DE3839864A1 - Messwertgeber fuer differenzdruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber für Differenzdruck und insbesondere einen Differenzdruckgeber, der zuverlässig Fehler kompensieren kann, die durch hohen statischen Druck verursacht werden.

Wie in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 120142/1983, Nr. 61637/1985 und Nr. 56465/1986 und in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 167432/1983 beschrieben wird, detektieren herkömmliche Druckdifferenzmeßwertgeber den statischen Druck durch Verwenden einer Differenzdruck detektierenden Membran (Dia­ phragma) und eines piezoresistiven Halbleitermeßelements, das sich auf dem gleichen Chip befindet, auf dem die Membran befestigt ist. Bei diesem Aufbau gibt es jedoch einen hohen Übersprechpegel zwischen dem den Differenzdruck messenden Meßelement und dem detektierenden Meßelement für den statischen Druck, so daß es erschwert ist, Fehler zu kompensieren, die durch hohe statische Drücke verursacht werden. Das ist ein Haupthindernis für die Verbesserung der Genauigkeit des Meßwertgebers für Differenzdruck.

Das Patent US 45 28 855 beschreibt einen Meßwertgeber für Differenzdruck, in dem der statische Druck, der auf die obere und untere Oberfläche einer ringförmigen Membran einwirkt, die dem Differenzdrucksensor umgibt, verwendet wird, den Differenzdrucksensor zu deformieren, und dadurch Widerstands­ änderungen einer Vielzahl von piezoresistiven Halbleiter­ meßelementen zu erhalten.

Es gibt viele Arten von Differenzdrucksensoren, die einen Differenzdruck und eine Temperatur detektieren. Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht, die einen repräsentativen Aufbau eines Meßwertgebers für Differenzdruck, wie er gegenwärtig im Gebrauch ist, zeigt der in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 61637/1985 vorgestellt wird. Eine Siliziummembran 1 weist auf einen dünnen Teil 1 a eine piezoresistive Halbleitermeßelementgruppe 2, die einen Differenzdruck Δ P erfaßt und auf einem fixierten Teil 1 b ein photoresistives Halbleitermeßelement 3, daß die Temperatur feststellt. Beide Meßelemente sind in die Sili­ ziummembran 1 eindiffundiert. Diese piezoresistiven Meßele­ mente sind so ausgebildet, daß sie nicht auf einen hohen statischen Druck P reagieren und jedes der Meßelemente ist mit externen Schaltungen über Leitungsdrähte 6 verbunden, die aus dem luftdichten, hermetisch abgedichteten Anschluß 5 herausgeführt sind. Deshalb erzeugt die piezoresistive Halbleitermeßelementgruppe 2 ein Signal proportional einer Druckdifferenz Δ P und das piezoresistive Halbleiter­ meßelement 3 erzeugt ein Signal proportional zur Temperatur T. Die äußere Schaltung erzeugt dann ein Differenzdrucksignal, das frei von Fehlern ist, die durch Temperaturänderungen verursacht werden.

Ein statischer Druck P, der auf beiden Seiten der Silizium­ membran 1 des Differenzdruckmeßwertgebers einwirkt, ist nor­ malerweise 100 Atmosphären stark. Bei solch einem hohen statischen Druck verursacht jedes Ungleichgewicht in der Flüssigkeits-Kontraktion zwischen den Kammern 7 a und 7 b, die auf beiden Seiten mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, oder jede Verformung eines Gehäuses 4 bzw. Rahmens eine Verfor­ mung der Siliziummembran 1. Das wiederum ergibt eine Ver­ änderung des Widerstands der piezoresistiven Halbleiter­ meßelementgruppe 2. Damit wird das Signal, das den Differenz­ druck wiedergibt, mit einem Signal, das von einem statischen Druck erzeugt wird, überlagert, wodurch es unmöglich ist, ein richtiges Differenzdrucksignal auszugeben. In anderen Worten wird das Ausgangssignal des Differenz­ druckmeßwertgebers von dem statischen Druck beeinflußt und enthält Fehler. Um zu verhindern, daß Fehler durch den statischen Druck verursacht werden, ist es erforderlich, daß die Flüssigkeitsmengen, die in den Kammern 7 a und 7 b eingeschlossen sind, genau gleich zueinander sind, und daß das Gehäuse 4 eine größere Starrheit aufweist, so daß es nicht durch statischen Druck P verformt werden kann. Diese Erfordernisse bewirken einen großen Aufwand beim Design und der Herstellung, wodurch eine weitere Größenreduzierung und Kostenreduzierung des Differenzdruckmeßwertgebers unterbunden wird.

