DE19938205A1

DE19938205A1 - Sensor, insbesondere mikromechanischer Sensor, und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19938205A1
Application number: DE1999138205
Authority: DE
Inventors: Heinz-Georg Vossenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-15

Abstract

Der Sensor (10) weist ein Sensorelement (12) auf, das mit einem gegenüberliegenden Deckelement (13) mittels eines Verbindungsmittels (15) unter hermetischem Abschluß verbunden ist. In einem Verbindungsbereich (14) der zwei gegenüberliegenden Elemente (12, 13) ist ein einen Sensorinnenraum (16) umgebender Spalt (19) gebildet, in welchem sich das Verbindungsmittel (15) befindet. Zwischen dem Sensorelement (12) und dem Deckelement (13) ist wenigstens ein die Höhe des Spalts (19) definierendes Anschlagmittel (22, 23) angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Verbindungsmittel (15) vor dem Verbinden der zwei Elemente (12, 13) im Spalt (19) in bezug auf eine Mittellinie des Verbindungsbereichs (14) versetzt in Richtung auf das zum Sensorinnraum (16) benachbarte Anschlagmittel (23) angeordnet. Vorzugsweise weist wenigstens eines der Anschlagmittel (22, 23) und/oder das mit diesem zusammenwirkende Element (12, 13) mindestens ein Selbstjustierungsmittel (26) auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen mikromechanischen Sensor, mit einem Sensor element, das mit einem gegenüberliegenden Deckel element mittels eines Verbindungsmittels verbunden ist, wobei in einem Verbindungsbereich der zwei ge genüberliegenden Elemente ein einen Sensorinnenraum umgebender Spalt gebildet ist, in welchem sich das Verbindungsmittel befindet, entsprechend dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, insbesondere eines mikromechanischen Sensors, mit den Verfahrens schritten:

- Herstellen eines Sensorelements und eines Deckel elements;
- Positionieren der zwei Elemente, so daß sich in einem Verbindungsbereich zwischen den zwei Elemen ten ein einen Sensorinnenraum umfangsförmig umge bender Spalt bildet, in welchem ein Verbindungsmit tel angeordnet ist;
- gegenseitiges Annähern der zwei Elemente, so daß sich das kompressionsbeanspruchte Verbindungsmittel im Spalt ausbreitet,

gemäß dem einleitenden Teil des Anspruchs 12.

Stand der Technik

Es sind Sensoren, wie zum Beispiel mikromechanische Sensoren, bekannt, welche zur Fixierung eines Dec kel- oder Kappenelements auf einem gegenüberliegend angeordneten Sensorelement in ihrem Verbindungsbe reich mit einer Sealglas- oder Ferroglaszwischen schicht versehen sind. Der Verbindungsbereich ist als Spalt ausgebildet, der sich umfangsförmig um den Sensorinnenraum und zwischen dem Deckel- und Sensorelement erstreckt. Derartige Verbindungsmit tel enthalten Füllstoffe, welche auch als "Filler" bezeichnet werden und aus gering kompressablen Feststoffen mit variablen Korngrößen bestehen. Da bei bestimmt bei der Verbindung des Deckelelements mit dem Sensorelement, welche auch als Deckel- be ziehungsweise Sensorwafer bezeichnet werden, die maximal auftretende Korngröße der gering kompres sablen Feststoffe den minimal möglichen Abstand der zwei gegenüberliegenden Elemente im spaltförmigen Verbindungsbereich. Während des Verkappungsprozes ses des Sensors wird der Abstand zwischen den bei den gegenüberliegenden Elementen, das heißt zwi schen dem Deckelelement und dem Sensorelement, ver ringert. Dabei wird das Verbindungsmittel im spalt förmigen Verbindungsbereich zwischen den zwei sich gegenseitig annähernden Elementen kompressiv bean sprucht, so daß sich das Verbindungsmittel im Spalt mehr oder weniger gleichförmig in verschiedene Richtungen, insbesondere in Richtung Sensorinnen raum und Sensoraußenseite, ausbreitet.

Nachteilhafterweise ist der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Elementen und, davon ab hängig, der Druck im Sensorinnenraum nicht ohne weiteres wiederholbar exakt einstellbar. Dies kann auf eine inhomogene Verteilung der Korngrößen der Feststoffe in dem sich im Spalt befindenden Verbin dungsmittel oder auch auf eine inhomogene bezie hungsweise unkontrollierte Verteilung des bei der gegenseitigen Annäherung der zwei Elemente entste henden Drucks auf die Elemente während des Verkap pungsprozesses zurückgeführt werden.

