DE102013200106A1

DE102013200106A1 - Halbleitermessvorrichtung zur Minimierung von thermischem Rauschen

Info

Publication number: DE102013200106A1
Application number: DE102013200106A
Authority: DE
Inventors: Jen-Huang Albert Chiou; Shiuh-Hui Steven Chen
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Vitesco Technologies USA LLC
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2013-08-01
Also published as: CN103226047B; US8881596B2; BR102013002325A2; US20130192378A1; CN103226047A

Abstract

Ein MEMS-Drucksensor ist dazu ausgebildet, thermisches Rauschen, wie zum Beispiel eine Temperatur-Offset-Spannungsausgabe, zu reduzieren oder vollständig zu unterdrücken. Der Drucksensor umfasst ein Druckmesselement mit einer Membran, sowie einen Hohlraum, welcher als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei der Hohlraum ein Fluid aufnimmt, so dass sich die Membran wenigstens teilweise auslenkt. Das Druckmesselement umfasst ebenso eine Mehrzahl an Piezowiderständen, welche derart betreibbar sind, um ein Signal auf Grundlage des Ausmaßes an Auslenkung der Membran ein Signal zu erzeugen. Wenigstens ein Graben ist integral als Teil des Druckmesselementes ausgebildet, wobei eine Klebmittel das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbindet, so dass sich wenigstens ein Abschnitt des Klebmittels in dem Graben befindet und thermisch induzierte Spannungen auf das Druckmesselement verteilt, so dass das thermisch induzierte Rauschen im Wesentlichen eliminiert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Druckmesselement für ein mikroelektromechanisches System (MEMS) mit einer Ausnehmung bzw. einem Graben an der Rückseite zur Reduzierung bzw. Eliminierung des Effektes von thermisch induzierten Spannungen bzw. thermischem Rauschen, wie zum Beispiel einer Temperatur-Offset-Spannungsausgabe.
Hintergrund der Erfindung
MEMS-Drucksensoren sind allgemein bekannt. Eine Art eines Drucksensors ist ein Druckunterschiedssensor, welcher ein aus Silizium hergestelltes Druckmesselement umfasst, welches anodisch mit einem Glas-Sockel verbunden ist, wobei der Glas-Sockel unter Verwendung eines Klebmittels an einem umgebenden Substrat befestigt ist. Viele Druckunterschiedssensoren werden in Anwendungen verwendet, in denen die Sensoren wechselnden Temperaturen ausgesetzt sind. Die bringt das Messelement, den Glas-Sockel, das Klebmittel und das umgebende Substrat dazu, in Antwort auf die Temperaturänderungen zu expandieren bzw. zu kontrahieren.
Das Druckmesselement umfasst vier Piezowiderstände bzw. Widerstände, welche in einer als eine „Wheatstone-Brücke”-Konfiguration angeordnet sind. Das Klebmittel expandiert bzw. kontrahiert in Bezug auf das Druckmesselement mit einer unterschiedlichen Rate, was eine Spannung bzw. Beanspruchung verursachen kann, welche auf die Widerstände wirkt, was die durch das Druckmesselement detektierte Druckmessung beeinflusst. Der Glas-Sockel ist zwischen dem Druckmesselement und dem Klebmittel derart angeordnet, so dass die von dem Unterschied in der thermischen Expansion resultierenden Spannungen zwischen dem Druckmesselement und dem Klebmittel durch den Glas-Sockel isoliert werden. Der Glas-Sockel und das Druckmesselement weisen leicht unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten auf, und expandieren bzw. kontrahieren dadurch unter Einfluss wechselnder Temperaturen bei einer geringeren unterschiedlichen Rate. Der Glas-Sockel agiert im Wesentlichen als ein Puffer, um die Spannungen zu isolieren, welche von den unterschiedlichen Expansions- bzw. Kontraktions-Raten zwischen dem Glas-Sockel und dem Klebmittel resultieren.
Ein Beispiel des oben beschriebenen Drucksensors wird in 1 bis 2B allgemein mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Der Sensor 10 umfasst ein Druckmesselement 12, einen Glas-Sockel 14, ein Klebmittel 16, und ein umgebendes Substrat 18. Das in 1 dargestellte Druckmesselement 12 ist aus Silizium hergestellt, wobei es mit dem Glas-Sockel 14 anodisch verbunden ist. Das Klebmittel 16 wird verwendet, um den Glas-Sockel 14 mit dem umgebenden Substrat 18 zu verbinden.
Als ein Teil des umgebenden Substrates 18 ist eine erste Öffnung 20 ausgebildet, und als Teil des Glas-Sockels 14 ist eine zweite Öffnung 22 ausgebildet, welche im Wesentlichen zusammen mit der ersten Öffnung 20 ausgerichtet ist. Die zweite Öffnung 22 befindet sich fluider Kommunikation mit einem Hohlraum, allgemein dargestellt mit Bezugszeichen 24, wobei der Hohlraum 24 als Teil des Druckmesselementes 12 ausgebildet ist. Das Druckmesselement 12 umfasst vier abgewinkelte innere Flächen, wobei lediglich eine erste abgewinkelte innere Fläche 26 und eine zweite abgewinkelte innere Fläche 28 in
1 dargestellt sind, da 1 eine Querschnittsansicht ist. Jede der vier abgewinkelten inneren Flächen endet in einer Bodenfläche 30, welche Teil einer Membran 32 ist. Das Druckmesselement 12 umfasst ebenso eine obere Fläche 34, wobei sich dort ein Rasterbild-Transducer bzw. eine Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36 befindet, welche auf der oberen Fläche 34 des Druckmesselementes 12 angeordnet ist. Wenigstens eine thermische Oxidschicht und Passivierungsschichten sind ausgebildet, um den Schaltkreis zu schützen. Die Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36 wird durch vier p– Piezowiderständen 36A bis 36D gebildet, wie in 2B dargestellt ist. Die vier Piezowiderstände 36A bis 36D können auch als eine verteilte Wheatstone-Brücke 38A bis 38D zum Druckmessen ausgebildet sein, wie in 3 dargestellt ist.
