Die Firma All Sensors bietet piezoresistive Drucksensoren an. Eine Produktlinie trägt die Bezeichnung BLV, die je nach Variante mit weiteren Zeichen ergänzt wird. Der erste Block gibt den Messbereich an. Der zweite Block spezifiziert, ob das Gehäuse einen oder zwei Schlauchanschlüsse hat und in welche Richtung diese zeigen. Der Sensor kann außerdem mit Parylene beschichtet werden, was ihn robuster macht.
Das hier vorliegende Modul besitzt einen einseitig Schlauchanschluss. Es basiert auf einem Keramikträger, der auf der nicht verschlossenen Seite einige abgeglichene Widerstände trägt. Ein Testpunkt erleichtert den Abgleich. Darunter ist die Zahl zwei zu erkennen, die offensichtlich im Rahmen des Abgleichprozesses in die grünen Beschichtung gebrannt wurde. An einer Kante sind vier Pins befestigt. An der anderen Kante befinden sich Durchkontaktierungen.
Unter dem Kunststoffgehäuse befinden sich zwei MEMS-Module.
Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass das eine MEMS-Modul so verklebt ist, dass die Unterseite mit der umgebenden Atmosphäre im Kunststoffgehäuse in Kontakt kommt. Das zweite Modul hat man über den kompletten Umfang verklebt. Darunter befindet sich eine Bohrung im Keramikträger, wodurch die Unterseite dieses Moduls mit der Atmosphäre in der Umgebung des Sensors in Kontakt kommt.
Bei genauerer Betrachtung kann man hier erahnen, dass die Module aus zwei Elementen zusammengesetzt wurden.
Der Hersteller zeigt auf seiner Homepage die Funktionsweise eines solchen Drucksensors. Die Konfiguration der Widerstände als Wheatstone Brücke kompensiert bereits viele parasitäre Effekte und ermöglicht so eine genaue Bestimmung des Drucks. Hier wurde das Verhalten des Drucksensors mit einem zweiten MEMS-Modul noch weiter verbessert. Das zweite Modul erfährt keinen Druckunterschied und dient lediglich dazu parasitäre Effekte zu kompensieren.
All Sensors verweist auf das Patent US6023978A, das von Honeywell stammt. Dort zeigt sich, dass die Verschaltung etwas komplexer ist und zusätzliche Widerstände enthält.
Analysiert man die Widerstände und die Verschaltung auf dem obigen Drucksensor, so zeigt sich, dass die Verschaltung hier noch etwas komplexer ist als im Datenblatt dargestellt. Die Symmetrie der beiden Module und die Kennlinie des Drucksensors werden umfangreich abgeglichen.
Wie zu erwarten war, handelt es sich um zwei exakt gleiche MEMS-Module.
Das Design stammt von All Sensors aus dem Jahr 2009. DO4DO1 könnte eine interne Bezeichnung des Designs sein.
Die Strukturen zeigen die Symmetrie, die man bei einem solchen Modul erwartet. Der GND-Anschluss ist allerdings doppelt ausgeführt.
Die Druckmessung basiert auf piezoresistiven Widerständen, die ihren Wert bei einer Dehnung oder Stauchung ändern. Die aktiven Elemente sind dabei nicht sofort zu erkennen. Die Widerstände R2 und R3, die die Druckmessung realisieren, befinden sich in der Mitte der Fläche, die sich abhängig vom Druck nach oben oder unten bewegt. Es scheint, dass der bräunliche Unterbau das piezoresisitive Material darstellt, das sich entsprechend überall befindet. Die bläuliche Schicht bildet die niedrohmigen Leitungen ab, unter denen der Einfluss des piezoelektrischen Materials irrelevant wird. Die Widerstände R2 und R3 hat man zweitgeteilt.
Die Widerstände R1 und R4, die die Wheatstone-Brücke komplettieren, befinden sich am Rand der Membran. Die Widerstände sind nicht nur über die bläuliche Schicht, sondern auch über die Metalllage verbunden.
Zerstört man die Membran, so zeigt sich wie dünn sie ist. Während die Höhe der piezoresistiven Schicht grob abgeschätzt 20µm beträgt, ist die Membran nicht einmal 10µm dick.
Auf der Unterseite besitzt das Modul eine kreisrunde Öffnung.
Entfernt man die Membran vollständig, so kann man einen Blick in den darunter liegenden Hohlraum werfen. Seitlich war bereits zu erkennen, dass das Modul aus zwei Elementen besteht. Das untere Element enthält das kreisrunde Loch, während im oberen Element ein größerer Hohlraum eingebracht wurde.
Hier ist eine alternative Konfiguration zu sehen, bei der sich auf beiden Seiten eine Kunststoffhalbschale mit Schlauchanschluss befindet.
In diesem Bauteil kam nur ein Drucksensormodul zum Einsatz. Man hat aber den gleichen Keramikträger wie beim ersten Drucksensor verwendet.
Die dritte Drucksensorvariante ist etwas kleiner.
Auch hier kam nur ein Sensormodul zum Einsatz.
