 erzeugt wird, eine ausreichende Sicherheit eingehalten werden. Dies erlaubt es, dass die Drucksensorzelle 100 eine hohe Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum erreicht.
Ferner kann die Anzahl der Verbindungen in einem Signalübertragungsweg, bis ein Signal nach außen ausgegeben wird, auf einem Minimum gehalten werden, um die Ausfallwahrscheinlichkeit deutlich zu senken. Ferner kann Silizium auch für das Material des Basiselements 42 verwendet werden. In diesem Fall können der Drucksensorchip 41 und das Basiselement 42 unter Verwendung von Versiegelungsglas verbunden werden. Auf diese Weise wird eine thermische Belastung, die in dem Drucksensorchip 41 auf Grund eines Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Drucksensorchip 41 und dem Metallrohrelement 43 erzeugt wird, durch die Anwesenheit des Basiselements 42 reduziert, wodurch es ermöglicht wird, die thermische Belastung auf Grund der Verbindung mit dem Metallrohrelement 43 zu reduzieren.
Ausführungsform 2
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt. Wie 2 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 2 eine Vorrichtung, in der die Drucksensorzelle 100 von Ausführungsform 1 zwischen einem Anschlusselement 61 und einem Verbindungselement 62 gehalten ist. Ein Ende des Verbindungselements 62 wird dann um das Anschlusselement 61 umgebogen und in Eingriff damit gebracht, um dadurch die Drucksensorzelle 100, das Anschlusselement 61 und das Verbindungselement 62 zu integrieren.
Das Anschlusselement 61 hat eine Anordnung, in der ein Gehäuseabschnitt 63, der die Drucksensorzelle 100 enthält, und einen Buchsenabschnitt 64 zum Abnehmen des Ausgangssignals der Drucksensorvorrichtung 200 miteinander integriert sind. Der Buchsenabschnitt 64 hat einen Außendurchmesser, der kleiner als der des Gehäuseabschnitts 63 ist, sodass ein Absatz 65 zwischen dem Gehäuseabschnitt 63 und dem Buchsenabschnitt 64 gebildet ist. In einer Trennwand zwischen dem Gehäuseabschnitt 63 und dem Buchsenabschnitt 64 ist ein Ausgangsanschluss 66 zum Abnehmen eines Signals von außen eingebettet. Ein Ende des Ausgangsanschlusses 66 liegt in dem Gehäuseabschnitt 63 frei und sein anderes Ende liegt in dem Buchsenabschnitt 64 frei.
Das Anschlusselement 61 hat eine Trennwand zwischen dem Gehäuseabschnitt 63 und dem Buchsenabschnitt 64. An einer Endfläche (einem Platzierungsabschnitt) der Trennwand, die in dem Gehäuseabschnitt 63 freiliegt, ist eine Endfläche der Drucksensorzelle 100 auf der entgegengesetzten Seite des offenen Endes 51 verbunden, an dem sich die Druckaufnahmeöffnung 52 öffnet. Die Verbindung erfolgt unter Verwendung eines Klebstoffs, wie zum Beispiel eines Silikonklebstoffs oder eines Epoxyklebstoffs. Auf diese Weise werden das Anschlusselement 61 und die Drucksensorzelle 100 miteinander integriert. Da die Drucksensorzelle 100 auf diese Weise mit dem Anschlusselement 61 verbunden ist, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung unter der Einwirkung von mechanischen Kräften, wie z. B. Vibrationen oder Stößen, weiter erhöht. Ferner wird eine in dem Gehäuseabschnitt 63 freiliegende Wurzel des Ausgangsanschlusses 66 mit dem Signalanschluss 58 der Drucksensorzelle 100 durch Laserschweißung elektrisch verbunden.
In der Trennwand zwischen dem Gehäuseabschnitt 63 und dem Buchsenabschnitt 64 ist ein Durchgangsloch 67 vorgesehen. Das Durchgangsloch 67 ist vorgesehen, um den Raum in der Ausnehmung 53, die den Drucksensorchip 41 in dem Harzgehäuse 44 der Drucksensorzelle 100 enthält, nicht abzuschließen. Ohne das Durchgangsloch 67 zieht sich ein in der Ausnehmung 53 bei der Montage der Drucksensorzelle 100 eingeschlossenes Gas bei Temperaturveränderungen zusammen, was eine Änderung der Charakteristik des Drucksensors verursacht.
In Ausführungsform 2 erlaubt das Vorhandensein des Durchgangslochs 67 das Eintreten und Austreten von Gas in die Ausnehmung 53 durch das Durchgangsloch 67. Auch wenn sich daher das Gas in der Ausnehmung 53 bei einer Temperaturveränderung zusammenzieht, wird keine Veränderung der Charakteristik des Drucksensors verursacht. Ferner ist in dem in 2 gezeigten Beispiel die den Drucksensorchip 41 enthaltende Ausnehmung 53 mit Gel 68 gefüllt. Das Gel 68 ist nicht immer erforderlich. Das Gel 68 ist jedoch wirksam, um den Drucksensorchip 41 zu schützen, sodass die Ausnehmung 53 vorzugsweise mit dem Gel 68 gefüllt wird.
Das Verbindungselement 62 ist so angeordnet, dass einen Gehäuseabschnitt 69 und ein Gewindeabschnitt 70 einstückig geformt sind. Der Gehäuseabschnitt 69 hat einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Gehäuseabschnitts 63 des Anschlusselements 61 und enthält die Drucksensorzelle 100. Der Gewindeabschnitt 70 ragt von der Unterseite des Gehäuseabschnitts 69 nach außerhalb des Gehäuseabschnitts 69 vor. In der Mitte des Gewindeabschnitts 70 ist ein Durchgangsloch 71 vorgesehen, durch das ein Druckübertragungsmedium, wie z. B. Luft oder Öl, eintreten kann. Der Gehäuseabschnitt 69 des Verbindungselements 62 wird über den Gehäuseabschnitt 63 des Anschlusselements 61 gesetzt, in dem die Drucksensorzelle 100 verklebt ist. Ein Rand des Gehäuseabschnitts 69 wird anschließend entlang dem Absatz 65 um das Anschlusselement 61 mittels eines Werkzeugs oder eine Maschine umgebogen, sodass er mit dem Absatz 65 in Eingriff steht. Dadurch können das Verbindungselement 62 und das Anschlusselement 61 aneinander befestigt werden. Die Befestigung kann durch ein anderes Verfahren als den Eingriff durch Umbiegen erfolgen, beispielsweise durch Verkleben. Wenn das Verbindungselement 62 und das Anschlusselement 61 auf diese Weise aneinander befestigt sind, ist eine Anordnung geschaffen, bei der die Druckaufnahmeöffnung 52 der Drucksensorzelle 100 mit dem Durchgangsloch 71 in dem Gewindeabschnitt 70 in Verbindung steht.
Anschließend wird die Drucksensorvorrichtung 200 an einem das Druckübertragungsmedium enthaltenden Gehäuse 300 angebracht, indem der Gewindeabschnitt 70 in ein das Gehäuse 300 durchdringendes Gewindeloch 301 eingeschraubt wird. Wenn die Drucksensorvorrichtung 200 in dem Gehäuse 300 montiert ist, steht das Durchgangsloch 71 des Gewindeabschnitts 70 in Verbindung mit einem Raum in dem Gehäuse 300, in dem das Druckübertragungsmedium eingeschlossen ist. Daher wird das Druckübertragungsmedium durch das Durchgangsloch 71 in dem Gewindeabschnitt 70 und die jeweiligen Durchgangslöcher 48 und 46 des Metallrohrelements 43 und des Basiselements 42 in der Drucksensorzelle 100 zu der Membran 45 des Drucksensorchips 41 eingeführt. Das Gehäuse 300 ist beispielsweise ein Öl enthaltender Block eines Getriebes oder ein Ölblock eines hydraulischen Stellantriebs.
