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Die
Erfindung betrifft einen Differenzdrucksensor zur Wandlung eines
an zwei Druckanschlüssen
des Sensors anstehenden Differenzdruckes in ein elektrisches Signal.
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Für derartige
Differenzdrucksensoren kommen verschiedene Messprinzipien in Betracht,
die zum Großteil
darauf beruhen, dass infolge der Druckdifferenz ein Verformungskörper, insbesondere
eine Membran, ausgelenkt wird und die Auslenkung durch Messelemente
in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Messelemente sind
dabei auf einem Messchip angeordnet, der in einer Ölvorlage
gekapselt ist und Trennmembranen übertragen den Druck vom Messmedium
zum Öl
in der Druckvorlage und damit weiterhin zu dem Messchip bzw. den
Messelementen. Durch die Ölvorlage
ist ein Schutz des Messchips und insbesondere der Messelemente gegenüber aggressiven
Messmedien gegeben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differenzdrucksensor
bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Insbesondere soll ein Differenzdrucksensor bereitgestellt werden,
der eine hohe Medienresistenz und eine hohe Berstdruckfestigkeit
bei gleichzeitig hoher Messgenauigkeit und Langzeitstabilität aufweist.
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Diese
Aufgabe ist durch den im Anspruch 1 bestimmten Differenzdrucksensor
gelöst.
Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
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In
einer Ausführungsart
weist der Differenzdrucksensor einen Messchip oder ein Messplättchen auf,
auf dessen erster Fläche
mindestens ein Messelement zur Wandlung des Differenzdrucks in ein
elektrisches Signal angeordnet ist. Diese erste Fläche mit dem
Messelement ist durch einen Abdeckchip oder Abdeckplättchen abgedeckt
und dadurch vor dem gegebenenfalls aggressiven Messmedium geschützt. Hierzu
ist der Abdeckchip mit einer dritten Fläche derart auf die erste Fläche des
Messchips aufgebracht, dass Kontaktflächen auf der ersten Fläche des
Messchips für
eine elektrische Kontaktierung des Messelements zugänglich sind.
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In
einer Ausführungsart
sind der Messchip und der Abdeckchip im Bereich des Messelements durch
eine Verbindungsschicht mechanisch fest miteinander verbunden, so
dass eine Zwangskopplung der Verformung des Messchips und der Verformung des
Abdeckchips gegeben ist. Die Druckbeaufschlagung erfolgt auf den
der ersten und dritten Fläche
gegenüberliegenden
zweiten und vierten Fläche
des Messchips bzw. Abdeckchips. Dadurch kommt die erste Fläche des
Messchips mit den dort aufgebrachten Messelementen nicht mit dem
Messmedium in Kontakt. In einer Ausführungsart wird auf eine Ölvorlage
verzichtet.
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In
einer Ausführungsart
kann der Sensor beidseitig dem Messmedium ausgesetzt werden und dennoch
bleibt die elektrische Anschluss- und Verbindungstechnik medienfrei,
d. h. die elektrischen Anschlüsse
kommen nicht mit dem Messmedium in Kontakt. Die druckbeaufschlagbare
Fläche des
Messchips und die druckbeaufschlagbare Fläche des Abdeckchips können unter
Verwendung von Dichtmitteln dicht mit einer zugehörigen Anschlusseinrichtung
verbunden werden. Der Verbund aus Messchip und Abdeckchip kann auf
einem Trägerelement
angeordnet sein, das eine Öffnung
für die
Druckbeaufschlagung des Messchips und/oder des Abdeckchips aufweist.
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In
einer Ausführungsart
ist das Messelement im Bereich einer Ausdünnung angeordnet, insbesondere
im Bereich einer Membran des Messchips. Dadurch erfolgt eine Konzentration
der infolge der Differenzdruckbeaufschlagung auftretenden Verformung des
Messchips in den Bereich des Messelements. Die Ausdünnung bzw.