Die Membran 32 ist relativ dünn, wobei die Dicke der Membran 32 vom Druckbereich abhängt. Die Membran 32 verlagert sich in Antwort auf einen auf die Bodenfläche 30 ausgeübten Druck nach oben und nach unten, wobei der Druck auch auf die obere Fläche 34 der Membran 32 ausgeübt wird. Der Druck in dem Hohlraum 24 ändert sich als Ergebnis einer Druckänderung eines Fluids, welches in die bzw. aus den Öffnungen 20, 22 fließt.
Die Auslenkungen in der oberen Fläche 34 deformieren ebenso die Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36, welche auf die obere Fläche 34 des Druckmesselementes 12 aufdotiert ist. Das Druckmesselement 12 besteht aus einem einkristallinen Silizium (Si). Auf dem Druckmesselement 12 sind vier p– Piezowiderstände 36A bis 36D durch p+ Verbinder 40 ausgebildet und miteinander verbunden, um die Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36 zum Druckmessen zu bilden, wie in 2A bis 2B dargestellt ist.
Das Wörterbuch Merriam-Webster Collegiate, Ausgabe 11, definiert eine Wheatstone-Brücke als eine elektrische Brücke, welche aus zwei Zweigen eines parallelen Schaltkreises besteht, welche um ein Galvanometer ergänzt ist und zur Bestimmung des Wertes eines unbekannten Widerstandes in einem der Zweige verwendet wird. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Wheatstone-Brücke” auf die in 2A bis 2B dargestellte Schaltkreistopologie, nämlich die Parallel-Verbindung zweier in Reihe verbundener Widerstände.
2A bis 2B zeigen eine Draufsicht auf das piezoresistive Druckmesselement 12 mit der Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36, welche auf der Membran 32 aufdotiert ist. Die Membran 32 weist Dimensionen von 780 μm × 780 μm auf. Die Dicke der Membran 32 befindet sich allgemein im Bereich von etwa 5 μm bis 20 μm, und beträgt, wie in 2A bis 2B gezeigt ist, etwa 9 μm. Die Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36 wird unter Verwendung herkömmlichen Techniken hergestellt, um vier Widerstände 36A bis 36D auf der oberen Fläche des Druckmesselementes 12 zu bilden. Die Widerstände 36A bis 36D sind aus einem p– Material hergestellt, wovon Ausführungsformen dem Fachmann auf dem Gebiet der Halbleitertechnik gut bekannt sind. Elektrische Verbinder 40, welcher aus p+ Material hergestellt sind, und mit dem Boden der Verbindungsstellen 42A bis 42D verbunden sind, werden ebenso auf der oberen Fläche 34 des Druckmesselementes 12 ausgebildet. Jeder Verbinder 40 stellt eine elektrische Verbindung zwischen zwei Widerständen bereit, um die Widerstände miteinander zu verbinden, um einen piezoresistiven Wheatstone-Brücke-Schaltkreis zu bilden.
Die vier Verbinder 40 sind als Teil des Druckmesselementes 12 dargestellt. Jeder Verbinder 40 erstreckt sich nach außen von einem Punkt bzw. Knoten 44 zwischen zwei der vier Widerstände 36, welche zueinander benachbart sind, und stellt eine Verbindung mit dem Boden einer metallenen Verbindungsstelle 42 her. Jede Verbindungsstelle 42 ist nahe einer Seite 46 der oberen Fläche 34 des Druckmesselementes 12 angeordnet. Somit endet jeder Verbinder 40 bei einer Verbindungsstelle 42 und stellt eine Verbindung damit her.
2A zeigt ebenso eine Ausrichtungsmarke 48 auf der oberen Fläche 34. Die Marke 48 ist ein visuell wahrnehmbares Symbol bzw. Bild, dessen Funktion einfach darin besteht, dass Druckmesselement 12 ausrichten zu können.
Jede Verbindungsstelle 42 weist eine unterschiedliche Markierung bzw. Name auf, welcher seine Funktion andeutet. Die erste Verbindungsstelle 42a und die zweite Verbindungsstelle 42b empfangen eine Eingangs- bzw. Versorgungsspannung für den Wheatstone-Brücken-Schaltkreis. Diese zwei Verbindungsstellen 42A, 42B werden jeweils mit V_p bzw. V_n bezeichnet. Die anderen zwei Verbindungsstellen 42C, 42D sind Ausgabe-Signalknoten, welche jeweils mit S_p bzw. S_n bezeichnet werden.
Es wurden viele Versuche unternommen, um die Konstruktion dieser Art von Drucksensor 10 durch Weglassen des Glas-Sockels 14 zu vereinfachen, und das Druckmesselement 12 direkt mit dem umgebenden Substrat 18 mit Hilfe des Klebmittels 16 zu verbinden. Jedoch führte der Unterschied in der thermischen Expansion zwischen dem Klebmittel 16 und dem Druckmesselement 12 zu unerwünschten Spannungen, welche auf das Druckmesselement 12 ausgeübt wurden, was dann zu einer Unterbrechung jedes der Widerstände 36A bis 36D führte, was wiederum einen ungenauen Druckmesswert durch das Druckmesselement 122 zur Folge hatte.
Insbesondere zeigen sowohl eine experimentelle Messung als Computersimulationen der in 1 bis 2B dargestellten Struktur, dass ein Verbinden des Druckmesselementes 12 direkt mit dem umgebenden Substrat 18 eine Offset-Spannungsausgabe und seine Änderung über einen Betriebstemperaturbereich aufgrund asymmetrischer thermischer Spannungen auf die Widerstände 36A bis 36D erzeugt. Ein Weglassen des Glas-Sockels 14 deformiert bzw. beansprucht einen der Widerstände 36A bis 36D, bzw. ändert seinen Widerstandswert asymmetrisch mit Bezug auf die anderen Widerstände, was zu einer Offset-Spannungsausgabeänderung in einem Betriebstemperaturbereich bei der Ausgabe des Druckmesselementes 12 führt.
