DE102005020176A1

DE102005020176A1 - Micromechanical pressure sensor and a corresponding manufacturing method

Info

Publication number: DE102005020176A1
Application number: DE200510020176
Authority: DE
Inventors: Hubert Benzel; Matthias Illing; Simon Armbruster; Gerhard Lammel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-16
Also published as: WO2006114347A1

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein mikromechanischer Druck-/Kraftwandler beschrieben sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Dabei ist zur Herstellung des Kraftwandlers vorgesehen, wenigstens einen Piezowiderstand in ein massives Halbleitersubstrat einzubringen. Dabei ist vorgesehen, dass das Halbleitersubstrat wenigstens im Bereich der Piezowiderstände und in der späteren Nutzung frei von Kavernen, Gräben oder sonstigen nachträglich eingebrachten Strukturen ist und somit eine hohe Stabilität gegenüber Verformungen aufweist. Anschließend wird im Bereich des Piezowiderstands ein Körper auf das Halbleitersubstrat aufgebracht. Durch eine Krafteinwirkung auf den Körper soll im Folgenden durch den wenigstens einen Piezowiderstand ein elektrisches Signal erzeugt werden, welches die Stärke der Krafteinwirkung repräsentiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Kugel mittels einer speziellen Haftschicht fest mit dem Halbleitersubstrat zu verbinden. Durch eine derartige feste und starre Verbindung lässt sich besonders einfach eine hohe Genauigkeit des Druck-/Kraftwandlers erreichen.The present invention describes a micromechanical pressure / force transducer and a method for its production. In this case, it is provided for producing the force transducer to introduce at least one piezoresistor into a solid semiconductor substrate. It is provided that the semiconductor substrate, at least in the field of piezoresistors and in the subsequent use of caverns, ditches or other subsequently introduced structures and thus has a high stability against deformation. Subsequently, a body is applied to the semiconductor substrate in the region of the piezoresistor. By an application of force to the body, an electrical signal is to be generated in the following by the at least one piezoresistor, which represents the strength of the force. According to the invention, the ball is fixedly connected to the semiconductor substrate by means of a special adhesive layer. Such a rigid and rigid connection makes it particularly easy to achieve a high accuracy of the pressure / force transducer.

Description

In der Consumer-Elektronik werden berührungsempfindliche Bildschirme in PDAs und Smartphones verwendet, sowie berührungsempfindliche Flächen als Ersatz für die Maus in Laptops. Eine Möglichkeit, derartige Anwendungen zu realisieren besteht in der Verwendung von Drahtgittern, welche in die Oberfläche eingebracht werden und die es erlaubt durch das Schließen eines elektrischen Kontaktes bei Berührung die Koordinate des Stiftes bzw. Fingers auszulesen. Eine derartige Anordnung erlaubt jedoch nicht, die jeweils aufgewendete Anpresskraft zu erfassen.In Consumer electronics become touch-sensitive screens used in PDAs and smartphones, as well as touch-sensitive surfaces as Replacement for the mouse in laptops. A possibility, To realize such applications is the use of Wire meshes, which are introduced into the surface and which allows it by closing an electrical contact in contact the coordinate of the pin or finger read. However, such an arrangement allows not to capture the applied contact force.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Oberfläche als starre Platte auszuführen, welche in den Ecken auf kraftempfindliche Elemente gelagert ist. Diese können durch Drucksensoren realisiert werden. Durch das Verhältnis der Kräfte (Hebelgesetz) kann auf die Position des Stiftes bzw. Fingers geschlossen werden. Die Summe der Kräfte ergibt die Anpresskraft, welche z.B. als Strichstärke betrachtet werden kann. Eine derartige Anordnung kann ebenfalls zur Verbesserung der Handschriftenerkennung verwendet werden.A different possibility is the surface as a rigid plate, which is mounted in the corners on force-sensitive elements. these can be realized by pressure sensors. By the ratio of personnel (Lever law) can be closed to the position of the pen or finger become. The sum of the forces gives the contact force, which is e.g. considered as line width can be. Such an arrangement may also be for improvement the handwriting recognition can be used.

Ein Problem ist hierbei die Robustheit des Kraftsensors. Bei den typischen Anwendungen von Touchpads oder anderen Bedienelementen treten Kräfte bis ca. 5 N auf, welche mit ca. 1 % Genauigkeit bestimmt werden müssen, der Sensor muss aber bis ca. 50 N überlastsicher gegen Bruch o.ä. sein.One The problem here is the robustness of the force sensor. In the typical Applications of touchpads or other controls kick forces up about 5 N, which must be determined with about 1% accuracy, the Sensor must however be overload-protected up to approx. 50 N against breakage or similar be.

