DE19963786A1 - Pressure measurement element is component of semiconductor wafer whose base surface is fully joined to body of same or approximately same dimensions, different coefficient of elasticity - Google Patents
Pressure measurement element is component of semiconductor wafer whose base surface is fully joined to body of same or approximately same dimensions, different coefficient of elasticityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Druckmesselemente mit piezoresistiven Halbleiterelementen für hohe Drücke.The invention relates to pressure measuring elements with piezoresistive Semiconductor elements for high pressures.
Bei bekannten piezoresistiven Drucksensoren wird der zu messen de Druck durch einen Verformungskörper, im Allgemeinen eine festeingespannte Siliziumdruckmessplatte, in eine elastische Deformation umgewandelt. Aufgrund der entstehenden mechanischen Spannungen im Material ändert sich der Widerstandswert, der in der Druckmessplatte implantierten oder auf diese aufgebrachten Halbleiterwiderstände.In known piezoresistive pressure sensors, this is to be measured de Pressure from a deformable body, generally one firmly clamped silicon pressure measuring plate, in an elastic Deformation converted. Due to the emerging mechanical Tensions in the material changes the resistance value, which in implanted or attached to the pressure measuring plate Semiconductor resistors.
Dazu wird ein in seinem Zentrum abgedünntes Plättchen aus Si lizium mit der verbliebenen Fläche mit einem Träger verbunden. Die Herstellung der abgedünnten Druckmessplatte erfolgt z. B. mittels einer Struktur-Ätzung. Derartig ausgestaltete Druck messplatten weisen aufgrund der relativ langen Ätzzeiten des Siliziums hohe Herstellungskosten auf. Die Ätzgeschwindigkeit, z. B. beim anisotropen Ätzen mit KOH bei 80°C, liegt bei ca. 1 µm/min. Weitere hohe Herstellungskosten sind durch die speziell erforderlichen Ätz- und Abdeckvorrichtungen gegeben. Ein wei terer Nachteil besteht darin, dass ein begrenzter Überlastwert der durch Ätzen hergestellten Druckmessplatte als Verformungs körper vorhanden ist. Dieser entscheidende Nachteil begrenzt den Einsatz der bekannten Drucksensoren aus Silizium auf Drücke bis maximal 103 bar. Eine derartige Lösung ist in der DE OS 30 41 756 (Drucksensor) aufgeführt.For this purpose, a plate made of silicon thinned in its center is connected to the remaining area with a carrier. The thinned pressure measuring plate is produced, for. B. by means of a structure etching. Pressure plates designed in this way have high manufacturing costs due to the relatively long etching times of the silicon. The etching rate, e.g. B. in anisotropic etching with KOH at 80 ° C, is about 1 microns / min. Further high manufacturing costs are given by the specially required etching and covering devices. Another disadvantage is that there is a limited overload value of the pressure measuring plate produced by etching as a deformation body. This crucial disadvantage limits the use of the known silicon pressure sensors to pressures of up to 10 3 bar. Such a solution is listed in DE OS 30 41 756 (pressure sensor).
Die Widerstandselemente sind im Allgemeinen in einer Wheatstone-Brücke verschaltet, so dass deren Widerstandsänderung zu einer zum einwirkenden Druck proportionalen Verstimmung der Brückenschaltung führt. The resistance elements are generally in one Wheatstone bridge interconnected so that its resistance change too a detuning of the pressure proportional to the pressure Bridge circuit leads.
In der DE OS 35 00 613 (Piezoresistive Druckmesszelle) erfolgt die Kontaktierung einer mit Widerständen versehenen Messmembran mit Zuleitungen mit Kontakthöckern, die sich auf einer flexib len Platte befinden. Die mit Leiterzügen als Zuleitungen ver sehenen Platten werden durch die Anwendung substraktiver Ver fahren hergestellt. Derartige Verfahren bedingen unter anderem Ätzprozesse, so dass zusätzliche Stoffe zur Herstellung zum Einsatz kommen.In DE OS 35 00 613 (piezoresistive pressure measuring cell) the contacting of a measuring membrane provided with resistors with leads with contact bumps, which are on a flexible len plate. The ver with lines as leads see plates are through the use of subtractive ver drive manufactured. Such methods require, among other things Etching processes, so that additional materials for the production of Come into play.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Druckmesselement zu schaffen, dass zum Einen einen größeren Überlastwert aufweist und zum Anderen kosten günstiger herzustellen ist.The invention specified in claim 1 is the problem based on creating a pressure measuring element that, on the one hand has a larger overload value and costs on the other is cheaper to manufacture.
Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is with those listed in claim 1 Features resolved.
Das Druckmesselement mit piezoresistiven Halbleiterelementen zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass durch die vollflä chige Verbindung eines Halbleiterplättchens, in dem Halbleiter elemente implantiert sind, mit einem Körper zum Einen dieses insbesondere als Hochdrucksensor einsetzbar und zum Anderen ökonomisch günstig herstellbar ist.The pressure measuring element with piezoresistive semiconductor elements is characterized in particular by the fact that connection of a semiconductor chip, in the semiconductor elements are implanted, with a body on the one hand Can be used especially as a high pressure sensor and secondly is economically inexpensive to manufacture.
Damit steht dem Nutzer ein universell einsetzbares Druckmess element zur Verfügung.This provides the user with a universally applicable pressure measurement element available.
Das Halbleiterplättchen mit den darin integrierten piezoresis tiven Halbleiterelementen ist leicht durch die bekannten Ver fahren der Halbleiterindustrie herstellbar. Bei der Verwendung von Siliziumplättchen als Halbleiterplättchen eignet sich auf grund der anisotropen Eigenschaften des Siliziums die Verfahren des nasschemischen Ätzens. Die piezoresistiven Halbleiterele mente sind mit Fremdatomen dotierte Gebiete des Halbleiter plättchens selbst.The semiconductor chip with the piezoresis integrated in it Tive semiconductor elements is easy through the known Ver drive the semiconductor industry manufacturable. When using of silicon wafers as semiconductor wafers is suitable due to the anisotropic properties of the silicon of wet chemical etching. The piezoresistive semiconductor elements elements are areas of the semiconductor doped with foreign atoms platelet itself.
Das Halbleiterplättchen ist durch ein ganzflächiges anodisches Bonden einer Grundfläche mit dem Körper aus Borosilikatglas verbunden.The semiconductor chip is anodized over the entire surface Bonding a base with the body made of borosilicate glass connected.
Das Material des Körpers sollte vorteilhafterweise unter
anderem folgende Voraussetzungen erfüllen:
The material of the body should advantageously meet the following requirements, among others:
- - unterschiedlicher Elastizitätsmodul gegenüber dem Material des Halbleiterplättchens,- Different modulus of elasticity compared to the material the semiconductor die,
- - die Materialien des Körpers und des Halbleiterplättchens müssen durch anodisches Bonden miteinander verbindbar sein und- The materials of the body and the semiconductor chip must be interconnectable by anodic bonding and
- - die Temperaturausdehnungskoeffizienten des Körpers und des Halbleiterplättchens sollten möglichst gleich sein.- The thermal expansion coefficients of the body and Semiconductors should be as similar as possible.
Aufgrund der Unterschiede der Elastizitätsmodule des Halblei terplättchens und des Körpers treten bei Druckeinleitung in den Körper mechanische Spannungen in dem Körper, der Verbindungs stelle und dem Halbleiterplättchen auf. Die damit verbundenen mechanischen Spannungen auf der der Grundfläche mit dem Körper gegenüberliegenden Grund-/Oberfläche des Halbleiterplättchens führen aufgrund des piezoresistiven Effekts zu einer Änderung des elektrischen Widerstandes der implantierten piezoresistiven Halbleiterelemente.Due to the differences in the elastic modulus of the semi-lead The platelet and the body enter the body when pressure is applied Body mechanical tension in the body, the connection place and the semiconductor chip. The related mechanical stresses on the base with the body opposite base / surface of the semiconductor wafer lead to a change due to the piezoresistive effect the electrical resistance of the implanted piezoresistive Semiconductor elements.