Die Offset-Spannungsausgabeänderung über einer Betriebstemperatur wird Temperaturkoeffizient der Offset-Spannungsausgabe (TCO = temperature coefficient of Offset voltage Output) bezeichnet und wie folgt definiert: TCO = (Vo bei 150°C – Vo bei –40°C)/190°C wobei Vo bei 150°C bedeutet: Offset-Spannungsausgabe ohne ausgeübtem Druck bei 150°C
Vo bei –40°C: Offset-Spannungsausgabe bei –40°C ohne ausgeübtem Druck
Das Druckmesselement 12 wird allgemein mit einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) verwendet. Der ASIC wird, unter anderem, zum Verstärken und Kalibrieren des von dem Druckmesselement 12 empfangenen Signales verwendet.
Es ist wünschenswert, die TCO zwischen –50 μV/°C und 50 μV/°C zu halten, so dass der ASIC jegliches thermisches Rauschen besser handhaben kann.
Die hohe TCO ist für einen ASIC schwierig zu kompensieren, insbesondere, wenn das Klebmittel 16 nicht symmetrisch verteilt ist. Falls das Klebmittel nicht symmetrisch verteilt ist, kann dies die Genauigkeit des Sensors weiter reduzieren. Der Spannungsunterschied in den X- und Y-Richtungen auf jeden der vier Widerstände wird verstärkt, wodurch sich die Offset-Spannungsausgaben erhöhen, als auch die TCO. Aus diesem Grund wird der in 1 dargestellte Glas-Sockel 14 dazu verwendet, um die thermischen Spannungen zu isolieren. Um Kosten zu reduzieren und den Herstellungsprozess zu vereinfachen, ist es wünschenswert, den Glas-Sockel wegzulassen. Ein Druckmesselement ohne Glas-Sockel verbessert ebenso die Stabilität und Zuverlässigkeit einer Drahtverbindung. Daher besteht ein Bedarf für eine Art von Drucksensor, welcher keinen Glas-Sockel aufweist, und ein geringes TCO-Rauschen aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
In einigen Ausführungsformen ist ein Drucksensor derart ausgebildet, um thermisch induzierte Spannungen bzw. thermisches Rauschen zu reduzieren bzw. zu eliminieren, wie zum Beispiel eine Temperatur-Offset-Spannungsausgabe. Der Drucksensor umfasst ein Druckmesselement mit einer Membran, sowie einem Hohlraum, welcher als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei der Hohlraum ein Fluid aufnimmt, so dass sich die Membran wenigstens teilweise auslenkt. Der Drucksensor umfasst ebenso eine Mehrzahl an Piezowiderständen, welche mit dem Druckmesselement verbunden sind, welche derart betreibbar sind, um ein Signal auf der Grundlage des Ausmaßes an Auslenkung der Membran zu erzeugen. Eine obere Fläche wird als Teil des Druckmesselementes ausgebildet, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen auf die obere Fläche dotiert sind. Eine Mehrzahl von Außenflächen ist ebenso als Teil des Druckmesselementes ausgebildet, so dass jede Fläche von der Mehrzahl von Außenflächen in der oberen Fläche endet. Wenigstens ein Substrat dient zur Unterstützung des Druckmesselementes.
Wenigstens eine Ausnehmung bzw. Graben ist integral als Teil des Druckmesselementes ausgebildet, wobei ein Klebmittel das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbindet, so dass wenigstens ein Abschnitt des Klebmittels in der Ausnehmung angeordnet ist und thermisch induzierte Spannungen auf die Piezowiderstände verteilt, so dass die thermisch induzierten Spannungen im Wesentlichen eliminiert sind.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der im Folgenden bereitgestellten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es wird davon ausgegangen, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hervorgehoben wird, lediglich zum Zwecke der Darstellung dienen und nicht den Umfang der Erfindung beschränken sollen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird durch die detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Drucksensors ist;
2A eine Draufsicht auf ein piezoresistives Druckmesselement ist, welches mit einem herkömmlichen Drucksensor verwendet wird;
2B eine vergrößerte Ansicht des in 2A dargestellten Druckmesselementes ist, welche eine Rasterbild-Wheatstone-Brücke zeigt;
3 eine Draufsicht auf eine verteilte Wheatstone-Brücke auf dem Druckmesselement ist;
4 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Halbleitermesseinrichtung ist, und zwar gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
5 eine perspektivische Bodenansicht eines Druckmesselementes ist, welche als Teil einer Halbleitermesseinrichtung verwendet wird, und zwar gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
6 eine perspektivische Bodenansicht eines Abschnitts eines Druckmesselementes ist, welches als Teil einer Halbleitermesseinrichtung verwendet wird, und zwar gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
7 eine perspektivische Ansicht eines Druckmesselementes und eines Klebmittels ist, welche als Teil einer Halbleitermesseinrichtung verwendet werden, und zwar gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
8 eine Kurve ist, welche den Vergleich und eine Verbesserung hinsichtlich einer Reduzierung von thermischem Spannungsunterschied in den X- und Y-Richtungen auf jedem Widerstand zwischen einer herkömmlichen Halbleitermesseinrichtung und einer Halbleitermesseinrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Halbleitermesseinrichtung ist, und zwar gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Halbleitermesseinrichtung ist, und zwar gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
11 eine Querschnittsansicht einer Halbleitermesseinrichtung zum Messen eines rückwärtigen Absolutdruckes ist, und zwar gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bzw. bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise beschränken.
In 4 bis 11 wird mit Bezugszeichen 100 allgemein ein Drucksensor gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Sensor 100 umfasst ein Druckmesselement 112, ein Klebmittel 114 und ein umgebendes Substrat 116. Das in 4 bis 7 gezeigte Druckmesselement 112 ist aus Silizium hergestellt, und ist unter Verwendung des Klebmittels 114 mit dem umgebenden Substrat 116 verbunden.
Als Teil des umgebenden Substrates 116 ist eine Öffnung 118 ausgebildet. Die Öffnung 118 steht in fluider Verbindung mit einem Hohlraum, allgemein mit Bezugszeichen 120 gekennzeichnet, wobei der Hohlraum 120 als Teil des Druckmesselementes 112 ausgebildet ist. In einer Ausführungsform ist der Hohlraum 120 unter Verwendung von Trockenätzen, Ätzen mit tief eindringenden Ionen (DRIE) ausgebildet, jedoch umfasst der Umfang der Erfindung auch andere zu verwendende Verfahren. Das Druckmesselement 112 umfasst eine Mehrzahl von im Wesentlichen vertikalen Innenflächen 122A bis 122D. Jede der Innenfläche 122A bis 122D endet in einer Bodenfläche 124, welche Teil einer Membran 126 ist. Jede der Innenflächen 122A bis 122D ist im Wesentlichen senkrecht zu der Membran 126. Das Druckmesselement 112 umfasst ebenso eine obere Fläche 128, wobei dort eine Rasterbild-Wheatstone-Brücke, welche allgemein mit Bezugszeichen 36 gekennzeichnet ist, auf die obere Fläche 128 des Druckmesselementes 112 dotiert ist, welches die gleiche in 2A bis 2B gezeigte Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36 ist.