Am Boden des Gehäuseabschnitts 69 ist eine Ausnehmung 72 gebildet. In der Ausnehmung 72 ist das Ende des Metallrohrelements 43 auf der Seite der Druckaufnahmeöffnung 52 aufgenommen. In der Ausnehmung 72 ist ferner ein O-Ring 73 untergebracht, der als Abdichtungsmaßnahme zum Abdichten eines Raumes zwischen dem Metallrohrelement 43 und dem Verbindungselement 63 dient. Der O-Ring 73 dichtet in der Ausnehmung 72 des Gehäuseabschnitts 69 einen Raum zwischen mindestens der Seitenfläche der Ausnehmung 72 und der Seitenfläche des Metallrohrelements 43. Der O-Ring 73 verhindert, dass das in das Metallrohrelement 43 durch das Durchgangsloch 71 in dem Gewindeabschnitt 70 eingeführte Druckübertragungsmedium in andere Abschnitte als das Durchgangsloch 48 in dem Metallrohrelement 43 fließt. Der Raum zwischen dem Metallrohrelement 43 und dem Verbindungselement 62 kann durch andere Abdichtungsmaßnahmen, wie z. B. Warzenschweißung oder Laserschweißung abgedichtet werden.
Ferner ist auch in dem Raum zwischen dem Gehäuseabschnitt 63 in dem Anschlusselement 61 und dem Gehäuseabschnitt 69 des Verbindungselements 62 ein den Raum abdichtender O-Ring 74 vorgesehen. Der O-Ring 74 verhindert, dass das Druckübertragungsmedium nach außen austritt, wenn beispielsweise eine Störung in Form einer Undichtigkeit des Druckübertragungsmedium aus dem Metallrohrelement 43, der Bruch des Drucksensorchips 41 und die Ablösung der Verbindungsgrenzflächen des Drucksensorchips 41 und des Basiselements 42 auftreten.
Eine derartige einfache Anordnung kann Materialkosten und Montagekosten stark reduzieren. Wenn ferner die Drucksensorvorrichtung 200 zur Anbringung an dem Gehäuse 300 verschraubt wird, wird eine in dem Gewindeabschnitt 70 erzeugte Spannungsbelastung an den Drucksensorchip 41 durch den O-Ring 73 angelegt. Daher wird die angelegte Belastung durch den O-Ring 73 vermindert, was es ermöglicht, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eines Messsignals zu verbessern. Ferner ist der Ausgangsanschluss 66 zum Abnehmen eines Signals von außen an dem entgegengesetzten Ende der Öffnung zum Einführen des Druckübertragungsmediums angeordnet.
Ausführungsform 3
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt. Wie 3 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung der Ausführungsform 3 eine Vorrichtung, in der die Drucksensorzelle 100 gemäß Ausführungsform 1 an dem das Druckübertragungsmedium enthaltenden Gehäuse 300 unter Verwendung einer Halterung 310 befestigt ist. In dem Gehäuse 300 ist nämlich eine abgestufte Ausnehmung 302 vorgesehen, in der die Drucksensorzelle 100 enthalten ist. Ferner wird die Halterung 310 über dem Gehäuse 300 und der an dem Gehäuse 300 zu befestigenden Drucksensorzelle 100 mittels Schrauben 311 befestigt. Die Drucksensorzelle 100 wird durch den von der Druckaufnahmeöffnung 52 angelegten Druck und die von der Halterung 310 gegen den Druck aufgebrachte Gegenkraft befestigt.
Am Boden der ersten abgestuften Ausnehmung 302 ist eine zweite abgestufte Ausnehmung 303 gebildet. In der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 wird das Ende auf der Seite der Druckaufnahmeöffnung 52 des Metallrohrelements 43 in der Drucksensorzelle 100 untergebracht. Am Boden der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 ist eine Durchgangsloch 304 vorgesehen, durch das ein Druckübertragungsmedium, wie z. B. Luft oder Öl eintreten können. Das Durchgangsloch 304 steht mit dem Durchgangsloch 48 des Metallrohrelements 43 in Verbindung. Auf diese Weise wird das Druckübertragungsmedium zu der Membran 45 des Drucksensorchips 41 durch das Durchgangsloch 304 in dem Gehäuse 300 und die jeweiligen Durchgangslöcher 48 und 46 in dem Metallrohrelement 43 bzw. dem Basiselement 42 in der Drucksensorzelle 100 eingeführt.
In der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 ist ferner ein O-Ring 75 untergebracht, der einen Raum zwischen dem Metallrohrelement 43 und dem Gehäuse 300 abgedichtet. Der O-Ring 75 in der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 dichtet einen Raum zwischen mindestens einer Seitenfläche der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 und der Seitenfläche des Metallrohrelements 43 ab. Der O-Ring 75 verhindert, dass das durch das Durchgangsloch 304 in dem Gehäuse 300 in das Metallrohrelement 43 eingeführte Druckübertragungsmedium in andere Abschnitte als das Durchgangsloch 48 in dem Metallrohrelement 43 eindringt. Ferner ist auch in der ersten abgestuften Ausnehmung 302 ein O-Ring 76 untergebracht, der einen Raum zwischen dem Harzgehäuse 44 der Drucksensorzelle 100 und dem Gehäuse 300 abdichtet. Der O-Ring 76 verhindert, dass das Druckübertragungsmedium bei Störungen, wie z. B. Austreten des Druckübertragungsmediums aus dem Metallrohrelement 43, Bruch des Drucksensorchips 41 und Ablösung der Verbindungsgrenzflächen des Drucksensorchips 41 und des Basiselements 42, nach außen austritt.
Wie 3 zeigt, ist in Ausführungsform 3 der Signalanschluss 58 der Drucksensorzelle 100 so umgebogen, dass er direkt mit einer nahe am Gehäuse 300 positionierten Schaltungsplatine 400 durch Verbindungsmaßnahmen, wie z. B. Verlöten, verbunden ist. Hier ist in der Anordnung, in der die Halterung 310 die erste abgestufte Ausnehmung 302 in dem Gehäuse 300 vollständig verschließt, in der Halterung 310 ein Durchgangsloch vorgesehen, obgleich es in der Figur nicht sichtbar ist. Damit wird verhindert, dass der Raum in der Ausnehmung 53, der den Drucksensorchip 41 in dem Harzgehäuse 44 der Drucksensorzelle 100 enthält, luftdicht abgedichtet wird. In einer anderen Anordnung ist die Halterung 310 so vorgesehen, dass sie die Ausnehmung 53 in dem Harzgehäuse 44 nicht vollständig verschließt, sondern einen Teil der Ausnehmung 53 offenlässt. Ferner kann die Ausnehmung 53 mit Gel gefüllt sein.
Ausführungsform 4
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt. Wie 4 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 eine Vorrichtung, bei der an Stelle der Befestigung der Drucksensorzelle 100 unter Verwendung der Halterung 310 und der Schrauben 311 in Ausführungsform 3 die in der ersten und der zweiten abgestuften Ausnehmung 302 und 303 in dem Gehäuse 300 enthaltene Drucksensorzelle 100 durch Umbiegen einer von dem Gehäuse 300 abstehenden Zunge unter Verwendung einer Maschine oder eines Werkzeugs befestigt wird, sodass die Zunge 321 mit der Drucksensorzelle 100 in Eingriff kommt. Daher sind in Ausführungsform 4 keine Halterung 310 und keine Schrauben 311 erforderlich, wodurch die Anzahl der Teile reduziert werden kann. Auch in Ausführungsform 4 dichtet der O-Ring 75 in der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 in dem Gehäuse 300 einen Raum zwischen mindestens der Seitenfläche der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 und der Seitenfläche des Metallrohrelements 43. Die anderen Anordnungen entsprechen denjenigen von Ausführungsform 3.
