[發明專利]壓差傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201380052765.3
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN104704335B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 伊戈爾·格特曼;托馬斯·林克;彼得·諾門森;拉斐爾·泰伊朋
• 申請（專利權）人: 恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司
• 主分類號: G01L19/06
• 分類號: G01L19/06;G01L9/00;B81C1/00;G01L13/02;H01L29/84
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 戚傳江,謝麗娜

技術領域

本發明涉及一種壓差傳感器及其制造方法。

背景技術

壓差傳感器根據它們的目的測量第一介質壓力與第二介質壓力之間的壓差，其中，待測量的壓差的范圍顯著小于第一或第二介質壓力。這導致在設計壓差傳感器方面的相沖突的目的，一方面，應能夠測量小壓差，而另一方面，必須抵抗高介質壓力，其中，尤其是在不正確操作的情況下，壓差的確可以達到介質壓力大小的量級。在無保護措施的情況下，壓差傳感器的測量膜會被這樣的高壓差毀壞。

在保護措施方面已知的是例如過載膜，該過載膜防止壓差的上升到臨界值以上。這些過載膜集成在液壓測量輔助工具中，該液壓測量輔助工具借助于壓力傳遞液體經液壓路徑將第一和第二介質壓力供給至測量膜的相應的側，所述液壓路徑在每種情況下從獨立的隔膜室延伸，該獨立的隔膜室被孤立的隔膜覆蓋。過載膜與壓差傳感器或與其測量膜平行地連接。當現在壓差超過臨界值時，過載膜足夠遠地彎曲，使得在較高壓力的一側上的該獨立的隔膜室中的壓力傳遞液體的整個體積被過載膜吸收，并且該孤立的隔膜靜止。于是，可靠地防止壓差的進一步上升。然而，使用過載膜絕對導致壓力傳遞液體的更大體積沖程并且因此——在相等的性能下——導致更大的獨立隔膜區域，這意味著更大的裝置尺寸和更高的成本。而且，測量機構動態受到過載膜和更大體積的壓力傳遞液體的不利影響。

因此，存在針對通過膜床為測量膜實施過載保護的已知的努力。在這樣的情況下，在超過正壓的極限值之后，測量膜應被支撐在膜床上至少到甚至在額外壓力上升的情況下也不會達到測量膜的破裂應力的程度。

對于這樣的目的，尤其是非球面膜床是適當的，其接近在正壓的極限值下測量膜的彎曲線。

專利US4,458,537公開了一種具有玻璃制的非球面隔膜床的電容性壓差傳感器，該傳感器以共軸環的結構生產，其中，環的高度形成與測量膜的彎曲線相對應的輪廓。

德國公開說明書DE102009046229A1公開了一種具有由玻璃制的非球面隔膜的壓力傳感器或壓差傳感器，其通過熱成型而形成。

專利US7,360,431B2公開了一種具有非球面隔膜床的壓力傳感器或壓差傳感器，其借助于灰度光刻以硅制備。

德國公開說明書DE102010028773A1公開了一種具有非球面隔膜床的壓力傳感器或壓差傳感器，其借助于激光蝕刻接著進行氧化步驟和終止蝕刻以硅制備。

JP10078366A公開了一種具有階梯式隔膜床的電阻性半導體壓力傳感器，其以硅制備。

專利US5,381,299公開了一種用硅制造的電容式壓力傳感器，其具有接近測量膜的彎曲線的階梯式隔膜床，其中，在中心區域中膜床的包絡曲線具有比測量膜更大的曲率半徑。

所提及的壓力傳感器具有膜床，所述膜床基本上滿足所提及的目的。然而，膜床的制備或將它們集成到壓力傳感器中是復雜的。

因此，本發明的目的是提供一種能夠簡單制造的抗過載的壓差傳感器及其制造方法。

發明內容

根據本發明，該目的通過如權利要求1所限定的壓差傳感器和如權利要求14所限定的方法來獲得。

本發明的壓差傳感器包括：測量膜；第一平臺；第二平臺；其中，所述測量膜布置在所述第一與第二平臺之間，其中，所述測量膜與所述第一平臺和所述第二平臺在每種情況下經第一絕緣層壓力緊密地連接，以便在所述平臺與所述測量膜之間分別形成第一、第二壓力室，其中，所述壓差傳感器進一步包括用于記錄所述測量膜的壓力依賴偏轉的電換能器，其中，所述第一平臺和/或所述第二平臺具有支撐位置，在單側過載的情況下，所述測量膜至少部分地抵靠所述支撐位置定位，其中，所述支撐位置具有相對于基準平面的位置依賴高度h，該基準平面平行于由所述測量膜限定的平面延伸，其中，根據本發明，支撐位置通過各向同性蝕刻形成在所述第一絕緣層中，并且在每種情況下，支撐位置的具體高度h是從所述基準平面中的所述支撐位置的基部的距離的函數。

基準平面可以尤其是在過載的情況下測量膜的中心所抵靠的平面。

根據本發明的進一步的發展，絕緣層尤其包括氧化硅。

在本發明的進一步的發展中，支撐位置的高度是從基準平面中的支撐位置的基部到支撐位置的高度h的位置的相應最小距離的單調函數。在本發明的進一步的發展中，測量膜包括圓形可偏轉區域，并且其中，至少一個支撐位置具有與測量膜共軸的圓形形狀或圓弧形形狀，其中，支撐位置至少部分地具有恒定高度。