Das erfindungsgemäße Druckmesselement eignet sich insbesondere zur Herstellung von Hochdrucksensoren, da es sehr überlastfest ist. Für die Anwendung der neuartigen Drucksensoren auch bei höheren Temperaturen können die aus der SOI (Silicon an Isola tor)- Technik bekannten Möglichkeiten zur Herstellung der Druckmesselemente ausgenutzt werden.The pressure measuring element according to the invention is particularly suitable for the production of high pressure sensors as it is very overload resistant is. For the application of the new pressure sensors also at higher temperatures can be obtained from the SOI (silicone on Isola Tor) - Known ways of producing the technology Pressure measuring elements can be used.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent ansprüchen 2 bis 11 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the patent claims 2 to 11 specified.
Günstige Materialien für das Halbleiterplättchen sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 monokristallines Silizium oder Siliziumkarbid. Das Halbleiterplättchen ist in einer wei teren Ausbildung eine Anordnung, die durch die Verwendung der SOI (Silicon an Isolator)- Technik hergestellt ist. Silizium ist durch die bekannten Verfahren der Halbleitertechnologie ökonomisch günstig herstellbar, so dass ein kostengünstiges Druckmesselement realisierbar ist.Cheap materials for the semiconductor die are according to the Further development of claim 2 monocrystalline silicon or silicon carbide. The semiconductor chip is in a white teren training an arrangement by using the SOI (silicone on insulator) technology is manufactured. silicon is due to the known processes of semiconductor technology economically producible, so that an inexpensive Pressure measuring element is realizable.
Die unterschiedlichen Elastizitätsmodule des Halbleiterplätt chens und des Körpers nach der Weiterbildung des Patentan spruchs 3 führen zu verstärkten mechanischen Spannungen an der Oberfläche des Halbleiterplättchens. Damit wird die Empfind lichkeit des Druckmesselementes wesentlich erhöht.The different moduli of elasticity of the semiconductor wafer chens and the body after further training of the patent Proverb 3 lead to increased mechanical stresses on the Surface of the semiconductor chip. So that the sensation Lichity of the pressure measuring element significantly increased.
Eine durch die Verwendung der SOI (Silicon an Isolator)- Tech nik hergestellte Anordnung für den Körper führt zu einem Druck messelement, dass insbesondere bei höheren Temperaturen ein setzbar ist.One through the use of SOI (Silicon on Insulator) - Tech nik manufactured arrangement for the body leads to a pressure measuring element that especially at higher temperatures is settable.
Weitestgehend gleiche Temperaturausdehnungskoeffizienten des Materials des Körpers und des Halbleiterplättchens nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 verhindert das Auftreten von mechanischen Spannungen an der Oberfläche des Halbleiter plättchens, die durch Temperaturschwankungen des das Druck element umgebenden Mediums hervorgerufen werden. Die dadurch resultierende Beeinflussung des elektrischen Widerstandswertes wird im Wesentlichen eingeschränkt.Largely the same thermal expansion coefficient of the Material of the body and the semiconductor die after the Further development of claim 4 prevents the occurrence of mechanical stresses on the surface of the semiconductor platelets caused by temperature fluctuations in the pressure element surrounding medium. The result resulting influence on the electrical resistance value is essentially restricted.
Ein Trägerkörper nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 sichert die Handhabbarkeit des erfindungsgemäßen Druckmessele mentes. Dieses ist dabei sowohl fest oder über band- oder drahtförmige Verbindungselemente frei hängend mit dem Träger körper verbunden. Die letzte Variante führt zu einer weiteren Erhöhung der relativen Widerstandsänderung der Halbleiterwider stände. Das resultiert aus dem Sachverhalt, dass der Druck auf alle Flächen des Druckmesselementes einwirken kann. A carrier body according to the development of claim 5 ensures the manageability of the pressure gauge according to the invention mentes. This is either fixed or over band or wire-shaped connecting elements hanging freely with the carrier body connected. The last variant leads to another Increasing the relative change in resistance of the semiconductor resistor stands. This results from the fact that the pressure on can act on all surfaces of the pressure measuring element.
Die mindestens eine Öffnung im Halbleiterplättchen und/oder im Körper nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 erhöht die Angriffsfläche für den zu messenden Druck, so dass die Empfind lichkeit weiter gesteigert wird.The at least one opening in the semiconductor wafer and / or in Body after the further development of claim 6 increases the Target for the pressure to be measured, so the sensitivity is further increased.
In Verbindung mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ist der Druck durch das Druckmesselement fließender Medien messbar.In connection with the further development of claim 7 the pressure of media flowing through the pressure measuring element can be measured.