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen Differenz­ druckmeßwertgeber zu schaffen, der Verbesserungen mit Bezug auf den obenstehenden Nachteil erwirkt, indem ein detek­ tierendes Meßelement für statischen Druck im wesentlichen abgetrennt bzw. isoliert von anderen Meßelementen ausgebildet wird, und insbesondere darin, einen hochempfindlichen Sensor zum Detektieren des statischen Drucks mit hohen Ausgängen und einen zusammengesetzten Sensor mit kleinem Übersprechen zwischen dem Sensor für statischen Druck und dem Differenz­ drucksensor zu schaffen.

Der Differenzdruckmeßwertgeber dieser Erfindung weist auf: mindestens ein Substrat; eine Halterung zum Halten des Substrats; und mindestens ein piezoresistives Meßelement, das auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei das Substrat so ausgebildet ist, daß sich eine Spitzenspannung in der Nähe des piezoresistiven Meßelements entwickelt.

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmeßwertgeber, der aus einem Sensorsubstrat (das aus einem Halbleiter bestehen kann) und einer Halterung (die befestigt sein kann) besteht, um das Sensorsubstrat zu halten, und der den Differenzdruck einer Flüssigkeit detektiert bzw. feststellt, indem von der Differenz in den Young-Modulen zwischen dem Substrat und der Halterung Gebrauch gemacht wird. Das Sensorsubstrat wird auf einer Seite oder auf beiden Seiten behandelt, um einen Teil dünner als die umgebenden Teile zu machen, und eine Widerstandsänderung des piezoresistiven Meßelements, das am dünnen Teil angeordnet ist und aus einem Material wie z. B. einem Halbleiter besteht, wird detektiert. Das bedeutet, daß das Sensorsubstrat so ausgebildet ist, daß eine Spitzenspannung auf Grund einer statischen Druckbelastung auf das piezoresistive Meßelement einwirkt.

Diese Erfindung betrifft ebenso einen Differenzdruckmeß­ wertgeber, der aus einem Sensorsubstrat und einer befestigten Halterung besteht, auf der das Sensorsubstrat sicher befestigt ist, und der den Differenzdruck eines Fluids oder einer Flüssigkeit detektiert, indem vom Vorteil der Dif­ ferenz in den Young-Modulen zwischen Sensorsubstrat und der fixierten Halterung Gebrauch gemacht wird. Der dünne Teil des Sensorsubstrats ist mit einem Differenzdrucksensor ausgebildet. Der dicke Teil des Substrats wird auf einer Seite oder auf beiden Seiten behandelt, um einen Teil des dicken Teils dünner zu machen als die umgebenden Teile, so daß eine Spitzenspannung, die durch die statische Druck­ belastung verursacht wird, bei diesem dünnen Teil auftritt. Ein Sensor für statischen Druck wird auf diesem dünnen Teil des dicken Teils ausgebildet, um eine Widerstandsänderung des piezoresistiven Halbleitermeßelements festzustellen. Das Sensorsubstrat ist mit einer Vertiefung zwischen dem Differenzdrucksensor und dem Sensor für statischen Druck versehen, um Übersprechen zwischen den beiden Sensoren zu unterbinden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines herkömmlichen Differenzdruckmeßwertgebers zeigt;

Fig. 2 ein erläuterndes Diagramm, das das Betriebsprinzip eines Sensors für statischen Druck entsprechend dieser Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine vertikale Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Vielfunktionssensors als eine Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltung zum Verarbeiten von Detektionssignalen von dem Viel­ funktionssensor dieser Erfindung zeigt;

Fig. 5 und 6 vertikale Querschnittsansichten von anderen Ausführungsformen gemäß dieser Erfindung.

Das Betriebsprinzip dieser Erfindung ist wie folgt.

Ein statischer Druck verursacht eine Verformung bzw. Deformation in einem zusammengesetzten Teil, das aus Teilen mit verschiedenen Elastizitätsmodulen besteht, wie z. B. einer Siliziumplatte und einer Glasplatte, und diese Verformung wird als elektrisches Signal von einem piezoresistiven Element detektiert, das in die Siliziumplatte eindiffundiert ist. Die Siliziumplatte ist mit einer gekerbten Vertiefung versehen, um einen belastungskonzentrierten Teil bzw. Abschnitt zu schaffen, wo das piezoresistive Element einge­ richtet ist, so daß große Widerstandsänderungen erhalten werden können. Ein detektierendes Differenzdruckmeßelement und ein detektierendes Meßelement für statischen Druck, die beide auf der Siliziumplatte angebracht sind, sind struk­ turell voneinander getrennt bzw. isoliert.