Ausführungsform 5
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt. Wie 5 zeigt, ist die Drucksensorzelle 101 mit einem Drucksensorchip 41, einem Basiselement 42, einem Metallplattenelement 143 und einem Harzgehäuse 144 versehen. Die Anordnung des Drucksensorchips 41 und des Basiselements 42 ist gleich wie bei Ausführungsform 1.
Das Metallplattenelement 143 ist ohne besondere Einschränkung beispielsweise aus Legierung 42 hergestellt, deren Oberfläche mit Nickel plattiert ist. Die Plattierung kann eine Kombination einer Nickelplattierung und einer Goldplattierung sein. In der Mitte des Metallplattenelements 143 ist eine Durchgangsloch 148 für den Eintritt eines Druckübertragungsmediums, wie z. B. Luft oder Öl, vorgesehen. Das Metallplattenelement 143 und das Basiselement 42 werden durch Metallmaterial 49, beispielsweise eutektisches Gold/Zinn-Lot oder Hochtemperaturlot verbunden, wobei ein Durchgangsloch 46 des Basiselements 42 und das Durchgangsloch 148 des Metallplattenelements 143 so positioniert sind, dass sie in Verbindung miteinander stehen. Der Grund für die Plattierung des Metallplattenelements 143 ist, dass die Verbindungsfestigkeit mit dem Basiselement 42 hoch wird.
Das Harzgehäuse 144 hat eine erste Ausnehmung 153 auf der Seite seines einen Endes. In der ersten Ausnehmung 153 sind der Drucksensorchip 41 und das Basiselement 42 enthalten. An einem Ende des Harzgehäuses 144 gegenüber der ersten Ausnehmung 153 ist eine zweite Ausnehmung 155 gebildet, die eine größere Öffnungsfläche als die erste Ausnehmung 153 hat und mit der ersten Ausnehmung 153 in Verbindung steht. Durch die erste Ausnehmung 153 und die zweite Ausnehmung 155 wird nämlich ein Lochabschnitt gebildet, der das Harzgehäuse 144 durchdringt. In der zweiten Ausnehmung 155 ist das Metallplattenelement 143 enthalten. Ein Öffnungsabschnitt des Durchgangslochs 148 an einem offenen Ende 151 des Metallplattenelements 143 wird als Druckaufnahmeöffnung 153 bezeichnet. Eine Fläche 156 an der entgegengesetzten Seite der Druckaufnahmeöffnung 152 ist mit einer Unterfläche 157 der zweiten Ausnehmung 155 verbunden, mit der die Fläche 156 in Kontakt gebracht wird.
Wenn die Flächen 156 und 157 miteinander verbunden sind, wirkt dann, wenn von dem durch die Druckaufnahmeöffnung 152 eingeführten Druckübertragungsmedium Druck an die Drucksensorzelle 101 angelegt wird, der Druck auf das Metallplattenelement 143, um so das Metallplattenelement 143 gegen das Harzgehäuse 144 zu pressen. Dies bietet eine hohe strukturelle Zuverlässigkeit bei angelegtem Druck. Ferner hat das Harzgehäuse 144 einen Signalanschluss 158 zum Abnehmen eines Signals von außen. Das Basisende des Signalanschlusses 158 liegt auf der Seite der ersten Ausnehmung 153 frei. Der freiliegende Abschnitt des Signalanschlusses 158 und der Drucksensorchip 41 sind durch Kontaktierungsdrähte 59 miteinander elektrisch verbunden.
In der Drucksensorzelle 101 mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird das Druckübertragungsmedium durch die Druckaufnahmeöffnung 152 eingeführt. Ein von der Membran 45 des Drucksensorchips 41 aufgenommener Druck verursacht die Verformung der Membran 45. Dies verändert die Messfühlerwiderstandswerte der Messfühler an der Membran 45, durch welche ein der Veränderung entsprechendes Spannungssignal erzeugt wird. Das Spannungssignal wird von einer Verstärkerschaltung verstärkt, durch Einstellschaltungen, wie z. B. die Empfindlichkeitsausgleichsschaltung, die Versatzausgleichsschaltung und die Temperaturcharakteristik-Ausgleichsschaltung eingestellt und von dem Drucksensorchip 41 ausgegeben. Das ausgegebene Signal wird anschließend durch die Kontaktierungsdrähte 59 an den Signalanschluss 158 ausgegeben.
Dabei ist das Druckübertragungsmedium nur mit der Innenwand des Metallplattenelements 143, der Innenwand des Basiselements 42 und der Membran 45 des Drucksensorchips 41 in Berührung. Daher verursacht das Druckübertragungsmedium, sei es gasförmig, wie z. B. ein Klimaanlagenmedium, oder in flüssiger Form, wie etwa ein Öl oder ein Schmiermittel, keine Verschlechterung der Drucksensorzelle 101. Dies erlaubt es der Drucksensorzelle 101, eine hohe Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum zu erreichen. Auch wenn ein hoher Druck gemessen wird, ist ferner eine den Druck aufnehmende Fläche (eine Druckaufnahmefläche) nur auf die Fläche der Membran 45 beschränkt. Daher wird es möglich, die Drucksensorvorrichtung, welche die Drucksensorzelle 101 verwendet, mit dem kleinstmöglichen Aufbau mit den kleinstmöglichen Materialgrößen auszuführen, sodass sie leicht wird. Dies ermöglicht die Verwirklichung einer Drucksensorvorrichtung zu verminderten Kosten.
Als spezifisches Beispiel werden ein zu messender Druck und der Durchmesser der Membran 45 als 20 MPa bzw. 1 mm angenommen. In diesem Fall ist die Druckaufnahmefläche 0,78 mm², woraus eine von der Drucksensorzelle 100 empfangene Last als 20 Mpa × 0,78 mm² berechnet wird. Wird das Flächenmaß der unteren Fläche 157 der zweiten Ausnehmung 155 in dem Harzgehäuse 144, nämlich eine Bodenauflagefläche, gegen welche das Metallplattenelement 143 durch den Druck gepresst wird, mit 14,9 mm² angenommen, so wird eine an der Bodenauflagefläche des Harzgehäuses 144 erzeugte Druckbelastung als 20 Mpa × 0,78 mm²/14,9 mm² berechnet, was 1,05 MPa ergibt.
Wie in Ausführungsform 1 ist das für das Harzgehäuse 144 verwendete Harzmaterial Epoxyharz, Polyphenylensulfidharz (PPS), Polybutylen-Terephthalatharz (PBT) oder Nylonharz. Die Bruchfestigkeiten derartiger Harzarten liegen im Bereich von 98 bis 196 MPa. Daher kann auch dann, wenn eine Druckbelastung in der Größenordnung von 1,05 MPa an der Bodenauflagefläche des Harzgehäuses 144 erzeugt wird, eine ausreichende Sicherheit eingehalten werden. Dies erlaubt es, dass die Drucksensorzelle 101 eine hohe Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum erreicht.