Eine Möglichkeit der Kraftübertragung vom Touchpad oder dem direkt mit dem Finger zu bedienenden Bedienelement auf die Membran eines Druck- oder Kraftsensors besteht darin, dass eine kleine Stahlkugel verwendet wird, welche durch eine geeignete Aufbautechnik in der Mitte auf der Membran lose gehalten wird. Nachteilig wirkt sich bei einem derartigen Aufbau jedoch die relativ ungenaue Zentrierung der losen Kugel auf die Messgenauigkeit aus.A possibility the power transmission from the touchpad or directly to the finger-operated control element on the membrane of a pressure or force sensor is that a small steel ball is used, which by a suitable Construction technique in the middle on the membrane is kept loose. adversely However, the relatively inaccurate effect with such a structure Centering the loose ball on the measurement accuracy.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein mikromechanischer Druck-/Kraftwandler beschrieben, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Dabei ist zur Herstellung des Kraftwandlers vorgesehen, wenigstens einen Piezowiderstand in ein massives Halbleitersubstrat einzubringen. Dabei ist vorgesehen, dass das Halbleitersubstrat wenigstens im Bereich der Piezowiderstände und in der späteren Nutzung frei von Kavernen, Gräben oder sonstigen nachträglich eingebrachten Strukturen ist und somit eine hohe Stabilität gegenüber Verformungen aufweist. Statt den Piezowiderstand in die Oberfläche des Halbleitersubstrats einzubringen, kann auch eine Abscheidung eines entsprechenden Dehnungsmessstreifens auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen sein. Anschließend wird im Bereich des Piezowiderstands ein Körper auf das Halbleitersubstrat aufgebracht. Durch eine Krafteinwirkung auf den Körper soll im folgenden durch den wenigstens einen Piezowiderstand ein elektrisches Signal erzeugt werden, welches die Stärke der Krafteinwirkung repräsentiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Kugel mittels einer speziellen Haftschicht fest mit dem Halbleitersubstrat zu verbinden. Durch eine derartige feste und starre Verbindung lässt sich besonders einfach eine hohe Genauigkeit des Druck-/Kraftwandlers erreichen.With The present invention is a micromechanical pressure / force transducer described, and a method for its preparation. It is to Manufacture of the force transducer provided, at least one piezoresistor into a massive semiconductor substrate. It is intended that the semiconductor substrate at least in the region of the piezoresistors and in the later Use free of caverns, ditches or other subsequently introduced structures and thus a high stability against deformation having. Instead of the piezoresistor in the surface of the Semiconductor substrate can also be a deposition of a corresponding strain gauge on the surface of the Semiconductor substrate may be provided. Subsequently, in the area of the piezoresistor a body applied to the semiconductor substrate. By a force on the body will be described below by the at least one piezoresistor be generated electrical signal, which is the strength of the Force action represents. According to the invention, it is provided the ball by means of a special adhesive layer fixed to the semiconductor substrate connect to. By such a solid and rigid connection can be especially easy high accuracy of the pressure / force transducer to reach.

Darüber hinaus kann die Empfindlichkeit, mit der die Stärke der Krafteinwirkung erfasst werden kann, durch die Vorgabe der relativen räumlichen Positionierung des Körpers bezüglich dem Piezowiderstand und/oder der Materialwahl des Halbleitsubstrats und/oder der Materialwahl des Körpers vorgeben.Furthermore can the sensitivity with which detects the strength of the force by specifying the relative spatial positioning of the body in terms of the piezoresistance and / or the choice of material of the semiconductor substrate and / or the choice of material of the body pretend.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, eine Metallkugel oder eine Lotktugel auf das Halbleitersubstrat aufzubringen, mit dessen Hilfe die Krafteinwirkung auf das Substrat bzw. auf den Piezowiderstand weitergeleitet werden kann. Dabei ist insbesondere vorgesehen, die Kugel fest mit dem Halbleitersubstrat zu verbinden, beispielsweise mittels einer speziellen Haftschicht. Durch eine derartige feste Verbindung wird verhindert, dass sich die Kugel von ihrer relativen Ausrichtung zu dem Piezowiderstand entfernt und somit das Verhältnis der Höhe des elektrischen Signals zur Krafteinwirkung verändert. Ähnliche Auswirkungen werden verhindert, indem die Kugel auf der Kugelauflage abgeflacht wird.In An embodiment of the invention is provided, a metal ball or to apply a Lotktugel on the semiconductor substrate, with its help the force on the substrate or on the piezoresistor can be forwarded. In particular, it is provided that To connect ball firmly to the semiconductor substrate, for example by means of a special adhesive layer. By such a fixed Connection will prevent the ball from being relative Orientation to the piezoresistor removed and thus the ratio of Height of the electric Signal for force changed. Similar Impacts are prevented by placing the ball on the ball seat flattened.