Membran kann durch mechanische Bearbeitung oder durch chemische
oder elektrochemische Ätzung
des Messchips hergestellt sein. In einer Ausführungsart ist die Membran durch
isotrope, d. h. richtungs- und insbesondere kristallrichtungsunabhängige Ätzung des
Messchips hergestellt. Dadurch ergeben sich im Wesentlichen in der Draufsicht
runde Membranen, die einen besonders hohen Berstschutz gewährleisten,
da durch die isotrope Ätzcharakteristik
das Auftreten einer Sollbruchkante am Übergang von der Membran zu
einem angrenzenden Abschnitt vermieden ist.
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In
einer Ausführungsart
weist auch der Abdeckchip eine Membran auf. In einer Ausführungsart sind
die Membranen des Messchips und des Abdeckchips deckungsgleich und
liegen im verbundenen Zustand passgenau übereinander. In einer alternativen Ausführungsart
ist die Membran des Abdeckchips größer als die Membran des Messchips.
Dadurch ist auch bei einem lateralen Versatz zwischen Messchip und
Abdeckchip gewährleistet,
dass der Membran des Messchips die Membran des Abdeckchips gegenüberliegt,
so dass die Durchbiegung der Membran des Messchips nicht durch einen
gegenüber
der Membran des Abdeckchips biegesteiferen Bereich des Abdeckchips
unerwünscht
beeinflusst ist. Durch die Verbindung des Messchips mit dem Abdeckchip im
Membranbereich ergibt sich eine Verbundmembran. Die Messelemente
sind nicht an einer Oberfläche
der Verbundmembran angeordnet, sondern in deren Innerem, nämlich im
Bereich des Übergangs von
der Membran des Messchips zu der Membran des Abdeckchips.
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In
einer Ausführungsart
sind die Dicken der Membranen des Messchips und des Abdeckchips identisch.
In diesem Fall liegen die Messelemente etwa in der Mitte der Verbundmembran. Üblicherweise
geht man davon aus, dass auch bei Druckbeaufschlagung in der Mitte
der Membran keine Druck- oder
Zugspannungen auftreten, und mithin in diesem Bereich keine Signalwandlung
erfolgen kann. Versuche haben jedoch gezeigt, dass unter anderem
durch den sogenannten Balloneffekt auch in der Mitte der Membran
Zug- und Druckspannungen auftreten, so dass auch in dieser Ausführungsart
eine Signalwandlung erfolgt.
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In
einer Ausführungsart
ist die Verbindung zwischen Messchip und Abdeckchip duktil, insbesondere
dehnbar. Als Verbindungsmittel kann ein Klebstoff eingesetzt werden,
beispielsweise eine silikonhaltiger Klebstoff. Beim Auftreten einer
Druckdifferenz drückt
die Membran des Messchips beim Durchbiegen in Richtung auf die Membran
des Abdeckchips, oder die Membran des Abdeckchips beim Durchbiegen
in Richtung auf die Membran des Messchips, und beide Membranen verformen
sich im Wesentlichen übereinstimmend.
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Die
Verbindungsschicht ist dabei zwischen den Membranen des Messchips
und des Abdeckchips angeordnet und bewirkt in einer z-Richtung,
die parallel zu einer Normalen der unverformte Membran verläuft, eine
steife Verbindung der Membranen. Diese steife Verbindung in z-Richtung
kann durch den Einsatz von Füllstoffpartikeln
in der Klebstoffschicht noch weiter verbessert werden. In den rechtwinklig zur
z-Richtung und zueinander verlaufenden x- und y-Richtungen ist die
Verbindungsschicht weniger steif. Dadurch nimmt die Verbindungsschicht
in x- und y-Richtung wenig mechanische Spannungen auf. In der Oberfläche des
Messchips treten die zu detektierenden mechanischen Spannungen auf. Wenn
die Membranen des Messchips und des Abdeckchips eine übereinstimmende
Biegesteifigkeit aufweisen, insbesondere aus demselben Werkstoff bestehen
und gleich dick sind, betragen die in der Oberfläche des Messchips auftretenden
Spannungen etwa 50% der in der Oberfläche einer homogenen Membran
aus demselben Werkstoff auftretenden Spannungen, deren Dicke der
Summe der Dicke der Membranen aus Messchip und Abdeckchip entspricht.