Die Membran 126 ist relativ dünn, wobei die Dicke der Membran 126 vom Druckbereich abhängt. Die Membran 126 lenkt in Abhängigkeit vom auf die Bodenfläche 124 ausgeübten Druck nach oben und nach unten aus, wobei die obere Fläche 128 der Membran 126 in Antwort auf Druckänderungen in dem Hohlraum 120 und auf die obere Fläche 128 auslenkt, wie in 4 dargestellt ist. Der Druck in dem Hohlraum 120 ändert sich als eine Folge einer Druckänderung eines Fluids in der Öffnung 118.
Die Auslenkungen in der oberen Fläche 128 verformen ebenso die Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36. Die Auslenkungen der oberen Fläche 128 der Membran 126 verformen die Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36, welche auf die obere Fläche 128 des Druckmesselementes 112 dotiert ist, welche aus einem Einkristall-Silizium (Si) auf eine ähnliche Art und Weise wie das in 1 gezeigte Druckmesselement 12 hergestellt ist. Auf der oberen Fläche 128 des Druckmesselementes 112 sind vier Piezowiderstände ausgebildet und untereinander verbunden, um für eine Druckmessung eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wie in 2A und 2B gezeigt ist. In dieser Ausführungsform ist die Wheatstone-Brücke eine Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36, wobei sie wie in 2A bis 2B ausgebildet ist, und wobei alle vier Widerstände 36A bis 36D in der Nähe einer Seite der Membran 126 angeordnet sind. Jedoch liegt es im Umfang der Erfindung, dass die Wheatstone-Brücke als ein Schaltkreis einer verteilten Wheatstone-Brücke ausgebildet sein kann, wie in 3 dargestellt ist, wobei jeder Widerstand 38A bis 38D in der Nähe jeder Seite der Membran 126 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform umfasst die Wheatstone-Brücke noch die Mehrzahl an Widerständen 36A bis 36D, die Mehrzahl an elektrischen Verbindern 40, die Mehrzahl an Verbindungsstellen 42 sowie die Knoten 44. Mit dieser Ausführungsform sind die Verbindungsstellen 42 wiederum in der Nähe einer Seite 46 der oberen Fläche 128 des Druckmesselementes 112 angeordnet. Die Wheatstone-Brücke umfasst in diese Ausführungsform ebenso eine Markierung 48, welche bei der Montage als Ausrichtung der Wheatstone-Brücke verwendet wird.
Ein Schaltkreis einer Wheatstone-Brücke weist zwei Eingangsknoten und zwei Ausgangsknoten auf. Die Übertragungsfunktion, welches das Verhältnis der Ausgangsspannung zu der Eingangsspannung ist, kann wie in Gleichung 1 unten gezeigt ist, ausgedrückt werden.
Ein Umordnen der Bestandteile der Übertragungsfunktion ergibt eine Gleichung für die Ausgabespannung V_out als eine Funktion der Eingangsspannung V_in sowie Werte der Widerstände in der Wheatstone-Brücke. Gleichung 2 unten drückt daher die Ausgabespannung als eine Funktion der Eingabespannung und der Werte der Widerstände aus, welche den Schaltkreis der Wheatstone-Brücke umfassen.
Aus Gleichung 2 ist ersichtlich, dass sich die Ausgabespannung bei Änderung der Widerstandswerte ändert, welche durch Druck, Temperaturänderung, thermischen Unterschied usw. induziert wird. Eine Art thermischen Unterschiedes besteht zwischen dem Druckmesselement 112 und dem umgebenden Substrat 116, was einen Einfluss auf die Ausgabespannung hat.
Gleichung 3 unten drückt die Ausgabespannung als eine Funktion der Schwankungen in den Widerstandswerten aus.
Einsetzen von Gleichung 3 in Gleichung 4 unten zeigt, dass V_out bei Änderungen in jedem der Widerstände R1 bis R4 variieren wird.
Für eine piezoresistive Einrichtung kann das Verhältnis der Widerstandsänderung gegenüber dem Widerstandswert für jeden Widerstand wie folgt ausgedrückt werden:
Wobei σ L / i die longitudinale Beanspruchung auf den Wider-stand i ist und σ T / i die Quer-Beanspruchung auf den Widerstand i ist, wobei der Wert des piezoresistiven Koeffizienten π₄₄ ungefähr 1,381/GPa ist, mit einer Bor-Dotierdichte von 1,8E15/cm³.
Gleichung 4 zeigt, dass der Wert für das Verhältnis der Widerstandsänderung gegenüber dem Widerstandswert für jeden Widerstand von den longitudinalen und transversalen Spannungen auf jeden Widerstand abhängt. Falls die longitudinalen Spannungen auf Widerstand 1 und 3 senkrecht zu der Kante der Membran ausgerichtet sind, dann sind die Transversal- bzw. Quer-Spannungen auf Widerstand 2 und 4 ebenso senkrecht zu der Kante der Membran. Die Spannung senkrecht zu der Kante der Membran ist mit Sxx gekennzeichnet. In diesem Zustand sind die transversalen Spannungen auf Widerstand 1 und 3 und die longitudinalen Spannungen auf Widerstand 2 und 4 parallel zu der Kante der Membran. Die Spannung parallel zur Kante der Membran ist mit Syy gekennzeichnet. Daher kann Gleichung 4 als Gleichung 5 unten umgeschrieben werden.
