DD244201A1

DD244201A1 - SELECTION PROCEDURE FOR BRIDGE SWITCHES FOR ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS AND TRANSDUCERS

Info

Publication number: DD244201A1
Application number: DD28429185A
Authority: DD
Inventors: Ralf Nuernberger; Friedrich Schwabe; Roland Werthschuetzky; Dietfried Burczyk
Original assignee: Geraete & Regler Werke Veb
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1987-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Auswahlverfahren fuer auf elektromechanischen Wandlern angeordneten Brueckenschaltungen und eine Wandleraufnahmeeinrichtung. Insbesondere zur Erhoehung der Ausbeute stellt sich die Erfindung die Aufgabe, alle Halbleiterdehnmesselemente vor dem Einbau in die Aufnahmeeinrichtung einer vollstaendigen elektrischen Pruefung unter Druck- und Temperaturbelastung zu unterziehen. Das wird dadurch erreicht, dass das Rohr, das mit seiner einen Seite des Wandlerelement traegt, mit seiner anderen Seite mit einer rohrfoermigen Buchse verbunden wird, das anschliessend die so entstandene Baueinheit, bestehend aus Wandlerelement, Rohr und Buchse, in einer Pruefvorrichtung dichtend und loesbar befestigt wird und dass in der Pruefvorrichtung die elektrische Kontaktierung aller integrierten Dehnmesselemente mit in der Pruefvorrichtung befindlichen Stromleitstiften erfolgt. Als naechster Schritt werden die vier Dehnmesselemente einer jeden Gruppe unter Einbeziehung von weiteren druckunabhaengigen Kompsensationselementen zu kompletten Wheatstonschen Messbruecken verschaltet und das Wandlerelement im wesentlichen unter den gleichen Einspannverhaeltnissen wie spaeter in einem Messumformergehaeuse, einer Pruefung seiner Messbruecken unter Druck- und Temperatureinfluss unterzogen, wobei nach vorgegebenen Kriterien wie Uebertragungs- und Fehlereigenschaften die guenstigste Messbruecke ausgewaehlt und markiert wird. Anschliessend wird die Kontaktierung beseitigt, die Baueinheit aus der Pruefvorrichtung entnommen und in einem scheibenfoermigen Traeger durch Verschweissen der Buchse mit dem Traeger montiert. Als letzter Schritt erfolgt nun die Verbindung der ausgewaehlten Bruecke mit den Stromleitstiften des Traegers, so dass eine fertig gepruefte Baueinheit entsteht. Fig. 1The invention relates to a selection method for arranged on electromechanical transducers bridge circuits and a transducer receiving device. In particular, in order to increase the yield, the invention has the task of subjecting all Halbleiterdehnmesselemente before installation in the receiving device of a complete electrical test under pressure and temperature load. This is achieved in that the tube, which bears with its one side of the transducer element, is connected with its other side with a rohrfoermigen socket, which then the resulting assembly, consisting of transducer element, tube and socket, sealing and releasable in a test device is fastened and that takes place in the test device, the electrical contacting of all integrated strain gauge with located in the test device Stromleitstiften. As a next step, the four strain gauges of each group are interconnected to form complete Wheatstone gauges using further pressure-independent compensation elements, and the transducer element is subjected to pressure and temperature influence essentially under the same chucking ratios as later in a transmitter housing, checking its gauges Criteria such as transmission and error characteristics, the most favorable measuring bridge is selected and marked. Subsequently, the contact is removed, removed the assembly from the test device and mounted in a scheibenfoermigen Traeger by welding the socket with the Traeger. The last step is now the connection of the selected bridge with the Stromleitstiften the carrier, so that a finished module is formed. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen \ For this 3 pages drawings \

4 ' ...' - 4 '...' -

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft elektromechanische Wandler, insbesondere Halbleiterverformungskörper mit integrierten piezoresistiven Dehnelementen, die üblicherweise zu einer Wheatstonschen Meßbrücke geschaltet sind und in breitem Umfang zur Messung von Drücken, Druckdifferenzen oder davon abgeleiteter physikalischer Größen angewendet werden.The invention relates to electromechanical transducers, in particular semiconductor deformation bodies with integrated piezoresistive expansion elements, which are usually connected to a Wheatstone measuring bridge and are widely used for measuring pressures, pressure differences or physical quantities derived therefrom.

Characteristic of the known technical solutions

In elektromechanischen Meßeinrichtungen finden als Wandlerelemente zunehmend Halbleiterverformungskörper Anwendung, in die piezoresistive Dehnmeßelemente integriert sind. Viele dieser ordnen auf dem Verformungskörper mehrere Gruppen von in der Regel vier Dehnmeßelementen an solchen Stellen an, wo der Übertragungsfaktor maximale Werte annimmt. Einen Überblick über bevorzugte Anordnungen solcher Gruppen von Dehmeßelementen ist in der DE-AS 2123690 gegeben. Bei dieser Lösung sind jedoch die Dehnmeßelemente einer jeden Gruppe über integrierte Strukturen zu einer Vollbrücke verschaltet, von denen die günstigste Brücke auszuwählen ist. Um die Anzahl der Auswahlmöglichkeiten zu erhöhen, wurde in dem DD-WP14091.5 vorgeschlagen, die Dehnrneßelemente innerhalb einer Gruppe zu mehreren Halbbrücken zusammenzufassen. Bei . beiden Lösungen ist nachteilig, daß bereits vor dem Bonden der Dehnmeßejemente rnit den Glasdurchführungsstiften, die üblicherweise in einem scheiberiförmlgehTrägeriür das Meßelement angeordnet sind, die optimale Meßbrücke bestimmt werden muß, da anderenfalls eine zu hohe Anzahl von solchen Glasdurchführungen notwendig wäre, die zu hohen Kosten führen würden.In electro-mechanical measuring devices are increasingly used as transducer elements semiconductor deformation body in which piezoresistive strain gauges are integrated. Many of these arrange on the deformation body several groups of usually four strain gauges in places where the transmission factor assumes maximum values. An overview of preferred arrangements of such groups of Dßßelementen is given in DE-AS 2123690. In this solution, however, the strain gauges of each group are interconnected via integrated structures to a full bridge, from which the cheapest bridge is to be selected. In order to increase the number of choices, it has been proposed in DD- WP 14091.5 to group the strain gauges within a group into several half-bridges. At. Both solutions is disadvantageous that even before bonding the Dehnmeßejemente with the glass feedthrough pins, which are usually arranged in a scheiberiförmlgehTrägeriür the measuring element, the optimum measuring bridge must be determined, otherwise a too high number of such glass feedthroughs would be necessary, which leads to high costs would.