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In
einer Ausführungsart
sind der Messchip und der Abdeckchip in einem Bereich außerhalb
der Membran durch ein geeignetes erstes Verbindungsmittel steif
miteinander verbunden. Die Membranen des Messchips und des Abdeckchips
sind mit einem zweiten Verbindungsmittel miteinander verbunden, dessen
Steifigkeit geringer ist als die Steifigkeit des ersten Verbindungsmittels.
In einer Ausführungsart können der
Messchip und der Abdeckchip in dem Bereich außerhalb der Membran auch unmittelbar
aufeinander liegen, so dass in z-Richtung in diesem Bereich ein
Formschluss gebildet ist. Dadurch werden bei der Aufbau- und Verbindungstechnik
des Sensors und der dabei in der Regel erforderlichen Einspannung
des Verbundes aus Messchip und Abdeckchip in einem Sensorhalter
die dabei auftretenden Kräfte von
der zweiten Verbindungsschicht zwischen den Membranen ferngehalten.
Das erste Verbindungsmittel kann dabei auch nur punkt- oder linienförmig angeordnet
sein, und/oder nicht durchgehend, so dass laterale Öffnungen
für den
Durchtritt des zweiten Verbindungsmittels verbleiben.
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In
einer alternative Ausführungsart
sind die Dicken der Membranen des Messchips und des Abdeckchips
unterschiedlich. Durch eine geeignete Wahl der Membrandicken lässt sich
die Druckempfindlichkeit des Sensors einstellen.
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In
einer Ausführungsart
weist auch der Abdeckchip mindestens ein weiteres Messelement zur Wandlung
des Differenzdrucks in ein elektrisches Signal auf. Das weitere
Messelement kann auf der dritten Fläche des Abdeckchips angeordnet
sein, auf der auch weitere Kontaktflächen angeordnet sein können für eine elektrische
Kontaktierung des weiteren Messelements. In einer Ausführungsart
sind der Messchip und der Abdeckchip im Wesentlichen identisch aufgebaut,
insbesondere können
beide mit demselben Herstellverfahren hergestellt sein und/oder
ein übereinstimmende
Layout aufweisen. Zur Messung des Differenzdrucks kann dann wahlweise
der Messchip oder der Abdeckchip eingesetzt werden, oder beide Chips
können
zur Bereitstellung einer Redundanz zur Druckmessung herangezogen
werden.
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In
einer Ausführungsart
weist der Messchip und/oder der Abdeckchip eine polygonale Kontur
auf, insbesondere ist die Kontur des Messchips und/oder des Abdeckchips
durch ein regelmäßiges Polygon gebildet.
In einer Ausführungsart
ist der Messchip und/oder der Abdeckchip rechteckig und insbesondere
quadratisch. Bei der Verbindung von Messchip und Abdeckchip werden
diese planparallel zueinander ausgerichtet.
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In
einer Ausführungsart
weisen der Messchip und der Abdeckchip eine übereinstimmende Kontur auf,
beispielsweise ein regelmäßiges n-Eck. Die
Kontaktflächen
für die
elektrische Kontaktierung der Messelemente können mindestens teilweise im Bereich
der Ecken des n-Ecks angeordnet sein. Die Zugänglichkeit der Kontaktflächen kann
dadurch erreicht werden, dass der Abdeckchip nicht deckungsgleich
auf den Messchip aufgebracht wird, sondern gegenüber dem Messchip um eine rechtwinklig
zur dritten Fläche
verlaufende Achse gedreht aufgebracht wird. Der Winkelversatz beträgt dabei
vorzugsweise 360° dividiert
durch 2 × n,
wobei n die Anzahl der Ecken des Polygons ist, also beispielsweise bei
einem Viereck 45°.