V_out ist daher eine Funktion der Summe der unterschiedlichen Spannungen, das heißt (Sxx-Syy) auf alle vier Widerstände. Gemäß Gleichung 5 ist, wenn die Drucksensoreinrichtung unter Druck steht, der Druck senkrecht zu der Membran auf jeden Widerstand, Sxx, größer als die Beanspruchung parallel zu der Membran auf jeden Widerstand, Syy. Daher weist die Drucksensoreinrichtung eine hohe Empfindlichkeit auf. Um jedoch das Rauschen zu minimieren, ist es wünschenswert, die Spannungsausgabe bzw. die Offset-Spannungsausgabe in diesem Zustand so gering wie möglich zu halten, und zwar vorzugsweise Null für durch thermische Beanspruchung induziertes Rauschen. Auf Grundlage von Gleichung 5 ist es offensichtlich, dass, falls thermisch-induzierte Beanspruchungen Sxx und Syy auf denselben Wert gebracht werden können oder die Summe von (Sxx-Syy) auf Null reduziert werden kann, die Offset-Spannungsausgabe aufgrund der Auslöschung der Spannungen bzw. Beanspruchungen Null wird. Sobald die Offset-Spannungsausgaben bei unterschiedlichen Temperaturniveaus auf annähernd Null reduziert sind, ist die TCO im Wesentlichen Null.
Der Betriebstemperaturbereich des Sensors 100 liegt zwischen etwa –40°C und etwa +150°C. Der Unterschied im thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Druckmesselement 112, dem Klebmittel 114 und dem umgebenden Substrat 116 erzeugt ein Ungleichgewicht zwischen den auf die verschiedene Widerstände 36 ausgeübten Spannungen. Dieses Ungleichgewicht wird durch eine Ausnehmung bzw. Graben korrigiert, welche allgemein mit Bezugszeichen 144 gekennzeichnet ist. Aufgrund des Grabens 144 benötigt der Sensor 100 ebenso nicht den in 1 dargestellte Glas-Sockel 14, was die Gesamtkosten des Sensors 100 reduziert. Der Graben 144 erstreckt sich entlang einer Basisfläche 146 des Druckmesselementes 112. Die Tiefe 148 des Grabens 144 beträgt allgemein von etwa einem Zehntel bis einer Hälfte der Höhe 150 des Druckmesselementes 112, und vorzugsweise etwa ein Drittel bis ein Halb der Höhe 150 des Druckmesselementes 112. Die Höhe 150 des Druckmesselementes 112 beträgt etwa 0,525 mm, und die Breite 152 des Grabens 144 liegt allgemein im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm, und vorzugsweise etwa 0,225 mm. Das Druckmesselement 112 ist im Wesentlichen quadratisch, wobei die Breite 154 jeder Seite des Druckmesselementes 112 etwa 2,06 mm und die Breite 156 jeder Seite der Membran 126 etwa 0,780 mm beträgt.
Der Graben 144 ist in einem Abstand 158 von der Mitte 160 des Druckmesselementes 112 angeordnet. Der Abstand 158 wird von der Mitte 162 des Grabens 144 zur Mitte 160 des Druckmesselementes 112 gemessen. Der Abstand 158 von der Mitte 160 des Druckmesselementes 112 zur Mitte 162 des Grabens 144 beträgt allgemein etwa 0,575 mm bis 0,800 mm. Die Gesamtbreite 164 der Bodenfläche 146 beträgt etwa 0,640 mm, und ist in einem Abstand 166 von etwa 0,390 mm von der Mitte 160 des Druckmesselementes 112 angeordnet.
Die Innenflächen 122A bis 122D, welche im Wesentlichen vertikal sind, machen das Druckmesselement 112 kleiner als das in 1 gezeigte Druckmesselement, was eine Verbesserung hinsichtlich des Designs darstellt, was die in 1 gezeigten gewinkelten Flächen 26, 28 umfasst. Die reduzierte Größe des Druckmesselementes 112 erlaubt einen Einbau und eine Verwendung hinsichtlich einer breiteren Anordnung von Stellen, wie zum Beispiel eine Stelle, wo Raum bzw. Gewicht beschränkt sind. Das Einfügen des Grades 144 umspannt die Steifigkeit des Silizium-Druckmesselementes 112, verteilt die thermischen Spannungen, welche durch das Klebmittel 114, induziert werden, und drückt die Widerstände 36A bis 36D in beträchtlicher Weise in der Richtung senkrecht zu der Membran 126 zusammen (Sxx), während die Widerstände 36A bis 36D in der Richtung parallel zur Membran 126 leicht zusammengedrückt werden (Syy). Die Membran 126 erfährt gleichmäßigere kompressive Spannungen in einer Ebene sowohl in den X- als auch in den Y-Richtungen, insbesondere im Bereich der Rasterbild-Wheatstone-Brücke 36.
Während der Montage wird das Druckmesselement 112 unter Verwendung des Klebmittels 114 mit dem umgebenden Substrat 116 verbunden. Da das Druckmesselement 112 auf dem Klebmittel 114 platziert wird, füllt das Klebmittel 114 den Graben 144 und umgibt wenigstens teilweise zwei der im Wesentlichen vertikalen Außenflächen 174 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Druckmesselementes 112. Das Klebmittel 114 sorgt für eine sichere Verbindung zwischen dem umgebenden Substrat 116 und dem Druckmesselement 112. Während der Montage ist das Klebmittel 114 deformierbar und weist bei der Montage einen äußeren Mittenabschnitt 168, einen Basisabschnitt 170 sowie einen inneren Mittenabschnitt 172 auf. Der Abschnitt des Klebmittels 114, welcher zwei der Außenflächen 174 umgibt, ist der äußere Mittenabschnitt 168, welcher am Besten in 4 und 7 für einen der schlimmsten TCO-Fälle dargestellt ist.
Bei Betrieb des Sensors 100 sowie im Kontakt mit verschiedenen Temperaturen weisen das Druckmesselement 112, das Klebmittel 114 sowie das umgebende Substrat 116 unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten auf, weshalb sie bei unterschiedlichen Raten expandieren und kontrahieren. Der Graben 144 wird verwendet, um die verschiedenen Spannungen auszugleichen, welche aus dem Unterschied bezüglich der thermischen Expansionsraten des Druckmesselementes 112, des Klebmittels 114 sowie des umgebenden Substrats 116 resultieren.