In dieser Phase des technologischen Prozesses der Wandlerherstellung ist es nicht möglich, den Verformungskörper innerhalb eines vorgegebenen Bereiches mit Prüfdrücken"zu beaufschlagen und anhand von Meßreihen der Brückenausgangsspannüng weitere wichtige Eigenschaften des Wandlers, wie Übertragüngsfaktbr und Nichtlinearität.fürdieAuswahrderoptimalenßrücke zu berücksichtigen.At this stage of the converter manufacturing technological process, it is not possible to test the deformation body within a given range and to take into account other important characteristics of the transducer, such as transmittance and non-linearity, for the output of optimum readings, from bridge output voltage measurement series.

Um diesen Nachteil zu vermindern, wurde in dem DD-WP 156395 vorgeschlagen, durch ein spezielles Bondschema die vier Dehnmeßelemente yöh zwei Gruppen sowie zwei von der mechanischen Spannung unabhängige Widerstände auf 12 'GlaSdurehfuhmngsstiftezü bonden. DabeiwerdenausjederGruppejeein Dehnmeßelement mit im wesentlichen gleicher relativer Widerstandsänderung ausgewählt und mit ihrem einen Kontakt auf einen gemeinsamen und mit ihrem anderen Kontakt auf einen separaten Glasdurchführungsstift gebondet. Je zwei der so entstandenen Widerstandspaare, die unterschiedliche relative Widerstandsänderungen aufweisen, werden mit ihrem gemeinsamen Anschluß unterIn order to reduce this disadvantage, it was proposed in DD-WP 156395, by means of a special bonding scheme, to bond the four strain gauges of two groups as well as two resistances which are independent of the mechanical stress, to 12 'rubber ferrules. Each set is selected for each strain gauge with substantially the same relative resistance change and bonded with its one contact to a common and with its other contact to a separate glass feedthrough pin. Each two of the resistance pairs thus formed, which have different relative resistance changes, with their common connection under

Zwischenschaltung eines druckunempfindlichen Widerstandes zu Halbbrücken verbunden. Nach Beaufschlagung des Verformungskörpers mit vorher festgelegten Prüfdrücken wird auf der Grundlage dieser Halbbrücken eine optimale BrückeIntermediate circuit of a pressure-insensitive resistor connected to half-bridges. After applying the deformation body with predetermined test pressures on the basis of these half bridges an optimal bridge

ausgewählt. -selected. -

Wenngleich dieses Verfahren gegenüber den erst genannten Vorteile hinsichtlich besserer Ausbeute erbringt, so macht sich dennoch nachteilig bemerkbar, daß von den vorhandenen Brücken nur zwei dieser Prüfung unter Druck- und Temperaturbelastung zugeführt werden und damit die Ausbeute immer noch nicht zufriedenstellen kann.Although this method provides over the first-mentioned advantages in terms of better yield, it nevertheless makes disadvantageous that only two of these tests under pressure and temperature load are supplied from the existing bridges and thus still can not satisfy the yield.

In engem Zusammenhang mit der Auswahl der günstigsten Brücke muß die konstruktive Gestaltung der Aufnahmeeinrichtung für derartige Halbleiterelemente gesehen werden. Diese Aufnahmeeinrichtungen dienen der spannungsarmen Halterung des Halbleiterdruckmeßelementes und der Durchführung der elektrischen Leitungen aus dem Druckraum, wobei gleichzeitig die hermetische Abdichtung des Druckraumes zum Wandlergehäuse auf mindestens einer Seite erfolgt.Closely related to the selection of the most favorable bridge, the structural design of the receiving device for such semiconductor elements must be considered. These receiving devices are used to low-voltage mounting of the Halbleitdruckmeßelementes and the implementation of the electrical lines from the pressure chamber, at the same time the hermetic sealing of the pressure chamber to the converter housing takes place on at least one side.

Bekannte, für Präzisionsdruckwandler verwendete, Aufnahmeeinrichtungen bestehen aus einer Metallscheibe, die in der Mitte das Halbleiterdruckmeßelement trägt und rund um das Meßelement verteilte Glasdurchführungsstifte aufweist (DE-AS 2630640, EPA 33749, GB-PS 1248087, DE-OS 2248004). Andere Lösungen verwendeten zur spannungsarmen Befestigung ein Rohr, welches zwischen dem Meßelement und der Scheibe befestigt ist (z. B. GB-PA 2031592, US-PS 4168630). Nachteilig bei derartigen Lösungen ist, daß die montierten Halbleiterdruckmeßelemente vorher keiner vollständigen elektrischen Prüfung unter Druck- und Temperaturbelastung unterzogen werden. Diese Prüfung erfolgt erst im montierten Zustand und eine nachträgliche Korrektur bezüglich der auszuwertenden Einzelelemente ist nur teilweise oder überhaupt nicht mehr möglich, wodurch der Ausschußanteil entsprechend hoch ist.Known, used for precision pressure transducers, receptacles consist of a metal disc, which carries in the middle of the Halbleiterdruckmeßelement and distributed around the measuring element glass feedthrough pins (DE-AS 2630640, EPA 33749, GB-PS 1248087, DE-OS 2248004). Other solutions have used a low tension mounting tube which is mounted between the gauging member and the disc (e.g., GB-A-2031592, US-A-4168630). A disadvantage of such solutions is that the mounted Halbleiterdruckmeßelemente are not previously subjected to a complete electrical test under pressure and temperature stress. This test takes place only in the assembled state and a subsequent correction with respect to the individual elements to be evaluated is only partially or not at all possible, whereby the proportion of rejects is correspondingly high.

