DE102004029084A1 - Force sensor, has closure diaphragm for locking recess to form cavity that is filled with transmitting medium which transforms influencing force on closure diaphragm to deform sensor diaphragm - Google Patents

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Rainer Engelke
Volker Dr. Grosser
Helge Mischke
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Abstract

The sensor has a substrate (102) with a recess (104) to form a sensor diaphragm (106) around borders of the recess. A closure diaphragm (108) locks the recess to form a cavity. The cavity is filled with a transmitting medium such as incompressible fluid, which transforms influencing force on the closure diaphragm so as to deform the sensor diaphragm. A collecting unit (112) collects the deformation of the sensor diaphragm.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Sensoren, die zur Kraftmessung in Zug- und Druckrichtung eingesetzt werden können, und mit mikrotechnischen Verfahren zum Herstellen derartiger Kraftsensoren.The The present invention relates to sensors for force measurement can be used in the tensile and compressive direction, and with microtechnical Method for producing such force sensors.

Kraftsensoren werden zur Erfassung statischer und dynamischer Kräfte eingesetzt. Da solche Messaufgaben häufig in räumlich begrenzter Umgebung ausgeführt werden müssen, wächst die Bedeutung miniaturisierter, in Mikrotechnik ausgeführter Kraftsensoren. Kraftsensoren werden gegenwärtig üblicherweise mit herkömmlichen feinwerktechnischen Verfahren hergestellt. Solche Sensoren arbeiten nach Funktionsprinzipien, die beispielsweise von Folien- oder piezoresistiven Kraftsensoren bekannt sind, und können die genannten Messaufgaben nur sehr begrenzt erfüllen. Mit mikrosystemtechnischen Verfahren, d.h. mit der Fertigung mikroelektronischer Halbleiterbauelemente kompatiblen Verfahren, hergestellte Kraftsensoren sind andererseits erst teilweise am Markt verfügbar.force sensors are used to detect static and dynamic forces. Because such measurement tasks are common in spatial limited environment Need to become, grows the importance of miniaturized micrometric force sensors. Force sensors are currently becoming commonplace with conventional manufactured Feinwerktechnischen process. Such sensors work according to functional principles, for example of foil or piezoresistive Force sensors are known, and can perform the mentioned measurement tasks only very limited fulfillment. With microsystem techniques, i. with the production of microelectronic semiconductor components compatible methods, manufactured force sensors are on the other hand only partially available on the market.

Folienkraftsensoren basieren auf einer Piezofolie, in der proportional zum Einwirken äußerer Kräfte eine elektrische Ladung entsteht, die über metallisch beschichtete Außenflächen abgegriffen werden kann. Solche Folienkraftsensoren werden beispielsweise von der Mirow Systemtechnik GmbH angeboten.Film force sensors are based on a piezo film in which a proportional to the action of external forces electrical charge is generated, which is metallically coated Outside surfaces tapped can be. Such film force sensors are, for example, of offered by Mirow Systemtechnik GmbH.

Piezoresistive Kraftsensoren weisen üblicherweise ein Siliziumimplantat auf, dessen elektrischer Widerstand auf Formänderungen reagiert, die durch eine, z.B. über eine Kugel, auf das Silizium übertragene äußere Kraft hervorgerufen wird. Solche Kraftsensoren werden beispielsweise von Honeywell International Inc. angeboten.piezoresistive Force sensors usually have a silicon implant whose electrical resistance to shape changes reacted by a, e.g. above a sphere, external force transmitted to the silicon is caused. Such force sensors are used for example by Honeywell International Inc. offered.

Konventionell angebotene Kraftsensoren werden einzeln, in mehreren, teilweise aufwändigen, feinwerktechnischen Prozessschritten produziert. Eine Adaption dieser Sensoren auf mehrere Einsatzgebiete (d.h. unterschiedliche Messbereiche) gestaltet sich sehr aufwändig. Die Adaption erfolgt hauptsächlich mittels Modifikation der Dimensionierung des Sensorgrundkörpers und Substitution des Messwertaufnehmers, z.B. der Dehnungsmessstreifen. Dieser Prozess ist sehr kostenintensiv.Conventional offered force sensors are individually, in several, partially elaborate, precision engineering Process steps produced. An adaptation of these sensors to several Areas of use (i.e., different measuring ranges) are designed very expensive. The adaptation is mainly by modifying the dimensioning of the sensor body and Substitution of the transducer, e.g. the strain gauge. This Process is very costly.

Eine Problematik bei Kraftsensoren ist die Einkopplung der mechanischen Kraft in den Sensor. Weil die Kraft eine gerichtete physikalische Größe ist, sind Formänderungen der Sensorelemente nicht nur vom Betrag, sondern auch von der Richtung der Krafteinkopplung abhängig. Diese Problematik stellt sich nicht bei einem Drucksensor, der einen in einem Medium herrschenden statischen Druck misst. DE 198 43 917 A1 beschreibt einen solchen Drucksensor.A problem with force sensors is the coupling of the mechanical force into the sensor. Because the force is a directed physical quantity, changes in the shape of the sensor elements are not only dependent on the amount but also on the direction of the force input. This problem does not arise in a pressure sensor which measures a static pressure prevailing in a medium. DE 198 43 917 A1 describes such a pressure sensor.

Weitere bekannte Lösungen zur Krafteinkopplung verwenden mehrstufige Aufbauten, wo sich z.B. der eigentliche Kraftaufnehmer in einem Hydraulikzylinder befindet und als Sensorelement ein traditioneller mikrotechnisch hergestellter Drucksensor verwendet wird. DE 196 40 854 A1 beschreibt einen längssteifen Kraftaufnehmer mit integrierten hydraulischen Kraft-Druck-Umformern. Dabei wird ein zweistufiger Aufbau verwendet, bestehend aus einem Kraftaufnehmer mit Hydraulikzylinder und einem darin angeordneten Drucksensor.Other known solutions for force coupling use multi-stage structures, where, for example, the actual load cell is located in a hydraulic cylinder and a traditional microtechnical pressure sensor is used as a sensor element. DE 196 40 854 A1 describes a longitudinally stiff load cell with integrated hydraulic force-pressure converters. In this case, a two-stage construction is used, consisting of a force transducer with a hydraulic cylinder and a pressure sensor arranged therein.

In Byl, C., D. W. Howard, S. D. Collins, R. L. Smith, Micromachined Multi-Axis Accelerometer with Liquid Proof Mass, Final report 1998 – 99 for MICRO Project 98-145, Industrial Sponsor(s): Integrated Sensor Systems (ISS), wird eine weitere Anwendung von bekannten mikrosystemtechnischen Drucksensorelementen, die inzwischen in großer Stückzahl und preiswert auf dem Markt verfügbar sind, beschrieben. Dort werden mehrere Drucksensorelemente über einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum miteinander gekoppelt. Der Hohlraum wird hier in Acryl-Kunststoffplatten erzeugt und durch mehrere Silizium-Druck sensorchips verschlossen. Im so entstandenen Bauelement wirkt die Flüssigkeit als Referenzmasse, in der bei Einwirkung von Beschleunigungen an den einzelnen Drucksensorelementen lokal unterschiedliche hydrostatische Drücke entstehen, wodurch die Beschleunigungswerte einschließlich der -richtung detektiert werden können.In Byl, C., D.W. Howard, S.D. Collins, R.L. Smith, Micromachined Multi-Axis Accelerometer with Liquid Proof Mass, Final report 1998 - 99 for MICRO Project 98-145, Industrial Sponsor (s): Integrated Sensor Systems (ISS), will be another application of known microsystem technology Pressure sensor elements, which are now in large quantities and inexpensive on the Market available are described. There are several pressure sensor elements over a with liquid filled Cavity coupled together. The cavity is here in acrylic plastic plates generated and closed by several silicon pressure sensor chips. In the resulting device, the liquid acts as a reference mass, in the case of the action of accelerations on the individual pressure sensor elements locally different hydrostatic pressures arise, causing the Including acceleration values der -richtung can be detected.

Der gegenwärtige Stand der Technik lässt sich so zusammenfassen, dass mit den bisher bekannten Ansätzen der Modifikation von Drucksensoren nicht die Anwendung der Bauelemente als Kraftsensor angestrebt wurde. In der Regel sollen damit vielmehr nur weitere Einsatzfelder im Bereich der Druckmesstechnik erschlossen werden. Die beschriebene Anwendung in einem Multiachsen-Beschleunigungssensor ist in diesem Sinn als Ausnahme zu betrachten.Of the current State of the art can be summarized so that with the previously known approaches of Modification of pressure sensors not the application of the components was sought as a force sensor. As a rule, they should rather only further areas of application in the field of pressure measurement technology opened up become. The described application in a multi-axis acceleration sensor is to be regarded as an exception in this sense.