Ferner kann wie in Ausführungsform 1 die Anzahl der Verbindungen in einem Signalübertragungsweg, bis ein Signal nach außen ausgegeben wird, auf einem Minimum gehalten werden, um die Ausfallwahrscheinlichkeit deutlich zu senken. Ferner kann in dem Fall, in dem Silizium für das Material des Basiselements 42 verwendet und der Drucksensorchip 41 und das Basiselement 42 unter Verwendung von Versiegelungsglas verbunden werden, eine thermische Belastung, die in dem Drucksensorchip 41 auf Grund eines Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Drucksensorchip 41 und dem Metallplattenelement 143 erzeugt wird, durch die Anwesenheit des Basiselements 42 reduziert werden. Dadurch wird es ermöglicht, die thermische Belastung auf Grund der Verbindung mit dem Metallplattenelement 143 zu reduzieren. Ferner kann die Verwendung des Metallplattenelements 143 als Ersatz für das Metallrohrelement 43 in Ausführungsform 1 die Materialkosten im Vergleich zu Ausführungsform 1 weiter senken.
Ausführungsform 6
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt. Wie 6 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung 201 gemäß Ausführungsform 6 eine Vorrichtung, bei der wie in Ausführungsform 2 die Drucksensorzelle 101 gemäß Ausführungsform 5 zwischen einem Anschlusselement 61 und einem Verbindungselement 62 gehalten ist. Ein Ende des Verbindungselements 62 wird anschließend um das Anschlusselement 61 umgebogen, sodass es mit diesem in Eingriff kommt, um dadurch die Drucksensorzelle 101, das Anschlusselement 61 und das Verbindungselement 62 zu integrieren. Die Anordnung des Anschlusselements 61 und des Verbindungselements 62 entspricht derjenigen in 2.
Eine Endfläche der Drucksensorzelle 101 auf der entgegengesetzten Seite des offenen Endes 151, an der sich die Druckaufnahmeöffnung 152 öffnet, ist mit einer Endfläche (einem Platzierungsabschnitt) einer Trennwand zwischen einem Gehäuseabschnitt 63 und einem Buchsenabschnitt 64 in dem Anschlusselement 61 verbunden, welche Fläche in dem Gehäuseabschnitt 63 freiliegt. Die Verbindung erfolgt unter Verwendung eines Klebstoffs, wie zum Beispiel eines Silikonklebstoffs oder eines Epoxyklebstoffs. Auf diese Weise werden das Anschlusselement 61 und die Drucksensorzelle 101 miteinander integriert. Da die Drucksensorzelle 101 auf diese Weise mit dem Anschlusselement 61 verbunden ist, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung unter der Einwirkung von mechanischen Kräften, wie z. B. Vibrationen oder Stößen, weiter erhöht. Ferner wird eine in dem Gehäuseabschnitt 63 freiliegende Wurzel des Ausgangsanschlusses 66 mit dem Signalanschluss 158 der Drucksensorzelle 101 durch Laserschweißung elektrisch verbunden.
Ferner ist in dem in 6 gezeigten Beispiel die den Drucksensorchip 41 enthaltende Ausnehmung 153 mit Gel 68 gefüllt. Das Gel 68 ist nicht immer erforderlich. Das Gel 68 wirkt jedoch zum Schutz des Drucksensorchips 41, sodass die Ausnehmung 153 vorzugsweise mit dem Gel 68 gefüllt ist. In der Drucksensorvorrichtung 201 wird ein in einem Raum in dem Gehäuse 300 enthaltenes Druckübertragungsmedium durch das Durchgangsloch 71 in dem Gewindeabschnitt 70 des Verbindungselements 62 und die entsprechenden Durchgangslöcher 148 und 46 des Metallplattenelements 143 und des Basiselements 42 in der Drucksensorzelle 101 zu der Membran 45 des Drucksensorchips 41 eingeführt.
In einer in dem Boden eines Gehäuseabschnitts 69 des Verbindungselements 62 gebildeten Ausnehmung 72 ist ein O-Ring 173 untergebracht, der eine Abdichtungsmaßnahme zum Abdichten eines Raums zwischen dem Metallplattenelement 143 und dem Verbindungselement 62 darstellt.
Der O-Ring 173 in der Ausnehmung 72 des Gehäuseabschnitts 69 dichtet einen Raum zwischen zumindest der Unterfläche der Ausnehmung 72 und dem offenen Ende 151 des Metallplattenelements 143 ab. Der O-Ring 73 verhindert, dass das durch das Durchgangsloch 71 in dem Gewindeabschnitt 70 in das Metallplattenelement 143 eingeführte Druckübertragungsmedium in andere Abschnitte als das Durchgangsloch 148 in dem Metallplattenelement 143 fließt.
Die einfache Anordnung gemäß Ausführungsform 6 kann Materialkosten und Montagekosten weiter senken. Ferner wirkt dann, wenn die Drucksensorvorrichtung 201 zur Befestigung an dem Gehäuse 300 eingeschraubt wird, eine in dem Gewindeabschnitt 70 erzeugte Spannungsbelastung auf den Drucksensorchip 41 durch den O-Ring 173. Dadurch wird die angelegte Spannung durch den O-Ring 173 verringert, was es ermöglicht, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Messsignals zu verbessern. Ferner ist der Ausgangsanschluss 66 zum Abnehmen eines Signals von außen an der entgegengesetzten Seite der Öffnung zum Einführen des Druckübertragungsmediums angeordnet.
Ferner ist in Ausführungsform 6 die Größe einer auf die Drucksensorzelle 101 durch das Druckübertragungsmedium wirkenden Last durch eine Fläche S1 in einer Form gegeben, die durch eine Berührungslinie zwischen dem offenen Ende 151 des Metallplattenelements 143 und dem O-Ring 173 gegeben ist. Im Vergleich dazu ist in Ausführungsform 2 die Größe einer auf die Drucksensorzelle 100 durch das Druckübertragungsmedium wirkenden Last durch eine Fläche S2 in einer Form gegeben, die durch eine Berührungslinie zwischen der Seitenfläche der Ausnehmung 72 in dem Verbindungselement 62 und dem O-Ring 73 gegeben ist. Da S1 kleiner ist als S2, ist in Ausführungsform 6 die Größe der auf die Drucksensorzelle 101 wirkenden Last kleiner als die Größe der Last in Ausführungsform 2. Daher ist die Drucksensorvorrichtung 201 gemäß Ausführungsform 6 zum Messen eines höheren Drucks als die Drucksensorvorrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 geeignet.
Ausführungsform 7
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt. Wie 7 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 eine Vorrichtung, in der die Drucksensorzelle 101 gemäß Ausführungsform 5 wie in Ausführungsform 3 in der in dem Gehäuse 300 gebildeten ersten abgestuften Ausnehmung 302 enthalten ist, wobei darüber eine Halterung 310 angebracht wird, die an dem Gehäuse 300 mit Schrauben 311 befestigt wird. Die Drucksensorzelle 101 wird durch den durch die Druckaufnahmeöffnung 152 angelegten Druck und die von der Halterung 310 gegen den Druck ausgeübte Gegenkraft gehalten.
In der im Boden der ersten abgestuften Ausnehmung 302 gebildeten zweiten abgestuften Ausnehmung 303 ist ein O-Ring 175 untergebracht, der einen Raum zwischen dem Metallplattenelement 143 und dem Gehäuse 300 abdichtet. Der O-Ring 175 in der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 dichtet einen Raum zwischen zumindest der unteren Fläche der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 und dem offenen Ende 151 des Metallplattenelements 143 ab. Der O-Ring 175 verhindert, dass das durch das Durchgangsloch 304 in dem Gehäuse 300 in das Metallplattenelement 143 eingeführte Druckübertragungsmedium in andere Abschnitte als das Durchgangsloch 148 in dem Metallplattenelement 143 fließt. Ferner ist der Signalanschluss 158 der Drucksensorzelle 101 so gebogen, dass er mit einer nahe am Gehäuse 300 angeordneten Schaltungsplatine 400 durch Verbindungsmaßnahmen, wie z. B. Verlöten, direkt verbunden werden kann.