Object of the invention

Ausgehend von vorstehenden Erläuterungen besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Auswahlverfahren für Brückenschaltungen bei elektromechanischen Wandlern und eine dementsprechende Aufnahmeeinrichtung für ein solches Wandlerelement zu schaffen, welche die Ausbeute bei der Wandlerherstellung verbessern.Based on the above explanations, the object of the invention is to provide a selection method for bridge circuits in electromechanical converters and a corresponding receiving device for such a transducer element, which improve the yield in the converter manufacturing.

Characteristics of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auswahlverfahren für Brückenschaltungen bei elektromechanischen Wandlern und eine dementsprechende Aufnahmeeinrichtung für derartige Wandlerelemente zu schaffen, die es ermöglichen, alle Halbleiterdruckmeßelemente einer vollständigen elektrischen Prüfung unter Druck- und Temperaturbelastung vor dem Einbau in die Aufnahmeeinrichtung zu unterziehen. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das Rohr, das mit seiner einen Seite des Wandlerelement trägt, mit seiner anderen Seite mit einer rohrförmigen Buchse verbunden wird und daß anschließend die so entstandene Baueinheit, bestehend aus Wandlerelement, Rohr und Buchse, in einer geeigneten Prüfvorrichtung dichtend und lösbar befestigt wird, wobei in der Prüfvorrichtung die elektrische Kontaktierung aller integrierten Dehnmeßelemente mit in der Prüfvorrichtung befindlichen Kontaktstiften erfolgt. Als nächster Schritt werden die vier DjShnmeßelemente einer jeden Gruppe unter Einbeziehung weiterer druckunabhängiger Kompensationswiderstände zu kompletten Wheatstonschen Meßbrücken verschaltet.The invention has for its object to provide a selection process for bridge circuits in electromechanical transducers and a corresponding receiving device for such transducer elements, which make it possible to subject all Halbleiterdruckmeßelemente a complete electrical test under pressure and temperature stress before installation in the receiving device. According to the invention this is achieved in that the tube, which carries with its one side of the transducer element, is connected at its other side with a tubular sleeve and that subsequently the resulting assembly consisting of transducer element, tube and socket, sealing in a suitable test device and releasably secured, wherein in the test device, the electrical contacting of all integrated strain gauges is done with pins located in the tester. As a next step, the four DjShnmeßelemente each group are interconnected with the inclusion of further pressure-independent compensation resistors to complete Wheatstone Meßbrücken.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird das Wandlerelement mit seinen integrierten Dehnmeßelementen, im wesentlichen unter den gleichen Einspannverhältnissen wie später in dem Gehäuse eines Druckwandlers oder Differenzdruckmeßumformers einer Prüfung seiner Meßbrücken unter Druck- und Temperatureinfluß unterzogen, wobei nach vorgegebenen Kriterien, wie Übertragungs- und Fehlereigenschaften, die optimale Meßbrücke ausgewählt und entsprechend gekennzeichnet wird. Nachfolgend wird die vorgenommene Kontaktierung der Dehnmeßelemente mit den in der Prüfvorrichtung befindlichen Kontaktstiften beseitigt und die genannte Baueinheit bestehend aus Verformungskörper, Rohr und Buchse aus der Prüfvorrichtung entnommen. Erst nach dieser Prüfung erfolgt nunmehr die Verbindung der o.g. Baueinheit mit dem scheibenförmigen Träger, vorzugsweise durch Verschweißen der Buchse mit dem Träger.In a next process step, the transducer element with its integrated strain gauges, under substantially the same clamping conditions as later in the housing of a pressure transducer or Differenzdruckmeßumformers subjected to a test of its measuring bridges under pressure and temperature influence, said according to predetermined criteria, such as transmission and error properties, the optimal measuring bridge selected and marked accordingly. Subsequently, the made contacting the strain gauges is removed with the located in the tester pins and said assembly consisting of deformation body, tube and socket removed from the tester. Only after this test is the connection of the o.g. Assembly with the disk-shaped carrier, preferably by welding the socket to the carrier.

Als letzter Schritt erfolgt nun die Verbindung der ausgewählten Brücke mit den in den scheibenförmigen Träger eingeglasten Stromleitstiften, so daß eine fertige geprüfte Baueinheit entsteht, die wahlweise in entsprechende Gehäuse von Präzisionsdruckwandlern oder Druck- bzw. Differenzdruckmeßumformern eingebaut werden kann. Die erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung für derartige Halbleiterdruckmeßelemente, die die Durchführung des vorstehend erläuterten Auswahlverfahrens in entscheidendem Maße beeinflußt, weist eine rohrförmige Buchse auf, die sowohl mit dem den Verformungskörper tragenden Rohr als auch mit dem scheibenförmigen Träger, der in bekannter Weise zur Durchführung der elektrischen Anschlüsse aus dem Druckraum eingeglaste Ström leitstifte besitzt, verbunden ist. Die Buchse besitzt in ihrem oberen Teil einen Innendurchmesser, der den Außendurchmesser des Rohres geringfügig übersteigt. Dieser Innendurchmesser verkleinert sichim unteren Teil defBuchse auf den Außendurchmesser O es Rohres, so daßin diesemBereich eine Passung zwischen Buchse und Rohr realisiert ist. An ihren unteren Enden sind die Buchse und das Rohr miteinander verbunden, vorzugsweise mittels eines Schweißverfahrens, welches eine geringe Wärmeeinbringung gewährleistet, wie Laserschweißen. Die Passung und die Schweißverbindung gewährleisten gemeinsam eine zuverlässige und dauerhafte vakuumdichte Verbindung.The last step is now the connection of the selected bridge with the glazed in the disc-shaped carrier Stromleitstiften, so that a finished tested unit is formed, which can be installed in appropriate housing of precision pressure transducers or pressure or Differenzdruckmeßumformern. The recording device according to the invention for such Halbleitdruckmeßelemente that affects the implementation of the above-mentioned selection process significantly, has a tubular socket, both with the deformation of the body bearing tube and with the disc-shaped carrier, in a known manner for carrying out the electrical connections the pressure chamber glazed flow has Leitstifte, is connected. The bushing has in its upper part an inner diameter which slightly exceeds the outer diameter of the pipe. This inner diameter decreases in the lower part of the sleeve to the outer diameter O of the tube, so that a fit between the sleeve and the tube is realized in this area. At its lower ends, the bush and the pipe are connected to each other, preferably by means of a welding process, which ensures a low heat input, such as laser welding. The fit and the welded joint together ensure a reliable and durable vacuum-tight connection.