Eine anodische Bondung des Halbleiterplättchens und des Körpers nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 sichert eine feste Verbindung der beiden Körper.An anodic bonding of the die and the body after the further development of claim 8 ensures a fixed Connection of the two bodies.
Kontaktstifte nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 füh ren zu einer leichten und einfachen Handhabung des Druckmess elementes. Gleichzeitig ist eine einfache Montage gegeben. Die Verbindung des Halbleiterplättchens und der Kontaktstifte er folgt durch bekannte Technologien, wie z. B. dem Drahtbonden, der Flip-Chip-Technik oder dem Tape Automated Bonding (TAB).Contact pins after the further development of patent claim 9 for easy and simple handling of the pressure measurement element. At the same time, installation is simple. The Connection of the semiconductor chip and the contact pins he follows through known technologies, such as B. wire bonding, flip-chip technology or tape automated bonding (TAB).
Die Weiterbildung des Patentanspruchs 10 stellt eine einfache und bekannte Möglichkeit dar, die mechanisch wirkenden Drücke in äquivalente elektrische Größen zu wandeln. Die Halbleiter elemente sind als elektrische Widerstandsmessbrücke insbeson dere einer bekannten Wheatstone-Brücke miteinander verschal ten.The development of claim 10 is a simple one and known possibility represents the mechanically acting pressures to convert into equivalent electrical quantities. The semiconductors elements are in particular as an electrical resistance measuring bridge that of a well-known Wheatstone bridge ten.
Günstige Ausgestaltungen des Halbleiterplättchen und des Kör pers sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 eine mehreckige, kreis- oder bogenförmige Ausbildung der Grundflä chen.Favorable configurations of the semiconductor wafer and the Kör pers are after the further development of claim 11 polygonal, circular or arc-shaped design of the base chen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen prinzipiell dargestellt und werden im folgenden näher be schrieben.Embodiments of the invention are in the drawings shown in principle and are described in more detail below wrote.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Druckmesselement auf einem Träger körper mit mehreren Kontaktstiften in einer Seitenansicht im Schnitt, Fig. 1, a pressure measuring element on a support body with a plurality of contact pins in side view, in section,
Fig. 2 eine Draufsicht des Druckmesselementes der Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of the pressure sensing element of Fig. 1,
Fig. 3 ein zwischen mehreren Kontaktstiften frei hängendes Druckmesselement, Fig. 3 is a freely suspended between a plurality of contact pins pressure sensing element,
Fig. 4 ein Druckmesselement auf einem Trägerkörper mit insge samt einer durchgehenden Öffnung in einer Seitenansicht im Schnitt, Fig. 4 is a pressure sensing element on a support body with IMP EXP including a through opening in a side view in section,
Fig. 5 eine Draufsicht des Druckmesselementes der Fig. 4 und Fig. 5 is a plan view of the pressure sensing element of FIGS. 4 and
Fig. 6 ein Druckmesselement auf einem Trägerkörper mit mehreren Öffnungen im Körper. Fig. 6 shows a pressure measuring element on a carrier body with a plurality of openings in the body.
Das Druckmesselement in einem ersten Ausführungsbeispiel be steht aus einem Halbleiterplättchen 2 mit mehreren integrierten piezoresistiven Halbleiterelementen 3, einem Körper 4, einem Trägerkörper 6 mit mehreren Kontaktstiften 7 und mehreren Ver bindungselementen 8. Die Fig. 1 und 2 zeigen prinzipiell ein derartig ausgebildetes Druckmesselement.The pressure measuring element in a first exemplary embodiment consists of a semiconductor plate 2 with a plurality of integrated piezoresistive semiconductor elements 3 , a body 4 , a carrier body 6 with a plurality of contact pins 7 and a plurality of connecting elements 8 . Figs. 1 and 2 show in principle designed in this way a pressure-measuring element.