Ferner kann es bei bekannten, gattungsgemäßen Sen soren zu einer unerwünschten Druckerhöhung im Sen sorinnenraum kommen, wenn während des Verkappungs prozesses Verbindungsmittelanteile über den Verbin dungsbereich hinaus in den Sensorinnenraum hinein gepreßt werden, so daß es zu einer Vergrößerung der ausgasenden und in den Sensorinnenraum wirkenden, freien Verbindungsmitteloberfläche kommt.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sensorelement und dem Deckelelement wenigstens ein die Höhe des Spalts definierendes Anschlagmittel angeordnet ist. Durch die Vorsehung eines Anschlag mittels zwischen dem Deckelelement und dem Sensor element ist in einfacher und zuverlässiger Weise eine genau definierte und exakt wiederholbare, mit Abstand behaftete, gegenseitige Positionierung des Deckelelements und des Sensorelements möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das An schlagmittel im Verbindungsbereich angeordnet. Da im Verbindungsbereich der zwei Elemente ein vor zugsweise exakt definierter Spalt zur Aufnahme des Verbindungsmittels gebildet werden soll, ist die Anordnung wenigstens eines Anschlagmittels im spaltförmigen Verbindungsbereich verhältnismäßig leicht möglich, ohne daß das Volumen des Sensorin nenraums reduziert beziehungsweise dessen konstruk tive Ausgestaltung verändert werden muß.

Vorteilhafterweise ist das Anschlagmittel im Ver bindungsbereich neben einem dem Sensorinnenraum zu gekehrten, inneren Rand des Verbindungsmittels an geordnet. Das Anschlagmittel dient in dieser Weise . während des Annäherns der zwei Elemente gleichzei tig als Ausbreitungsbarriere in bezug auf das in folge einer Kompressionsbeanspruchung sich im Spalt zum Sensorinnenraum hin ausbreitende Verbindungs mittel.

Mit Vorteil ist das Anschlagmittel im Verbindungs bereich neben einem der Sensoraußenseite zugekehr ten, äußeren Rand des Verbindungsmittels angeord net. Ein am äußeren Rand des Verbindungsbereichs angeordnetes Anschlagmittel dient während und nach der Verbindung der zwei Elemente zusätzlich als Schutz für das sich im Spalt befindende Verbin dungsmittel beziehungsweise zu dessen Abschirmung vor unerwünschten, störenden oder schädlichen Au ßeneinflüssen, welche beispielsweise bei einer an schließenden mechanischen Bearbeitung des Sensors auftreten könnten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das An schlagmittel über eine Maskierungsschicht mit einem der zwei Elemente, insbesondere mit dem Sensorele ment, verbunden. Die Vorsehung einer Maskierungs schicht im Verbindungsbereich einer der zwei Ele mente ermöglicht eine in einfacher Weise herstell bare, kompakte und feste Verbindung des Anschlag mittels mit einem der zwei Elemente. Bei der an sich bekannten Herstellungsweise des Sensorele ments, wie zum Beispiel bei der Sandwich-Bauweise mit teilweise durch Ätzungsbehandlungen entfernten Materialschichtanteilen, bietet sich die Integrie rung einer zusätzlichen, äußeren und später als An schlagmittel vorgesehenen Materialschicht im Ver bindungsbereich des Sensorelements an.

Bevorzugterweise ist vor dem Verbinden der zwei Elemente das Verbindungsmittel im Verbindungsbe reich des Deckelelements angebracht. Da das Verbin dungsmittel vorzugsweise auf dem Verbindungsbereich eines bereits vorher wenigstens teilweise fertigge stellten Elements aufgetragen wird, bietet sich als Trägerelement das Deckelelement an, da dieses nicht mit sensiblen Sensormitteln versehen ist, welche beim Auftragungsprozeß des Verbindungsmittels be ziehungsweise durch das Verbindungsmittel selbst beschädigt oder auch negativ beeinflußt werden könnten.