Die Buchse weist in ihrem äußeren Teil einen Bund auf, über den sowohl die Befestigung mit dem scheibenförmigen Träger als auch die druckdichte lösbare Befestigung in einer geeigneten Prüfvorrichtung erfolgt. Der genannte Bund ist vorzugsweise im mittleren Teil der Buchse lokalisiert, so daß die Buchse sowohl im oberen Bereich als auch im unteren Bereich rohrförmige Abschnitte geringerer Wandstärke besitzt. Für die Befestigung der Buchse mit dem Träger wird ebenfalls ein modernes Schweißverfahren mit geringer Wärmeeinbringung bevorzugt.The bushing has in its outer part a collar over which both the attachment to the disc-shaped carrier and the pressure-tight releasable attachment takes place in a suitable test device. Said collar is preferably located in the middle part of the sleeve, so that the sleeve has tubular portions of lesser wall thickness both in the upper region and in the lower region. For the attachment of the socket with the carrier, a modern welding method with low heat input is also preferred.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:

Figur 1 Figur 2 Figur 2a Figur 3 Figur 4 Figur 5Figure 1 Figure 2 Figure 2a Figure 3 Figure 4 Figure 5

die Baueinheit Verformungskörper, Rohr, Buchsethe unit deformation body, pipe, bush

eine mögliche Prüfvorrichtung für die Baueinheit nach Fig. 1a possible test device for the assembly of FIG. 1

Draufsicht auf das SicherungsblechTop view on the locking plate

ejne komplette Aufnahmeeinrichtung für Druck und Differenzdruckmeßumformer einen Schnitt entlang der Linie l-l von Fig.3ejne complete recording device for pressure and Differenzdruckmeßumformer a section along the line l-l of Figure 3

eine weitere Aufnahmeeinrichtung für Präzisionswandler, die in einem Gehäuseabschnitt eines solchen Druckwandlers montiert ist.another recording device for precision converter, which is mounted in a housing portion of such a pressure transducer.

Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Auswahlverfahrens für Brückenschaltungen bei elektromechanischen Wandlern besteht darin, daß das Rohr 4 auf der dem Wandlerelement 1 abgewandten Seite mit einer rohrförmigen Buchse verbunden wird. Die somit gebildete Baueinheit ist in Fig. 1 dargestellt und besteht im einzelnen aus dem Wandlerelement 1, einem Rohr 4 zur spannungsarmen Befestigung des Wandlerelementes im Gehäuse und einer rohrförmigen Buchse, in der die Befestigung des Rohres 4 erfolgt. Das Wandlerelement 1 besteht aus dem Siliziumchip 2, der in seinem zentralen Bereich als druckempfindliche Biegeplatte ausgebildet ist, in die integrierte piezoresistive Dehnmeßelemente eingebracht sind und aus einem Grundkörper 3 aus Silizium oder einem anderen dem Ausdehnungskoeffizienten von Silizium angepaßten Material, wie z. B. Borsilikatglas. Je nach den verwendeten Materialien wird zur vakuumdichten Verbindung des Chip 2 mit dem Gegenkörper 3 vorzugsweise das Diffusionsschweißen bei Silizium auf Silizium oder das anodische Bonden bei Silizium auf Glas eingesetzt. Auf die Anordnung der Dehmeßelemente auf dem Chip wurde verzichtet, da diese nicht Gegenstand vorliegender Erfindung ist und im übrigen auf zahlreiche Veröffentlichungen verwiesen werden kann, z. B. DE-AS 2123369 oder DD-WP 207764.The first step of the selection process according to the invention for bridge circuits in electromechanical transducers is that the tube 4 is connected on the side facing away from the transducer element 1 with a tubular sleeve. The assembly thus formed is shown in Fig. 1 and consists in detail of the transducer element 1, a tube 4 for low-voltage attachment of the transducer element in the housing and a tubular socket in which the attachment of the tube 4 takes place. The transducer element 1 consists of the silicon chip 2, which is formed in its central region as a pressure-sensitive bending plate, are incorporated in the integrated piezoresistive Dehnmeßelemente and from a base body 3 made of silicon or other the expansion coefficient of silicon adapted material, such. B. borosilicate glass. Depending on the materials used, diffusion bonding with silicon on silicon or anodic bonding with silicon on glass is preferably used for the vacuum-tight connection of chip 2 to counter-body 3. On the arrangement of Dehmeßelemente on the chip has been omitted, since this is not the subject of the present invention and, moreover, to numerous publications can be referenced, for. B. DE-AS 2123369 or DD-WP 207764.