Im Bereich der Signalverarbeitung gehen immer mehr Anbieter dazu über, die Signalverarbeitungselektronik bis zur Bereitstellung eines digitalen Feldbussignals in den Sensor zu integrieren. Diese Integration erfolgt in der Regel hybrid. Das heißt, dass die Elektronik mit Hilfe von gehäusten ASICs und anderen aktiven und passiven Mikroelektronikbauelementen im Sensorgehäuse aufgebaut und platziert wird. Eine monolithische Lösung, d.h. die Integration der gesamten Elektronik auf dem Sensorchip, ist zwar bekannt, wird aber, wenn technisch nachgewiesen, nur in sehr hohen Stückzahlen wirtschaftlich sein.In the field of signal processing, more and more providers are moving to integrate the signal processing electronics into the sensor until a digital fieldbus signal is available. This integration is usually hybrid. This means that the electronics are assembled and placed in the sensor housing by means of packaged ASICs and other active and passive microelectronic components. A monolithic solution, ie the integration of the entire electronics on the sensor chip, is known, but is, if technically proven, only in very large numbers wirt be economical.

Im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik hat sich in den letzten Jahren die SMT-Fertigung durchgesetzt. In den nächsten Jahren werden auch in der Sensorik miniaturisierte Bauelemente (z.B. Baugröße 0201), μBGA, CSP und ungehäusten ASIC's zum Einsatz kommen.in the The field of assembly and connection technology has been in the last few years Years of SMT production. In the next few years will also be in sensors miniaturized devices (e.g., size 0201), μBGA, CSP and unhoused ASICs are used.

Bei der Herstellung der eigentlichen Sensormesszellen für Drucksensoren haben sich in den letzten Jahren verstärkt die waferbasierten Mikrotechnologien etabliert (z.B. Bosch-Foundry in Reutlingen, X-Fab in Erfurt, Aktiv Sensor und First Sensor im Land Brandenburg bzw. in Berlin, etc.). Zur Zeit ist die Entwicklung von sich technologisch unmittelbar anschließenden Wafer-Level-Packaging bzw. -Assembling-Technologien zu verzeichnen. Entwicklungsaktivitäten zur Nutzung dieser neuen Technologien zur direkten Kraftmessung sind nicht bekannt.at the production of the actual sensor measuring cells for pressure sensors Wafer-based microtechnology has become increasingly popular in recent years established (e.g., Bosch Foundry in Reutlingen, X-Fab in Erfurt, Active Sensor and first sensor in the state of Brandenburg or in Berlin, etc.). At present the development is technologically immediate subsequent Wafer level packaging and assembly technologies. development activities to use these new technologies for direct force measurement are not known.

Mit konventionellen Technologien können geometrisch sehr kleine Kraftsensoren mit ausreichender Präzision der elektrischen Signalerzeugung proportional zur eingeleiteten Kraft nicht hergestellt werden. Diese konventionellen Kraftsensoren sind als weiterer Nachteil nicht direkt gemeinsam mit integrierter Signalauswerteelektronik ausrüstbar.With conventional technologies can be geometric very small force sensors with sufficient precision of electrical signal generation proportional can not be made to the initiated force. This conventional Force sensors are not directly in common as a further disadvantage Equipped with integrated signal evaluation electronics.

Auf Grund der komplizierten Aufbautechnik ist eine weitere Miniaturisierung herkömmlicher Kraftsensorelemente nicht möglich. Die Krafteinleitung ist durch die starren Krafteinleitungselemente erschwert. Insbesondere leidet darunter die Messgenauigkeit, der Messbereich ist eingeschränkt und kleinere Messbereiche im Millinewton-Bereich können bisher nicht erreicht werden. Gleichzeitig leidet die Zuverlässigkeit der Kraftsensoren unter deren komplizierter Aufbautechnik bei erhöhten Herstellungskosten.On The reason for the complicated construction technique is a further miniaturization conventional Force sensor elements not possible. The force is introduced by the rigid force introduction elements difficult. In particular, it suffers from the measurement accuracy, the Measuring range is limited and smaller measuring ranges in the millinewton range can so far can not be reached. At the same time, the reliability suffers the force sensors under their complicated construction technology with increased production costs.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mikrotechnischen Kraftsensor hoher Zuverlässigkeit, sowie ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines solchen Kraftsensors zu schaffen.It the object of the present invention is a microtechnical Force sensor of high reliability, as well as a cost-effective To provide method for producing such a force sensor.

Diese Aufgabe wird durch einen Kraftsensor gemäß Anspruch 1, sowie mit einem Verfahren zum Herstellen eines Kraftsensors gemäß Anspruch 11 gelöst.These Object is achieved by a force sensor according to claim 1, as well as with a A method for producing a force sensor according to claim 11 solved.

Die vorliegende Erfindung schafft einen mikrotechnischen Kraftsensor mit folgenden Merkmalen:

  • – einem Substrat, das eine Ausnehmung aufweist, um eine an die Ausnehmung angrenzende Sensormembran zu bilden;
  • – einer Verschlussmembran zum Verschließen der Ausnehmung, um einen Hohlraum zu bilden, und einem Übertragungsmedium in dem Hohlraum zur Umwandlung einer auf die Verschlussmembran wirkenden Kraft in eine Formänderung der Sensormembran; und
  • – einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Formänderung der Sensormembran.
The present invention provides a microtechnical force sensor having the following features:
  • A substrate having a recess to form a sensor diaphragm adjacent to the recess;
  • A closure membrane for closing the recess to form a cavity and a transfer medium in the cavity for converting a force acting on the closure membrane into a change in shape of the sensor membrane; and
  • - A detection device for detecting the change in shape of the sensor membrane.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines mikrotechnischen Kraftsensors mit folgenden Schritten:

  • – Bereitstellen eines Substrats, das eine Ausnehmung aufweist, um eine an die Ausnehmung angrenzende Sensormembran mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Formänderung der Sensormembran zu bilden; und
  • – Verschließen der Ausnehmung, so dass die Ausnehmung durch eine Verschlussmembran verschlossen ist, um einen Hohlraum zu bilden, in welchem ein Übertragungsmedium zur Umwandlung einer auf die Verschlussmembran wirkenden Kraft in die Formänderung der Sensormembran vorhanden ist.
The present invention further provides a method for producing a microtechnical force sensor comprising the following steps:
  • - Providing a substrate having a recess to form a recess adjacent to the sensor membrane with a detection device for detecting a change in shape of the sensor membrane; and
  • - Closing the recess so that the recess is closed by a sealing membrane to form a cavity in which a transmission medium for converting a force acting on the closure membrane force in the change in shape of the sensor membrane is present.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Umwandlung der Kraft in eine Formänderung der Sensormembran eine vereinfachte Krafteinleitung und Signalverarbeitung in einem mikrotechnischen Kraftsensor ermöglicht und dass weiterhin das Prinzip der Füllung eines Mikrohohlraums mit einem Übertragungsmedium die Umwandlung der zu messenden mechanischen Größe (der Kraft) in eine Formänderung der Sensormembran erlaubt, deren im Weiteren zuverlässige Umwandlung in ein elektrisches Messsignal in wohlbekannten mikrotechnischen Sensorelementen, die inzwischen in großer Stückzahl und preiswert am Markt verfügbar sind, heutzutage als gängige Praxis angesehen werden kann. Der Hauptvorzug des erfindungsgemäßen Ansatzes gegenüber bisher vorgelegten Lösungen der Kraftsensorik, sowohl Herkömmlichen als auch Mikrotechnischen, besteht in der Gewährleistung einer stabilen (robusten) elektrischen Signalerzeugung proportional zur Kraft.Of the The present invention is based on the finding that a Conversion of the force into a change in shape of the sensor membrane a simplified introduction of force and signal processing in a microtechnical Force sensor allows and that continues the principle of filling a microvoid with a transmission medium the transformation of the measured mechanical quantity (the force) into a change of shape allows the sensor membrane, which further reliable conversion into an electrical measurement signal in well-known microtechnical Sensor elements, which are now available in large quantities and inexpensively on the market, nowadays as common Practice can be considered. The main advantage of the approach according to the invention across from previously submitted solutions the force sensor, both conventional as well as microtechnical, consists in ensuring a stable (robust) electrical signal generation proportional to the force.

Ein Vorteil einer solchen mikrotechnisch gefertigten Kraftsensor-Messzelle besteht in der Ergänzung mit integrierter Elektronik zu einem Kraftsensor, der ein analoges und/oder digitales Standardsignal ausgibt. Dieser Kraftsensor bildet zusammen mit diversen Krafteinleitungs- und Haltevorrichtungen ein komplett integriertes Kraftsensor-Messsystem.One Advantage of such a microfabricated force sensor measuring cell exists in the supplement with integrated electronics to a force sensor, which is an analog and / or outputs standard digital signal. This force sensor forms together with various force introduction and holding devices a complete integrated force sensor measuring system.