Ausführungsform 8
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung zeigt. Wie 8 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 eine Vorrichtung, bei der an Stelle der Befestigung der Drucksensorzelle 101 unter Verwendung der Halterung 310 und der Schrauben 311 in Ausführungsform 7 wie in Ausführungsform 4 die in der ersten abgestuften Ausnehmung 302 und der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 in dem Gehäuse 300 enthaltene Drucksensorzelle 101 durch Umbiegen einer von dem Gehäuse 300 abstehenden Zunge 321 unter Verwendung einer Maschine oder eines Werkzeugs befestigt wird, um so die Zunge 321 in Eingriff mit der Drucksensorzelle 101 zu bringen. Daher sind in Ausführungsform 8 keine Halterung 310 und keine Schrauben 311 erforderlich, wodurch die Anzahl der Teile gegenüber Ausführungsform 7 weiter reduziert werden kann. Auch dichtet in Ausführungsform 8 der O-Ring 175 in der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 in dem Gehäuse 300 einen Raum zwischen zumindest der unteren Fläche der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 und dem offenen Ende 151 des Metallplattenelements 143 ab. Die übrigen Anordnungen entsprechen denjenigen in Ausführungsform 7.
Ausführungsform 9
9 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung einer Drucksensorzelle gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung zeigt. Ferner sind 10 und 11 Querschnittsansichten, die Anordnungen entlang den Schnittebenen A-A bzw. B-B in 9 zeigen. Wie diese Figuren zeigen, ist die Drucksensorzelle 102 mit einem Drucksensorchip 41, einem Basiselement 42, einem Metallplattenelement 243 und einem Harzgehäuse 244 versehen. Die Anordnung des Drucksensorchips 41 und des Basiselements 42 entspricht derjenigen in Ausführungsform 1.
Das Harzgehäuse 244 hat ohne besondere Einschränkung eine rechteckige ebene Gestalt mit beispielsweise vier Ausgangsanschlüssen 258, die jeweils von zwei gegenüberliegenden Seiten vorragen. Die an der einen Seite des Harzgehäuses 244 angeordneten Ausgangsanschlüsse 258 sind äußere Verbindungsanschlüsse zum Abnehmen von Ausgangsignalen der Drucksensorzelle 102. Die auf der anderen Seite des Harzgehäuses 244 angeordneten Ausgangsanschlüsse 258 sind interne Einstellanschlüsse, die zur Einstellung der Charakteristik der Drucksensorzelle 102 verwendet werden und die kürzer als die äußeren Verbindungsanschlüsse sein können.
Das Harzgehäuse 244 hat des weiteren eine Ausnehmung 253. In der Ausnehmung 253 sind der Drucksensorchip 41 und das Basiselement 42 untergebracht und die Basisenden der Ausgangsanschlüsse 258 liegen frei. Die freiliegenden Abschnitte der Ausgangsanschlüsse 258 und der Drucksensorchip 41 sind durch Kontaktierungsdrähte 59 elektrisch verbunden. Die Unterfläche des Harzgehäuses 244 ist mit einer Fläche auf einer Seite des Metallplattenelements 243 verbunden.
Das Metallplattenelement 243 ragt über die Stirnflächen des Harzgehäuses 244 vor, an welchen keine Ausgangsanschlüsse 258 vorspringen. Der Abschnitt des Metallplattenelements 243, der über die jeweilige Stirnfläche des Harzgehäuses 244 nach außen vorspringt, wird zu einer Halterung 245, mit der ein anderes Teil (beispielsweise ein Anschlusselement 161 von Ausführungsform 10, wie weiter unten erläutert wird) in Kontakt gebracht wird, sodass es zusammen mit dem Metallplattenelement 243 integriert werden kann. An den jeweiligen Seiten, an welchen die Ausgangsanschlüsse 258 von dem Harzgehäuse 244 vorspringen, ragen die Ausgangsanschlüsse 258 weiter nach außen als die Stirnfläche des Metallplattenelements 243.
Das Metallplattenelement 243 ist ohne besondere Einschränkung beispielsweise aus Legierung 42 hergestellt, deren Oberfläche zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindung mit dem Basiselement 42 mit Nickel plattiert ist. Die Plattierung kann eine Kombination einer Nickelplattierung und Goldplattierung sein. In der Mitte des Metallplattenelements 243 ist ein Durchgangsloch 248 vorgesehen, um ein Druckübertragungsmedium, wie z. B. Luft oder Öl eintreten zu lassen. Das Basiselement 42 wird mit einer Fläche des Metallplattenelements 243 durch Metallmaterial 49, wie z. B. eutektisches Gold/Zinn-Lot oder Hochtemperaturlot, verbunden, wobei das Durchgangsloch 46 des Basiselements 42 und das Durchgangsloch 248 des Metallplattenelements 243 so positioniert sind, dass sie miteinander in Verbindung stehen.
In der Drucksensorzelle 102 mit der vorstehend erläuterten Anordnung wird das Druckübertragungsmedium durch das Durchgangsloch 248 von einer Druckaufnahmeöffnung 152 an einem offenen Ende 251 des Metallplattenelements 243 eingeführt. Ein von der Membran 45 des Drucksensorchips 41 aufgenommener Druck verursacht die Verformung der Membran 45. Dies verändert die Messfühlerwiderstandswerte der Messfühler an der Membran 45, durch welche ein der Veränderung entsprechendes Spannungssignal erzeugt wird. Das Spannungssignal wird von einer Verstärkerschaltung verstärkt, durch Einstellschaltungen, wie z. B. die Empfindlichkeitsausgleichsschaltung, die Versatzausgleichsschaltung und die Temperaturcharakteristik-Ausgleichsschaltung eingestellt und von dem Drucksensorchip 41 ausgegeben. Das ausgegebene Signal wird anschließend durch die Kontaktierungsdrähte 59 an den Signalanschluss 258 ausgegeben.
Dabei ist das Druckübertragungsmedium nur mit der Innenwand des Metallplattenelements 243, der Innenwand des Basiselements 42 und der Membran 45 des Drucksensorchips 41 in Berührung. Daher verursacht das Druckübertragungsmedium, sei es gasförmig, wie z. B. ein Klimaanlagenmedium, oder in flüssiger Form, wie etwa ein Öl oder ein Schmiermittel, keine Verschlechterung der Drucksensorzelle 102. Dies erlaubt es der Drucksensorzelle 102, eine hohe Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum zu erreichen. Auch wenn ein hoher Druck gemessen wird, ist ferner eine den Druck aufnehmende Fläche (eine Druckaufnahmefläche) nur auf die Fläche der Membran 45 beschränkt. Daher wird es möglich, die Drucksensorvorrichtung, welche die Drucksensorzelle 102 verwendet, mit dem kleinstmöglichen Aufbau mit den kleinstmöglichen Materialgrößen auszuführen, sodass sie leicht wird. Dies ermöglicht die Verwirklichung einer Drucksensorvorrichtung zu verminderten Kosten.
Insbesondere wenn das Harzgehäuse 244 aus Harzmaterial, wie z. B. Epoxyharz, Polyphenylensulfidharz (PPS), Polybutylen-Terephthalatharz (PBT) oder Nylonharz wie in Ausführungsform 5 hergestellt ist, kann eine ausreichende Sicherheit eingehalten werden, auch wenn eine Druckbelastung in der Größenordnung von 1,05 MPa in dem Harzgehäuse 244 erzeugt wird. Dies erlaubt es, dass die Drucksensorzelle 102 eine hohe Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum erreicht.