Dadurch liegen die Ecken des Messchips, und auch die Ecken des Abdeckchips, frei
und dort angeordnete Kontaktflächen
sind für
einen elektrischen Anschluss zugänglich.
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In
einer Ausführungsart
ist der Abdeckchip im Bereich des Messelements mit dem Messchip
mechanisch fest verbunden. Für
die Herstellung dieser Verbindung können auf die erste Fläche des
Messchips und/oder auf die dritte Fläche des Abdeckchips Schichten
aufgebracht werden, die als Verbindungsschichten dienen. Beispielsweise
können
auf den Messchip und/oder Abdeckchip unstrukturierte oder strukturierte
Glasschichten aufgebracht werden, die durch eine Temperaturerhöhung und/oder
durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine mechanisch feste Verbindung
herstellen. Die Verbindung von Messchip und Abdeckchip erfolgt vorzugsweise ganzflächig im
Bereich der Überdeckung
von Messchip und Abdeckchip, jedenfalls ganzflächig im Bereich des Messelements
oder der Membran.
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In
einer Ausführungsart
sind der Messchip und der Abdeckchip mit einem Klebstoff miteinander verbunden.
Vorzugsweise werden Klebstoffe mit einer hohen Glasübergangstemperatur
von mehr als 150°C,
vorzugsweise mehr als 180°C
und insbesondere mehr als 200°C
nach dem Aushärten
eingesetzt, beispielsweise entsprechende Epoxyd- oder Polyimidklebstoffe.
Dadurch wird ein Kriechen der Klebstoffschicht unter Temperatur-
und Druckeinwirkung verhindert. Die Dicke der Klebstoffschicht soll dabei
grundsätzlich
so gering wie möglich
sein und kann vor allem durch die Topographie auf der ersten Fläche des
Messchips und/oder auf der dritten Fläche des Abdeckchips bestimmt
sein. In einer Ausführungsart
beträgt
die Dicke der Klebstoffschicht zwischen 0,5 und 20 μm, vorzugsweise
zwischen 1 und 10 μm
und insbesondere zwischen 2 und 4 μm.
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In
einer Ausführungsart
erfolgt die Verbindung durch eine Verbindungsschicht mit partikelförmigen Füllstoffen,
insbesondere eine füllstoffhaltige Klebeschicht.
Vorzugsweise wird ein Füllstoff
verwendet, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient geringer ist
als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Grundstoffes der Verbindungsschicht.
Dadurch ist es möglich,
den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungsschicht
an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Messchips und/oder
Abdeckchips anzupassen. In einer Ausführungsart ist der Ausdehnungskoeffizient
des Grundstoffes der Verbindungsschicht höher und der Ausdehnungskoeffizient
des Füllstoffes
geringer als der Ausdehnungskoeffizient des Messchips und/oder Abdeckchips.
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Beispielsweise
kann als Füllstoff
Siliziumoxid eingesetzt werden. Die Korngröße des Füllstoffes kann so gewählt werden,
dass die Verbindungsschicht im Wesentlichen inkompressibel ist.
Hierzu kann die Korngröße zwischen
10 und 100% der Dicke der Verbindungsschicht betragen, vorzugsweise zwischen
15 und 80% und insbesondere zwischen 20 und 70%. Besonders vorteilhaft
ist dabei, wenn die Korngröße mindestens
eines Teils der Füllstoffe
in einem vorgebbaren Bereich variiert, beispielsweise zwischen 0,2
und 5 μm,
vorzugsweise zwischen 0,3 und 3 μm
und insbesondere zwischen 0,5 und 2 μm.
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In
einer Ausführungsart
ist das Messelement ein piezoresistiver Widerstand mit einem K-Faktor von
mehr als 10, vorzugsweise mehr als 20 und insbesondere mehr als
35. Der K-Faktor beschreibt dabei das Verhältnis zwischen der auftretenden
Widerstandsänderung
infolge einer Dehnung oder Stauchung des Widerstandselements bzw.
infolge der dabei auftretenden mechanischen Spannungen gegenüber dem
Anteil der Widerstandsänderung,
der allein aufgrund der mit der Verformung des Widerstandselements
einhergehenden Geometrieänderung
des Widerstandes hervorgerufen wird. Hohe K-Faktoren gehen mithin
mit einer hohen Empfindlichkeit des Sensors einher.