Als Vorteil gegenüber existierenden Kraftsensoren erreicht der erfindungsgemäße Ansatz eine Miniaturisierung. Eine mögliche Baugröße einer Messzelle ist beispielsweise (3 mm × 3 mm × 0,5 mm). Der erfindungsgemäße Ansatz einer Füllung von Mikrohohlräumen mit einem Übertragungsmedium, bevorzugterweise einem inkompressiblen Fluid, ermöglicht ein einfaches Funktionsprinzip des Sensors. Dadurch und durch eine konstruktive Ausführung der Technologien der Ankopplung Membran – Krafteinleitungselement wird eine hohe Messgenauigkeit (≤ 1%) sowie eine Erweiterbarkeit des Messbereichs (zunächst 0 – 1 Newton) auf andere, insbesondere kleinere Messbereiche (Millinewton-Bereich) ermöglicht. Dies eröffnet die Möglichkeit der Messung kleiner Kräfte und Messbereiche, die bisher in großtechnischem Maßstab nicht erreicht werden können. Insgesamt wird eine hohe Zuverlässigkeit des Kraftsensors erreicht bei geringen Herstellungskosten. Weitere Möglichkeiten bestehen in Anordnungen derartiger miniaturisierter Kraftsensoren als Kraftsensormatrix.As an advantage over existing force sensors, the inventive approach achieves miniaturization. One possible size of a measuring cell is, for example, (3 mm × 3 mm × 0.5 mm). The inventive approach of filling micro-cavities with a Übertragungsmedi um, preferably an incompressible fluid, allows a simple operating principle of the sensor. This and a constructive design of the technologies of the coupling membrane - force introduction element enables a high measuring accuracy (≤ 1%) as well as an expandability of the measuring range (initially 0 - 1 Newton) to other, especially smaller measuring ranges (Millinewton range). This opens up the possibility of measuring small forces and measuring ranges that can not be achieved on an industrial scale so far. Overall, a high reliability of the force sensor is achieved with low production costs. Further possibilities exist in arrangements of such miniaturized force sensors as a force sensor matrix.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Messzelle mit einer mit inkompressiblem Medium gefüllten Kalotte eines Drucksensors in einem Mikroelektroniksubstrat (Silizium) verwendet. Die Verwendung eines solchen Substrats ermöglicht die Zusammenfügung einer Kraftsensor-Messzelle mit der Kraft sensorelektronik zur Ausgabe eines elektronischen Standardsignals zu einem Funktionselement. Die Aufbereitung des elektronischen Signals in einem solchen Kraftsensor erfolgt modular und extrem miniaturisiert unter Verwendung von aktiven Bauelementen (z.B. Mikroprozessor) mit minimalem Energieverbrauch, um thermische Einflüsse der Elektronik auf das Basissignal so gering wie möglich zu halten.According to one embodiment becomes a measuring cell with a dome filled with incompressible medium a pressure sensor used in a microelectronic substrate (silicon). The use of such a substrate allows the assembly of a Force sensor measuring cell with the power sensor electronics for output a standard electronic signal to a functional element. The Preparation of the electronic signal in such a force sensor is modular and extremely miniaturized using active Devices (e.g., microprocessor) with minimal power consumption, around thermal influences the electronics to the base signal as low as possible hold.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die integrierte Schaltung zur Erzeugung eines Basissignals eine Mehrzahl pn-isolierter Brückenwiderstände auf, die in einem piezoresistiven Bereich des Halbleiterchips angeordnet sind. Ferner kann das Substrat einen Kanal oder mehrere Kanäle zum Befüllen der Ausnehmung mit dem Übertragungsmedium oder Übertragungsfluid durch eine äußere Öffnung aufweisen, wobei die äußere Öffnung von einer Dichtung verschlossen sein kann. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann in den Kraftsensor eine elektrische Schaltung monolithisch integriert sein, wobei die Schaltung ausgebildet ist, um ein von der Mehrzahl pn-isolierter Brückenwiderstände erzeugtes Basissignal zu erfassen, auszuwerten und als Standardsignal auszugeben.According to one further embodiment the integrated circuit for generating a base signal a Plural pn-isolated Bridge resistance on, arranged in a piezoresistive region of the semiconductor chip are. Further, the substrate may include one or more channels for filling the Recess with the transmission medium or transfer fluid through an outer opening, the outer opening of a seal can be closed. According to a further embodiment can be monolithic in the force sensor an electrical circuit be integrated, wherein the circuit is adapted to one of the Plural pn-isolated Bridge Resistors Generated Base signal to capture, evaluate and output as a standard signal.

Der Inhalt der Erfindung ist ein mit Technologien der Mikrosystemtechnik hergestellter Kraftsensor, der eine in Batchtechnologie hergestellte Kraftsensor-Messzelle und Elektronik zur Ausgabe eines elektronischen Standardsignals enthält, der in der Lage ist, insbesondere auch kleinere Kräfte, präzise zu messen (Kleinlastbereich). Eine Verwendung der Mikrosystemtechnologien ermöglicht eine monolithische Ausformung des Sensorkörpers und der Sensormembran sowie insbesondere bei Verwendung von Wafer-Level-Assembling-Techniken eine Integration der Erfassungseinrichtung zur Umwandlung der zu erfassenden Messgröße (der Kraft) in ein standardisiertes elektronisches Signal. Dies ermöglicht eine wesentliche Reduzierung der für den Kraftsensor erforderlichen Bauteile. Dies ermöglicht ein kostengünstiges Herstellungsverfahren, eine weitere Miniaturisierung sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit.Of the Content of the invention is one with technologies of microsystems technology manufactured force sensor, which is a batch-produced Force sensor cell and electronics for the output of an electronic Contains standard signal, which is capable, especially smaller forces, precise too measure (low load range). A use of microsystem technologies allows a monolithic shape of the sensor body and the sensor membrane as well as in particular when using wafer-level assembling techniques an integration of the detection device for the conversion of measuring quantity (the Force) into a standardized electronic signal. This allows a substantial reduction of for the force sensor required components. This allows a cost-effective Manufacturing process, further miniaturization and a increased reliability and measurement accuracy.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:

1 eine Querschnittsdarstellung eines Kraftsensors gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 a cross-sectional view of a force sensor according to the present invention;

2 eine Querschnittsdarstellung des in 1 gezeigten Kraftsensors unter Einwirken einer Kraft; 2 a cross-sectional view of the in 1 shown force sensor under the action of a force;

3 eine Draufsicht einer schematischen Darstellung eines in den erfindungsgemäßen Kraftsensor integrierten Schaltung zur Erzeugung eines Basissignals bei Formänderung der Sensormembran; 3 a plan view of a schematic representation of an integrated circuit in the force sensor according to the invention for generating a base signal upon change in shape of the sensor membrane;

4 eine Draufsicht einer schematischen Darstellung der 3, ergänzt mit dem Schema einer Auswerteeinheit zur Erzeugung des elektronischen Kraftsensor-Standardsignals; 4 a top view of a schematic representation of 3 supplemented with the scheme of an evaluation unit for generating the electronic force sensor standard signal;

5A bis 10A jeweils eine schematische Draufsicht auf einen Kraft sensor nach verschiedenen Herstellungsschritten der mikrosystemtechnischen Fertigung gemäß der vorliegenden Erfindung; 5A to 10A each a schematic plan view of a force sensor according to various production steps of the microsystem production according to the present invention;

5B bis 10B schematische Querschnittsdarstellungen der in 5A bis 10A gezeigten Stadien der mikrosystemtechnischen Herstellung des Kraftsensors; 5B to 10B schematic cross-sectional views of in 5A to 10A shown stages of the microsystem production of the force sensor;

11 ein Strukturschema eines Mikro-Kraftsensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. 11 a structural diagram of a micro-force sensor system according to the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.In the following description of the preferred embodiments of the present invention are for those in the various Drawings shown and similar acting elements same or similar Reference numeral used, with a repeated description of this Elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine mikrotechnisch hergestellte Kraftsensor-Messzelle eines Kraftsensors 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kraftsensor-Messzelle des Kraftsensors 100 weist ein Substrat 102 auf, das eine Ausnehmung 104 aufweist. Durch die Ausnehmung 104 wird eine Sensormembran 106 aus dem Substrat 102 ausgeformt. Die Sensormembran grenzt somit an die Ausnehmung 104. Die Kraftsensor-Messzelle des Kraftsensors 100 weist ferner eine Verschlussmembran 108 auf, die die Ausnehmung 104 verschließt. Die Ausnehmung 104 ist somit einerseits durch das Substrat 102 und andererseits durch die Sensormembran 106 sowie die Verschlussmembran 108 begrenzt. Die Ausnehmung 104 bildet auf diese Weise einen Hohlraum in der Kraftsensor-Messzelle des Kraftsensors 100, der ein Übertragungsmedium 110 enthält. Die Kraftsensor-Messzelle des Kraftsensors 100 weist ferner eine Einrichtung 112 zur Umwandlung der Formänderung der Membran in ein elektrisches Basissignal und dessen Ausgabe auf, die in diesem Ausführungsbeispiel in der Sensormembran 106 angeordnet ist. 1 shows a schematic cross-sectional view through a microtechnically produced force sensor measuring cell of a force sensor 100 ge according to the present invention. The force sensor measuring cell of the force sensor 100 has a substrate 102 on, that a recess 104 having. Through the recess 104 becomes a sensor membrane 106 from the substrate 102 formed. The sensor membrane thus adjoins the recess 104 , The force sensor measuring cell of the force sensor 100 also has a sealing membrane 108 on that the recess 104 closes. The recess 104 is thus on the one hand by the substrate 102 and on the other hand through the sensor membrane 106 as well as the sealing membrane 108 limited. The recess 104 forms in this way a cavity in the force sensor measuring cell of the force sensor 100 , which is a transmission medium 110 contains. The force sensor measuring cell of the force sensor 100 also has a device 112 for converting the change in shape of the membrane into an electrical base signal and its output, which in this embodiment in the sensor membrane 106 is arranged.

