DE3137219A1

DE3137219A1 - Capacitive pressure sensor and method for producing it

Info

Publication number: DE3137219A1
Application number: DE19813137219
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. Dr. 7016 Gerlingen Grünwald; Claudio De La Prieta; Helmut 7000 Stuttgart Reum; Kurt 7257 Ditzingen Schmid; Felix 7053 Kernen Staszak; Erich Dr. 7513 Stutensee Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-09-18
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1983-04-07

Abstract

A capacitive pressure sensor and a method for producing it, the capacitive sensor having two half shells (10, 11) which can be deformed as a function of pressure, enclose a preferably cylindrical cavity and are made from glass, ceramic or the like, in which capacitive sensor planar electrodes (14, 15) forming a capacitor are arranged on the inside of the half shells (10, 11). In this arrangement, there is applied to at least one of the half shells (10, 11) for the purpose of fixing the spacing of the half shells (10, 11) a glass ring (12) which for its part is surrounded by a sealing ring (13). This sealing ring is preferably formed from solder (soldering) paste, epoxy resin or a hot melt adhesive film, the pressure sensor being assembled at subatmospheric pressure. <IMAGE>

Description

Kapazitiver Drucksensor und Verfahren zu seiner HerstellungCapacitive pressure sensor and method for its manufacture

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Drucksensor nach der Gattung des Hauptanspruches und von einem Verfahren nach Anspruch 2.PRIOR ART The invention is based on a pressure sensor of the preamble of the main claim and of a method according to claim 2.

Es ist bekannt, zur Messung von absoluten oder relativen Drücken sogenannte kapazitive Drucksensoren zu verwenden, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 858 097 beschrieben sind. Diese Drucksensoren weisen druckabhängig verformbare Membranen auf, die einander zugewandt, einen Kondensator bildende Elektroden tragen. Bei Druckeinwirkung wird der Abstand der Elektroden zueinander verändert, so daß aus der sich ändernden Kapazität des Kondensators eine druckabhängige Größe abgeleitet werden kann. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß der vom Drucksensor gebildete Kondensator einen frequenzbestimmenden Teil einer Oszillatorschaltung bildet.It is known to measure absolute or relative pressures so-called to use capacitive pressure sensors, such as those in US Pat. No. 3,858 097 are described. These pressure sensors have pressure-dependent deformable membranes on, facing each other, carrying a capacitor forming electrodes. When subjected to pressure the distance between the electrodes is changed, so that from the changing Capacity of the capacitor a pressure-dependent variable can be derived. this happens, for example, that the capacitor formed by the pressure sensor forms a frequency-determining part of an oscillator circuit.

Es ist weiter bekannt, die Membranen derartiger Drucksensoren aus Glas, Keramik oder dgl. zu bilden, wobei die Verbindung der die Elektroden tragende Halb schalen durch sogenannte Glaslote hergestellt wird. Die Dicke der verwendeten Lotschicht bestimmt dabei jedoch den Abstand der Halb schalen und damit die Ausgangskapazität des Sensors, so daß beim Zusammenfügen der Halbschalen ein sehr hoher Aufwand getrieben werden muß, um einen gleichmäMigen Abstand der Elektroden zu gewährleisten.It is also known to make the membranes of such pressure sensors Glass, ceramic or the like. To form, the connection being the one carrying the electrodes Half-shell is made by so-called glass solders. The thickness of the used However, the solder layer determines the distance between the half-shells and thus the output capacitance of the sensor, so that a very high effort is made when joining the half-shells must be in order to ensure an even spacing of the electrodes.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß der Abstand der Elektroden voneinander nicht von der Verbindungs- bzw. Dichtungsschicht sondern von einem Ring aus starrem Material bestimmt wird, so daß sich bei einer Massenfertigung ein gleichbleibender Abstand der Elektroden nach der Montage des Sensors ergibt.Advantages of the invention The pressure sensor according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that the distance of the Electrodes from each other not from the connection or sealing layer but is determined by a ring of rigid material, so that in mass production the distance between the electrodes remains constant after the sensor has been installed.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Drucksensors möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments of the pressure sensor specified in the main claim are possible.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der beigefügten Beschreibung.Further advantages emerge from the drawing and the attached Description.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt und eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Sensors.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The only figure shows a cross section and a plan view of a sensor according to the invention.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles In der Figur sind mit 10 und 11 zwei Halbschalen eines kapazitiven Drucksensors beschrieben, die aus Glas, Keramik oder dgl. bestehen. Auf eine der Halbschalen 10 ist dabei ein starrer Glasring 12 aufgebracht, vorzugsweise im Siebdruckverfahren aufgedruckt. Die Dicke dieses Glasringes 12 ist bestimmend für den Abstand der Halbschalen 10, 11 zueinander. Um den Glasring 12 herum befindet sich ein Dichtungsring 13, der lediglich für die Abdichtung des von den Halbschalen 10, 11 und dem Glasring 12 eingeschlossenen Hohlraumes dient, jedoch keinen Einfluß auf den Abstand der Halbschalen 10, 11 zueinander hat. Auf der Innenseite der Halbschalen 10, 11 befinden sich Elektroden 14, 15, die den Kondensator des Drucksensors bilden. Von den Elektroden 14, 15 sind Zuleitungen druckdicht nach außen zu Anschlüssen 16, 17 geführt.Description of the exemplary embodiment In the figure, 10 and 11 describes two half-shells of a capacitive pressure sensor made of glass, ceramic or the like. A rigid glass ring 12 is placed on one of the half-shells 10 applied, preferably printed using the screen printing process. The thickness of this glass ring 12 is decisive for the spacing of the half-shells 10, 11 from one another. Around the glass ring 12 around there is a sealing ring 13, which is only used for sealing the is used by the half-shells 10, 11 and the glass ring 12 enclosed cavity, however, has no effect on the spacing of the half-shells 10, 11 from one another. on the inside of the half-shells 10, 11 are electrodes 14, 15, which the capacitor of the pressure sensor. From the electrodes 14, 15 leads are pressure-tight out to connections 16, 17 on the outside.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Drucksensors wird - wie bereits erwähnt - der Glasring 12 in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung im Siebdruckverfahren aufgedruckt.For the production of the pressure sensor according to the invention - as already mentioned - the glass ring 12 in a preferred embodiment of the invention in the screen printing process imprinted.