Das Halbleiterplättchen 2 ist ein unabgedünnter Siliziumchip, in dem vier piezoresistive Widerstände als Halbleiterelemente 3 integriert sind. Diese befinden sich in den Mittelachsen der Grundfläche des Halbleiterplättchens 2 entsprechend der Dar stellung in den Fig. 1 und 2. Die piezoresistiven Widerstände sind über Leiterbahnen miteinander elektrisch leitend so ver bunden, dass eine bekannte Wheatstone-Brücke als elektrische Widerstandsmessbrücke vorhanden ist. Die elektrischen Leitungen sind in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt. Gleichzeitig sind die elektrischen Leitungen über weitere mit Kontaktstellen 11 im Silizium-Chip als Halbleiterplättchen 2 verbunden. Die Fläche des Halbleiterplättchens 2 mit diesen Kontaktstellen 11 ist die Oberseite. An die Wheatstone-Brücke wird eine konstante Span nung von 5 V angelegt.The semiconductor die 2 is an undiluted silicon chip in which four piezoresistive resistors are integrated as semiconductor elements 3 . These are located in the central axes of the base of the semiconductor die 2 in accordance with the Dar position in FIGS. 1 and 2. The piezoresistive resistors are electrically conductive with each other via interconnects so that a known Wheatstone bridge is present as an electrical resistance measuring bridge. The electrical lines are not shown in FIGS. 1 and 2. At the same time, the electrical lines are connected to further contact points 11 in the silicon chip as semiconductor chips 2 . The surface of the semiconductor die 2 with these contact points 11 is the top. A constant voltage of 5 V is applied to the Wheatstone bridge.
Das Halbleiterplättchen 2 ist ganzflächig über eine anodisch gebondete Verbindung 10 mit seiner Unterseite auf dem Körper 4 befestigt. Der Körper 4 besteht aus Borosilikatglas. Das Halb leiterplättchen 2 und der Körper 4 stellen das Messelement 1 dar.The underside of the semiconductor wafer 2 is fastened to the body 4 over the entire surface via an anodically bonded connection 10 . The body 4 consists of borosilicate glass. The semi-conductor plate 2 and the body 4 represent the measuring element 1 .
Das Messelement 1 ist mit der freien Oberfläche des Körpers 4 ganzflächig über eine Kleberschicht 5 auf dem Trägerkörper 6 in Form z. B. einer Glasdurchführung befestigt. Im Trägerkörper 6 sind weiterhin die Kontaktstifte 7 angeordnet. Die Verbindung der Kontaktstellen 11 mit den Kontaktstiften 7 des Trägerkör pers 6 erfolgt über Bonddrähte als Verbindungselemente 8. Diese bestehen z. B. aus Gold oder Aluminium.The measuring element 1 is with the free surface of the body 4 over the entire surface via an adhesive layer 5 on the carrier body 6 in the form of z. B. attached a glass bushing. The contact pins 7 are also arranged in the carrier body 6 . The connection of the contact points 11 with the contact pins 7 of the Trägerkör pers 6 takes place via bonding wires as connecting elements 8th These exist e.g. B. made of gold or aluminum.
Ein Druck 9 auf das Messelement 1 führt zu mechanischen Span nungen. In der Verbindungsfläche der Verbindung 10 entsteht ein mechanisches Spannungsfeld. Die resultierenden mechanischen Spannungen im Silizium-Chip als Halbleiterplättchen 2 führen aufgrund des piezoresistiven Effekts zu einer Änderung der implantierten piezoresistiven Widerstände als piezoresistive Halbleiterelemente 3.A pressure 9 on the measuring element 1 leads to mechanical stresses. A mechanical stress field arises in the connection surface of the connection 10 . The resulting mechanical stresses in the silicon chip as semiconductor chips 2 lead to a change in the implanted piezoresistive resistors as piezoresistive semiconductor elements 3 due to the piezoresistive effect.
Das Messelement 1 besitzt eine quadratische Grundfläche mit einer Kantenlänge von 5,1 mm. Die Dicke des Siliziumchips be trägt 0,39 mm und die Dicke des Körpers 4 ist 2 mm.The measuring element 1 has a square base with an edge length of 5.1 mm. The thickness of the silicon chip is 0.39 mm and the thickness of the body 4 is 2 mm.
In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels ist das Mess element 1 nicht mit dem Trägerkörper 6 verbunden. Das Mess element befindet sich frei hängend zwischen den Kontaktstiften 7. Die Halterung des Messelementes erfolgt über die Verbin dungselemente 8. In der Fig. 3 ist ein derartig ausgebildetes Druckmesselement prinzipiell im Schnitt dargestellt.In a variant of this embodiment, the measuring element 1 is not connected to the carrier body 6 . The measuring element is hanging freely between the contact pins 7 . The measuring element is held via the connecting elements 8 . A pressure measuring element designed in this way is shown in principle in section in FIG. 3.