Anhand von 2 wird die Funktionsweise des in 1 gezeigten Kraftsensors 100 erläutert, die den Sensor mit beaufschlagter Kraft zeigt. Der Kraftsensor 100 ist ausgebildet zum Erfassen der Kraft F, die auf die Membran 108 wirkt, bzw. der hieraus korrespondierende Formänderung dieser Membran 108. Die Kraft F bzw. die korrespondierende Formänderung der Membran 108 führt über das Übertragungsmedium 110 vermittelt zu einer Formänderung der Sensormembran 106. Das Übertragungsmedium 110 kann ein Gas, eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Pulver, bevorzugterweise ein inkompressibles Medium, sein. Die in 2 gezeigte Kraft F wirkt in der Darstellung senkrecht und als Druckkraft auf die Verschlussmembran 108 ein und biegt diese durch. Da es sich bei der Verschlussmembran 108 um eine elastische und damit biegsame Membran handelt, ist ein senkrechtes Einwirken der Kraft F nicht unbedingt erforderlich. Es können auch Kräfte (nicht gezeigt) erfasst werden, die in einem von der Senkrechten abweichenden Winkel auf die Verschlussmembran 108 einwirken, da solche Kräfte ebenfalls eine Formänderung der Verschlussmembran 108 hervorrufen. Ebenso können auch Zugkräfte, die in die zur gezeigten Kraft F entgegengesetzte Richtung wirken (nicht gezeigt), über die Formänderungen der Membranen 108 und 106 vermittelt erfasst werden.Based on 2 will the functioning of the in 1 shown force sensor 100 which shows the sensor with applied force. The force sensor 100 is designed to detect the force F acting on the membrane 108 acts, or the corresponding change in shape of this membrane 108 , The force F or the corresponding shape change of the membrane 108 leads over the transmission medium 110 mediates a change in shape of the sensor membrane 106 , The transmission medium 110 may be a gas, a liquid, a gel or a powder, preferably an incompressible medium. In the 2 shown force F acts in the representation vertically and as a compressive force on the closure membrane 108 and turn this through. As it is at the occlusive membrane 108 is an elastic and thus flexible membrane, a vertical action of the force F is not essential. It is also possible to detect forces (not shown) which are at an angle deviating from the perpendicular to the sealing membrane 108 act as such forces also a change in shape of the closure membrane 108 cause. Likewise, tensile forces acting in the opposite direction to the force F shown (not shown) may also be due to the shape changes of the membranes 108 and 106 be detected mediated.

In 1 und 2 nicht gezeigt, weil für die Erklärung der Funktionsweise des Kraftsensors 100 nicht erforderlich, kann die Verschlussmembran 108 spezielle integrierte bzw. daran befestigte Krafteinkopplungselemente aufweisen.In 1 and 2 not shown because for explaining the operation of the force sensor 100 not required, the sealing membrane can 108 have special integrated or attached force injection elements.

Durch die Formänderung der Verschlussmembran 108 durch die Kraft F wird das Volumen der Ausnehmung bzw. des Hohlraums 104 verändert. Das Übertragungsmedium 110 kann ein Gas, eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Pulver, bevorzugterweise ein inkompressibles Medium, sein, das sich an eine solche Formänderung der Verschlussmembran 108 anpasst.By the change in shape of the sealing membrane 108 by the force F is the volume of the recess or the cavity 104 changed. The transmission medium 110 may be a gas, a liquid, a gel or a powder, preferably an incompressible medium, which adapts to such a change in shape of the sealing membrane 108 adapts.

Das Übertragungsmedium 108 vermittelt die durch die Kraft F bewirkte Formänderung der Verschlussmembran 108 zu einer resultierenden Formänderung der Sensormembran 106. Diese resultierende Formänderung der Sensormembran 106 muss der Formänderung der Verschlussmembran 108 geometrisch nicht in jeder Hinsicht gleichen, sondern ist vorzugsweise unabhängig von der Formänderung der Verschlussmembran 108, und muss nur von der Größe der eingeleiteten Kraft abhängen. Die Geometrie der resultierende Formänderung der Sensormembran 106 hängt neben einer summarischen, aus der Formänderung der Verschlussmembran 108 resultierenden Einwirkung auf das Übertragungsmedium 110 wesentlich von den Materialeigenschaften des Übertragungsmediums 110 ab. Eine mögliche Wirkungskette ist beispielsweise, dass die Formänderung der Verschlussmembran 108 zu einer Volumenänderungen der Ausnehmung bzw. des Hohlraums 104 und so zu einer Änderung des im Übertragungsmedium 110 herrschenden statischen Drucks führt. Diese Änderung des statischen Drucks im Übertragungsmedium 110 führt dann zu einer detektierbaren Formänderung der Sensormembran 106 deren geometrische Gestalt von der konkreten Gestalt der Formänderung der Verschlussmembran 108 unabhängig ist.The transmission medium 108 mediates the deformation of the sealing membrane caused by the force F. 108 to a resulting change in shape of the sensor membrane 106 , This resulting change in shape of the sensor membrane 106 must change the shape of the sealing membrane 108 geometrically not identical in all respects, but is preferably independent of the change in shape of the closure membrane 108 , and only depends on the size of the introduced force. The geometry of the resulting shape change of the sensor membrane 106 depends in addition to a summary, from the change in shape of the occlusive membrane 108 resulting effect on the transmission medium 110 essentially of the material properties of the transmission medium 110 from. One possible chain of action is, for example, that the change in shape of the sealing membrane 108 to a volume change of the recess or the cavity 104 and so to a change in the transmission medium 110 prevailing static pressure leads. This change in static pressure in the transmission medium 110 then leads to a detectable change in shape of the sensor membrane 106 the geometric shape of the concrete shape of the change in shape of the closure membrane 108 is independent.

Auf welche Weise das Übertragungsmedium die Formänderung der Verschlussmembran 108 vermittelt, ist allerdings nicht entscheidend. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kraftsensor-Messzelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormembran 106 über das Übertragungsmedium vermittelt mit einer Formänderung reagiert, die von der konkreten Gestalt der Formänderung der Verschlussmembran 108 entkoppelt ist. Diese Entkopplung bewirkt letztendlich eine vereinfachte und damit stabilere (robustere) Erfassung der auf die Kraftsensor-Messzelle einwirkenden Kraft.In which way the transmission medium the change in shape of the sealing membrane 108 is not decisive, however. The operation of the force sensor measuring cell according to the invention is characterized in that the sensor membrane 106 mediated via the transmission medium reacts with a change in shape, the concrete shape of the change in shape of the closure membrane 108 is decoupled. This decoupling ultimately causes a simplified and therefore more stable (more robust) detection of the force acting on the force sensor measuring cell.

Die in 1 und 2 gezeigte Kraftsensor-Messzelle des Kraftsensors 100 hat eine Ausnehmung 104 in Form einer Kalotte. Die Verschlussmembran 108 ist der Sensormembran 106 zentriert gegenüber angeordnet. Eine Fläche der Sensormembran 106, die an die Ausnehmung 104 angrenzt, ist kleiner als eine Fläche der Verschlussmembran 108, die an die Ausnehmung 104 angrenzt. Dies bewirkt eine verstärkte Wirkung der auf die Verschlussmembran 108 wirkenden Kraft F auf die Sensormembran 106. Auf diese Weise können auch kleine Kräfte F sicher erfasst werden. In dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel überragt die Verschlussmembran 108 mit einem Randbereich die Ausnehmung 104 und ist so auf dem Substrat 102 befestigt.In the 1 and 2 shown force sensor measuring cell of the force sensor 100 has a recess 104 in the form of a dome. The sealing membrane 108 is the sensor membrane 106 centered opposite. One surface of the sensor membrane 106 attached to the recess 104 is smaller than an area of the occlusive membrane 108 attached to the recess 104 borders. This causes an increased effect of the on the closure membrane 108 acting force F on the sensor membrane 106 , In this way, even small forces F can be detected safely. In the in 1 and 2 embodiment shown extends beyond the closure membrane 108 with a peripheral region of the recess 104 and is so on the substrate 102 attached.