8 zeigt einen Vergleich der Spannungskomponenten Sxx und Syy zwischen einem Drucksensor mit dem Graben 144 und einem Drucksensor, welcher keinen Graben 144 aufweist. In 8 kennzeichnet Bezugszeichen 176 die Spannungskomponenten Sxx und Syy auf jedem der vier Widerstände 36 ohne einen zu dem Druckmesselement 112 hinzugefügten Graben 144. Die Widerstände 36A bis 36D, welche jeweils mit R1, R2, R3 sowie R4 gekennzeichnet sind, (Syy-Sxx)₁ und (Syy-Sxx)₃ als auch sowohl (Syy-Sxx)₂ und (Syy-Sxx)₄ sind alle negativ. Daher ist die Summe aller kleinen (Syy-Sxx)-Beträge auf allen vier Widerständen sehr negativ, was eine TCO von –73,83 μV/°C erzeugt.
Experimentelle sowie Computer-Simulationen zeigen, dass die TCO etwa proportional zu der Offset-Spannungsausgabe bei –40°C ist. Um die TCO zu reduzieren bzw. zu minimieren, ist es wichtig, die Offset-Spannungsausgabe bei –40°C zu reduzieren bzw. zu minimieren. Bezugszeichen 178 in 8 zeigt, dass alle (Syy-Sxx)-Beträge auf Widerständen R1 bis R3, das heißt 36A bis 36C, sich in einen kleinen negativen Wert von einem positiven Wert ändern, wobei der (Syy-Sxx)-Wert auf Widerstand R4, das heißt 36D, abfällt, jedoch weiterhin positiv bleibt. Die Summe aller (Syy-Sxx)-Werte ist praktisch aufgehoben und somit ist die Offset-Spannungsausgabe bei –40°C auf einen kleinen negativen Wert minimiert. Somit ist die TCO auf einen kleinen negativen Wert bei –0,02 μV/°C reduziert.
Das Druckmesselement 112 kann ebenso unterschiedliche Änderungen ausgleichen. Mit Bezug auf 9 ist das Druckmesselement 112 mit dem Graben 144 dargestellt. Jedoch hat das Klebmittel 114 den Graben 144 nicht vollständig ausgefüllt, und zwar im Vergleich zu dem in 4 dargestellten vollständig ausgefüllten Graben 144. Selbst wenn jedoch der Graben 144 nicht vollständig mit dem Klebmittel 144 ausgefüllt ist, zeigt der Graben 144, welcher teilweise mit dem Klebmittel 114 ausgefüllt ist, eine Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Druckmesselement 12, welches keinen Graben aufweist. Das in 9 dargestellte Druckmesselement 112 weist eine TCO von –32,45 μV/°C auf.
Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 10 dargestellt, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen. In dieser Ausführungsform ist die Tiefe 148 des Grabens 144 reduziert, und das Druckmesselement 112 weist eine TCO von –13,53 μV/°C auf, was immer noch eine Verbesserung gegenüber einem Druckmesselement ohne Graben 144 ist.
Eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit Bezugszeichen 1100 in 11 dargestellt, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen. In dieser Ausführungsform ist ein Deckel 180 an der oberen Fläche 128 des Druckmesselementes 112 angebracht. In einigen Ausführungsformen kann der Deckel 180 aus Silizium bzw. Glas hergestellt sein, wie zum Beispiel Borsilikat-Glas. In dieser Ausführungsform ist der Deckel 180 aus Silizium hergestellt und mit der oberen Fläche 128 des Druckmesselementes 112 schmelzverbunden. Falls der Deckel 180 jedoch aus Glas hergestellt wäre, würde der Deckel 180 in anodischer Verbindungsweise mit der oberen Fläche 128 des Druckmesselementes 112 verbunden sein.
Der Deckel 180 umfasst eine Kammer, allgemein dargestellt mit Bezugszeichen 182, welche zwischen Seitenwänden 184 angeordnet ist. Der Deckel 180 ist derart mit der oberen Fläche 128 des Druckmesselementes 112 verbunden, so dass die Kammer 182 eine Vakuumkammer ist, welche als ein Nulldruck-Bezug dient, wenn die Membran 126 der Umgebung ausgesetzt ist. Somit kann der in 11 dargestellt Drucksensor 1100 einen absoluten Druck messen, wohingegen der in den vorangegangenen Ausführungsformen gezeigte Drucksensor 100 Druckunterschiede misst. Die Länge und Breite der Kammer 182 ist wenigstens so groß wie die Länge und Breite der Membran 126. Der Deckel 180 isoliert die Membran 126 von den Medien auf der Oberseite und schützt die Membran 126 vor widrigen Umgebungen, was die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung an dem Schaltkreis auf der oberen Fläche 128 des Druckmesselementes 112 reduziert.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhaft und somit sollen Änderungen, welche nicht vom Grundgedanken der Erfindung abweichen, vom Umfang der Erfindung mitumfasst sein. Solche Änderungen sollen nicht als Abkehr von der Idee und dem Umfang der Erfindung betrachtet werden.
Weitere Ausführungsformen

1. Vorrichtung, umfassend: Ein Druckmesselement, einschließlich: Einem Hohlraum, welcher in einer Bodenfläche des Druckmesselementes ausgebildet ist; einer Membran, welche wenigstens teilweise durch den Hohlraum definiert ist; eine Mehrzahl von Piezowiderständen auf der Membran; und wenigstens einem Graben, welcher den Hohlraum umgibt und in der Bodenfläche ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, weiterhin umfassend: Wenigstens ein Substrat; und ein Klebmittel, welches das Substrat mit der Bodenfläche verbindet, so dass der wenigstens einen Graben wenigstens einen Abschnitt des Klebmittels aufnimmt.
3. Vorrichtung nach Ausführungsform 2, wobei der wenigstens eine Graben eine Tiefe aufweist, die im Allgemeinen etwa ein Drittel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats beträgt.
4. Vorrichtung nach Ausführungsform 3, wobei der wenigstens eine Graben eine Tiefe aufweist, die etwa ein Drittel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats beträgt.
5. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, weiterhin umfassend: Wenigstens eine Außenfläche, welche in der Bodenfläche endet; und eine obere Fläche, wobei die wenigstens eine äußere Fläche in der oberen Fläche und der Bodenfläche endet.