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In
einer Ausführungsart
ist der piezoresistive Widerstand monolithisch in dem Messchip hergestellt,
beispielsweise in den aus einkristallinem Silizium bestehenden Messchip
diffundiert. Alternativ oder ergänzend
kann auch ein Messelement vorgesehen sein, das in Dünnschicht-
oder Dickschichttechnik auf den Messchip aufgebracht ist, beispielsweise
durch Kathodenzerstäubung
oder durch Abscheidung aus der Gasphase. In beiden Fällen kann
das Widerstandsmaterial dotiertes Silizium sein und es können zwei
oder vier Messelemente zu einer Halbbrücke oder Vollbrücke miteinander
verschaltet sein.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Druckbeaufschlagung des Sensors nur auf
Flächen
erfolgt, an denen keine Messelemente aufgebracht sind. Die Flächen, die
eine Druckbeaufschlagung erfahren, können zur weiteren Erhöhung der
Resistenz des Sensors mit Schutzschichten versehen sein, beispielsweise
aus SiO2, Si3N4, SiC oder aus einem Kunststoff wie Silikon oder
Parylene.
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Ein
typischer Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Differenzdrucksensoren
ist die Messung des an Filtern von Hydraulikanlagen auftretenden
Differenzdruckes, der ein Maß für den Verschmutzungsgrad
des Filters ist. Der statische Druck auf den beiden Anschlussseiten
des Filters kann dabei 100 bar oder mehr betragen, wohingegen der
zu ermittelnde Differenzdruck im Bereich von einigen wenigen Bar
oder nur Bruchteilen eines Bars betragen kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf einen Messchip eines Differenzdrucksensors,
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2 zeigt
eine Draufsicht auf einen Abdeckchip,
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3 zeigt
eine Draufsicht auf den Differenzdrucksensor,
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4 zeigt
in vergrößerter Darstellung
einen Schnitt IV-IV durch den Differenzdrucksensor der 3,
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5 zeigt
in vergrößerter Darstellung
einen Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispieles, und
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6 zeigt
einen Querschnitt durch einen aufgebauten Differenzdrucksensor.
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Die 1 zeigt
eine Draufsicht auf einen Messchip 10 eines Differenzdrucksensors 1.
Auf der ersten Fläche 12 sind
insgesamt vier Messelemente 14, 16, 18, 20 angeordnet,
und zwar in einem Bereich einer Membran 22, die von der
in der 1 nicht sichtbaren zweiten Fläche 24 (4)
des Messchips 10 eingebracht ist. Die Messelemente 14, 16, 18, 20 sind
jeweils paarweise in einer Region angeordnet, die bei einer Druckbeaufschlagung
im Wesentlichen Druckspannungen einerseits und Zugspannungen andererseits
erfährt,
und sind über
Verbindungsleitungen 26 zu einer Vollbrücke verschaltet. Die Brückenschaltung
wird über
erste Kontaktflächen 28, 30 an
eine Versorgungsspannung angeschlossen und an zweiten Kontaktflächen 32, 34 kann
ein der Druckdifferenz entsprechendes Messsignal abgegriffen werden.
Die ersten und zweiten Kontaktflächen 28, 30, 32, 34 sind
außerhalb
des Bereichs der Membran 22 angeordnet und können auf
verschiedene Weise elektrisch kontaktiert werden, beispielsweise
durch Drahtbonden oder dergleichen.
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Die 2 zeigt
eine Draufsicht auf einen Abdeckchip 40, der ebenso wie
der Messchip 10 quadratisch ist und insbesondere eine übereinstimmende
Kontur aufweist. Der Abdeckchip 40 weist ebenfalls eine
Membran 42 auf, die deckungsgleich mit der Membran 22 des
Messchips 10 ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf dem
Abdeckchip 40 keine elektrischen oder elektronischen Bauelemente aufgebracht.