Ziel der in 1 und 2 gezeigten Konstruktion der Messzelle ist es, durch eine Kette von Umwandlungen physikalischer Größen eine stabile (robuste) elektrische Signalerzeugung proportional zur Kraft F zu gewährleisten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Substrat der Kraftsensor-Messzelle 100 ein Chip eines mikrotechnisch hergestellten Drucksensors, der als Sensormembran 106 eine Silizium-Biegeplatte enthält, die Verschlussmembran 108 eine Metallmembran und das Übertragungsmedium 110 eine inkompressible Flüssigkeit. Die Kraft F bewirkt eine Verformung der Verschlussmembran 108. Die Verformung der Metallmembran 108 bewirkt eine Änderung des hydrostatischen Drucks in der inkompressiblen Flüssigkeit 110. Die Änderung des hydrostatischen Drucks in der inkompressiblen Flüssigkeit 110 hat eine nur davon und nicht mehr von der konkreten Gestalt der Verformung der Metallmembran 108 abhängige Verformung der Silizium-Biegeplatte 106 des Drucksensors 100 zur Folge (Entkopplung der Geometrien der Verformungen). Diese Verformung wird durch die in die Biegeplatte integrierten Piezoelemente 112 in ein elektrisches Basissignal umgewandelt, das mit einer anschließenden elektronischen Aufbereitung in ein elektronisches analoges oder digitales Standardsignal weiterverarbeitet wird (nicht gezeigt in 1 und 2).Goal of in 1 and 2 shown construction of the measuring cell is to ensure a stable (robust) electrical signal generation proportional to the force F by a chain of transformations of physical quantities. In this embodiment, the substrate of the force sensor measuring cell 100 a chip of a microfabricated pressure sensor used as a sensor membrane 106 a silicon flexure plate containing the closure membrane 108 a metal membrane and the transmission medium 110 an incompressible liquid. The force F causes a deformation of the closure membrane 108 , The deformation of the metal membrane 108 causes a change in the hydrostatic pressure in the incompressible fluid 110 , The change in hydrostatic pressure in the incompressible fluid 110 has only one and not more of the concrete shape of the deformation of the metal membrane 108 dependent deformation of the silicon bending plate 106 of the pressure sensor 100 result (decoupling of the geometries of the deformations). This deformation is caused by the piezo elements integrated in the bending plate 112 is converted into an electrical base signal which is further processed with subsequent electronic processing into a standard electronic analog or digital signal (not shown in US Pat 1 and 2 ).

3 zeigt ein Schaltungsschema einer Kraftsensor-Messzelle eines Kraftsensors (100; 300) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der für das Ausführungsbeispiel von 1 und 2 verwendet werden könnte. Ein Substrat (102; 302) der Kraftsensor-Messzelle weist eine Sensormembran (106; 306) auf, sowie Elemente 312 zur Umwandlung der Verformung der Sensormembran 306 in ein elektrisches Basissignal. Die Elemente 312 sind in einer Brückenschaltung angeordnet, die über auf dem Substrat 300 befindliche Kontaktflächen 314 kontaktierbar ist. 3 shows a circuit diagram of a force sensor measuring cell of a force sensor ( 100 ; 300 ) according to an embodiment of the present invention, which is for the embodiment of 1 and 2 could be used. A substrate ( 102 ; 302 ) of the force sensor measuring cell has a sensor membrane ( 106 ; 306 ), as well as elements 312 for converting the deformation of the sensor membrane 306 into an electrical base signal. The Elements 312 are arranged in a bridge circuit, which over on the substrate 300 located contact surfaces 314 is contactable.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 302 sowie die Sensormembran 306 aus einem Siliziumchip geformt. Die Elemente 312 zur Umwandlung der Verformung der Sensormembran 306 sind pn-isolierte Brückenwiderstände und die Kontaktflächen 314 Substratkontakte in Form von Aluminium-Bondpads. Die Elemente 312 zur Umwandlung der Verformung der Sensormembran 306 sind in diesem Beispiel keine diskreten Elemente, sondern pn-isolierte Brückenwiderstände, die im Halbleitermaterial der Sensormembran 306 ausgeformt sind. Eine Durchbiegung der Sensormembran 306 bewirkt eine Änderung der elektrischen Widerstände in den Brückenelementen 312. Eine Kontaktierung der Kontaktflächen 314 erfolgt üblicherweise über Bonddrähte (nicht gezeigt in den Figuren).In this embodiment, the substrate 302 as well as the sensor membrane 306 molded from a silicon chip. The Elements 312 for converting the deformation of the sensor membrane 306 are pn-isolated bridge resistors and the contact surfaces 314 Substrate contacts in the form of aluminum bond pads. The Elements 312 for converting the deformation of the sensor membrane 306 are in this example not discrete elements, but pn-insulated bridge resistors in the semiconductor material of the sensor membrane 306 are formed. A deflection of the sensor membrane 306 causes a change in the electrical resistances in the bridge elements 312 , A contacting of the contact surfaces 314 usually takes place via bonding wires (not shown in the figures).

4 zeigt ein vollständigeres Schaltungsschema des erfindungsgemäßen Kraftsensors (400). Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Kraftsensor-Messzelle des Kraftsensors (300) weist der in 4 gezeigte Kraftsensor 400 ferner eine Auswertevorrichtung 416 auf, die das von der Kraftsensor-Messzelle des Kraftsensor 300 gelieferte und über die Kontaktierungen 314 abgegriffene, aus der eingegebenen Kraft F umgewandelte, elektrische Basissignal mit einer anschließenden elektronischen Aufbereitung in ein analoges und/oder digitales Standardsignal weiterverarbeitet. Die Auswertevorrichtung 416 stellt das Standardsignal an einem Kontaktbereich 418 bereit. Das Auswertesignal kann von diesem Kontaktbereich 418 beispielsweise über Bonddrähte abgegriffen werden. Je nach Ausführung der Auswertevorrichtung 416 kann das Standardsignal ein analoges Signal oder beispielsweise ein digitales Bussignal sein. Die Auswertevorrichtung 416 kann monolithisch in dem Substrat 402 integriert sein. Alternativ kann die Auswertevorrichtung 416 in Form eines gehäusten oder ungehäusten ASICs und anderen aktiven und passiven Mikroelektronikbauelementen in einem Sensorgehäuse (nicht gezeigt) gemeinsam mit der Kraftsensor-Messzelle mit modernen Assemblierungstechniken platziert und so zu einem Kraftsensor zusammengebaut sein. Eine solche hybride Integration wird üblicherweise durchgeführt. Nur bei sehr hohen Stückzahlen ist eine Integration der gesamten Elektronik auf dem Substrat der Kraftsensor-Messzelle 302 wirtschaftlich. 4 shows a more complete circuit diagram of the force sensor according to the invention ( 400 ). Unlike the in 3 shown force sensor measuring cell of the force sensor ( 300 ) has the in 4 shown force sensor 400 Furthermore, an evaluation device 416 on that of the force sensor cell of the force sensor 300 delivered and over the contacts 314 tapped, converted from the input force F, electrical base signal further processed with a subsequent electronic processing in an analog and / or digital standard signal. The evaluation device 416 sets the standard signal at a contact area 418 ready. The evaluation signal can be from this contact area 418 be tapped for example via bonding wires. Depending on the design of the evaluation device 416 For example, the standard signal may be an analog signal or, for example, a digital bus signal. The evaluation device 416 can be monolithic in the substrate 402 be integrated. Alternatively, the evaluation device 416 in the form of a packaged or unhoused ASIC and other active and passive microelectronic components in a sensor housing (not shown) together with the force sensor measuring cell with modern assembly techniques placed and assembled to a force sensor. Such a hybrid integration is usually performed. Only with very high quantities is an integration of the entire electronics on the substrate of the force sensor measuring cell 302 economically.

Die 5 bis 10 zeigen ein mikrosystemtechnisches Verfahren zum Herstellen eines Kraftsensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Der gezeigte Fertigungsablauf stützt sich auf am Markt verfügbare Drucksensoren mit Ätzgruben, wie sie beispielsweise von der Aktiv Sensor GmbH geliefert werden. Die 5A bis 10A zeigen dabei eine Draufsicht auf einen Kraftsensor in den jeweiligen Verfahrensschritten und dieThe 5 to 10 show a microsystem technology method for producing a force sensor according to the present invention. The manufacturing process shown is based on pressure sensors available on the market with etching pits, such as those supplied by Aktiv Sensor GmbH. The 5A to 10A show a plan view of a force sensor in the respective process steps and the

5B bis 10B zeigen eine Querschnittsdarstellung durch des Kraftsensors in den jeweiligen Verfahrensschritten. Eine Vielzahl derartiger Kraftsensoren sind während der aufgeführten Verfahrensschritte in der Regel in einem Wafersubstrat zusammengefasst und werden so, wie beispielsweise in der Mikroelektronikfertigung üblich, in Batchtechnologie parallel bearbeitet. 5B to 10B show a cross-sectional view through the force sensor in the respective process steps. A large number of such force sensors are generally combined in a wafer substrate during the listed method steps and are processed in parallel in batch technology, as is customary in microelectronics production, for example.

5A zeigt eine Kraftsensor-Messzelle eines solchen Kraftsensors, bestehend aus einem Substrat 502, einer Ausnehmung 504 in dem Substrat 502 in Form einer Ätzgrube, sowie einer Sensormembran 506 in Form eines sensitiven Verformungselements, das die in 1 bis 4 gezeigten piezoresistiven Elemente (112; 312) aufweist. Die Tiefe der Ätzgrube 504 beträgt beispielsweise ca. 290 μm. 5A shows a force sensor measuring cell of such a force sensor, consisting of a substrate 502 , a recess 504 in the substrate 502 in the form of an etching pit, as well as a sensor membrane 506 in the form of a sensitive deformation element, the in 1 to 4 shown piezoresistive elements ( 112 ; 312 ) having. The depth of the etching pit 504 is for example about 290 microns.