Die Funktion des Differenzdruckmeßwertgebers gemäß dieser Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 2 erläutert. Eine Einkristallplatte 8 aus einem Material wie z. B. Silizium, die als Sensorsubstrat dient, ist an einer Stelle mit einer Vertiefung 9 versehen, die im Querschnitt dreieckig ist. Ein piezoresistives Element 10 ist auf der oberen Oberfläche des dünnen Teils ausgebildet. Diese Einzelkristallplatte 8 ist mit einer Halterung verbunden, die aus einem Material mit einem unterschiedlichen Elektrizitätsmodul wie z. B. Borosilikat-Glas 11 gefertigt ist. Wenn ein statischer Druck P auf die Einkristallplatte 8 und die Glashalterung 11 einwirkt, sind diese einer komprimierenden Belastung bzw. Spannung über die gesamte Oberfläche ausgesetzt, die gleich dem statischen Druck P ist. Wegen der Differenz in den Elastizitätsmodulen erzeugt die Glasplatte 11 eine größere Verformung. Da die zwei Teile miteinander verbunden sind, wird die Einkristallplatte 8 durch die komprimierende Verformung der Glasplatte 11 in einer konvexen Form defor­ miert. Die Spannung σ auf der oberen Oberfläche der Einkristall­ platte 8 ist so, wie in (a) der Fig. 2 gezeigt wird. Der dünne Teil bzw. Abschnitt entwickelt die Maximalspannung durch den Kerbeffekt. In der Praxis wird der dünne Teil so ausgelegt, daß er nicht bei der Maximalspannung zerbricht, wenn auf ihn eine dynamische bzw. wiederholte Last einwirkt. In diesem Teil sind piezoresistive Halbleitermeßelemente Glbis G 4, wie in (b) gezeigt, ausgebildet. Wenn man davon ausgeht, daß die Kristallrichtungen der Silizium-Einkristall­ platte 8 vertikal und lateral oder in <110< Richtungen vorhanden sind, dann weist ein P-Typ-Element eine Wider­ standsänderung Δ R auf, die ausgedrückt wird durch

wobei
R: ein Bezugswiderstand
Π44: der Scherungskoeffizient für das piezoresis­ tive Element
σ _l : die Spannung in der Längsrichtung, verursacht durch einen statischen Druck
σ _t : die Spannung in der Lateralrichtung bzw. Querrichtung sind.

Die piezoresistiven Meßelemente G 1, G 4 und auch G 2, G 3 erzeugen Widerstandsänderungen unterschiedlichen Vorzeichens und sind in einer Brücke verbunden, die eine Ausgangsspannung proportional zum statischen Druck erzeugt. Diese vier piezoresistiven Meßelemente G 1 bis G 4 sind in die Silizium­ platte eindiffundiert und zwar bei einem Schritt des Halb­ leiterherstellungsprozesses, so daß die Differenz des Widerstandstemperaturkoeffizienten unter diesen Meßelementen sehr klein ist, was bedeutet, daß die Ausgangsspannungs­ änderung auf Grund von Änderungen der Umgebungstemperatur klein ist. Somit ist es möglich, eine große Ausgangsspannung zu erhalten, die proportional zum statischen Druck ist und nicht von Temperaturänderungen beeinflußt wird.

In dieser Erfindung ist eine Trennvertiefung ausgebildet, in einem Teil des Sensorsubstrats, wie in Fig. 3 gezeigt wird, um den Teil mit dem Differenzdruckmeßelement von dem Teil mit dem Meßelement für den statischen Druck zu trennen. Das ermöglicht eine genaue Detektion des statischen Drucks mit geringem Übersprechen.

Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 eine Ausführungsform dieser Erfindung im Detail erläutert.

Fig. 3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Vielfunktionssensors als eine Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, und zwar angewendet bei einem Differenz­ druckmeßwertgeber vom Typ mit piezoresistivem Halbleiter­ meßelement. In Fig. 3 ist der befestigte, dicke Teil 1 a der Siliziummembran 1, die aus einer Silizium-Einkristallplatte gefertigt ist, um den Differenzdruck zu detektieren, her­ metisch in dem Gehäuse 4 befestigt. Der luftdichte, her­ metisch abgeschlossene Glasanschluß 5, der im Gehäuse 4 eingerichtet ist, führt Signale von den piezoresistiven Meßelementen durch Leitungsdrähte 6 zu externen Schaltungen heraus. Verschlußmembranen 12 a und 12 b sind hermetisch entlang des Umfangs auf jeder Seite des Gehäuses 4 befestigt. Die Kammern 7 a und 7 b, die durch die Siliziummembran 1 geteilt sind, sind mit einer Flüssigkeit, wie z. B. Silikon­ öl, gefüllt. Die Flansche 13 a und 13 b sind vorgesehen, um das Gehäuse zu klammern, um eine Differenz durch zu Δ P und einen statischen Druck P dem Differenzdrucksensor und dem Sensor für statischen Druck zuzuführen.