Vorteilhafterweise wird zur Erzeugung der Lotkugel ein mikromechanisches Abscheideverfahren, beispielsweise ein Siebdruckverfahren, verwendet. Dies hat den Vorteil, dass eine Abstimmung der in den vorhergehenden mikromechanischen Prozessschritten zur Erzeugung des Piezowiderstands bzw. der Haftschicht verwendeten Maskierungen mit der Aufbringung des Lotmaterials erfolgen kann. Dadurch ist eine besonders präzise Ausrichtung der so erzeugten Lotkugel in Relation zu dem Piezowiderstand möglich. Durch eine derartige Ausrichtung kann die Genauigkeit der Zuweisung einer Krafteinwirkung zu dem erfassten elektrischen Signal deutlich erhöht werden.advantageously, For the production of the solder ball, a micromechanical deposition method is used, For example, a screen printing process used. This has the advantage that a vote in the previous micromechanical Process steps for generating the piezoresistor or the adhesive layer used masks done with the application of the solder material can. This is a particularly precise alignment of the generated Lotkugel in relation to the piezoresistor possible. By such Alignment can be the accuracy of the assignment of a force be increased significantly to the detected electrical signal.

Bekannte Drucksensoren in Oberflächenmikromechanik arbeiten mittels eines kapazitiven Messprinzip und benötigen eine Auswerteschaltung in unmittelbarer Nähe der Messkapazität. Dies bedeutet eine größere Chipfläche für jeden der als Kraftsensoren verwendbaren Drucksensoren, in der Regel 4, mindestens 3 Stück für die Anwendung als Touchpad. Im Gegensatz dazu arbeitet die vorliegende Erfindung nach dem piezoresitiven Prinzip, bei welchem die Mess-Rohsignale auch über mehrere Zentimeter lange Leitungen problemlos übertragen werden können und durch eine einzelne Auswerteschaltung verarbeitet werden können. Dies vereinfacht auch den Abgleich, welcher dann nur einmal auf Modulebene durchgeführt werden muss.Known pressure sensors in surface micromechanics operate by means of a capacitive measuring principle and require an evaluation circuit in the immediate vicinity of the measuring capacity. This means a larger chip area for each of the pressure sensors which can be used as force sensors, as a rule 4, at least 3 pieces for use as a touchpad. In contrast, the present invention operates according to the piezoresitive principle, in which the raw measurement signals can be transmitted easily over several centimeters long lines and can be processed by a single evaluation circuit. This also simplifies the adjustment, which then has to be performed only once at the module level.

Ferner kann das aufwändige Montieren der Kugel über dem Halbleitersubstrat bzw. dem Chip durch das aus der Flip-Chip-Technik bekannte Aufbringen von Lötbumps ersetzt werden. Somit kann die erreichbare Empfindlichkeit des Drucksensors hinsichtlich Auflösungen und Genauigkeit gerade im Niederdruckbereich bis zu ca. 50 bis 100 N gegenüber bekannten Kraftwandlern erhöht werden.Further can be the elaborate one Mount the ball over the semiconductor substrate or the chip by means of the flip-chip technique known application of solder bumps be replaced. Thus, the achievable sensitivity of the pressure sensor in terms resolutions and accuracy especially in the low pressure range up to approx. 50 to 100 N opposite increased known force transducers become.

Zusätzlich ermöglicht die Ausgestaltung des Kraftwandlers durch die Verwendung eines massiven Halbleitsubstrats einen deutlich erhöhten Überlastschutz, da keine fragilen Elemente verwendet werden.In addition, the Embodiment of the force transducer by the use of a massive Halbleitsubstrats a significantly increased overload protection, because no fragile elements are used.