Ferner kann wie in Ausführungsform 1 die Anzahl der Verbindungen in einem Signalübertragungsweg, bis ein Signal nach außen ausgegeben wird, auf einem Minimum gehalten werden, um die Ausfallwahrscheinlichkeit deutlich zu senken. Ferner kann in dem Fall, in dem Silizium für das Material des Basiselements 42 verwendet wird und der Drucksensorchip 41 und das Basiselement 42 unter Verwendung von Versiegelungsglas verbunden werden, eine thermische Belastung, die in dem Drucksensorchip 41 auf Grund eines Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Drucksensorchip 41 und dem Metallplattenelement 243 erzeugt wird, durch die Anwesenheit des Basiselements 42 reduziert werden. Dadurch wird es ermöglicht, die thermische Belastung auf Grund der Verbindung mit dem Metallplattenelement 243 zu reduzieren. Ferner kann die Verwendung des Metallplattenelements 243 als Ersatz für das Metallrohrelement 43 in Ausführungsform 1 die Materialkosten im Vergleich zu Ausführungsform 1 weiter senken.
Ausführungsform 10
12 und 13 sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der Erfindung zeigen. Die jeweiligen Figuren zeigen Anordnungen in Querschnitten entlang den Schnittebenen A-A bzw. B-B in 9. Wie diese Figuren zeigen, ist die Drucksensorvorrichtung 202 gemäß Ausführungsform 10 eine Vorrichtung, bei der wie in Ausführungsform 2 die Drucksensorzelle 102 gemäß Ausführungsform 9 zwischen einem Anschlusselement 161 und einem Verbindungselement 62 gehalten ist. Ein Ende des Verbindungselements 62 wird dann um das Anschlusselement 161 umgebogen, sodass es mit diesem in Eingriff kommt, um dadurch die Drucksensorzelle 102, dass Anschlusselement 161 und das Verbindungselement 62 zu integrieren. Die Anordnung des Verbindungselements 62 entspricht derjenigen Ausführungsform 2.
Das Anschlusselement 161 hat eine Anordnung, in der ein Gehäuseabschnitt 163 zum Aufnehmen der Drucksensorzelle 102 und ein Buchsenabschnitt 164 zum Abnehmen des Ausgangssignals der Drucksensorvorrichtung 202 miteinander integriert sind. Der Buchsenabschnitt 164 hat einen kleineren Außendurchmesser als der Gehäuseabschnitt 163, sodass ein Absatz 165 zwischen dem Gehäuseabschnitt 163 und dem Buchsenabschnitt 164 gebildet ist. In einer Trennwand zwischen dem Gehäuseabschnitt 163 und dem Buchsenabschnitt 164 ist ein Ausgangsanschluss 166 zum Abnehmen eines Signals an der Außenseite eingebettet. Ein Ende des Ausgangsanschlusses 166 ist in dem Gehäuseabschnitt 163 freiliegend und das andere Ende desselben ist in dem Buchsenabschnitt 164 freiliegend.
Die Länge des unteren Endes des Gehäuseabschnitts 163 von der Trennwand auf der Seite des Metallplattenelements 243 mit den vorspringenden Ausgangsanschlüssen 258 unterscheidet sich von der Länge auf der Seite des Metallplattenelements 243 ohne die vorspringenden Ausgangsanschlüsse 258. Wie 12 zeigt, kommt auf der Seite des Metallplattenelements 243 mit den vorspringenden Ausgangsanschlüssen 258, das heißt auf der Seite entlang der Länge des Metallplattenelements 243, das untere Ende des Gehäuseabschnitts 163 in Kontakt mit der unteren Fläche des Verbindungselements 62. Wie 13 zeigt, kommt demgegenüber auf der Seite des Metallplattenelements 243 ohne die vorspringenden Ausgangsanschlüsse 258, das heißt auf der Seite entlang der Breite des Metallplattenelements 243, das untere Ende des Gehäuseabschnitts 163 mit der Halterung 245 der Metallplatte 243 in Kontakt. Auf diese Weise wird das Anschlusselement 161 von dem Verbindungselement 62 und dem Metallplattenelement 243 getragen, wodurch verhindert wird, dass das Harzgehäuse 244 einer übermäßigen Last ausgesetzt wird, wenn ein hoher Druck gemessen wird.
Eine Endfläche der Drucksensorzelle 102 auf der entgegengesetzten Seite des offenen Endes 251, an dem sich die Druckaufnahmeöffnung 252 öffnet, ist mit einer Endfläche (einem Platzierungsabschnitt) einer Trennwand zwischen dem Gehäuseabschnitt 163 und dem Buchsenabschnitt 164 des Anschlusselements 161 verbunden, welche Endfläche in dem Gehäuseabschnitt 163 freiliegt. Die Verbindung wird unter Verwendung eines Klebstoffs, wie z. B. eines Silikonklebstoffs oder eines Epoxyklebstoffs durchgeführt. Auf diese Weise werden das Anschlusselement 161 und die Drucksensorzelle 102 miteinander integriert. Da die Drucksensorzelle 102 auf diese Weise mit dem Anschlusselement 161 verbunden ist, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung unter der Einwirkung von mechanischen Kräften, wie z. B. Vibrationen oder Stößen, weiter gesteigert. Ferner ist eine in dem Gehäuseabschnitt 163 freiliegende Wurzel des Ausgangsanschlusses 166 durch Laserschweißung mit dem Ausgangsanschluss 258 der Drucksensorzelle 102 elektrisch verbunden.
In der Trennwand zwischen dem Gehäuseabschnitt 163 und dem Buchsenabschnitt 164 ist ein Durchgangsloch 167 vorgesehen. Das Durchgangsloch 167 ist vorgesehen, um den Raum in der Ausnehmung 253, die den Drucksensorchip 41 in dem Harzgehäuse 244 der Drucksensorzelle 102 enthält, offen zu halten. Ferner ist die Ausnehmung 253 beispielsweise mit Gel 68 zum Schutz des Drucksensorchips 41 gefüllt.
Das Verbindungselement 62 hat einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Gehäuseabschnitts 163 des Anschlusselements 161. Ein Gehäuseabschnitt 69 des Verbindungselements 62 wird über den Gehäuseabschnitt 163 des Anschlusselements 161 gesetzt, in dem die Drucksensorzelle 102 verklebt ist. Ein oberer Rand des Gehäuseabschnitts 69 wird entlang dem Absatz 165 um das Anschlusselement 161 mittels eines Werkzeugs oder einer Maschine umgebogen, sodass er mit dem Absatz 165 in Eingriff steht. Dies ermöglicht es, das Verbindungselement 62 und das Anschlusselement 161 aneinander zu befestigen. Die Befestigung kann durch ein anderes Verfahren als durch Umbiegen, beispielsweise durch Verkleben erfolgen.
In der Drucksensorvorrichtung 202 wird ein in einem Raum in dem Gehäuse 300 enthaltenes Druckübertragungsmedium durch das Durchgangsloch 71 in dem Gewindeabschnitt 70 des Verbindungselements 62 und die entsprechenden Durchgangslöcher 248 und 46 des Metallplattenelements 243 und des Basiselements 42 in der Drucksensorzelle 102 zu der Membran 45 des Drucksensorchips 41 eingeführt. Ferner ist in einer in dem Boden eines Gehäuseabschnitts 69 des Verbindungselements 62 gebildeten Ausnehmung 72 ist ein O-Ring 173 als eine Abdichtungsmaßnahme untergebracht. Der O-Ring 173 in der Ausnehmung 72 des Gehäuseabschnitts 69 dichtet einen Raum zwischen zumindest der Unterfläche der Ausnehmung 72 und dem offenen Ende 251 des Metallplattenelements 243 ab. Der O-Ring 73 verhindert, dass das durch das Durchgangsloch 71 in dem Gewindeabschnitt 70 in das Metallplattenelement 243 eingeführte Druckübertragungsmedium in andere Abschnitte als das Durchgangsloch 248 in dem Metallplattenelement 243 fließt.