6. Vorrichtung nach Ausführungsform 5, wobei das Klebmittel weiterhin umfasst: Einen Basisabschnitt; einen äußeren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der äußere Mittenabschnitt, welcher an die wenigstens eine äußere Fläche angrenzt, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist; und einen inneren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der innere Mittenabschnitt im Wesentlichen in dem Graben angeordnet ist, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Ausführungsform 5, weiterhin umfassend: einen Deckel, welcher mit der oberen Fläche verbunden ist; und eine Kammer, welche integral als Teil des Deckels ausgebildet ist, so dass die Kammer wenigstens teilweise evakuiert ist.
8. Vorrichtung nach Ausführungsform 7, wobei der Deckel aus Borsilikat-Glas hergestellt ist.
9. Vorrichtung nach Ausführungsform 7, wobei der Deckel aus Silizium hergestellt ist.
10. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer Rasterbild-Wheatstone-Brücke ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer verteilten Wheatstone-Brücke ausgebildet ist.
12. Drucksensorvorrichtung, umfassend: Ein Druckmesselement mit einer Membran; wenigstens ein Substrat, welches das Druckmesselement unterstützt; eine Mehrzahl von Piezowiderständen auf der Membran; wenigstens einen Graben, welcher als Teil des Druckmesselements ausgebildet ist; und ein Klebmittel, welches das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbindet; wobei wenigstens ein Abschnitt des Klebmittels in dem wenigstens einen Graben angeordnet ist.
13. Drucksensorvorrichtung nach Ausführungsform 12, wobei der Abschnitt des in dem wenigstens einen Graben angeordneten Klebmittels die thermisch induzierten Spannungen auf das Druckmesselement umverteilt, so dass die Auswirkung der thermisch induzierten Spannungen oder thermisches Rauschen im Wesentlichen eliminiert ist.
14. Drucksensorvorrichtung nach Ausführungsform 12, weiterhin umfassend: Wenigstens innere Fläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, so dass die wenigstens eine innere Fläche im Wesentlichen senkrecht zu der Membran ist; und wenigstens eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, so dass die Bodenfläche in der wenigstens einen Innenfläche endet, wobei der wenigstens eine Graben als Teil der Bodenfläche ausgebildet ist.
15. Drucksensorvorrichtung nach Ausführungsform 14, weiterhin umfassend: Einen Hohlraum, welcher als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist; und eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine innere Fläche in der Bodenfläche endet, so dass die wenigstens eine innere Fläche und die Bodenfläche wenigstens einen Abschnitt des Hohlraumes bilden, wobei die Bodenfläche wenigstens einen Abschnitt der Membran bildet; wobei ein Fluid in dem Hohlraum einen Druck auf die Bodenfläche ausübt, um die Bodenfläche auszulenken.
16. Druckmessvorrichtung nach Ausführungsform 12, wobei der wenigstens eine Graben eine Tiefe aufweist, die im Allgemeinen etwa ein Drittel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats beträgt.
17. Druckmessvorrichtung nach Ausführungsform 12, wobei der wenigstens eine Graben eine Tiefe aufweist, die etwa ein Drittel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats beträgt.
18. Druckmessvorrichtung nach Ausführungsform 12, weiterhin umfassend: einen Deckel, welcher mit der oberen Fläche verbunden ist; und eine Kammer, welche integral als Teil des Deckels ausgebildet ist, so dass die Kammer wenigstens teilweise evakuiert ist.
19. Druckmessvorrichtung nach Ausführungsform 18, wobei der Deckel aus Borsilikat-Glas hergestellt ist.
20. Druckmessvorrichtung nach Ausführungsform 18, wobei der Deckel aus Silizium hergestellt ist.
21. Druckmessvorrichtung nach Ausführungsform 12, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer Rasterbild-Wheatstone-Brücke ausgebildet ist.
22. Druckmessvorrichtung nach Ausführungsform 12, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer verteilten Wheatstone-Brücke ausgebildet ist.
23. Drucksensor, umfassend: Ein Druckmesselement mit einer Membran; einen Hohlraum, welcher als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist; eine Mehrzahl von Piezowiderständen, welche mit dem Druckmesselement verbunden sind; eine obere Fläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, so dass wenigstens ein Abschnitt der oberen Fläche Teil der Membran ist, wobei sich die Mehrzahl an Piezowiderständen auf der oberen Fläche befindet; eine Mehrzahl von Außenflächen, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet sind, wobei jede Fläche von der Mehrzahl von äußeren Flächen in der oberen Fläche endet; eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei jede Fläche von der Mehrzahl von äußeren Flächen in der Bodenfläche endet; eine Mehrzahl von inneren Flächen, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl an inneren Flächen in der Bodenfläche endet, so dass die Mehrzahl an inneren Flächen und die Bodenfläche wenigstens einen Abschnitt des Hohlraumes bilden; eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei die Bodenfläche in den mehreren inneren Flächen und den mehreren äußeren Flächen endet; wenigstens einen Graben, welcher integral als Teil der Bodenfläche ausgebildet ist; wenigstens ein Substrat, welches dazu ausgebildet ist, das Druckmesselement zu unterstützen; und ein Klebmittel, welches das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbindet; wobei wenigstens ein Abschnitt des Klebmittels in dem wenigstens einen Graben angeordnet ist.
24. Drucksensor nach Ausführungsform 23, wobei das Klebmittel weiterhin umfasst: Einen Basisabschnitt; einen äußeren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der äußere Mittenabschnitt an die wenigstens eine äußere Fläche angrenzt, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist; und einen inneren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der innere Mittenabschnitt im Wesentlichen in dem Graben angeordnet ist, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist.
25. Drucksensor nach Ausführungsform 23, wobei der wenigstens eine Graben eine Tiefe aufweist, die im Allgemeinen etwa ein Drittel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats beträgt.
26. Drucksensor nach Ausführungsform 25, wobei der wenigstens eine Graben eine Tiefe aufweist, die im Allgemeinen etwa ein Drittel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats beträgt.
27. Drucksensor nach Ausführungsform 23, weiterhin umfassend: einen Deckel, welcher mit der oberen Fläche verbunden ist; und eine Kammer, welche integral als Teil des Deckels ausgebildet ist, so dass die Kammer wenigstens teilweise evakuiert ist.