Durch die Verwendung von aufeinander abgestimmten Maskierungen in nachfolgenden Prozessschritten des mikromechanischen Herstellungsprozess kann die Position des Körpers bzw. der Lötkugel sehr genau definiert werden. Somit kann die Fläche auf dem Halbleitersubstrat, auf die die Verformung wirkt, verringert werden. Durch die Fixierung des Körpers bzw. der Lötkugel auf dem Seedlayer wird darüber hinaus die Montage in ein Kunststoffgehäuse erleichtert.By the use of matched masks in subsequent ones Process steps of the micromechanical manufacturing process can the position of the body or the solder ball be defined very precisely. Thus, the area on the semiconductor substrate, on which the deformation acts can be reduced. By fixing the body or the solder ball on the Seedlayer is about it also facilitates the assembly in a plastic housing.

Durch die Verwendung unterschiedlicher Lotpasten, z.B. Pb-Lot bzw. Pb-freies Lot, ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften der Kugel, insbesondere deren Härte der gewünschten Anwendung anzupassen. Als mögliche Lotverbindung hat sich beispielsweise eine Legierung aus ca. 80% Au und ca. 20% Sn erwiesen, da diese Verbindung besonders hart wird.By the use of different solder pastes, e.g. Pb solder or Pb-free Lot, is it possible the mechanical properties of the ball, in particular their hardness of desired Application to adapt. As possible Soldered connection has, for example, an alloy of about 80% Au and about 20% Sn proved, as this compound is particularly hard.

Da typische Anwendungsbereiche für die vorgeschlagene Erfindung im täglichen Leben zu finden sind, z.B. Handy, (Computer-)Tastatur, Spielekonsolen etc., ist eine besondere Auslegung des Druck-/Kraftsensors beispielsweise gegenüber hohen Temperaturschwankung oder besonders aggressive Umweltmedien nicht nötig. Somit können die vorgeschlagenen Druck-/Kraftwandler in Standardverfahren der Mikromechanik ohne zusätzliche aufwendige Prozessschritte kostengünstig hergestellt werden.There typical applications for the proposed invention can be found in daily life, e.g. Mobile phone, (computer) keyboard, game consoles etc., is a special one Design of the pressure / force sensor, for example, against high Temperature fluctuation or particularly aggressive environmental media not necessary. Thus, you can the proposed pressure / force transducer in standard methods of Micromechanics without additional consuming process steps are produced inexpensively.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.Further Benefits emerge from the following description of exemplary embodiments or from the dependent ones Claims.

Zeichnungendrawings

In den 1a und 1b ist ein schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Kraftwandlers dargestellt. Mit der 2 wird ein Aufbau eines Druckwandlers innerhalb eines Gehäuses dargestellt. Die 3 zeigt eine mögliche Auswertung von vier Kraftwandlern anhand eines Blockschaltbildes. 4 zeigt beispielhaft eine Anwendung des Kraftwandlers in Form einer Zifferntastatur.In the 1a and 1b a schematic structure of a micromechanical force transducer according to the invention is shown. With the 2 a structure of a pressure transducer is shown within a housing. The 3 shows a possible evaluation of four force transducers based on a block diagram. 4 shows an example of an application of the force transducer in the form of a numeric keypad.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Möglichkeit präsentiert, die Betätigung eines Bedienelements, wie sie üblicherweise bei Tastaturen oder Touchpads eingesetzt werden, mit einem in mikromechanischer Bauweise hergestellten Drucksensor auf der Basis der Piezotechnologie zu erfassen. Dabei ist neben der Betätigung des Bedienelements als digitaler An/Aus-Schalter auch eine direkte Erfassung der Anpresskraft des Bedienelements möglich. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann dabei die Anpresskraft mit ca. 1% Genauigkeit sehr präzise erfasst werden.With the present invention presents a possibility the operation an operating element, as it usually does used in keyboards or touchpads, with a micromechanical one Construction manufactured pressure sensor based on the piezo technology capture. It is in addition to the operation of the control element as digital on / off switch also a direct detection of the contact pressure of the control possible. Due to the inventive design The clamping force can be recorded very precisely with approx. 1% accuracy become.

In der mikromechanischen Bauelementherstellung sind verschiedene Verfahren zur Erzeugung von mikromechanischen Bauelementen bekannt. So ist beispielsweise die Herstellung eines Drucksensors mit piezoresistiven Widerständen mittels Halbleitersubstraten aus den Schriften DE 101 35 216 A1 oder DE 10 2004 007518 A1 bekannt, auf die zum Herstellungsverfahren des vorliegenden mikromechanischen Kraftwandlers ausdrücklich verwiesen werden soll.In micromechanical component production, various methods for producing micromechanical components are known. For example, the production of a pressure sensor with piezoresistive resistors by means of semiconductor substrates from the writings DE 101 35 216 A1 or DE 10 2004 007518 A1 to which is expressly referred to the manufacturing process of the present micromechanical force transducer.

