[发明专利]耐压封装的压差传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压差传感器，特别地具有半导体材料或陶瓷材料的换能器芯的压差传感器。

背景技术

在已知的压差传感器中，换能器芯包括特别地压阻或电容换能器，使得将换能器芯的测量膜的压差相关的偏转换能为电信号。这样的换能器芯通常安装于由金属材料——特别是钢——组成的测量设备中。这造成在构造和接合技术方面的严重问题，因为硅（用于半导体压力测量换能器的确认材料）的热膨胀系数为约3×10^-6/K，而此处相关的不锈钢的热膨胀系数在10×10^-6/K与16×10^-6/K之间。为了适应这种情形，换能器芯常常首先被安装于去耦主体上，该去耦主体然后被例如利用粘合剂或通过钎焊而固定到含钢的表面上。例如在德国专利申请DE10 2007 053 859A1中公开了一种具有半导体插座的相对应构造。DE10 2006 057 828A1公开了一种压差换能器，在此案例中，换能器芯包括在测量膜支承件上的压阻硅芯片，其中测量膜支承件被固定于玻璃主体的表面上。硅晶片在玻璃支承件上的直接固定适用于相对压力传感器，但对于压差传感器则产生问题，因玻璃通常具有比硅更小的压缩模量。这导致相对于静压的交叉敏感性，如DE10 2006 062 222A1中所描述的。最后，DE11 2004 000 818T5公开了一种压力传感器封壳，在此案例中，半导体绝对压力传感器被金属外壳中的压力传递液体等静压地包围，其中压力传感器的半导体主体经由荷载隔离元件被压力密闭地固定在压力传感器封壳的金属壁中的通路处，该荷载隔离元件包括陶瓷材料并且其相对于半导体压力传感器具有较小的截面积。尽管这种解决方案能够用于绝对压力传感器，它完全不适合于压差传感器，因为压差传感器主要需要到换能器芯的相对于彼此密封的两个压力供应管线。

未公布的德国专利申请DE10 2010 043043公开了一种差测量换能器，在此案例中，半导体换能器芯被柔软地置于弹性支承件之间的壳体。这个方案的确很有意思，但是其对于静压之间的压差和静压的载荷能力有所限制。此外，硅芯片的柔软安放需要最小体积，以使得分别安放在硅芯片与金属外壳之间的弹性密封的去耦效果能有效。

因此，本发明的目的在于提供一种压差换能器，其克服了现有技术的缺点。

发明内容

根据本发明，通过在独立专利权利要求1中所限定的差压计实现了这个目的。

本发明的压差传感器包括：封壳，其具有陶瓷的封壳主体，其中封壳在其内部具有换能器座，其中在换能器座中布置半导体压力测量换能器，该半导体压力测量换能器具有测量膜主体和至少一个支承主体，其中测量膜主体沿着周围边缘与至少一个支承主体压力密闭地连接，其中支承主体具有至少一个压力入口，其中第一导管和第二导管从封壳的外表面延伸到换能器座内；其中压力入口与第一导管连通，其中面向至少一个支承主体的测量膜的第一侧通过至少一个压力入口与通过第一导管引入的压力可接触，其中至少一个支承主体接触压力承载接合部，该压力承载接合部压力密闭地包围第一压力入口，包围第一导管进入换能器座内的开口并且与换能器座的壁压力密闭地连接；以及其中背向测量膜的第一侧的测量膜的第二侧与测量膜的第一侧液压地隔离并且与第二导管连通。

在本发明的进一步发展中，半导体压力测量换能器芯的支承主体具有第一有效热膨胀系数α₁，其中封壳主体的陶瓷材料具有第二热膨胀系数α₂，其中|(α₁–α₂)/(α₁+α₂)|<0.25，特别地<0.2，优选地<0.15。

在本发明的进一步发展中，在第一换能器芯与换能器座的壁之间的至少一个第一接合部包括玻璃。

在本发明的进一步发展中，接合部具有不大于100μm，特别地不大于75μm并且优选地不大于50μm的厚度。

在本发明的进一步发展中，封壳主体具有第一主体部和第二主体部，其中第一主体部和第二主体部沿第二接合部彼此压力密闭地接合。

在本发明的进一步发展中，第二接合部包括玻璃。

在本发明的进一步发展中，第一主体部和第二主体部基本上彼此对称。

在本发明的进一步发展中，其中换能器芯包括第二支承主体，其中测量膜主体被布置于第一支承主体与第二支承主体之间并且与两支承主体压力密闭地连接。

在本发明的此进一步发展的实施例中，第二支承主体用第三接合部与换能器座的壁压力密闭地连接。