Das Rohr 4 besteht vorteilhafter Weise aus.einem Metall mit einem dem Material des Gegenkörpers 3 angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie z. B. Nicosil. Die Verbindung mit dem Gegenkörper erfolgt durch eine isolierende Klebe- oder auch Glaslotverbindung 5, die eine temperaturstabile, feste und vakuumdichte Verbindung gewährleistet. Die Buchse 6 weist in ihrem oberenTeil einen rohrförmigen Abschnitt7 auf, der einen geringfügig größeren Innendurchmesser gegenüber dem Rohr4 besitzt. Der untere Bereich 8 der Buchse ist ebenfalls rohrförmig gestaltet und besitzt einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Rohres 4 angepaßt ist, so daß eine Passung zwischen dem Abschnitt 8 und dem Rohr 4 realisiert wird. Der untere Teil des Abschnittes 8 ist mit dem Rohr 4 durch ein Schweißverfahren mit geringer Wärmeeinbringung, wie z. B. Laserschweißen, druckdicht verbunden. Durch diese Gestaltung der Buchse wird erreicht, daß die freie Röhrchenlänge nur unwesentlich verkürzt wird und damit Gehäusespannungen praktisch nicht übertragen werden. Die Buchse 6 weist in ihrem äußeren Teil einen Bund 9 auf, der vorzugsweise in dem mittleren Bereich der Buchse 6 ausgebildet ist und über den sowohl die Verbindung mit dem scheibenförmigen Träger 10 als auch die weiter unten beschriebene druckdichte und lösbare Befestigung in einergeeigneten Prüfvorrichtung erfolgt. Nach Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Baueinheit, bestehend aus Wandlerelement 1, Rohr 4 und Buchse 6, wird diese Baueinheit in einer geeigneten Prüfvorrichtung lösbar und dichtend befestigt. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Prüfvorrichtung, in diesem Fall für einen Druckwandler, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Prüfvorrichtung besteht aus einem Grundkörper 11 und einem Deckel 12, der nach der Befestigung der Baueinheit dichtend auf dem Grundkörper befestigt wird. Der Grundkörper besitzt in seinem zentralen Bereich eine Ausnehmung 13, die in ihrem Boden eine durchgehende Bohrung 14 aufweist, die in ihrem oberen Teil einen Innendurchmesser besitzt, der im wesentlichen dem Außendurchmesser der Buchse 9 entspricht. Der Grundkörper besitzt weiterhin eine seitliche in die Ausnehmung 13 mündende Bohrung 15, in der sich eine Arrettierungsschraube 16 befindet, über die ein Sicherungsblech 17 verschoben werden kann. Die Montage der Baueinheit erfolgt in der Weise, daß diese so in die Prüfvorrichtung eingesetzt wird, daß sich der Bund 9 der Buchse 6 in dem oberen dünneren Bereich der Bohrung 14 befindet. Das Sicherungsblech 17 weist dazu eine erste Bohrung 18 auf, die etwas größer als der Bunddurchmesser ist. Nach dem Einsetzen der Baueinheit wird das Sicherungsblech über die Schraube 16 in eine zweite Lage verschoben, in der sich die genannte Bohrung auf einen Durchmesser, der etwas größerist als der äußere Durchmesser des oberen Abschnitts 7 der Buchse 6, verkleinert. Zur druckdichten Befestigung der Baueinheit wird mittels der Schraube 19 die Hülse 20 mit dem Rundgummiring 21 gegen die Buchse 6 gedrückt, so daß eine übliche Metall-Rundgummidichtung entsteht. Die somit realisierte Befestigung der Baueinheit in der Prüfvorrichtung erfolgt ausschließlich über den Bund 9 der Buchse, wobei die spannungsarme Montage des Wandlerelementes voll erhalten bleibt. Diese Befestigung entspricht somit im wesentlichen der Befestigung, wie sie später bei der Montage des Wandlerelementes in einem Gehäuse eines Druck- oder Differenzdruckmeßumformers erfolgt. Alle Dehnmeßelemente auf dem Siliziumchip 2 werden mit rund um die Ausnehmung 13 verteilten eingeglasten Stromleitstiften 22 elektris.ch verbunden. Vorteilhafterweise erfolgt diese Verbindung übereineentsprechendstrukturiertemetallisierte Leiterplatte 23, die eine entsprechende Ausnehmung für das Wandlerelement 1 aufweist und im wesentlichen mit derOberseite desSiliziumchips auf gleicherHohe liegt.Die Verbindung der Dehmeßelemente mit den entsprechenden Leitbähnen auf derLeiterplatte kann Vorteilhaftmittels autoMatischemültraschallbonden und die Verbindung der Stromleitstifte 22 mit den anderen Enden der Leitbahnen mittels Löten erfolgen.The tube 4 is advantageously aus.einem metal with a material of the counter body 3 adapted thermal expansion coefficient, such. B. Nicosil. The connection to the counter body is made by an insulating adhesive or glass solder 5, which ensures a temperature-stable, firm and vacuum-tight connection. The sleeve 6 has in its upper part a tubular portion 7 which has a slightly larger inner diameter relative to the tube 4. The lower portion 8 of the sleeve is also tubular and has an inner diameter which is adapted to the outer diameter of the tube 4, so that a fit between the portion 8 and the tube 4 is realized. The lower part of the section 8 is connected to the pipe 4 by a welding process with low heat input, such. B. laser welding, pressure-tight connected. By this design of the socket is achieved that the free tube length is only slightly shortened and thus housing voltages are practically not transmitted. The bushing 6 has in its outer part a collar 9, which is preferably formed in the central region of the bushing 6 and via which both the connection with the disk-shaped carrier 10 and the pressure-tight and releasable attachment described below takes place in a suitable test device. After production of the assembly shown in Fig. 1, consisting of transducer element 1, tube 4 and socket 6, this unit is detachably and sealingly secured in a suitable test device. An exemplary embodiment of such a test device, in this case for a pressure transducer, is shown in FIG. 2. The test device consists of a base body 11 and a cover 12, which is fastened sealingly on the base body after attachment of the assembly. The main body has in its central region a recess 13 which has a through hole 14 in its bottom, which has in its upper part an inner diameter which corresponds substantially to the outer diameter of the bush 9. The main body further has a lateral opening into the recess 13 bore 15 in which a locking screw 16 is located, via which a locking plate 17 can be moved. The assembly of the assembly takes place in such a way that it is inserted into the test device, that the collar 9 of the sleeve 6 is located in the upper thinner portion of the bore 14. The locking plate 17 has for this purpose a first bore 18, which is slightly larger than the collar diameter. After insertion of the assembly, the locking plate is moved via the screw 16 in a second position in which said bore to a diameter which is slightly larger than the outer diameter of the upper portion 7 of the sleeve 6, reduced. For pressure-tight attachment of the unit, the sleeve 20 is pressed by the screw 19 with the round rubber ring 21 against the sleeve 6, so that a conventional metal-round rubber seal is formed. The thus realized attachment of the assembly in the tester is done exclusively on the collar 9 of the socket, wherein the low-voltage mounting of the transducer element is fully maintained. This attachment thus corresponds substantially to the attachment, as is done later in the assembly of the transducer element in a housing of a pressure or Differenzdruckmeßumformers. All Dehnmeßelemente on the silicon chip 2 are connected to approximately distributed around the recess 13 glazed Stromleitstifte 22 elektris.ch. Advantageously, this connection is via a correspondingly textured metallized circuit board 23 having a corresponding recess for transducer element 1 and substantially flush with the top of the silicon chip. The connection of the sensing elements to the corresponding conductive baffles on the printed circuit board may advantageously be by auto matically ultrasonic bonding and the connection of the conductive pins 22 to the other ends the interconnects by soldering done.