Für die vorliegende Erfindung wird das bekannte Herstellungsverfahren jedoch leicht abgewandelt. Ausgangspunkt ist ein Halbleitersubstrat 100, vorzugsweise aus Silizium. Auf diesem Halbleitersubstrat 100 werden piezoresistive Widerstände 125, beispielsweise entsprechend der DE 101 35 216 A1 oder Dehnungsmessstreifen, wie sie in der DE 10 2004 007518 A1 beschrieben werden, aufgebracht. Auf die piezoresistiven Widerstände 125, sowie auf einen Bereich des Halbleitersubstrats wird ein spezielle Schicht 140 (Seedlayer) aufgebracht, auf die in einem weiteren Verfahrensschritt der Körper 150 aufgebracht wird. Um eine gute Haftung des Körpers 150 auf dem Substrat 100 zu ermöglichen. kann die Schicht 140 derart ausgestaltet sein, dass die Haftung sowohl auf das Material des Substrats 100 als auch auf das Material des Körpers angepasst ist.For the present invention, however, the known manufacturing method is easily modified. The starting point is a semiconductor substrate 100 , preferably of silicon. On this semiconductor substrate 100 become piezoresistive resistors 125 , for example, according to the DE 101 35 216 A1 or strain gauges as used in the DE 10 2004 007518 A1 described, applied. On the piezoresistive resistors 125 , As well as a portion of the semiconductor substrate is a special layer 140 (Seedlayer) applied to the body in a further process step 150 is applied. To get a good adhesion of the body 150 on the substrate 100 to enable. can the layer 140 be configured such that the adhesion to both the material of the substrate 100 as well as adapted to the material of the body.

Zur Erzeugung der piezoresistiven Widerstände 125 ist vorgesehen, dass zunächst eine piezosensitive Schicht aufgebracht wird, die anschließend entsprechend strukturiert wird. Das Aufbringen und auch das Strukturieren erfolgt dabei in mikromechanischen Standardverfahren mittels entsprechender aufeinander abgestimmter Maskierungen, die eine genaue Positionierungen der aufeinander folgenden Verfahrensschritten ermöglichen. So kann beispielsweise die Schicht 140, die nach den piezoresistiven Widerständern 125 von der gleichen Seite auf dem Substrat 100 erzeugt wird, äusserst genau relativ zu den piezoresistiven Widerständern 125 positioniert werden. Wird als Körper 150 eine Lotkugel verwendet, d.h. ein Material welches ebenfalls in einem mikromechanischen Verfahren auf die Oberfläche gebracht werden kann, so kann diese Kugel 150 durch Nutzung der Maskierungstechnik äusserst genau bezüglich zu die Widerstände 125 positioniert werden. Durch eine derartige Positionierung kann die Genauigkeit des Kraftwandlers deutlich erhöht werden.For generating the piezoresistive resistors 125 It is provided that initially a piezosensitive layer is applied, which is then structured accordingly. The application and also the structuring takes place in micromechanical standard methods by means of corresponding coordinated masks, which allow accurate positioning of the successive process steps. For example, the layer 140 that after the piezoresistive resisters 125 from the same side on the substrate 100 is generated, extremely accurate relative to the piezoresistive resistors 125 be positioned. Being as a body 150 used a solder ball, ie, a material which can also be brought in a micromechanical process on the surface, so this ball 150 by using the masking technique extremely accurate with respect to the resistors 125 be positioned. By such positioning, the accuracy of the force transducer can be significantly increased.

Neben der Verwendung einer Lotkugel ist jedoch auch die Positionierung einer Metallkugel auf der Schicht 140 möglich. Dabei ist jedoch zu beachten, dass ein Verfahren zur Positionierung gewählt werden muss, bei dem eine ähnlich gute Ausrichtung der Metallkugel relativ zu den piezoresisitiven Widerständen 125 möglich ist. Weiterhin ist darauf zu achten, dass die Metallkugel fest mit dem Halbleitersubstrat 100 bzw. mit der Schicht 140 verbunden ist, um eine Verschiebung der Kugel und somit eine Veränderung des erzeugten Signals bei Betätigung zu verhindern.In addition to the use of a solder ball, however, is the positioning of a metal ball on the layer 140 possible. However, it should be noted that a method of positioning must be chosen in which a similar good orientation of the metal ball relative to the piezoresistive resistors 125 is possible. Furthermore, make sure that the metal ball firmly with the semiconductor substrate 100 or with the layer 140 is connected to prevent a displacement of the ball and thus a change of the signal generated when actuated.