Vorzugsweise ist das Sensorelement mit dem Deckel element mittels des Verbindungsmittels unter herme tischem Abschluß verbunden. Durch eine abstandsge naue Positionierung wenigstens eines Elements in bezug auf das gegenüberliegende Element ist die Vo lumenreduzierung des Sensorinnenraums aufgrund des gegenseitigen Annäherns der zwei Elemente exakt und wiederholbar festlegbar, so daß auch die infolge einer Volumenreduzierung sich einstellende Drucker höhung während des Verkappungsprozesses im herme tisch abgeschlossenen Sensorinnenraum innerhalb ei ner vorbestimmbaren Grenze gehalten werden kann. Eine in dieser Weise mögliche Beschränkung der Druckerhöhung auf ein vorgebbares und möglichst niedriges Niveau im Sensorinnenraum wirkt sich vor teilhaft auf die Güte eines beispielsweise unter Vakuum verkapselten Sensors aus.

Vor dem Verbinden der zwei Elemente ist das Verbin dungsmittel im Spalt in bezug auf eine Mittellinie des Verbindungsbereichs vorteilhafterweise versetzt in Richtung auf das zum Sensorinnenraum benachbarte Anschlagmittel angeordnet. Durch das asymmetrisch versetzte Anordnen des Verbindungsmittels in Rich tung auf das in bezug auf die Mittellinie des Ver bindungsbereichs innere Anschlagmittel ergibt sich im Spalt zwischen dem Verbindungsmittel und dem in neren Anschlagmittel ein definiertes, inneres Zwi schenvolumen, welches in bezug auf ein an das äuße re Anschlagmittel angrenzendes, äußeres Zwischenvo lumen im Spalt kleiner ist. Das innere und äußere Anschlagmittel definieren somit im Spalt eine Kam mer, in welcher das Verbindungsmittel derart ange ordnet ist, daß zwei unterschiedlich große Zwi schenvolumen in der Kammer gebildet werden, in de nen sich das unter Kompressionsbeanspruchung ste hende Verbindungsmittel ausbreiten kann. Da das sich mehr oder weniger gleichmäßig und gleichzeitig zum inneren und äußeren Anschlagmittel ausbreitende Verbindungsmittel zuerst mit dem in bezug auf das Verbindungsmittel näherliegenden, inneren Anschlag mittel in Kontakt kommt, unter vollständiger Aus füllung des am inneren Anschlagmittel angrenzenden, kleineren Zwischenvolumens mit Verbindungsmittel, kann sich das in der nahezu geschlossenen Kammer befindende Verbindungsmittel bei fortsetzender Kom pressionsbeanspruchung durch weiteres Annähern der zwei gegenüberliegenden Elemente lediglich zum äu ßeren Anschlagmittel hin ausbreiten. Es erfolgt so mit eine gewünschte, einseitige Ausdehnung des im Spalt sich befindenden Verbindungsmittels in Rich tung äußeres Anschlagmittel unter Reduzierung des äußeren Zwischenvolumens zwischen dem äußeren An schlagmittel und der sich diesem kontinuierlich nä hernden Ausgasungsfläche des Verbindungsmittels. Eine mit der Ausbreitung des Verbindungsmittels sich ergebende Druckerhöhung im äußeren Zwischenvo lumen des Verbindungsbereichs und Ausgasung der Verbindungsmittelschicht im Spalt findet somit hauptsächlich im größeren, an das äußere Anschlag mittel angrenzende Zwischenvolumen im Spalt und oh ne nachteiligen Einfluß auf das Druckniveau im Sen sorinnenraum statt. Die lediglich am Anfang der Kompressionsbeanspruchung des sich im Spalt befin denden Verbindungsmittels stattfindende, verhält nismäßig geringe Druckerhöhung im an das innere An schlagmittel angrenzenden, sich schnell bis zur vollständigen Ausfüllung mit Verbindungsmittel re duzierenden, kleineren Zwischenvolumen und die Aus gasung der Verbindungsmittelschicht im Spalt wirken sich lediglich geringfügig auf das Druckniveau im Sensorinnenraum aus, da nach vorzugsweise schneller Ausfüllung des kleineren Zwischenvolumens praktisch keine freie, mit dem Sensorinnenraum direkt in Kon takt stehende Ausgasungsfläche des Verbindungsmit tels mehr vorliegt.

Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann das Verbindungsmittel derart auf dem Deckele lement angeordnet sein, daß bereits bei Beginn der Kompressionsbeanspruchung das Verbindungsmittel mit dem inneren Anschlagmittel in Kontakt steht und so mit ausschließlich ein in Richtung äußeres An schlagmittel sich erstreckendes Zwischenvolumen für das sich im Spalt befindende Verbindungsmittel zur Verfügung steht. Bei einer derartigen Verbindungs mittelanordnung im Spalt wäre bereits unmittelbar bei Beginn der Kompressionsbeanspruchung des Ver bindungsmittels eine nachteilhafte Druckerhöhung im Sensorinnenraum durch Ausgasung des Verbindungsmit tels im Spalt auf ein Minimum reduziert. Da kein an das innere Anschlagmittel angrenzendes Zwischenvo lumen existiert, ist in diesem Fall auch keine nachteilhafte Druckerhöhung im Sensorinnenraum durch eine Reduzierung des sich im Spalt befinden den Zwischenvolumens mehr möglich.

Vorzugsweise weist das wenigstens eine Anschlagmit tel und/oder das mit diesem zusammenwirkende Ele ment mindestens ein Selbstjustierungsmittel auf. Durch die Vorsehung eines Selbstjustierungsmittels werden die zwei Elemente bei ihrem Verbindungspro zeß automatisch und exakt zueinander positioniert. Die gegenseitige exakte Anordnung der zwei Elemente ist insbesondere zur genauen Definition des Volu mens der im Spalt entstehenden Kammer für das sich ausbreitende Verbindungsmittel und zur Definition des Sensorinnenraumvolumens von Bedeutung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Selbstjustierungsmittel in bezug auf die Richtung einer zur Verbindung der zwei Elemente erfolgenden, geradlinigen Bewegung als schräge Ebene ausgebil det. Ein als schräge Ebene ausgebildetes Selbstju stierungsmittel ist fertigungstechnisch besonders einfach herstellbar.

Vorzugsweise ist die schräge Ebene auf dem Verbin dungsbereich des Deckelelements ausgebildet und wirkt mit einer Kante des Anschlagmittels in bezug auf die Elemente selbstjustierend zusammen. In die ser Weise läßt sich in einfacher, zuverlässiger Weise eine exakte, gegenseitige Positionierung der zwei Elemente erreichen.

Bezugnehmend auf das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen, daß das gegenseitige Annähern der zwei Elemente durch Vorsehung eines als Abstandsunter grenze wirkenden Anschlagmittels beschränkt wird. Dies ermöglicht auf einfache und exakte Weise das Herstellen eines Sensors mit einem präzise vorher bestimmbaren Sensorinnenraumvolumen, wobei durch die Vorsehung eines Anschlagmittels die erzielbare Größe des Sensorinnenraumvolumens parameterunabhän gig in bezug auf das Herstellungsverfahren bezie hungsweise auf den Verkappungsprozeß des Sensors ist. Als Verfahrensparameter dienen insbesondere der Anpreßdruck der zwei Elemente, deren Anpreßzeit und die Verbindungsmitteltemperatur.

Wenigstens eines der zwei Elemente erfährt in bezug auf das gegenüberliegende Element eine Selbstju stierung während der Annäherungsbewegung bis zum Erreichen der Abstandsuntergrenze. Somit wird nicht nur die gewünschte Spalthöhe, sondern auch die ex akte Position der zwei Elemente zueinander unabhän gig von den genannten Verbindungsparametern ledig lich durch die Annäherungsbewegung der zwei Elemen te zueinander erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in der Beschreibung genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausfüh rungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung im vergrößerten Maßstab eines gemäß einer ersten Ausfüh rungsform ausgebildeten Verbindungsbe reichs eines erfindungsgemäßen Sensors;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung im vergrößerten Maßstab eines gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform ausgebildeten Verbindungsbe reichs eines erfindungsgemäßen Sensors und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung im in bezug auf Fig. 1 kleineren Maßstab eines erfin dungsgemäßen Sensors mit einem Verbin dungsbereich gemäß Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 weist ein allgemein mit 10 bezeichneter Sensor ein mit einem Sensormittel 11 versehenes Sensorelement 12 auf, das mit einem gegenüberliegenden Deckelelement 13 mittels eines Verbindungsmittels 15 im vorliegenden Fall unter hermetischem Abschluß verbunden ist. In einem Verbindungsbereich 14 der zwei gegenüberlie genden Elemente 12, 13 ist ein einen Sensorinnen raum 16 umgebender Spalt 19 gebildet, in welchem sich das Verbindungsmittel 15 befindet. Das Decke lelement 13 ist im Bereich des Sensormittels 11 un ter Ausbildung des Sensorinnenraums 16 mit einer Kaverne versehen. Das Verbindungsmittel 15 ist vor zugsweise als Glaslot, wie zum Beispiel als Seal- oder Ferroglas 17 ausgebildet und mit Füllstoffen 18 versehen. Die Füllstoffe 18 sind gering kompres sable Feststoffe mit variablen Korngrößen, während das Seal- oder Ferroglas 17 ein durch Kompression und/oder Temperaturbeanspruchung beweg- und anpass bares Verbindungsmaterial ist.