Nach der beschriebenen Befestigung der Baueinheit und Kontaktierung der Dehnmeßelemente mit den Stromleitstiften werden jeweils die vier Dehnmeßelemente einer jeden Gruppe unter Einbeziehung weiterer druckunabhängiger Kompensationswiderstände außerhalb der eigentlichen Prüfvorrichtung zu kompletten Meßbrücken verschaltet. Nunmehr wird : das Wandlerelernent unter Druck- undTemperaturbelastuhg einer^Prüfuhg'seirter'Kennwerte/uhterzbgen. DieAuswahl der günstigsten Meßbrücke anhand der errnitteiten Kennwerte etfolgtnachailgeffiein bekannten Kriterien, wie Übertragungs^undFehlereigenscihaften.After the described attachment of the assembly and contacting the Dehnmeßelemente with the Stromleitstiften the four strain gauges of each group are interconnected with the inclusion of further pressure-independent compensation resistances outside the actual test apparatus to complete measuring bridges. Now: the transducer element is under pressure and temperature load of a tester's characteristics. The selection of the most favorable measuring bridge on the basis of the characteristic values is carried out according to known criteria, such as transmission and error characteristics.

Es ist eine wesentliche Zielstellung der vorliegenden Erfindung, daß die in der Prüfvorrichtung ermittelten Meßdaten/und die berechneten Kompensationswiderstände weitestgehend mit den Meßdaten übereinstimmen, die nach dem erfolgten Einbau derBaueinheit in ein entsprechendes Gehäuse eines Druck- öder Differenzdruckmeßumformers zu messen sind und somit die letzgenannte Messung entfallen kann. Dieser Vorteil wird maßgeblich durch die Verwendung der beschriebenen-Buchse 6 und den entsprechenden Einbau sowohl in die Prüfvorrichtung als auch in ein geeignetes Gehäuse ermöglicht.It is an essential object of the present invention that the measurement data determined in the test apparatus and the calculated compensation resistances correspond as far as possible to the measurement data to be measured after installation of the module in a corresponding housing of a pressure or differential pressure transducer and thus the latter measurement can be omitted. This advantage is significantly made possible by the use of the described socket 6 and the corresponding installation in both the tester and in a suitable housing.

-4- Z44 ZUI-4- Z44 ZUI

Es bedarf keiner besonderen Begründung, daß sowohl die Berechnung der kompensierten Kenndaten eines jeden Wandlerelementes als auch für die Auswahl der günstigsten Meßbrücke der Einsatz von Computern eine wesentliche Hilfe darstellt, insbesondere um den dafür erforderlichen Aufwand so klein wie möglich zu halten.There is no particular reason that both the calculation of the compensated characteristics of each transducer element as well as for the selection of the cheapest measuring bridge the use of computers is an essential help, especially to keep the required effort as small as possible.