In den 1a und 1b ist ein typischer Verlauf einer Betätigung des Kraftwandlers dargestellt. So zeigt 1a den Kraftwandler im unbetätigten Zustand. 1b zeigt demgegenüber einen Zustand, bei dem die Kraft 160, die auf den Körper 150 wirkt, ausreicht, um das Halbleitersubstrat 100 wenigstens an der Oberfläche zu verformen. Durch diese Verformung werden ebenfalls die piezoresistiven Widerstände 125 verformt, so dass sie ein messbares Potential in Form einer Spannung erzeugen. Die so erfasste Spannung lässt sich anschließend in einer entsprechenden Auswerteeinheit einer Krafteinwirkung 160 zuordnen.In the 1a and 1b is a typical course of an operation of the force transducer shown. So shows 1a the force transducer in the unactuated state. 1b In contrast, shows a state in which the force 160 on the body 150 acts, sufficient to the semiconductor substrate 100 at least on the surface to deform. This deformation also causes the piezoresistive resistances 125 deformed so that they generate a measurable potential in the form of a voltage. The thus detected voltage can then be in a corresponding evaluation of a force 160 assign.

Um eine als Seedlayer bezeichnete Schicht 140 zu erzeugen, kann der entsprechende Bereich auf dem Halbleitersubstrat 100 auch galvanisiert werden. Darüber hinaus kann im Siebdruckverfahren oder einem anderen geeigneten Herstellungsverfahren aus der Flip-Chip-Technologie eine Lötpaste auf das Halbleitersubstrat 100 aufgebracht werden. Die Lötpaste wird daraufhin umgeschmolzen, so dass nur die gewünschte Fläche benetzt wird und je nach aufgebrachter Lotmenge eine Lötkugel entsprechend der Figur 150 entsteht.A layer called a Seedlayer 140 can generate the corresponding area on the semiconductor substrate 100 also galvanized. In addition, a solder paste can be applied to the semiconductor substrate by the screen printing method or another suitable manufacturing method using flip-chip technology 100 be applied. The solder paste is then remelted, so that only the desired surface is wetted and depending on the amount of solder applied a solder ball according to the figure 150 arises.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Körper 150 auf der Seite, die in Kontakt mit dem Seedlayer 140 steht, abgeflacht ist (siehe beispielhaft 1a). Somit wird ein Verrutschen des Körpers auf dem Halbleitersubstrat vermindert. Um eine plastische Verformung des Körpers 150 bei der Verwendung von Lot während des Betriebs zu vermeiden, kann die Lotkugel bei der Montage mit der Platte 230 bereits vorgepresst werden, so dass sie auch auf der Oberseite abgeflacht ist.In a further embodiment it can be provided that the body 150 on the side that is in contact with the Seedlayer 140 stands, is flattened (see example 1a ). Thus, slippage of the body on the semiconductor substrate is reduced. To a plastic deformation of the body 150 When using solder during operation, the solder ball may interfere with mounting with the plate 230 already pre-pressed, so that it is flattened on the top.

Zur Einstellung der Empfindlichkeit des Druck-/Kraftwandlers kann das Halbleitermaterial des Substrats 100 entsprechend gewählt bzw. behandelt werden. So ist denkbar, dass je nach Anwendung des Druck-/Kraftwandlers das Halbleitermaterial mehr oder weniger verformbar ist. Darüber hinaus ist auch denkbar, die Tiefe und die Position der piezoresistiven Widerstände 125 im Halbleitersubstrat in Abhängigkeit der gewünschten Empfindlichkeit zu wählen.To adjust the sensitivity of the pressure / force transducer, the semiconductor material of the substrate 100 be chosen or treated accordingly. Thus, it is conceivable that depending on the application of the pressure / force transducer, the semiconductor material is more or less deformable. In addition, it is also conceivable the depth and the position of the piezoresistive resistors 125 in the semiconductor substrate depending on the desired sensitivity.

Eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kraftwandlers ist in 2 dargestellt. Dabei wird der Kraftwandler, bestehend aus dem Halbleitersubstrat 100, den piezoresistiven Widerständen 125, dem Seedlayer und dem Körper 150 in einem Gehäuse 200 untergebracht. Die elektrischen Verbindungen zu den piezoresistiven Widerständen 125 können dabei mittels Bondverbindungen 210 zu Kontaktstellen im Gehäuse 200 oder direkt zu einer Auswerteeinheit geführt werden. Um die elektrischen Leitungen vor Umwelteinflüssen oder Verschmutzung zu schützen, kann optional vorgesehen sein, das Gehäuse 200 mit einem passivierenden bzw. schützenden Gel 220 wenigstens teilweise zu füllen. Wie aus der 2 zu ersehen ist, ist vorgesehen, den Körper 150 derart über das Gehäuse 200 hinaus stehen zu lassen, dass eine Platte 230 auf den Körper aufgelegt werden kann. Diese Platte 230 stellt beispielsweise ein mit dem Finger betätigbares Bedienelement dar, so dass mittels eines Fingerdrucks auf das Bedienelement der Körper 150 auf das Halbleitersubstrat 100 gedrückt werden kann.A possible embodiment of a force transducer according to the invention is in 2 shown. In this case, the force transducer, consisting of the semiconductor substrate 100 , the piezoresistive resistors 125 , the Seedlayer and the body 150 in a housing 200 accommodated. The electrical connections to the piezoresistive resistors 125 can do this by means of bond connections 210 to contact points in the housing 200 or be led directly to an evaluation unit. In order to protect the electrical lines against environmental influences or contamination, may optionally be provided, the housing 200 with a passivating or protective gel 220 at least partially fill. Like from the 2 is to be seen, is the body 150 so on the case 200 to leave out a plate 230 can be placed on the body. This plate 230 represents, for example, a finger-operable control element, so that by means of a finger pressure on the operating element of the body 150 on the semiconductor substrate 100 can be pressed.

Mögliche Einsatzgebiete für den vorliegenden Kraftwandler liegen im Bereich der Telekommunikation, beispielsweise in Mobiltelefonen (Handys) sowie im Konsolenbereich für (Computer-) Spiele oder Terminals. Der Vorteil bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine geringe Baugröße des mikromechanischen Druck/Kraftwandlers erreicht werden kann. Weiterhin wird durch die ausgeübte Kraft auf den Körper 150 in den Piezowiderständen 125 eine erfassbare Spannung erzeugt. Somit entfällt eine separate Spannungsversorgung der Bedienelemente.Possible applications for the present force transducer are in the field of telecommunications, for example in mobile phones and in the console area for (computer) games or terminals. The advantage of using the present invention is that a small size of the micromechanical pressure / force transducer can be achieved. Furthermore, by the force exerted on the body 150 in the piezoresistors 125 generates a detectable voltage. This eliminates a separate power supply of the controls.

In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel aufgezeigt, welches die Abfrage von vier mikromechanischen Kraftwandlern 310 bis 340 durch eine Auswerteeinheit 300 darstellt. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass auch eine andere Anzahl von Kraftwandlern durch die Auswerteeinheit 300 erfasst werden können, siehe hierzu 4, bei der ein Ziffernblock dargestellt ist. In Abhängigkeit von den erfassten Signalen der Kraftwandler 310 bis 340 kann die Auswerteeinheit eine akustische und/oder optische Anzeige 360 bedienen. Darüber hinaus ist auch möglich, dass die Auswerteeinheit 300 die erfassten Signale an ein Steuergerät 350 weiterleitet.In the 3 a further embodiment is shown, which is the query of four micromechanical force transducers 310 to 340 through an evaluation unit 300 represents. Of course, it can also be provided that also a different number of force transducers by the evaluation 300 can be detected, see 4 in which a numeric keypad is shown. Depending on the detected signals of the force transducer 310 to 340 the evaluation unit can be an acoustic and / or visual indication 360 serve. In addition, it is also possible that the evaluation unit 300 the detected signals to a controller 350 forwards.

Allgemein kann vorgesehen sein, dass eine Kombination aus Kraftwandler und Auswerteeinheit sich beispielsweise durch die Berücksichtigung eines Schwellenwerts bei der Erfassung der Spannung als Schalter verwenden lässt. Selbstverständlich können dabei auch mehrere Schwellenwerte und mehrere Schaltungseinstellungen bei der Verwendung eines einzelnen Kraftwandlers berücksichtigt werden.Generally can be provided that a combination of force transducer and Evaluation unit, for example, by the consideration a threshold in the detection of the voltage as a switch can be used. Of course can do it also multiple thresholds and multiple circuit settings considered when using a single force transducer become.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Kraftwandler, die in einer Anwendung verwendet werden, beispielsweise in dem Ziffernblock nach 4, bei einer gleichen Krafteinwirkung 160 verschiedene Signale bzw. elektrische Größen mit unterschiedlichen Werten erzeugen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass beim Drücken der Ziffern des Ziffernblocks 400 jeder unterhalb eines Ziffern-Bedienelements angebrachter Kraftwandler eine eindeutig zuordenbare Spannung abgibt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Empfindlichkeit der verschiedenen Kraftwandler, die im Ziffernblock verwendet werden, unterschiedlich vorgegeben ist.In a further embodiment, it may be provided that the force transducers used in an application follow, for example, in the numeric keypad 4 , with the same force 160 generate different signals or electrical quantities with different values. Thus, for example, be provided that when you press the numbers of the numeric keypad 400 each attached below a numerical control force transducer outputs a unique assignable voltage. This can be achieved, for example, by setting the sensitivity of the different force transducers used in the numeric keypad differently.