Für die Herstellung des Dichtungsringes 13 können erfindungsgemäß drei verschiedene Verfahren verwendet werden: Zum einen kann der Dichtungsring 13 aus Lotpaste bestehen und um den Glasring 12 herum aufgedruckt werden. Die Halbschalen 10, 11 werden bei einem Unterdruck von näherungsweise ein kPa zusammengefügt und der aus Lotpaste bestehende Dichtungsring 13 wird durch Induktion oder direkte Erwärmung einer Halbschale 10, 11 verschmolzen.For the production of the sealing ring 13 can according to the invention Three different methods can be used: On the one hand, the sealing ring 13 consist of solder paste and are printed around the glass ring 12 around. The half-shells 10, 11 are joined together at a negative pressure of approximately one kPa and the sealing ring 13 made of solder paste is heated by induction or direct heating a half-shell 10, 11 fused.

Weiterhin ist es möglich, den Dichtungsring 13 aus Epoxidharz auszubilden, das um den Glasring 12 herum aufgedruckt wird. Die Halbschalen 10,11 werden dann ebenfalls bei einem Unterdruck von näherungsweise 1 kPa zusammengefügt, wobei das Epoxidharz bereits so gut abdichtet, daß das Aushärten des Harzes wieder unter Atmosphärendruck erfolgen kann. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, das Epoxidharz unter Einwirkung des Unterdruckes und gegebenenfalls zusätzlicher Erwärmung auszuhärten.It is also possible to form the sealing ring 13 from epoxy resin, which is printed around the glass ring 12. The half-shells 10,11 are then also assembled at a negative pressure of approximately 1 kPa, whereby the Epoxy resin already seals so well that the resin hardens again under atmospheric pressure can be done. However, it is of course also possible to use the epoxy resin under Cure under the effect of the negative pressure and, if necessary, additional heating.

Schließlich kann erfindungsgemäß der Dichtungsring 13 noch als Klebeschmelzfolie ausgebildet sein. Derartige Folien sind im Handel erhältlich und es läßt sich ein Ring aus dieser Folie ausstanzen, der eine etwas größere Dicke als der Glasring 12 aufweist und um diesen herum positioniert wird. Die Halbschalen werden nun ebenfalls wieder bei einem Unterdruck von näherungsweise 1 kPa zusammengefügt und unter gleichzeitiger Erwärmung, z.B. über die eine Halbschale 10 zusammengepreßt. Die Schmelzklebefolie härtet dabei schnell aus.Finally, according to the invention, the sealing ring 13 can also be used as an adhesive melt film be trained. Such films are commercially available and it can be Punch a ring out of this foil, which is a bit thicker than the glass ring 12 has and is positioned around it. The half-shells are now also reassembled at a negative pressure of approximately 1 kPa and at the same time Heating, e.g. via the one half-shell 10 pressed together. The hot melt adhesive film hardens quickly.

Claims

Claims Capacitive pressure sensor with two, preferably one cylindrical Half-shells (10, 11) made of glass, which enclose the cavity and are deformable as a function of pressure, Ceramic or the like, in which on the inside of the half-shells (10, 11) planar, electrodes (14, 15) forming a capacitor are arranged, characterized in that that for fixing the distance between the half-shells (10, 11) on at least one half-shell (10, 11) a glass ring (12) is applied, which is enclosed by a sealing ring (13) is.

2. A method for producing a pressure sensor according to claim 1, characterized in that the glass ring (12) is printed on using the screen printing process will.

3. The method according to claim 2, characterized in that the sealing ring (13) printed on from solder paste and at a negative pressure of approximately 1 kPa is fused by induction or direct heating.

4. The method according to claim 2, characterized in that the sealing ring (13) printed on from epoxy resin and the half-shells (10, 11) with a negative pressure of approximately 1 kPa.

5. The method according to claim 2, characterized in that as a sealing ring (13) A hot-melt adhesive film is used, which as a ring with a greater thickness punched out as the glass ring (12), positioned around it and at a negative pressure of approximately 1 kPa is cured with heating.