Nach der beschriebenen Auswahl der günstigsten Brücke wird diese auf geeignete Weise markiert, die elektrische Kontaktierung in der Prüfvorrichtung beseitigt, z. B. durch Entfernen der Bonddrähte, und die Baueinheit, nachdem sie aus der Prüfvorrichtung entnommen wurde, mit einem geeigneten scheibenförmigen Träger 10 verbunden. Die hermetische vakuumdichte Verbindung erfolgt zwischen dem unteren äußeren Bereich des Bundes 9 und dem Träger 10 vorzugsweise durch Laser- oder Elektronenstrahlschweißen. Je nach dem, ob der der Einbau der Baueinheit in einen Druck- oder Differenzdruckmeßumformer erfolgen soll, werden unterschiedliche Träger 10 verwendet. Figur 3 zeigt einen solchen Träger mit der montierten Baueinheit für einen Differenzdruckmeßumformer. Rund um die Baueinheit befinden sich die zur Herausführung der gewonnenen druckproportionalen Signale aus dem Druckraum erforderlichen Stromleitstifte 24, die isolierend in dem Metallträger 10, vorzugsweise durch Einglasen, befestigt sind. Das Wandlerelement 1 ist entsprechend Figur 4 so angeordnet, daß die in der Prüfvorrichtung ermittelte optimale Gruppe von Dehnmeßelementen den eingeglasten Stromleitstiften am nächsten liegt. Nach der elektrischen Kontaktierung der ausgewählten Dehnmeßelemente mit den Stromleitstiften 24 steht eine geprüfte Baugruppe zur Verfügung, die in ein entsprechendes Gehäuse eines Differenzdruckmeßumformers eingebaut und mit der erforderlichen Auswertelektronik versehen einen Differenzdruckmeßumformer ergibt. Der Träger besteht vorzugsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der zwischen dem des Rohres 4 und dem des Metallgehäuses liegt. Der Träger 10 weist in seinem zentralen Teil eine durchgehende Bohrung 25 auf, in der die Baueinheit befestigt ist. Dazu ist derobere Teil der Bohrung mit einem dem Durchmesser des Bundes 9 angepaßten Innendurchmesserversehen. An diesem Teil schließt sich der untere Teil der Bohrung 25 an, der einen größeren Durchmesser aufweist. Der Übergang der genannten beiden Bereiche bildet einen Vorsprung 26, an dem die Schweißverbindung mit dem Bund erfolgt. Die Bohrung 26 ist nach unten vakuumdicht durch eine Verschlußscheibe 27, z. B. durch Laserschweißen, verschlossen. Dabei entsteht eine Kammer 28, die mit dem Innenraum des Silizium-Chips über das Rohr 4 verbunden ist. Die Zuführung des minusseitigen Druckes in die Kammer 28 erfolgt über die in dem Träger vorgesehenen Bohrungen 29 und 30. Zur Erreichung eines hohen Isolationswiderstandes zwischen dem Wandlermeßelement 1 und dem ungebundenen Gehäuse des Meßumformers (nicht dargestellt) ist das Wandlerelement unmittelbar mit einem aus Keramik bestehenden Füllkörper 31 umgeben, der gleichzeitig das Volumen der in dem Meßumformer erforderlichen Übertragungsflüssigkeit, z. B. Silikonöl, herabsetzt. Der Füllkörper 31 besitzt Bohrungen 32, durch die die Strom leitstifte frei durchgeführt sind. In vorteilhafterweise ist auf die eine Fläche des Füllkörpers eine metallisierte Struktur 33 aufgebracht, die zur Kontaktierung der Dehnmeßelemente mit den Stromleitstiften dient. Die Kontaktierung der Stromleitstifte mit der Struktur 32 erfolgt vorzugsweise mittels Löten, während die Kontaktierung von der Struktur 32 zu den Dehnmeßelementen vorzugsweise durch Ultraschallbonden von dünnen Drähten realisiert wird. Über dem Wandlerelement 1 ist weiterhin eine mit dem Füllkörper verbundene Keramikscheibe 33 angeordnet, die dem Berührungsschutz der auf dem Siliziumchip befindlichen Struktur und der Bonddrähte sowie der weiteren Isolation gegenüber dem Meßumformergehäuse dient..After the described selection of the cheapest bridge this is marked in a suitable manner, eliminates the electrical contact in the tester, z. B. by removing the bonding wires, and the assembly after it has been removed from the tester, connected to a suitable disc-shaped carrier 10. The hermetic vacuum-tight connection takes place between the lower outer region of the collar 9 and the carrier 10, preferably by laser or electron beam welding. Depending on whether the installation of the assembly is to take place in a pressure or Differenzdruckmeßumformer, different carriers 10 are used. Figure 3 shows such a carrier with the assembled assembly for a differential pressure transducer. Around the assembly are the lead-out of the obtained pressure-proportional signals from the pressure chamber required Stromleitstifte 24 which are insulating in the metal support 10, preferably by blowing, are fixed. The transducer element 1 is arranged according to Figure 4 so that the determined in the test apparatus optimum group of Dehnmeßelementen the glazed Stromleitstiften is closest. After the electrical contacting of the selected strain gauges with the Stromleitstiften 24 is a tested assembly available, which is installed in a corresponding housing of a Differenzdruckmeßumformers and provided with the required evaluation electronics results in a differential pressure transducer. The support is preferably made of an iron-nickel alloy having a thermal expansion coefficient which is between that of the tube 4 and that of the metal housing. The carrier 10 has in its central part on a through hole 25 in which the unit is mounted. For this purpose, the upper part of the bore is provided with a diameter of the collar 9 matched inside diameter. At this part, the lower part of the bore 25 connects, which has a larger diameter. The transition of said two areas forms a projection 26 on which the welded connection with the collar takes place. The bore 26 is vacuum-tight down through a closure plate 27, z. B. by laser welding, closed. This results in a chamber 28 which is connected to the interior of the silicon chip via the pipe 4. The supply of the minus-side pressure in the chamber 28 via the holes provided in the support 29 and 30. To achieve a high insulation resistance between the Wandler 1 and the unbound housing of the transmitter (not shown), the transducer element is directly with a ceramic filling body 31 surrounded the same time the volume of the transmission fluid required in the transmitter, z. As silicone oil, lowers. The filler body 31 has holes 32 through which the current guide pins are carried out freely. Advantageously, a metallized structure 33 is applied to the one surface of the filling body, which serves for contacting the Dehnmeßelemente with the Stromleitstiften. The contacting of the Stromleitstifte with the structure 32 is preferably carried out by means of soldering, while the contacting of the structure 32 to the Dehnmeßelementen is preferably realized by ultrasonic bonding of thin wires. Above the transducer element 1, a ceramic disk 33 connected to the filler body is furthermore arranged, which serves for the protection against contact of the structure located on the silicon chip and the bonding wires as well as the further insulation with respect to the transmitter housing.