5B zeigt eine Querschnittsdarstellung der in 5A gezeigten Kraftsensor-Messzelle entlang der in 5A gezeigten Schnittlinie Q. 5B zeigt die kalottenförmige Ausnehmung 504 und verdeutlicht, dass Substrat 502 und Sensormembran 506 monolithisch aus einem Siliziumchip ausgeformt sind. 5B shows a cross-sectional view of in 5A shown force sensor measuring cell along in 5A shown section line Q. 5B shows the dome-shaped recess 504 and illustrates that substrate 502 and sensor membrane 506 monolithically formed from a silicon chip.

6A zeigt einen Verfahrensschritt, bei dem die in 5A, 5B bereitgestellte Kraftsensor-Messzelle mit zusätzlichen Kanälen 620 versehen wird. Die Kanäle 620 sind zusätzliche Ätzgruben mit einer Tiefe von ca. 50 bis 100 μm. Die Kanäle 620 werden in dem Substrat 502 durch einen Ätzvorgang ausgeformt. Die Kanäle 620 sind mit der Ausnehmung 504 verbunden. 6A shows a method step in which the in 5A . 5B provided force sensor measuring cell with additional channels 620 is provided. The channels 620 are additional etch pits with a depth of about 50 to 100 microns. The channels 620 be in the substrate 502 formed by an etching process. The channels 620 are with the recess 504 connected.

6B zeigt eine Querschnittsdarstellung der in 6A gezeigten Kraftsensor-Messzelle entlang der in 6A gezeigten diagonalen Schnittlinie D. 6B shows a cross-sectional view of in 6A shown force sensor measuring cell along in 6A shown diagonal section line D.

In dem in 7A gezeigten Verfahrensschritt wird die Grube 722, die aus der in 6B gezeigten Ausnehmung 504 sowie den zusätzlichen Kanälen 620 besteht, mit einem Opferpolymer 730 aufgefüllt.In the in 7A shown process step is the pit 722 from the in 6B shown recess 504 as well as the additional channels 620 exists with a sacrificial polymer 730 refilled.

7B zeigt wiederum eine diagonale Querschnittsdarstellung durch die in 7A gezeigte Kraftsensor-Messzelle. Anhand von 7B ist zu erkennen, dass das Opferpolymer die Grube 722 vollständig ausfüllt. 7B again shows a diagonal cross-sectional view through the in 7A shown force sensor measuring cell. Based on 7B it can be seen that the sacrificial polymer is the pit 722 completely filled out.

In dem in 8A gezeigten Verfahrensschritt wird eine Verschlussmembran 824 in Form einer Metallmembran auf der Kraftsensor-Messzelle aufgetragen. Die Metallmembran 824 wird mittels eines galvanischen Aufbaus aufgetragen. Die Membrandicke ist je nach Anforderungen kleiner oder größer als 100 μm. Eine zur Vorbereitung des Membranaufbaus sowohl auf die frei liegende Siliziumoberfläche, als auch auf das Opferpolymer z.B. mittels Sputterprozessen aufgetragene Galvanik-Startschicht aus einem oder mehreren Metallen hat eine Gesamtdicke von typischerweise ca. 100 nm. Der in 8A gezeigte Verfahrensschritt ist eine galvanische Metallabscheidung, teilweise über einer dicken Polymer-Opferschicht 730.In the in 8A shown process step is a sealing membrane 824 applied in the form of a metal membrane on the force sensor measuring cell. The metal membrane 824 is applied by means of a galvanic structure. The membrane thickness is smaller or larger than 100 μm depending on requirements. An electroplating starting layer of one or more metals applied to the exposed silicon surface as well as to the sacrificial polymer, for example by means of sputtering processes, has a total thickness of typically approximately 100 nm in order to prepare the membrane structure 8A The process step shown is a metal plating, partly over a thick polymer sacrificial layer 730 ,

8B zeigt wiederum eine diagonale Querschnittsdarstellung durch die in 8A gezeigten Kraftsensor-Messzelle. In diesem Ausführungsbeispiel bedeckt die Metallschicht 824 als Verschlussmembran eine komplette Oberfläche des Substrats 502 einschließlich der mit Opferpolymer 730 gefüllten Grube 722. 8B again shows a diagonal cross-sectional view through the in 8A shown force sensor measuring cell. In this embodiment, the metal layer covers 824 as a sealing membrane a complete surface of the substrate 502 including with sacrificial polymer 730 filled pit 722 ,

In dem in 9A gezeigten Verfahrensschritt werden optional zusätzliche konstruktive Elemente für eine Krafteinkopplung auf der Verschlussmembran 824 abgeschieden. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Block 926, der typischerweise eine Dicke zwischen 40 und 200 μm, in diesem Fall 100 μm aufweist, durch eine zweite Galvanik über der gleichen Opferpolymerschicht 730, wie die in 8 gezeigte Galvanik abgeschieden. Der Block 926 ist zentriert auf der Verschlussmembran 824 angeordnet.In the in 9A shown process step are optionally additional structural elements for a force input on the closure membrane 824 deposited. In this embodiment, a block 926 which typically has a thickness between 40 and 200 μm, in this case 100 μm, by a second electroplating over the same sacrificial polymer layer 730 like the ones in 8th plating deposited. The block 926 is centered on the sealing membrane 824 arranged.

Eine Querschnittsdarstellung entlang der Diagonalen D der in 9A gezeigten Kraftsensor-Messzelle ist in 9B gezeigt.A cross-sectional view along the diagonal D of in 9A shown force sensor measuring cell is in 9B shown.

In dem in 10A gezeigten Verfahrensschritt wird das Opferpolymer entfernt und der Hohlraum in Form der Grube 722, die der Ausnehmung des Substrats 502 sowie der zusätzlichen Kanäle 620 entspricht, anschließend mit einem Übertragungsmedium 1032 befüllt. Das Entfernen des Opferpolymers erfolgt über einen Ätzvorgang, bei dem es z.B. mittels Lösemitteln aufgelöst wird. Dazu wird die Verschlussmembran 824 z.B. mittels Laser geöffnet. In die so entstandenen Öffnungen der Verschlussmembran 1028 werden Kanülen eines Nanoplotters eingeführt. Die Entleerungs- und Befüllungsvorgänge werden an den Öffnungen 1028 in der Verschlussmembran 824 mit Dichtungen an den Kanülen des Nanoplotters, deren äußere Begrenzungen 1030 in 10A dargestellt sind, umgeben. Durch die Öffnungen 1028 wird das gelöste Opferpolymer entfernt und anschließend das Übertragungsmedium 1032 in Form einer inkompressiblen Flüssigkeit eingefüllt.In the in 10A the process step shown, the sacrificial polymer is removed and the cavity in the form of the pit 722 that of the recess of the substrate 502 as well as the additional channels 620 corresponds, then with a transmission medium 1032 filled. The removal of the sacrificial polymer via an etching process, in which it is dissolved, for example by means of solvents. This is the sealing membrane 824 eg opened by laser. In the resulting openings of the sealing membrane 1028 cannulas of a nanoplotter are introduced. The emptying and filling operations are at the openings 1028 in the sealing membrane 824 with seals on the cannulae of the nanoplotter, whose outer boundaries 1030 in 10A are shown surrounded. Through the openings 1028 the dissolved sacrificial polymer is removed and then the transfer medium 1032 filled in the form of an incompressible liquid.

10B zeigt wiederum eine Querschnittsdarstellung entlang der Diagonalen D des in 10A gezeigten Sensors. Die Dichtungen des Nanoplotters 1030 sind in 10B nicht gezeigt. 10B again shows a cross-sectional view along the diagonal D of in 10A shown sensor. The seals of the nanoplotter 1030 are in 10B Not shown.

Die Öffnungen 1028 werden in einem weiteren, nicht dargestellten Verfahrensschritt mit Verschlussdichtungen wieder verschlossen.The openings 1028 be closed in a further, not shown process step with closure seals again.

Die in den 5 bis 10 bis hierher aufgeführten Verfahrensschritte zeigen einen mikrotechnischen Verfahrensablauf zur Herstellung einer Kraftsensor-Messzelle, der in Analogie zu den Technologien zur Fertigung mikroelektronischer Schaltkreise im Verbund eines Siliziumwafers in Batchtechnologie erfolgt. Insbesondere wird dabei die Schaffung eines Mikrohohlraums durch galvanische Abscheidung einer Membran auf einer Polymer-Opferschicht einschließlich einer anschließend erforderlichen Entfernung dieser Opferschicht und des erneuten Befüllens des Hohlraums mit dem Übertragungsmedium dargestellt.The in the 5 to 10 Process steps listed so far show a microtechnical process sequence for the production of a force sensor measuring cell, which takes place in analogy to the technologies for manufacturing microelectronic circuits in the composite of a silicon wafer in batch technology. In particular, the creation of a microvoid by galvanic deposition of a membrane on a sacrificial polymer layer including a subsequently required removal of this sacrificial layer and the refilling of the cavity with the transmission medium is illustrated.