Ferner ist auch in dem Raum zwischen der äußeren Seitenfläche des Gehäuseabschnitts 163 in dem Anschlusselement 161 und der inneren Seitenfläche des Gehäuseabschnitts 69 des Verbindungselements 62 ein den Raum abdichtender O-Ring 174 vorgesehen. Der O-Ring 174 verhindert, dass das Druckübertragungsmedium nach außen austritt, wenn beispielsweise eine Störung in Form des Austretens des Druckübertragungsmediums aus dem Metallrohrelement 143, der Bruch des Drucksensorchips 41 und die Ablösung der Verbindungsgrenzflächen des Drucksensorchips 41 und des Basiselements 42 auftreten.
Gemäß Ausführungsform 10 kann eine derartige einfache Anordnung Materialkosten und Montagekosten stark reduzieren. Wenn ferner die Drucksensorvorrichtung 202 zur Anbringung an dem Gehäuse 300 verschraubt wird, wird eine in dem Gewindeabschnitt 70 erzeugte Spannungsbelastung an den Drucksensorchip 41 durch den O-Ring 173 angelegt. Daher wird die angelegte Belastung durch den O-Ring 173 vermindert, was es ermöglicht, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eines Messsignals zu verbessern. Ferner ist der Ausgangsanschluss 166 zum Abnehmen eines Signals von außen an dem entgegengesetzten Ende der Öffnung zum Einführen des Druckübertragungsmediums angeordnet.
Ferner ist in Ausführungsform 10 die Größe einer auf die Drucksensorzelle 102 durch das Druckübertragungsmedium wirkenden Last durch eine Fläche S3 in einer Form gegeben, die durch eine Berührungslinie zwischen dem offenen Ende 251 des Metallplattenelements 243 und dem O-Ring 173 gegeben ist. Im Vergleich dazu ist in Ausführungsform 2 die Größe einer auf die Drucksensorzelle 100 durch das Druckübertragungsmedium wirkenden Last durch die vorstehend erläuterte Fläche S2 gegeben. Da S3 kleiner ist als S2, wird in Ausführungsform 10 die Größe der auf die Drucksensorzelle 102 wirkenden Last kleiner als die Größe der Last in Ausführungsform 2. Daher ist die Drucksensorvorrichtung 202 gemäß Ausführungsform 10 zum Messen eines höheren Drucks als die Drucksensorvorrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 geeignet. Ferner ist die Anordnung in Ausführungsform 10, die dergestalt vorgesehen ist, dass wie vorstehend erläutert keine übermäßige Last an das Harzgehäuse 244 angelegt wird, zur Messung eines höheren Drucks als die Drucksensorvorrichtung 201 gemäß Ausführungsform 6 geeignet.
Ausführungsform 11
14 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der Erfindung zeigt. Wie 14 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 eine Vorrichtung, in welcher die Drucksensorzelle 102 aus Ausführungsform 9 wie in Ausführungsform 3 in der ersten abgestuften Ausnehmung 302 untergebracht ist, die in dem Gehäuse 300 gebildet ist, worauf eine Halterung 312 darüber gesetzt wird, die an dem Gehäuse 300 mit Schrauben 311 zu befestigen ist. An der Unterfläche der Halterung 312 ist ein nach unten gerichteter Vorsprung 313 vorgesehen, der von der Unterseite vorragt. Der nach unten gerichtete Vorsprung 313 wird mit der Halterung 245 in Kontakt gebracht. Die Drucksensorzelle 102 wird durch den von der Druckaufnahmeöffnung 252 angelegten Druck und die von der Halterung 312 gegen den Druck gerichtete Gegenkraft befestigt.
In der zweiten abgestuften Ausnehmung 303, die in dem Boden der ersten abgestuften Ausnehmung 302 gebildet ist, ist ein O-Ring 175 untergebracht, der einen Raum zwischen dem Metallplattenelement 243 und dem Gehäuse 300 abdichtet. Der O-Ring 175 in der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 dichtet einen Raum zwischen zumindest der Unterfläche der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 und dem offenen Ende 251 des Metallplattenelements 243. Der O-Ring 175 verhindert, dass das durch das Durchgangsloch 304 in dem Gehäuse 300 in das Metallplattenelement 243 eingeführte Druckübertragungsmedium in andere Abschnitte als das Durchgangsloch 248 in dem Metallplattenelement 243 fließt.
Ferner ist der Ausgangsanschluss 258 der Drucksensorzelle 102 so umgebogen, dass er mit einer nahe dem Gehäuse 300 angeordneten Schaltungsplatine 400 durch Verbindungsmaßnahmen, wie z. B. Verlöten, direkt verbunden werden kann. In Ausführungsform 11 kann das Metallplattenelement entweder plattenartig sein oder eine Form haben, bei der die Halterung 245 über den gesamten Umfang der Platte vorgesehen ist.
Ausführungsform 12
15 ist eine Querschnittsansicht, die eine Anordnung einer Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 12 der Erfindung zeigt. Wie 15 zeigt, ist die Drucksensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 12 eine Vorrichtung, bei der anstatt der Befestigung der Drucksensorzelle 102 unter Verwendung der Halterung 312 und der Schrauben 311 in Ausführungsform 11 die Halterung 245 des in der ersten abgestuften Ausnehmung 302 in dem Gehäuse 300 enthaltenen Metallplattenelements 243 durch Umbiegen einer von dem Gehäuse 300 aufragenden Zunge 322 unter Verwendung einer Maschine oder eines Werkzeugs, um die Zunge 322 in Eingriff mit der Halterung 245 zu bringen, befestigt wird. Daher sind in Ausführungsform 12 keine Halterung 310 und keine Schrauben 311 erforderlich, wodurch die Anzahl der Teile reduziert werden kann. Auch in Ausführungsform 12 dichtet der O-Ring 175 in der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 in dem Gehäuse 300 einen Raum zwischen zumindest der Unterfläche der zweiten abgestuften Ausnehmung 303 und dem offenen Ende 251 des Metallplattenelements 243 ab. Die andern Anordnungen entsprechen denjenigen in Ausführungsform 11.
In der vorstehenden Beschreibung kann die Erfindung ohne Einschränkung auf die vorstehend erläuterten Ausführungsformen in verschiedenster Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann in Ausführungsform 2 und Ausführungsform 6 als Ersatz für den O-Ring 74, der einen Raum zwischen dem unteren Ende des Gehäuseabschnitts 63 des Anschlusselements 61 und der inneren Unterfläche des Gehäuseabschnitts 69 des Verbindungselements 62 abdichtet, oder zusammen mit einem O-Ring 74 ein O-Ring vorgesehen sein, der den Raum zwischen der äußeren Seitenfläche des Gehäuseabschnitts 63 des Anschlusselements 61 und der inneren Seitenfläche des Gehäuseabschnitts 69 des Verbindungselements 62 wie in Ausführungsform 10 abdichtet.
Ferner kann in jeder Ausführungsform eine Anordnung vorgesehen sein, bei welcher ohne das Vorsehen des Metalldünnfilms 47 an der Unterfläche des Basiselements 42 das Metallrohrelement 43 oder das Metallplattenelement 143 oder 243 mit dem Basiselement 42 mittels eines Klebstoffs, wie z. B. Epoxyharz verbunden wird, um diese Teile zu integrieren. Auf diese Weise können die Materialkosten reduziert werden. Ferner kann hinsichtlich der Befestigung des Metallrohrelements 43 oder des Metallplattenelements 143 oder 243 an dem Basiselement 42 in Abhängigkeit von der Art eines Druckübertragungsmediums in geeigneter Weise ausgewählt werden, ob die Befestigung durch Verlöten oder durch Verkleben mit einem Klebstoff erfolgt.