Das Druckmesselement in einem zweiten Ausführungsbeispiel be steht aus einem Halbleiterplättchen 2 mit mehreren integrierten piezoresistiven Halbleiterelementen 3, einen Körper 4, einem Trägerkörper 6 mit mehreren Kontaktstiften 7 und mehreren Ver bindungselementen 8. Die Fig. 4 und 5 zeigen prinzipiell ein derartig ausgebildetes Druckmesselement.The pressure measuring element in a second exemplary embodiment consists of a semiconductor wafer 2 with a plurality of integrated piezoresistive semiconductor elements 3 , a body 4 , a carrier body 6 with a plurality of contact pins 7 and a plurality of connecting elements 8 . FIGS. 4 and 5 show in principle designed in this way a pressure-measuring element.
Das Halbleiterplättchen 2 ist ein unabgedünnter Siliziumchip, in dem eine durchgehende Öffnung 13 eingebracht ist und vier piezoresistive Widerstände als Halbleiterelemente 3 integriert sind. Diese befinden sich in den Mittelachsen der Grundfläche des Halbleiterplättchens 2 entsprechend der Darstellungen in den Fig. 4 und 5. Die piezoresistiven Widerstände sind über Leiterbahnen miteinander elektrisch leitend so verbunden, dass eine bekannte Wheatstone-Brücke als elektrische Widerstands messbrücke vorhanden ist. Die elektrischen Leitungen sind in den Fig. 4 und 5 nicht gezeigt. Gleichzeitig sind die elektri schen Leitungen über weitere mit Kontaktstellen 11 im Silizium-Chip als Halbleiterplättchen 2 verbunden. Die Fläche des Halb leiterplättchens 2 mit diesen Kontaktstellen 11 ist die Ober seite. An die Wheatstone-Brücke wird eine konstante Spannung von 5 V angelegt.The semiconductor chip 2 is an undiluted silicon chip, in which a through opening 13 is made and four piezoresistive resistors are integrated as semiconductor elements 3 . These are located in the central axes of the base area of the semiconductor die 2 in accordance with the representations in FIGS. 4 and 5. The piezoresistive resistors are electrically conductively connected to one another via conductor tracks in such a way that a known Wheatstone bridge is present as an electrical resistance measuring bridge. The electrical lines are not shown in FIGS. 4 and 5. At the same time, the electrical lines are connected via further contacts 11 in the silicon chip as a semiconductor chip 2 . The surface of the semi-conductor plate 2 with these contact points 11 is the upper side. A constant voltage of 5 V is applied to the Wheatstone bridge.
Das Halbleiterplättchen 2 ist ganzflächig über eine anodisch gebondete Verbindung 10 mit seiner Unterseite auf dem Körper 4 befestigt. Der Körper 4 besteht aus Borosilikatglas und besitzt in seiner Mittelachse eine durchgehende Öffnung 12. Die Öffnungen 12, 13 des Halbleiterplättchens 2 und des Körpers 4 be sitzen einen runden Querschnitt mit den gleichen Abmessungen. Das Halbleiterplättchen 2 und der Körper 4 stellen das Mess element 1 dar.The underside of the semiconductor wafer 2 is fastened to the body 4 over the entire surface via an anodically bonded connection 10 . The body 4 consists of borosilicate glass and has a through opening 12 in its central axis. The openings 12 , 13 of the semiconductor die 2 and the body 4 be sitting a round cross section with the same dimensions. The semiconductor chip 2 and the body 4 represent the measuring element 1 .