In folgenden, nicht gezeigten Verfahrensschritten, werden die Kraftsensor-Messzellen zunächst vereinzelt (das heißt, aus dem Waferverbund gelöst) und gemeinsam mit der Erfassungs- und Auswerteelektronik im Gehäuse des Kraftsensors assembliert. Nach Anbringen von Vorrichtungen zur Krafteinleitung an den Kraftsensor wird das so entstandene Kraftsensormesssystem kalibriert.In the following process steps, not shown, the force sensor measuring cells are first isolated (that is, from the wafer composite solved) and assembled together with the detection and evaluation in the housing of the force sensor. After attaching devices for introducing force to the force sensor, the resulting force sensor measuring system is calibrated.

Bei der beispielhaften Fertigung eines Mikrokraftsensor-Messsystems wird ein Wafer mit Siliziumdrucksensoren verwendet. Bei dem Siliziumdrucksensor kann es sich um den in 3 oder 4 Beschriebenen handeln. Die Siliziumdrucksensoren werden in den beschriebenen Arbeitsabläufen modifiziert, so dass Kraftsensor-Messzellen entstehen. Die 5 bis 10 zeigen dabei jeweils nur einen einzigen Siliziumdrucksensor bzw. eine Kraftsensor-Messzelle. Bei dem gezeigten Verfahren werden die Siliziumdrucksensoren mit Hilfe der dargestellten Technologieschritte durch Befüllungskanäle und eine Metallmembran ergänzt, wonach die entstehenden Mikrohohlräume mit einem Übertragungsmedium gefüllt werden. Danach werden die Kraftsensor-Messzellen vereinzelt und mit einer miniaturisierten Auswerteelektronik (beschrieben in 4) zum Kraftsensor vervollständigt. Die Elektronik dazu wird modular in einem Funktionsblock (gezeigt in 4) aufgebaut. Der Aufbau erfolgt extrem miniaturisiert unter Verwendung von aktiven Bauelementen (z.B. Mikroprozessoren) mit minimalstem Eigenenergieverbrauch, um thermische Einflüsse der Elektronik auf das von der Kraftsensor-Messzelle bereitgestellte Basissignal zu unterbinden. Zum Aufbau des Kraftsensors wie auch zu dessen Vervollständigung mit Krafteinkopplungsvorrichtungen zum Kraftmesssystem können High-End-Technologien eingesetzt werden. Das entstandene Kraftsensormesssystem kann kalibriert werden. Nach Ablage der Kalibrierdaten in einem Elektronikspeicher, der bevorzugterweise in der Auswerte elektronik angeordnet ist, steht das Mikrokraftsensor-Messsystem für den Anwender zur Verfügung.In the exemplary fabrication of a micro force sensor measurement system, a wafer with silicon pressure sensors is used. The silicon pressure sensor may be the one in 3 or 4 Described act. The silicon pressure sensors are modified in the described workflows, so that force sensor measuring cells arise. The 5 to 10 in each case show only a single silicon pressure sensor or a force sensor measuring cell. In the method shown, the silicon pressure sensors are supplemented by means of the illustrated technology steps through filling channels and a metal membrane, after which the resulting micro-cavities are filled with a transmission medium. Thereafter, the force sensor measuring cells are isolated and with a miniaturized evaluation (described in 4 ) to the force sensor completed. The electronics for this purpose are modular in a functional block (shown in 4 ) built up. The structure is extremely miniaturized using active components (eg microprocessors) with minimal own energy consumption in order to prevent thermal influences of the electronics on the basis signal provided by the force sensor measuring cell. For the construction of the force sensor as well as to complete it with force injection devices for force measuring system high-end technologies can be used. The resulting force sensor measuring system can be calibrated. After filing the calibration data in an electronic memory, which is preferably arranged in the evaluation electronics, the micro force sensor measuring system is available to the user.

11 zeigt ein Strukturschema des in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Mikrokraftsensor-Messsystems. Die beschriebene Kraftsensor-Messzelle entspricht dabei einem Basiselement. Im Kraftsensor erfolgt insbesondere eine Verarbeitung und Aufbereitung des der eingeleiteten Kraft entsprechenden, von der Kraftsensor-Messzelle bereitgestellten Basissignals. Das sich so ergebende standardisierte analoge oder digitale Ergebnissignal wird über eine elektronische Schnittstelle des Messsystems ausgegeben. Der Kraftsensor weist neben dem Basiselement eine Kraftsensorelektronik oder Erfassungseinrichtung auf. Die Kraftsensorelektronik weist Einrichtungen zur Anpassung, beispielsweise zur Verstärkung, zur Verarbeitung, beispielsweise für Vergleich, Bereinigung und für Verknüpfungen sowie eine Schnittstelle zur Ausgabe des Standardsignals auf. Der Kraftsensor kann von Krafteinleitungsvorrichtungen umgeben sein, die eine Kraft auf das Basiselement weiterleiten. 11 shows a structural scheme of the micro force sensor measuring system described in the embodiments. The described force sensor measuring cell corresponds to a base element. In particular, a processing and processing of the base signal corresponding to the introduced force and provided by the force sensor measuring cell takes place in the force sensor. The resulting standardized analog or digital result signal is output via an electronic interface of the measuring system. The force sensor has a force sensor electronics or detection device in addition to the base element. The force sensor electronics has means for adaptation, for example for amplification, for processing, for example for comparison, cleanup and for links, as well as an interface for outputting the standard signal. The force sensor may be surrounded by force introduction devices which transmit a force to the base element.

Die in den Ausführungsbeispielen gewählten Materialien der Kraftsensor-Messzelle sind beispielhaft gewählt. Insbesondere kann an Stelle eines Drucksensor-Siliziumchips auch ein Chip aus einem anderen Material, insbesondere einem anderen Halbleitermaterial, gewählt werden, der eine integrierte Ausformung von Einrichtungen zur Erfassung von Formänderungen einer Sensormembran ermöglicht. Dabei kann die Erfassungseinrichtung der Formänderungen der Sensormembran auch nach anderen Funktionsprinzipien als dem gewählten piezoresistiven Prinzip, z.B. auch kapazitiv, arbeiten. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Verschlussmembran als Metallbiegeplatte beschrieben. Anstelle von Metall kann auch jedes andere Material gewählt werden, das sich vorteilhaft zum Verschließen der Ausnehmung eignet, sowie eine Übertragung der zu erfassenden Kraft als Formänderung auf das Übertragungsmedium ermöglicht. Eine entsprechende Materialauswahl für die Verschlussmembran kann es ermöglichen, an Stelle des an Hand von 7 beschriebenen Opferpolymers direkt ein Übertragungsmedium in die Ausnehmung einzufüllen und mit der Verschlussmembran zu verschließen.The materials of the force sensor measuring cell selected in the exemplary embodiments are selected by way of example. In particular, instead of a pressure sensor silicon chip, it is also possible to select a chip made of another material, in particular another semiconductor material, which allows integrated shaping of devices for detecting changes in the shape of a sensor membrane. In this case, the detection device of the changes in shape of the sensor membrane also according to other functional principles than the selected piezoresistive principle, for example, capacitive, work. In the exemplary embodiments described, the closure membrane is described as a metal bending plate. Instead of metal, any other material can be selected which is advantageous for closing the recess, and allows transmission of the force to be detected as a change in shape on the transmission medium. An appropriate choice of material for the sealing membrane may allow instead of the on hand of 7 described victim polymer directly fill a transmission medium in the recess and close with the sealing membrane.

Alternativ kann ein Verfahren zum herstellen eines mikrotechnischen Kraftsensors auch folgendermaßen ausgeführt werden. Es erfolgt eine Konstruktion, ein Design und ein Herstellen eines Substrats für eine Kraftsensor-Messzelle, die eine Ausnehmung aufweist, um eine an die Ausnehmung angrenzende Sensormembran und eine aus piezoresistiven Elementen bestehende Schaltung zur Bereitstellung von elektrischen Messsignalen entsprechend der Formänderung der Sensormembran zu bilden. Es erfolgt ein Verschließen der Ausnehmung, so dass die Ausnehmung durch eine Verschlussmembran verschlossen ist, um einem Hohlraum zu bilden. Anschließend erfolgt ein Füllen des von der Ausnehmung im Substrat der Kraftsensor-Messzelle und der Verschlussmembran gebildeten Hohlraums mit einem Übertragungsmedium zur Umwandlung der auf die Verschlussmembran einwirkenden Kraft in eine Formänderung der an die Ausnehmung angrenzenden Sensormembran.alternative may be a method for producing a microtechnical force sensor also like this accomplished become. There is a construction, a design and manufacture a substrate for a force sensor measuring cell having a recess around a adjacent to the recess sensor membrane and a piezoresistive elements existing circuit for providing electrical measurement signals according to the shape change to form the sensor membrane. There is a closing the Recess, so that the recess through a sealing membrane is closed to form a cavity. Then done a filling of the recess in the substrate of the force sensor measuring cell and the closure membrane formed cavity with a transmission medium for converting the force acting on the sealing membrane in a shape change the sensor membrane adjacent to the recess.