Der Abdeckchip 40 dient vielmehr lediglich dem Verschluss
der Messelemente 14, 16, 18, 20 des
Messchips 10 und hat somit lediglich mechanische Funktionen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel
könnte der
Abdeckchip 40 identisch aufgebaut sein wie der Messchip 10,
insbesondere ebenfalls Messelemente aufweisen.
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Die
Draufsicht auf den Abdeckchip 40 zeigt die dritte Fläche 44,
mit welcher der Abdeckchip 40 auf die erste Fläche 12 des
Messchips 10 aufgesetzt wird. Die Membran 42 ist
von der in der 2 nicht sichtbaren vierten Fläche 46 (4)
eingebracht, so dass die dritte Fläche 44 im Wesentlichen
unbearbeitet ist und lediglich eine Oberflächenbeschichtung aufweisen
kann, die für
eine elektrische Isolation und/oder als Verbindungsschicht für die Verbindung mit
dem Messchip 10 eingesetzt werden kann.
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Grundsätzlich können der
Messchip 10 und der Abdeckchip 40 aus jedem geeigneten
Werkstoff hergestellt sein. Im Ausführungsbeispiel sind beide Chips
aus einkristallinem Silizium hergestellt. Das Ätzen der Membranen 22, 42 kann
durch ein geeignetes Ätzmittel
mit vorzugsweise isotroper Ätzcharakteristik
erfolgen. Hierfür
vorgesehene Maskierungsschichten können auf der zweiten Fläche 24 des Messchips 10 oder
vierten Fläche 46 des
Abdeckchips 40 aufgebracht sein.
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Die 3 zeigt
eine Draufsicht auf den Differenzdrucksensor 1 mit dem
Messchip 10 und dem darauf aufgebrachten Abdeckchip 40.
Die von der vierten Fläche 46 her
eingebrachte Membran 42 ist deckungsgleich mit der Membran 22 des
Messchips 10. Der Abdeckchip 40 ist gegenüber dem
Messchip 10 um eine rechtwinklig zur dritten Fläche 44 des
Abdeckchips, die planparallel zur ersten Fläche 12 des Messchips 10 verläuft, verlaufende
Achse um 45° gedreht.
Dadurch sind die nahe den Ecken angeordneten ersten und zweiten
Kontaktflächen 28, 30, 32, 34 des
Messchips 10 für
eine elektrische Kontaktierung zugänglich.
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4 zeigt
in vergrößerter Darstellung
einen Schnitt IV-IV durch den Differenzdrucksensor 1 der 3.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Messelemente 14, 18 in den Messchip 10,
der aus einkristallinem Silizium besteht, eindiffundiert. Der Abdeckchip 40 kann
ebenfalls aus einkristallinem Silizium bestehen oder aus einem für das sogenannte anodische
Bonden geeigneten Werkstoff, insbesondere einem entsprechend geeigneten
Glas, etwa einem Borosilikatglas. In diesem Fall kann die Verbindung
von Messchip 10 und Abdeckchip 40 ohne separate
Verbindungsschicht erfolgen.
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Die
Druckbeaufschlagung erfolgt zwischen der zweiten Fläche 24 des
Messchips 10 und der vierten Fläche 46 des Abdeckchips 40.
Die Membranen 22, 42 sind gleich dick. Durch die
Verwendung einer isotropen Ätztechnik
sind die Übergänge von
der Membran 22, 42 zu dem daran angrenzenden Bereich
des Messchips 10 bzw. Abdeckchips 40 verrundet,
wodurch der Berstdruck weiter erhöht ist.