Wie vorstehend erläutert ist die Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung für eine Drucksensorvorrichtung nützlich, die hohe Drücke von 1 MPa oder darüber misst. Die Drucksensorvorrichtung ist insbesondere für die Anwendung in verschiedenen Arten von Vorrichtungen zur Nutzung im Bereich von Kraftfahrzeugen, im Bereich der Medizin, im Bereich der Industrie und im Endverbraucherbereich nützlich.

Claims

Drucksensorzelle, enthaltend: einen Drucksensorchip (41), der einen Druckaufnahmeabschnitt (45) zum Empfangen von Druck und eine Umwandlungseinheit zum Umwandeln der Verformung des Druckaufnahmeabschnitts (45) in ein elektrisches Signal hat, welche Verformung durch den von dem Druckaufnahmeabschnitt (45) empfangenen Druck ausgeübt wird; ein Basiselement (42), das eine erste Fläche, eine zweite Fläche und ein durch die erste Fläche und die zweite Fläche verlaufendes Durchgangsloch (46) hat; eine metallische Druckaufnahmeeinheit (43), die eine erste Fläche, eine zweite Fläche und ein durch die erste Fläche und die zweite Fläche verlaufendes Durchgangsloch (48) hat; und ein Harzgehäuse (44), das einen Signalanschluss (58) zum Ausgeben des elektrischen Signals von der Umwandlungseinheit des Drucksensorchips (41) hat, wobei der Druckaufnahmeabschnitt (45) dem Durchgangsloch (46) des Basiselements (42) gegenüberliegt und der Drucksensorchip (41) mit der zweiten Fläche des Basiselements (42) verbunden ist, das Durchgangsloch (48) der Druckaufnahmeeinheit (43) mit dem Durchgangsloch (46) des Basiselements (42) in Verbindung steht und die zweite Fläche der Druckaufnahmeeinheit (43) mit der ersten Fläche des Basiselements (42) verbunden ist, das Harzgehäuse (44) mit der Druckaufnahmeeinheit (43) verbunden ist, und der Drucksensorchip (41) und der Signalanschluss (58) durch eine Verdrahtung elektrisch miteinander verbunden sind.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen Metalldünnfilm (47) auf der ersten Fläche des Basiselements (42).
Drucksensorzelle nach Anspruch 2, bei der der Metalldünnfilm (47) mit drei Schichten gebildet ist, die einen Chromfilm, einen Platinfilm und einen Goldfilm einschließen.
Drucksensorzelle nach Anspruch 2 oder 3, ferner enthaltend ein Metallmaterial (49), das zwischen der Druckaufnahmeeinheit (43) und dem Basiselement (42) angeordnet ist, wobei die zweite Fläche der Druckaufnahmeeinheit (43) mit der ersten Fläche der Basis mit dem Metalldünnfilm (47) mit dem dazwischen angeordneten Metallmaterial (49) verbunden ist.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, bei der die zweite Fläche der Druckaufnahmeeinheit (43) mit der ersten Fläche des Basiselements (42) mit einem Klebstoff verbunden ist.
Drucksensorzelle nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Druckaufnahmeeinheit (43) entweder eine Metallplatte oder ein Metallrohr umfasst.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, das Basiselement (42) aus Glas hergestellt ist und der Drucksensorchip (41) mit dem Glasbasiselement (42) durch elektrostatisches Bonden verbunden ist.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, bei der das Basiselement (42) und der Drucksensorchip (41) beide aus Silizium hergestellt sind und der Drucksensorchip (41) mit dem Basiselement (42) mit einem Versiegelungsglas verbunden ist.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, bei der die Druckaufnahmeeinheit (43) aus der Legierung 42 mit mindestens entweder einer Nickelplattierung oder einer Goldplattierung hergestellt ist.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, bei der die Druckaufnahmeeinheit (43) einen Absatz (50) hat, der von ihrer Seite an einer Position in der Mitte zwischen ihrer ersten und ihre zweiten Fläche nach außen vorspringt, wobei der Absatz (50) mit dem Harzgehäuse (44) verbunden ist.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, bei der die Druckaufnahmeeinheit (43) an jedem ihrer Enden in mindestens einer Richtung weiter als eine Endfläche des Harzgehäuses (44) vorspringt.
Drucksensorzelle nach Anspruch 1, bei der die Druckaufnahmeeinheit (43) eine an jedem ihrer Enden in mindestens einer Richtung weiter als eine Endfläche des Harzgehäuses (44) überstehende Halterung hat, wobei die Halterung in Kontakt mit einem anderen Element ist, das zusammen mit der Druckaufnahmeeinheit (43) integriert ist.
Drucksensorvorrichtung, enthaltend: die Drucksensorzelle (100, 101, 102) gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 12 sowie eine Einrichtung zum Anbringen der Drucksensorzelle (100, 101, 102) an einem Gehäuse (300).
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Einrichtung zum Anbringen enthält: ein Anschlusselement (61), das mit einem Platzierungsabschnitt zum Platzieren der Drucksensorzelle versehen ist, welches Anschlusselement (61) einen Ausgangsanschluss (66) hat, der mit diesem einstückig formgegossen ist, wobei ein Ende des Ausgangsanschlusses (66) mit einem Signalanschluss (58) der Drucksensorzelle elektrisch verbunden ist und das andere Ende des Ausgangsanschlusses (66) nach außen vorspringt; und ein Verbindungselement (62), enthaltend: einen Gewindeabschnitt (70), der eine mit einem Gewinde versehene Außenseite und ein durch den Gewindeabschnitt verlaufendes Durchgangsloch (71) hat; einen Gehäuseabschnitt (69), der einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Anschlusselements (61) und zum Aufnehmen der in dem Anschlusselement (61) angeordneten Drucksensorzelle hat, und eine Dichtungseinheit (73), wobei die Drucksensorzelle in dem Anschlusselement (61) in der Weise angeordnet ist, dass eine Öffnung (51) des Durchgangslochs in der ersten Fläche der Druckaufnahmeeinheit (43) mit einem Druckübertragungsmedium aus dem Gehäuse (300) in Verbindung steht, der Signalanschluss (58) der Drucksensorzelle mit dem Ausgangsanschluss (66) elektrisch verbunden ist, die Drucksensorzelle, das Anschlusselement (61) und das Verbindungselement (62) verbunden sind, wobei die Drucksensorzelle zwischen dem Anschlusselement (61) und dem Verbindungselement (62) in der Weise angeordnet ist, dass das Durchgangsloch (71) des Gewindeabschnitts (70) mit dem Durchgangsloch (48) der Druckaufnahmeeinheit (43) in Verbindung steht, und die Dichtungseinheit (73) einen Raum zwischen der Druckaufnahmeeinheit (43) und dem Verbindungselement (62) abdichtet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Einrichtung zum Anbringen eine Halterung (310) zum Halten der Sensorzelle in einer in dem Gehäuse (300) gebildeten Ausnehmung (302) enthält, welche Halterung eine Öffnung hat, durch welche der Signalanschluss (58) nach außen verläuft, und an dem Gehäuse mit Befestigungsmitteln (311) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Einrichtung zum Anbringen eine Zunge (321) zum Halten der Sensorzelle in einer in dem Gehäuse (300) gebildeten Ausnehmung (302) umfasst, welche Zunge (321) eine Öffnung hat, durch welche der Signalanschluss (58) nach außen verläuft, wobei die Zunge die Sensorzelle an dem Gehäuse befestigt.