Je nach Anwendungsbereich kann von der beschriebenen Ausformung der Kraftsensor-Messzelle abgewichen werden. An Stelle der beschriebenen kalottenförmigen Ausnehmung kann jede beliebige andere Form gewählt werden. Dies ist möglich, weil als Übertragungsmedium kein starrer Körper verwendet wird, sondern ein flexibles Medium, das sich an die entsprechende Ausnehmungsform anpasst. Die Sensormembran und die Verschlussmembran müssen sich deshalb auch nicht genau symmetrisch gegenüberliegen, sondern können beispielsweise bei einer U-förmigen Ausnehmung auch nebeneinander angeordnet sein.Depending on the area of application, it is possible to deviate from the described embodiment of the force sensor measuring cell. In place of the dome-shaped recess described, any other shape can be selected. This is possible because no rigid body is used as the transmission medium, but a flexible medium that adapts to the corresponding recess shape. The sensor membrane and the sealing membrane must therefore not exactly symmetrical opposite, but can, for example, in a U-shaped recess also ne be arranged one above the other.

Claims (18)

Mikrotechnischer Kraftsensor (100; 300; 400) mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (102; 302, 402), das eine Ausnehmung (104) aufweist, um eine an die Ausnehmung angrenzende Sensormembran (106; 306) zu bilden; einer Verschlussmembran (108) zum Verschließen der Ausnehmung, um einen Hohlraum zu bilden, und einem Übertragungsmedium (110) in dem Hohlraum zur Umwandlung einer auf die Verschlussmembran wirkenden Kraft (F) in eine Formänderung der Sensormembran; und einer Erfassungseinrichtung (112; 312) zur Erfassung der Formänderung der Sensormembran.Microtechnical force sensor ( 100 ; 300 ; 400 ) having the following characteristics: a substrate ( 102 ; 302 . 402 ), which has a recess ( 104 ) to a sensor membrane adjacent to the recess ( 106 ; 306 ) to build; a sealing membrane ( 108 ) for closing the recess to form a cavity, and a transmission medium ( 110 ) in the cavity for converting a force (F) acting on the closure membrane into a change in shape of the sensor membrane; and a detection device ( 112 ; 312 ) for detecting the change in shape of the sensor membrane. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat (102; 302, 402) und die Verschlussmembran (108) eine Kraftsensor-Messzelle bilden.Microtechnical force sensor according to claim 1, wherein the substrate ( 102 ; 302 . 402 ) and the sealing membrane ( 108 ) form a force sensor measuring cell. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Übertragungsmedium (110) eine inkompressible Flüssigkeit ist.Microtechnical force sensor according to one of claims 1 or 2, wherein the transmission medium ( 110 ) is an incompressible liquid. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat (102; 302; 402) der Kraftsensor-Messzelle ein monolithisches Mikroelektroniksubstrat ist.Microtechnical force sensor according to one of claims 1 to 3, wherein the substrate ( 102 ; 302 ; 402 ) of the force sensor measuring cell is a monolithic microelectronic substrate. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat (102; 302; 402) ein Halbleiterchip ist und wobei die Sensormembran (106; 306) piezoresistive Bereiche des Halbleiterchips enthält.Microtechnical force sensor according to one of claims 1 to 4, wherein the substrate ( 102 ; 302 ; 402 ) is a semiconductor chip and wherein the sensor membrane ( 106 ; 306 ) contains piezoresistive regions of the semiconductor chip. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß Anspruch 5, wobei das Substrat (302; 402) eine Mehrzahl pn-isolierter Brücken widerstände aufweist, die in den piezoresistiven Bereichen des Halbleiterchips angeordnet sind.Microtechnical force sensor according to claim 5, wherein the substrate ( 302 ; 402 ) has a plurality of pn-insulated bridge resistors, which are arranged in the piezoresistive regions of the semiconductor chip. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ausnehmung (104) des Substrats (102) so ausgeformt ist, dass die Sensormembran (106) vorzugsweise eine kleinere, an die Ausnehmung (104) angrenzende Fläche aufweist als die Verschlussmembran (108).Microtechnical force sensor according to one of claims 1 to 6, wherein the recess ( 104 ) of the substrate ( 102 ) is shaped so that the sensor membrane ( 106 ) preferably a smaller, to the recess ( 104 ) has adjacent surface than the sealing membrane ( 108 ). Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat (502) einen oder mehrere Kanäle (620) zum Befüllen der Ausnehmung (504) mit dem Übertragungsmedium durch eine äußere Öffnung (1028) aufweist und wobei die äußere Öffnung von einer Dichtung verschlossen ist.Microtechnical force sensor according to one of claims 1 to 7, wherein the substrate ( 502 ) one or more channels ( 620 ) for filling the recess ( 504 ) with the transmission medium through an outer opening ( 1028 ) and wherein the outer opening is closed by a seal. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verschlussmembran, mit der die Ausnehmung im Substrat zu einem Hohlraum verschlossen ist, ein Krafteinkopplungselement zum Einkoppeln der zu messenden Kraft auf die Verschlussmembran aufweist.Microtechnical force sensor according to one of claims 1 to 8, wherein the sealing membrane with which the recess in the substrate is closed to a cavity, a force injection element for coupling the force to be measured onto the sealing membrane having. Mikrotechnischer Kraftsensor gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, ferner mit einer elektrischen Schaltung (416), wobei die Schaltung ausgebildet ist, um ein von einer in der Kraftsensor-Messzelle integrierten Schaltung (312) bereitgestelltes Basissignal zu erfassen und auszuwerten, sowie ein elektronisches analoges oder digitales Standardsignal auszugeben.Microtechnical force sensor according to one of claims 2 to 9, further comprising an electrical circuit ( 416 ), wherein the circuit is designed to detect a circuit integrated in the force sensor measuring cell ( 312 ) to detect and evaluate provided base signal, as well as to output an electronic analog or digital standard signal. Verfahren zum Herstellen eines mikrotechnischen Kraftsensors mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats (502), das eine Ausnehmung (504) aufweist, um eine an die Ausnehmung angrenzende Sensormembran (506) mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung eienr Formänderung der Sensormembran zu bilden; und Verschließen der Ausnehmung, so dass die Ausnehmung durch eine Verschlussmembran (824) verschlossen ist, um einen Hohlraum (722) zu bilden, in welchem ein Übertragungsmedium zur Umwandlung einer auf die Verschlussmembran wirkenden Kraft (F) in die Formänderung der Sensormembran vorhanden ist.Method for producing a microtechnical force sensor comprising the following steps: providing a substrate ( 502 ), which has a recess ( 504 ) to a sensor membrane adjacent to the recess ( 506 ) to be formed with a detection device for detecting a change in shape of the sensor membrane; and closing the recess, so that the recess through a closure membrane ( 824 ) is closed to a cavity ( 722 ) in which a transfer medium for converting a force (F) acting on the sealing membrane into the change in shape of the sensor membrane is present. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Schritt des Verschließens der Ausnehmung folgende Schritte umfasst: Ausfüllen der Ausnehmung (722) mit einem Opfermaterial; Abdecken der Ausnehmung mit der Verschlussmembran (824); Entfernen des Opfermaterials durch eine oder mehrere Entnahmeöffnungen (1028); Ausfüllen des entstandenen Hohlraums mit dem Übertragungsmedium durch die Entnahmeöffnungen; und Verschließen der Entnahmeöffnungen.The method of claim 11, wherein the step of closing the recess comprises the steps of: filling the recess (10) 722 ) with a sacrificial material; Covering the recess with the sealing membrane ( 824 ); Removing the sacrificial material through one or more withdrawal openings ( 1028 ); Filling the resulting cavity with the transfer medium through the removal openings; and closing the removal openings. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Schritt des Bereitstellens ferner einen Schritt des Vorsehens eines oder mehrerer Kanäle (620) in einer Hauptseite des Substrats (502) der Kraftsensor-Messzelle, in der sich die Ausnehmung (504) öffnet, umfasst, wobei der Kanal oder die mehreren Kanäle mit der Ausnehmung verbunden sind und sich von derselben weg erstrecken.The method of claim 12, wherein the step of providing further comprises a step of providing one or more channels ( 620 ) in a main side of the substrate ( 502 ) of the force sensor measuring cell, in which the recess ( 504 ), wherein the channel or the plurality of channels are connected to the recess and extend away therefrom. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Verschlussmembran (824) galvanisch aufgebracht wird.Method according to one of claims 11 to 13, wherein the sealing membrane ( 824 ) is applied galvanically. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Schritt des Entfernens des Opfermaterials ein Bilden einer oder mehrerer Entnahmeöffnungen (1028) zu dem einen oder den mehreren Kanälen (620) umfasst.A method according to any one of claims 11 to 14, wherein the step of removing the victim a formation of one or more removal openings ( 1028 ) to the one or more channels ( 620 ). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Schritt des Entfernens des Opfermaterials sowie der Schritt des Ausfüllens des Hohlraums mit einem Nanoplotter ausgeführt wird.Method according to one the claims 11 to 15, wherein the step of removing the sacrificial material as well the step of completing of the cavity is carried out with a nanoplotter. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, ferner mit einem Schritt des Aufbringens eines Krafteinkopplungselements (926) auf der Verschlussmembran (824).Method according to one of claims 11 to 16, further comprising a step of applying a force injection element ( 926 ) on the sealing membrane ( 824 ). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Opfermaterial ein Opferpolymer ist.Method according to one the claims 11 to 17, wherein the sacrificial material is a sacrificial polymer.
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