Das Messelement 1 ist mit der freien Oberfläche des Körpers 4 ganzflächig über eine Kleberschicht 5 auf dem Trägerkörper 6 in Form z. B. einer Glasdurchführung befestigt. Im Trägerkörper 6 sind weiterhin die Kontaktstifte 7 angeordnet. Die Verbindung der Kontaktstellen 11 mit den Kontaktstiften. 7 des Trägerkör pers 6 erfolgt über Bonddrähte als Verbindungselemente 8. Diese bestehen z. B. aus Gold oder Aluminium.The measuring element 1 is with the free surface of the body 4 over the entire surface via an adhesive layer 5 on the carrier body 6 in the form of z. B. attached a glass bushing. The contact pins 7 are also arranged in the carrier body 6 . The connection of the contact points 11 with the contact pins. 7 of the Trägerkör pers 6 takes place via bonding wires as connecting elements 8 . These exist e.g. B. made of gold or aluminum.
Wird das Messelement 1 einem Druck 9 ausgesetzt, dann entstehen in diesem mechanische Spannungen. In der Verbindung 10 entsteht ein mechanisches Spannungsfeld. Die daraus resultierenden me chanischen Spannungen im Silizium-Chip als Halbleiterplättchen 2 führen aufgrund des piezoresistiven Effekts zu einer Änderung der implantierten piezoresistiven Widerstände als piezoresisti ve Halbleiterelemente 3.If the measuring element 1 is exposed to a pressure 9 , mechanical stresses arise in it. A mechanical stress field arises in connection 10 . The resulting me chanical stresses in the silicon chip as a semiconductor wafer 2 lead due to the piezoresistive effect in a change of the implanted piezo-resistive resistors as piezoresisti ve semiconductor elements. 3
Das Messelement 1 besitzt eine quadratische Grundfläche mit einer Kantenlänge von 5,1 mm. Die Dicke des Siliziumchips be trägt 0,39 mm und die Dicke des Körpers 4 ist 2 mm. Die Durch messer der Öffnungen 12, 13 im Halbleiterplättchen 2 und dem Körper 4 besitzen einen Durchmesser von 1 mm.The measuring element 1 has a square base with an edge length of 5.1 mm. The thickness of the silicon chip is 0.39 mm and the thickness of the body 4 is 2 mm. The diameter of the openings 12 , 13 in the semiconductor wafer 2 and the body 4 have a diameter of 1 mm.
Das Messelement 1 weist bei Raumtemperatur eine Empfindlichkeit von ca. 4.10-2 mV/V bar auf. Bei einem Druck 9 von 1000 bar ist unter der Voraussetzung eines linearen Zuwachses der Ausgangs spannung der Brücke mit dem Druck die Nennspannung ca. 200 mV.Measuring element 1 has a sensitivity of approx. 4.10 -2 mV / V bar at room temperature. At a pressure 9 of 1000 bar, provided that the output voltage of the bridge increases linearly with the pressure, the nominal voltage is approx. 200 mV.
In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels besitzt nur der Körper 4 eine durchgehende Öffnung 12. Das Halbleiterplättchen 2 ist eine vollständige Platte. Gleichzeitig weist der Körper wenigstens eine zweite Öffnung 14 auf, so dass eine Verbindung der Öffnung 12 nach außen gegeben ist. Diese zweite Öffnung 14 ist eine Aussparung der Wandung des Körpers 4. Die Realisierung des Druckmesselementes entspricht ansonsten dem des zweiten Ausführungsbeispiels. In der Fig. 6 ist ein derartig ausge bildetes Druckmesselement dargestellt.In a variant of this exemplary embodiment, only the body 4 has a continuous opening 12 . The semiconductor die 2 is a complete plate. At the same time, the body has at least one second opening 14 , so that the opening 12 is connected to the outside. This second opening 14 is a recess in the wall of the body 4 . The realization of the pressure measuring element otherwise corresponds to that of the second embodiment. In FIG. 6, an imaginary out such pressure sensing element is illustrated.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999163786 DE19963786A1 (en) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Pressure measurement element is component of semiconductor wafer whose base surface is fully joined to body of same or approximately same dimensions, different coefficient of elasticity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999163786 DE19963786A1 (en) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Pressure measurement element is component of semiconductor wafer whose base surface is fully joined to body of same or approximately same dimensions, different coefficient of elasticity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19963786A1 true DE19963786A1 (en) | 2001-07-05 |
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ID=7935004
Family Applications (1)
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| DE1999163786 Withdrawn DE19963786A1 (en) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Pressure measurement element is component of semiconductor wafer whose base surface is fully joined to body of same or approximately same dimensions, different coefficient of elasticity |
Country Status (1)
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1999
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