Zwischen dem Sensorelement 12 und dem Deckelelement 13 sind im Verbindungsbereich Anschlagmittel 22, 23 vorgesehen. Ein Anschlagmittel 23 ist im Verbin dungsbereich 14 neben einem dem Sensorinnenraum 16 zugekehrten, inneren Rand des Verbindungsmittels 15 angeordnet. Ein weiteres Anschlagmittel 22 ist im Verbindungsbereich 14 neben einem einer Sensorau ßenseite 20 zugekehrten, äußeren Rand des Verbin dungsmittels 15 angeordnet. Die Anschlagmittel 22, 23 sind über eine Maskierungsschicht 24 mit dem Sensorelement 12 verbunden.

Vor dem Verbinden der zwei Elemente 12, 13 ist das Verbindungsmittel 15 im Verbindungsbereich 14 des Deckelelements 13 aufgetragen. Dabei ist das Ver bindungsmittel 15 derart im Verbindungsbereich 14 des Deckelelements 13 angeordnet, daß nach der Po sitionierung der zwei Elemente 12, 13 und vor dem Verbinden der zwei Elemente 12, 13 das Verbindungs mittel 15 im Spalt 19 in bezug auf eine Mittellinie des Verbindungsbereichs 14 versetzt in Richtung auf das zum Sensorinnenraum 16 benachbarte Anschlagmit tel 23 angeordnet ist.

Das Sensorelement 12 wird wie folgt hergestellt. Das Trägermaterial des Sensorelements 12 besteht beispielsweise aus Silizium. Auf dem Trägermaterial wird die Maskierungsschicht 24 aus Siliziumoxid SiO₂ aufgetragen. Die Maskierungsschicht 24 wird als thermische Oxidschicht erhalten, in dem Sauer stoff als oxidierendes Gas auf eine heiße Oberflä che des Sensorträgermaterials geleitet wird, so daß der Sauerstoff mit dem Silizium des Trägermaterials zu Siliziumoxid SiO₂ reagiert. Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann die Maskierungs schicht 24 ferner als TEOS-Oxid (Tetraethylortho silikat, SiO₄C₈H₂₀) oder auch als Nitridabscheidung ausgebildet sein. Zur Herstellung der Anschlagmit tel 22, 23 wird auf die Maskierungsschicht 24 des Sensorelements 12 eine dritte Schicht aus Polysili zium aufgetragen. Zur Strukturierung der Maskie rungsschicht 24 und der Anschlagmittelschicht wird die äußere, dritte Schicht mit Fotolack überzogen, welcher anschließend teilweise belichtet wird, so daß der Fotolack in bekannter Weise selektiv ent fernt werden kann. Durch eine nachfolgende Ätzung werden die Anschhagmittelschicht und die darunter liegende Maskierungsschicht 24 in den Bereichen ab getragen, in denen diese nicht durch die zuvor an gelegte Fotomaske bedeckt ist. Als Ergebnis ent steht eine Struktur, bei der die Maskierungsschicht 24 nur noch partiell auf der Polysiliziumschicht angeordnet ist, wobei zusätzlich auch der Verbin dungsbereich 14 des Sensorelements 12 zur Ausbil dung von geeigneten Abstandsmitteln 22, 23 struktu riert ist.

Das Deckelelement 13 kann als Metallplatte oder als Wafer aus Glas oder einem anderen, geeigneten Mate rial ausgebildet sein.

Das vorzugsweise als Glaslot ausgebildete Verbin dungsmittel 15 läßt sich verhältnismäßig einfach per Druckverfahren auf dem Deckelelement 13 auf bringen und anschließend in einem Ofenprozeß (Prebake-Prozeß) sintern. Ferner läßt sich das Glaslot beim Verbindungsprozeß (Bond-Prozeß) der zwei Elemente 12, 13 vorteilhafterweise leicht auf schmelzen.

Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Er findung gemäß Fig. 2 ist das Deckelelement 13 im Verbindungsbereich 14 mit jeweils einem, mit dem gegenüberliegenden Anschlagmittel 22, 23 zusammen wirkenden Selbstjustierungsmittel 26 versehen. Das Selbstjustierungsmittel 26 ist als schräge Ebene ausgebildet, das heißt, die zur Selbstjustierung der Elemente 12, 13 dienende Ebene ist geneigt in bezug auf die Richtung der zur Verbindung der zwei Elemente 12, 13 erfolgenden, geradlinigen Annähe rungsbewegung. Die schräge Ebene 26 des Deckelele ments 13 wirkt mit einer vorzugsweise kontinuierli chen, spitzen Kante 27 des jeweiligen Anschlagmit tels 22, 23 derart zusammen, daß sich die zwei Ele mente 12, 13 während des zu ihrer Verbindung vorge sehenen gegenseitigen Annäherns in automatischer Weise exakt zentrisch zueinander positionieren.

Das Sensor- und Deckelelement 12, 13 werden wie folgt miteinander verbunden. Die zwei Elemente 12, 13 werden zueinander derart positioniert, daß sich in dem Verbindungsbereich 14 zwischen den zwei Ele menten 12, 13 ein den Sensorinnenraum 16 umfangs förmig umgebender Spalt 19 bildet, in welchem das Verbindungsmittel 15 angeordnet ist. Das auf dem Verbindungsbereich 14 des Deckelelements 13 anhaf tende Verbindungsmittel 15 befindet sich zwischen den zwei im Verbindungsbereich 14 angeordneten und durch die Maskierungsschicht 24 mit dem Sensorele ment 12 fest verbundenen Anschlagmitteln 22, 23, welche im Spalt 19 eine Kammer 25 definieren. Beim gegenseitigen Annähern der zwei Elemente 12, 13 wird das sich im Spalt 19 beziehungsweise in der Kammer 25 befindende Verbindungsmittel 15 kompres sionsbeansprucht, so daß das Verbindungsmittel 15 sich mehr oder weniger gleichförmig in entgegenge setzte Richtungen zu den sich im Spalt 19 befinden den Anschlagmitteln 22, 23 ausbreitet. Das gegen seitige Annähern der zwei Elemente 12, 13 wird durch die als Abstandsuntergrenze wirkenden An schlagmittel 22, 23 beschränkt.

Da das Verbindungsmittel 15, vor Beginn seiner Aus breitungsbewegung im Spalt 19, in bezug auf eine Mittellinie des Verbindungsbereichs 14 versetzt in Richtung auf das zum Sensorinnenraum 16 benachbarte Anschlagmittel 23 angeordnet ist, ergibt sich ein im Spalt 19 zwischen dem Verbindungsmittel 15 und dem inneren Anschlagmittel 23 definiertes Zwischen volumen, welches in bezug auf das an das äußere An schlagmittel 22 angrenzende Zwischenvolumen im Spalt 19 kleiner ausgebildet ist. Das innere und äußere Anschlagmittel 23, 22 definieren somit die Kammer 25, in welcher das Verbindungsmittel 15 der art angeordnet ist, daß zwei unterschiedlich große Zwischen- beziehungsweise Aufnahmevolumen im Spalt 19 gebildet werden, in denen sich das unter Kom pressionsbeanspruchung stehende Verbindungsmittel 15 ausbreiten kann. Da das Verbindungsmittel 15 zu erst mit dem näherliegenden, inneren Anschlagmittel 23 in Kontakt kommt, wird das kleinere Zwischenvo lumen als ersteres vollständig mit Verbindungsmit tel 15 ausgefüllt. Bei fortsetzender Kompressions beanspruchung durch weiteres Annähern der zwei ge genüberliegenden Elemente 12, 13 kann sich das Ver bindungsmittel 15 nun lediglich zum äußeren An schlagmittel 22 hin in der Kammer 25 ausbreiten.