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Die 5 zeigt
in vergrößerter Darstellung einen
Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispieles, bei dem der
Abdeckchip 40 mit dem Messchip 10 mittels einer
Verbindungsschicht 50 verbunden ist, beispielsweise mittels
einer einen partikelförmigen
Füllstoff 52 aufweisenden
Klebstoffschicht. Die Schichtdicken sind dabei nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Insbesondere kann beispielsweise der Sensorchip 10 und/oder
Abdeckchip 40 eine Dicke von etwa 400 μm aufweisen, die Membranen 22, 42 können etwa
100 μm dick
sein und die Verbindungsschicht 50 etwa 3 μm. Die Größe der Partikel 52 beträgt etwa
1 μm.
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Die
Messelemente 114, 118 sind in diesem Ausführungsbeispiel
als Dünnschichtwiderstände oder
als Dickschichtwiderstände
auf die erste Fläche 12 des
Messchips 10 aufgebracht. Die Dicke der Widerstandsschicht
beträgt
beispielsweise 1 μm.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Verbindungsschicht 50 über die
gesamte Fläche
des Messchips 10, die von dem Abdeckchip 40 abgedeckt
ist. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass sich die Verbindungsschicht 50 nur
im Bereich der Membran 52 erstreckt.
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Die 6 zeigt
einen Querschnitt durch einen aufgebauten und für den Einsatz in einem Gehäuse vorbereiteten
Differenzdrucksensor 1, der gegenüber den Darstellungen in den 4 und 5 vereinfacht
dargestellt ist, insbesondere der Übergang der Membranen 22, 42 zu
den angrenzenden Bereichen ist abrupt dargestellt, so wie er sich
im Falle einer anisotropen Ätzung
oder bei einem Herstellen der Membranen 22, 42 durch
mechanische Bearbeitung oder Funkenerosion ergeben würde.
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Zur
Stabilitätserhöhung ist
der Differenzdrucksensor 1 auf einem Trägerelement 60 aufgebracht,
das aus Silizium, Glas oder Glaskeramik hergestellt sein kann oder
aus einem sonstigen geeigneten Werkstoff. Mit Hilfe des Trägerelements 60 kann der
Differenzdrucksensor 1 hochdruckfest eingespannt werden.
Die Verbindung des Sensors 1 mit dem Trägerelement 60 kann
beispielsweise durch Kleben, Anglasen, Löten, eutektisches Legieren,
anodisches Bonden oder durch eine sonstige geeignete Verbindungsart
erfolgen.
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Ein
eutektisches Legieren kommt insbesondere bei einer Verbindung von
Siliziumelementen mit einer dünnen
Goldauflage in Betracht. So kann beispielsweise ein erster Chip
eine dickere Goldschicht von beispielsweise 1,2 μm aufweisen und der andere Chip
eine dünne
Goldschicht von beispielsweise 0,02 μm aufweisen. Alternativ zu der
Goldschicht auf dem zweiten Chip kann auch zwischen dem ersten Chip mit
seiner Goldschicht und dem zweiten Chip eine Gold-Silicium-Folie
eingelegt werden. Beim ausreichenden Erhöhen der Temperatur kommt es
zur Bildung eines Gold-Silizium-Eutektikums,
das eine dichte und mechanisch feste Verbindung bereitstellt. Auf
diese Weise kann beispielsweise der Messchip 10 mit seiner
zweiten Fläche 24 an
dem Trägerelement 60 befestigt
werden oder auch der Abdeckchip 40 an dem Messchip 10.
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Das
Trägerelement 60 weist
ein Durchgangsloch 62 auf, das eine Verbindung zu der Rückseite
der Membran 22 des Messchips 10 herstellt. Auf
der dem Messchip 10 gegenüberliegenden Seite ist an dem
Trägerelement 60 eine
Profildichtung 64 angeordnet, mittels welcher die gesamte
Anordnung in einem Gehäuse
druckdicht eingebaut werden kann. Auf der dem Messchip 10 abgewandten
Seite ist an dem Abdeckchip 40 im Bereich der Membran 42 eine
Dichtung 66 angeordnet, die zur Verbesserung der Dichteigenschaft
einen Stützring
aufweisen kann.