28. Vorrichtung nach Ausführungsform 27, wobei der Deckel aus einem Borsilikat-Glas hergestellt ist.
29. Vorrichtung nach Ausführungsform 27, wobei der Deckel aus Silizium hergestellt ist.
30. Drucksensor nach Ausführungsform 23, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer Rasterbild-Wheatstone-Brücke ausgebildet ist.
31. Drucksensor nach Ausführungsform 23, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer verteilten Wheatstone-Brücke ausgebildet ist.

Claims

Vorrichtung, umfassend: Ein Druckmesselement, einschließlich: Einem Hohlraum, welcher in einer Bodenfläche des Druckmesselementes ausgebildet ist; einer Membran, welche wenigstens teilweise durch den Hohlraum definiert ist; eine Mehrzahl von Piezowiderständen auf der Membran; und wenigstens einem Graben, welcher den Hohlraum umgibt und in der Bodenfläche ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch, weiterhin umfassend: Wenigstens ein Substrat; und ein Klebmittel, welches das Substrat mit der Bodenfläche verbindet, so dass der wenigstens einen Graben wenigstens einen Abschnitt des Klebmittels aufnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: Wenigstens eine Außenfläche, welche in der Bodenfläche endet; und eine obere Fläche, wobei die wenigstens eine äußere Fläche in der oberen Fläche und der Bodenfläche endet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Klebmittel weiterhin umfasst: Einen Basisabschnitt; einen äußeren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der äußere Mittenabschnitt, welcher an die wenigstens eine äußere Fläche angrenzt, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist; und einen inneren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der innere Mittenabschnitt im Wesentlichen in dem Graben angeordnet ist, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist.
Drucksensorvorrichtung, umfassend: Ein Druckmesselement mit einer Membran; wenigstens ein Substrat, welches das Druckmesselement unterstützt; eine Mehrzahl von Piezowiderständen auf der Membran; wenigstens einen Graben, welcher als Teil des Druckmesselements ausgebildet ist; und ein Klebmittel, welches das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbindet; wobei wenigstens ein Abschnitt des Klebmittels in dem wenigstens einen Graben angeordnet ist.
Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Abschnitt des in dem wenigstens einen Graben angeordneten Klebmittels die thermisch induzierten Spannungen auf das Druckmesselement umverteilt, so dass die Auswirkung der thermisch induzierten Spannungen oder thermisches Rauschen im Wesentlichen eliminiert ist.
Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin umfassend: Wenigstens innere Fläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, so dass die wenigstens eine innere Fläche im Wesentlichen senkrecht zu der Membran ist; und wenigstens eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, so dass die Bodenfläche in der wenigstens einen Innenfläche endet, wobei der wenigstens eine Graben als Teil der Bodenfläche ausgebildet ist.
Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, weiterhin umfassend: Einen Hohlraum, welcher als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist; und eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine innere Fläche in der Bodenfläche endet, so dass die wenigstens eine innere Fläche und die Bodenfläche wenigstens einen Abschnitt des Hohlraumes bilden, wobei die Bodenfläche wenigstens einen Abschnitt der Membran bildet; wobei ein Fluid in dem Hohlraum einen Druck auf die Bodenfläche ausübt, um die Bodenfläche auszulenken.
Drucksensor, umfassend: Ein Druckmesselement mit einer Membran; einen Hohlraum, welcher als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist; eine Mehrzahl von Piezowiderständen, welche mit dem Druckmesselement verbunden sind; eine obere Fläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, so dass wenigstens ein Abschnitt der oberen Fläche Teil der Membran ist, wobei sich die Mehrzahl an Piezowiderständen auf der oberen Fläche befindet; eine Mehrzahl von Außenflächen, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet sind, wobei jede Fläche von der Mehrzahl von äußeren Flächen in der oberen Fläche endet; eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei jede Fläche von der Mehrzahl von äußeren Flächen in der Bodenfläche endet; eine Mehrzahl von inneren Flächen, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl an inneren Flächen in der Bodenfläche endet, so dass die Mehrzahl an inneren Flächen und die Bodenfläche wenigstens einen Abschnitt des Hohlraumes bilden; eine Bodenfläche, welche als Teil des Druckmesselementes ausgebildet ist, wobei die Bodenfläche in den mehreren inneren Flächen und den mehreren äußeren Flächen endet; wenigstens einen Graben, welcher integral als Teil der Bodenfläche ausgebildet ist; wenigstens ein Substrat, welches dazu ausgebildet ist, das Druckmesselement zu unterstützen; und ein Klebmittel, welches das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbindet; wobei wenigstens ein Abschnitt des Klebmittels in dem wenigstens einen Graben angeordnet ist.
Drucksensor nach Anspruch 9, wobei das Klebmittel weiterhin umfasst: Einen Basisabschnitt; einen äußeren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der äußere Mittenabschnitt an die wenigstens eine äußere Fläche angrenzt, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist; und einen inneren Mittenabschnitt, welcher integral mit dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei der innere Mittenabschnitt im Wesentlichen in dem Graben angeordnet ist, wenn das Druckmesselement mit dem wenigstens einen Substrat verbunden ist.
Vorrichtung, Gerät oder Drucksensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Graben eine Tiefe aufweist, welche im Allgemeinen etwa ein Zehntel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats beträgt, insbesondere etwa ein Drittel bis ein Halb der Gesamthöhe des wenigstens einen Substrats.
Vorrichtung, Gerät oder Drucksensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: Eine Kappe, welche mit der oberen Fläche oder dem Druckmesselement verbunden ist; und eine Kammer, welche integral als Teil der Kappe ausgebildet ist, so dass die Kammer teilweise evakuiert ist.
Vorrichtung, Gerät oder Drucksensor nach Anspruch 12, wobei die Kappe aus einem Borsilikat-Glas und/oder Silizium hergestellt ist und/oder wobei die Kappe aus Silizium hergestellt ist.
Vorrichtung, Gerät oder Drucksensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer Rasterbild-Wheatstone-Brücke ausgebildet sind oder wobei die Mehrzahl an Piezowiderständen zu einer verteilten Wheatstone-Brücke ausgebildet sind.