Da das kleinere, zum inneren Abstandsmittel 23 be nachbarte Zwischenvolumen schnell und vollständig mit dem sich in der Kammer 25 ausbreitenden Verbin dungsmittel 15 ausgefüllt ist, wird eine nicht er wünschte Druckerhöhung im Sensorinnenraum 16 auf grund einer Volumenreduzierung des kleineren Zwi schenvolumens und aufgrund einer bei einem niedri gen Druckniveau erfolgenden Ausgasung des Verbin dungsmittels 15 im kleineren Zwischenvolumen auf ein Minimum herabgesetzt. Das sich nach Ausfüllen des kleineren Zwischenvolumens mit Verbindungsmit tel 15 lediglich zum äußeren Abstandsmittel 22 hin weiterhin ausbreitende Verbindungsmittel 15 wirkt sich nicht druckerhöhend auf den Sensorinnenraum 16 aus, da der Sensorinnenraum 16 bei sich im Spalt 19 komprimierendem Verbindungsmittel 15 bereits herme tisch abgeschlossen ist.

Die Höhe des Spalts 19 im Verbindungsbereich 14 zwischen den zwei Elementen 12, 13 hängt somit nicht von den Parametern des Verbindungsprozesses der zwei Elemente 12, 13 ab, sondern stellt sich automatisch nach Anschlagen der Innenoberfläche des Verbindungsbereichs 14 des Deckelelements 13 auf die Anschlagmittel 22, 23 auf die exakt gewünschte Größe ein. Da die Gesamthöhe der vom Verbindungsbe reich 14 des Sensorelements 12 vorstehenden Maskie rungsschicht 24 und des zugehörigen Anschlagmittels 22, 23 größer ist als der maximale Durchmesser der Füllstoffe 18 des Verbindungsmittels 15, ist die zu erzielende Spalthöhe auch unabhängig von den jewei ligen homogenen beziehungsweise inhomogenen Materi aleigenschaften des Verbindungsmittels 15. Es läßt sich somit durch die Anschlagmittel 22, 23 eine stabile, auf zuverlässige Weise wiederholbare und im Bezug auf die Spalthöhe im Verbindungsbereich 14 präzise Verbindung zwischen dem Sensorelement 12 und dem Deckelelement 13 herstellen.

Wenn das Deckelelement 13 gemäß Fig. 2 mit einem Selbstjustierungsmittel 26 versehen ist, erfolgt nach einer Grobjustierung und während des gegensei tigen Annäherns der zwei Elemente 12, 13 eine selb ständige Feinzentrierung der zwei Elemente 12, 13 zueinander, da das Deckelelement 13 mit seiner schrägen Ebene 26 so lange auf der mit ihr zusam menwirkenden Kante 27 des jeweiligen Anschlagmit tels 22, 23 gleitet, bis das Deckelelement 13 die gewünschte, exakte Position in bezug auf das Senso relement 12 eingenommen hat.

Da im Verbindungsbereich 14 zwei, vorzugsweise sich parallel zueinander erstreckende und den Sensorin nenraum 16 vollständig und rahmenförmig umgebende Anschlagmittel 22, 23 vorgesehen sind, welche je weils mit einem Selbstjustierungsmittel 26 des Dec kelelements 13 zusammenwirken, begünstigen die den Sensorinnenraum 16 umfangsförmig und zweifach umge benden Selbstjustierungsmittel 26 eine exakt paral lele Positionierung des Deckelelements 13 in bezug auf das Sensorelement 12.

Die als schräge Ebene ausgebildeten Selbstjustie rungsmittel 26 können zum Beispiel durch eine KOH- Ätzung auf dem Deckelelement 13 hergestellt werden.

Durch die vorteilhafte, exakte Einstellbarkeit des Abstands zwischen dem Deckelelement 13 und dem Sen sorelement 12 kann diese exakt festlegbare physika lische Größe (Länge) zur Messung einer Kapazität beziehungsweise von Kapazitätsänderungen zwischen dem Sensormittel 11 und einer beispielsweise im Deckelelement 13 angeordneten Referenzelektrode ge nutzt werden.

Der Sensor 10 kann unter Vakuum beziehungsweise un ter vakuumähnlichen Bedingungen hergestellt werden, so daß der sich einstellende Druck im Sensorinnen raum 16 nach der unter hermetischem Abschluß erfol genden Verbindung des Sensorelements 12 mit dem Deckelelement 13 sehr niedrig, das heißt nahezu Null ist. Es ist jedoch auch möglich, den Sensor 10 unter einem beliebigen Umgebungsdruck herzustellen, so daß sich ein entsprechender, gegebenenfalls in bezug auf den Umgebungsdruck geringfügig höherer Druck im Sensorinnenraum 16 nach der Herstellung des hermetischen Abschlusses einstellt.

Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor 10 auch derart ausgebildet sein, daß der Sensorinnenraum 16 nicht hermetisch abge schlossen, sondern nach außen hin offen ist. Das Deckelelement 13 kann beispielsweise eine vom Sen sorinnenraum 16 zur Sensorumgebung führende Öffnung aufweisen, so daß im Sensorinnenraum 16 der jewei lige Sensorumgebungsdruck vorliegt. Die definierte gegenseitige Abstandseinstellung des Sensor elements 12 und des Deckelelements 13 durch das An schlagmittel 22, 23 wird durch das Druckniveau im Sensorinnenraum 16 und die Art der Verbindung (hermetischer oder nicht-hermetischer Abschluß) zwischen dem Sensorelement 12 und dem Deckelelement 13 nicht beeinflußt.

Claims

1. Sensor, insbesondere mikromechanischer Sensor, mit einem Sensorelement, das mit einem gegenüber liegenden Deckelelement mittels eines Verbindungs mittels verbunden ist, wobei in einem Verbindungs bereich der zwei gegenüberliegenden Elemente ein einen Sensorinnenraum umgebender Spalt gebildet ist, in welchem sich das Verbindungsmittel befin det, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sen sorelement (12) und dem Deckelelement (13) wenig stens ein die Höhe des Spalts (19) definierendes Anschlagmittel (22, 23) angeordnet ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagmittel (22, 23) im Verbindungsbe reich (14) angeordnet ist.

3. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Anschlagmittel (23) im Verbindungsbereich (14) neben einem dem Senso rinnenraum (16) zugekehrten, inneren Rand des Ver bindungsmittels (15) angeordnet ist.

4. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Anschlagmittel (22) im Verbindungsbereich (14) neben einem der Sensor außenseite (20) zugekehrten, äußeren Rand des Ver bindungsmittels (15) angeordnet ist.

5. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Anschlagmittel (22, 23) über eine Maskierungsschicht (24) mit einem der zwei Elemente (12, 13), insbesondere mit dem Sensorelement (12), verbunden ist.

6. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden der zwei Elemente (12, 13) das Verbindungsmittel (15) im Verbindungsbereich (14) des Deckelelements (13) an gebracht ist.

7. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (12) . mit dem Deckelelement (13) mittels des Verbindungs mittels (15) unter hermetischem Abschluß verbunden ist.

8. Sensor, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ver binden der zwei Elemente (12, 13) das Verbindungs mittel (15) im Spalt (19) in bezug auf eine Mittel linie des Verbindungsbereichs (14) versetzt in Richtung auf das zum Sensorinnenraum (16) benach barte Anschlagmittel (23) angeordnet ist.

9. Sensor, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenig stens eine Anschlagmittel (22, 23) und/oder das mit diesen zusammenwirkende Element (12, 13) mindestens ein Selbstjustierungsmittel (26) aufweist.

10. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Selbstjustierungsmit tel (26) in bezug auf die Richtung einer zur Ver bindung der zwei Elemente (12, 13) erfolgenden, ge radlinigen Bewegung als schräge Ebene (26) ausge bildet ist.

11. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die schräge Ebene (26) auf dem Verbindungsbereich (14) des Deckelelements (13) ausgebildet ist und mit einer Kante (17) des Anschlagmittels (22, 23) in bezug auf die Elemente (12, 13) selbstjustierend zusammenwirkt.

12. Verfahren zum Herstellen eines Sensors, insbe sondere eines mikromechanischen Sensors, mit den Verfahrensschritten:

1. Herstellen eines Sensorelements und eines Deckel elements;
2. Positionieren der zwei Elemente, so daß sich in einem Verbindungsbereich zwischen den zwei Elemen ten ein einen Sensorinnenraum umfangsförmig umge bender Spalt bildet, in welchem ein Verbindungsmit tel angeordnet ist;
3. gegenseitiges Annähern der zwei Elemente, so daß sich das kompressionsbeanspruchte Verbindungsmittel im Spalt ausbreitet;

dadurch gekennzeichnet, daß das gegenseitige Annä hern der zwei Elemente (12, 13) durch Vorsehung ei nes als Abstandsuntergrenze wirkenden Anschlagmit tels (22, 23) beschränkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß sich während der Annäherungsbewegung bis zum Erreichen der Abstandsuntergrenze wenig stens eines der zwei Elemente (12, 13) in bezug auf das gegenüberliegende Element selbstjustiert.