In Figur 5 ist ein scheibenförmiger Träger 10 mit montierter Baueinheit dargestellt, der.in ein Gehäuse eines Präzisionsdruckwandlers eingebaut ist. Dabei erfolgt die Montage der Baueinheit gemäß Fig. 1 in dem Träger 10 auf prinzipiell die gleiche Weise. Die Gestaltung des Trägers 10 kann lediglich durch Wegfall der minusseitigen Druckzuführung einfacher erfolgen. Sowohl der Träger 10 als auch die Gehäuseteile des Präzisionsdruckwandlers sind so ausgelegt, daß der gleiche in Figur 3 und 4 beschriebene Füllkörper 31 eingesetzt werden kann. Der Träger 10 ist formschlüssig und druckdicht durch eine Schweißverbindung in den Gehäuseteilen 34 und 35 befestigt. Die Gehäuseteile 34 und 35 werden nach dieser Befestigung vorzugsweise durch Laserschweißen miteinander verbunden. Der Druckraum 37 wird üblicherweise von der dem Wandlerelement 1 zugewandten Seite über eine geeignete Trennmembran 28, die mit den Gehäuseteilen 35 und 36 vorzugsweise durch Laserschweißen hermetisch verbunden ist, vakuumdicht abgeschlossen. Die Ölfüllung des Druckraumes 37 erfolgt über ein in dem Träger 10 separat eingeglastes Kapillarrohr 39, das nach der Ölfüllung durch Quetschen hermetisch abgedichtet wird. In beiden beschriebenen Ausführungsformen (Fig.3-5) erfolgt die Montage der Baueinheit im wesentlichen unter gleichen Verhältnissen wie auch in der Prüfvorrichtung. Es hat sich gezeigt, daß die in der Prüfvorrichtung ermittelten Kennwerte mit den nach Montage der Baueinheit in ein Meßumformergehäuse ermittelten Daten weitgehend übereinstimmen, so daß die letztere Messung entfallen kann.In Figure 5, a disc-shaped carrier 10 is shown with mounted assembly, which is incorporated.in a housing of a precision pressure transducer. In this case, the assembly of the assembly according to FIG. 1 in the carrier 10 takes place in principle the same way. The design of the carrier 10 can be done only by eliminating the minus-side pressure supply easier. Both the carrier 10 and the housing parts of the precision pressure transducer are designed so that the same filling body 31 described in FIGS. 3 and 4 can be used. The carrier 10 is positively and pressure-tightly secured by a welded connection in the housing parts 34 and 35. The housing parts 34 and 35 are preferably connected to each other by laser welding after this attachment. The pressure chamber 37 is usually closed off from the side facing the transducer element 1 via a suitable separation membrane 28, which is preferably hermetically connected to the housing parts 35 and 36 by laser welding. The oil filling of the pressure chamber 37 via a separate glazed in the carrier 10 capillary 39, which is hermetically sealed by squeezing after the oil filling. In both described embodiments (Fig.3-5), the assembly of the assembly takes place substantially under the same conditions as in the tester. It has been shown that the characteristic values determined in the test apparatus largely coincide with the data ascertained after assembly of the module into a transmitter housing, so that the latter measurement can be dispensed with.

Claims

Claim:

1. Selection method for bridge circuits in electromechanical transducers, comprising a consisting of a silicon chip and a counter-body transducer element, which is connected to the low-voltage attachment with a tube, wherein in the one side of the chip at the maximum piezoresistive effects excellent locations groups of four piezoresistive Dehnmeßelementen are integrated, characterized in that the tube (4) on the side facing away from the transducer element (1) with a tubular bushing (6) is connected, that subsequently the resulting assembly consisting of transducer element (1), tube (4 ) and socket (6), in a suitable test device releasably and sealingly attached, Stromleitstiften contacted by wire bonding and the four strain gauges of each group, including further pressure-independent Kompensationswiderstände be connected to complete Wheatstone Meßbrücken that subsequently the converter Element (1) under substantially the same installation conditions as later in a housing of a Differenzdruckmeßumformers or pressure transducer is subjected to a test of its measuring bridges under pressure and temperature load, wherein according to predetermined criteria, such as transmission and error characteristics, the optimum measuring bridge is selected, then the electrical contacting of the strain gauges with the current guide pins is removed and said assembly is removed from the tester and connected via the socket with a suitable disc-shaped carrier, which has the unit surrounding glazed Stromleitstifte, and that the strain gauges of the selected group with the power pencils of the disc-shaped Beam are connected, so that a finished tested assembly is formed, which can be mounted in suitable housing of pressure or Differenzdruckmeßumformen.

2. Recording device for Halbleiterdruckmeßelemente for carrying out the method according to claim 1, consisting of the on a pipe (4) fixed transducer element (1) and a disc-shaped carrier (10), for carrying out the electrical connections from the pressure chamber glazed Stromleitstifte (24) characterized in that the tube (4) is connected via a tubular bush (6) to the carrier (10), that the bushing in its upper part (7) has an inner diameter which slightly exceeds the outer diameter of the tube the inner diameter of the sleeve (6) in the lower part (8) tapers to the outer diameter of the tube, so that a fit is realized, that the lower end of the tube and the sleeve are pressure-tightly connected to each other and that the sleeve at its outer part a Bund (9) over which both the connection to the carrier (10) and the pressure-tight releasable attachment in a P rüfvorrichtung takes place.

3. Recording device according to claim 2, characterized in that the collar (9) is located in the central part of the bushing (6) and both in the upper part (7) and in the lower part (8), the bushing (6) tubular portions smaller Wall thickness has.

A holding device according to claims 2 and 3, characterized in that the lower tubular portion (8) of the sleeve is connected to the tube (4) by a low heat input welding process such as laser welding or electron beam welding. ,

5. Recording device according to claim 2 to 4, characterized in that the collar (9) of the bushing (6) is connected in its outer lower edge to the carrier (10) by laser welding or another welding method with low heat input.