Sinn und Zweck der Haftschicht (140) auf dem Halbleitersubstrat besteht darin, ein Verrutschen des Körpers während der Herstellung und/oder dem Betrieb des Druck-/Kraftwandlers zu verhindern. Dabei kann neben der Ausgestaltung des Körpers als Kugel (150) auch vorgesehen sein, einen stiftähnlichen Körper zu verwenden. Durch einen derartigen stiftähnlichen Körper kann die Kraft bzw. ein Druck von einer entfernten Quelle auf den Druck-/Kraftwandler weiter geleitet werden.Purpose of the adhesive layer ( 140 ) on the semiconductor substrate is to prevent slippage of the body during manufacture and / or operation of the pressure / force transducer. In addition to the design of the body as a ball ( 150 ) also be provided to use a pen-like body. By such a pen-like body, the force or a pressure from a remote source to the pressure / force transducer can be forwarded.

Claims

Method for producing a micromechanical force transducer, wherein for the production of the method steps - applying at least one piezosensitive resistor ( 125 ) in or on a solid semiconductor substrate ( 100 ), - applying a body ( 150 ) on the semiconductor substrate ( 100 ), characterized in that before application of the body ( 150 ) on the surface of the semiconductor substrate in the region of the piezosensitive resistor ( 125 ) an adhesive layer ( 140 ) is provided, it being provided that the adhesive layer ( 140 ) the body ( 150 ) fixed to the semiconductor substrate ( 100 ) connects.

A method according to claim 1, characterized in that on the semiconductor substrate, a metal ball or a solder ball is applied, wherein it is provided in particular that the ball ( 150 ) - in the region of the ball support on the semiconductor substrate and / or - is flattened on the ball support opposite side before or after application.

Method according to claim 2, characterized in that that for producing the solder ball preferably in a micromechanical Separation process a solder paste is applied before the solder paste is formed into a solder ball in a remelting process, wherein In particular, it is provided that the solder paste is an 80% alloy Au and 20% Sn.

Micromechanical force transducer, in particular according to a manufacturing method of claims 1 to 3, with at least one solid semiconductor substrate ( 100 ) and - in or on the semiconductor substrate ( 100 ) arranged piezosensitive resistor ( 125 ), and - one on the semiconductor substrate ( 100 ) arranged body ( 150 ), whereby it is provided that a force on the body ( 150 ) in the at least one piezoresistive resistor ( 125 ) one the strength of the force on the body ( 150 ) generates an electrical signal, characterized in that the body ( 150 ) by means of an adhesive layer ( 140 ) fixed to the semiconductor substrate ( 100 ) connected is.

Micromechanical force transducer according to claim 4, characterized characterized in that the electrical signal in particular the deformation of the semiconductor substrate on the surface of the semiconductor substrate.

Micromechanical force transducer according to claim 4, characterized characterized in that arranged on the semiconductor substrate body is realized by a metal ball or a solder ball, in particular is provided that the ball - in the sphere of the ball support on the semiconductor substrate and / or - on the ball pad opposing Side is flattened.

Device having at least one micromechanical force transducer according to one of claims 4 to 6, wherein it is provided that - the micromechanical force transducer ( 310 . 320 . 330 . 340 ) in a housing ( 200 ), and - at least part of the body is located outside the housing, characterized in that the electrical signal which is generated by means of the force acting on the body, by means of a connecting line to a separated from the semiconductor substrate evaluation unit ( 300 ) is forwarded.

Device with a variety of micromechanical Force transducers according to one of claims 4 to 7, characterized that every micromechanical force transducer with the same force provides a different value of the electrical signal.

Device for use in a touchpad or a mobile telephone with a force transducer according to one of claims 4 to 8th.

Device for use in a touchpad with A force transducer according to any one of claims 4 to 8.