Die dünne Siliziummembran 1 verformt sich entsprechend dem Differenzdruck Δ P, d. h. entsprechend einer Druckdifferenz zwischen den eingeschlossenen Flüssigkeiten in den Kammern 7 a, 7 b auf jeder Seite der Membran. Auf dem dünnen Teil der Membran ist eine piezoresistive Halbleitermeßelementgruppe 14 eindiffundiert, die den Differenzdruck detektiert, indem die Verformung der Membran in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Auch ist ein Dünnfilmleitungsanschluß 14 a auf der Meßelementgruppe durch Aufdampfen ausgebildet. In die obere Oberfläche des peripheren, befestigten, dicken Teils der Siliziummembran 1 ist ein piezoresistives Halb­ leitermeßelement 15 eindiffundiert, auf dem ein Dünnfilmblei­ anschluß 15 a durch Aufdampfen ausgebildet ist. Indem Bor als P-Typ-Verunreinigung in eine Ebene (100) der Silizium- Einkristallplatte eindiffundiert wird, können die piezoresistiven Meßelemente entlang einer Achse 100 angeordnet werden, wo der piezoresistive Koeffizient fast 0 wird, so daß keine verursachten Deformationen ein elektrisches Signal ergeben. Diese Anordnung wird verwendet beim Bilden des piezoresistiven Halbleitermeßelements 15 für die Temperaturerfassung.

Eine Halterung 16, auf der die Siliziummembran 1 gesichert ist, ist z. B. aus Materialien wie Pyrex-Glas gefertigt, dessen Temperatur-Ausdehnungskoeffizient etwa dem von Silizium entspricht. Ein Zapfenventil 17, das die Halterung 16 hält, besteht aus einer Eisen-Nickel-Legierung, und zwar aus dem gleichen Grund wie oben, und ein Teil des Zapfenteils ist mit dem Gehäuse 4 verlötet. Das Zapfenteil 17 hat fast den gleichen Durchmesser wie die Einkristallplatte, die die Siliziummembran 1 bildet, um eine Verformung des Glassub­ strats 16 auf Grund des statischen Drucks zu unterdrücken und dadurch jede Widerstandsänderung des piezoresistiven Meßele­ ments zu verhindern, das auf der Siliziummembran 1 ausgebildet ist. An dem unteren Abschnitt des Glassubstrats 16 ist ein Detektionssensor 18 für statischen Druck befestigt, der an einem Teil eine Vertiefung 19 aufweist, um einen dünnen Teil zu bilden. Auf der oberen Oberfläche des dünnen Teils ist ein piezoresistives Meßelement 20 zum Detektieren des statischen Drucks eindiffundiert. Ein Dünnfilmleitungs­ anschluß 20 a ist über dem Meßelement 20 aufgedampft. Der Detektionssensor 18 für den statischen Druck ist von der Detektionsmembran 1 für Differenzdruck durch eine tiefe Vertiefung 29 getrennt, so daß ihre Deformationen voneinander unabhängig sind, wodurch Übersprechen zwischen dem Dif­ ferenzdrucksignal und dem Signal für statischen Druck vermieden wird. Wie in Fig. 2 erläutert, kann der Sensor 18 für statischen Druck ein großes Ausgangssignal von dem piezoresistiven Meßelement 20 entsprechend dem statischen Druck erzeugen. Die Vertiefung 19 hat eine Funktion der Verstärkung der Spannung und dieser Teil des Sensors 18 ist wie ein Tunnel ausgeformt, der mit Silikonöl gefüllt ist, so daß der Sensor nicht den Differenzdruck Δ P detektiert, sondern nur die Verformungen detektiert bzw. erfaßt, die durch den statischen Druck verursacht werden, wie in Fig. 2 erläutert. Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Detektionssignal- Verarbeitungsflusses, wie er durch den Viel-Funktionssensor dieser Erfindung durchgeführt wird. Wenn auf die Detek­ tionsmembran 1 für Differenzdruck ein Druck P auf einer Seite und ein Druck (P+Δ P) auf der anderen Seite einwirkt, detektiert die Differenzdruckdetektionsmeßelementgruppe 14 den Differenzdruck Δ P. Das Signal der Meßelementgruppe 14 wird über den Leitungsanschluß 14 a und einer Leitung 14 b einem Analog-Digital-Wandler 21 zugeführt. Das piezoresistive Halbleitermeßelement 20 für statischen Druck, das auf dem dünnen Teil des Sensors 18 vorhanden ist, detektiert den statischen Druck P. Das piezoresistive Halbleitermeßele­ ment 15 zur Temperaturdetektion auf dem dicken Teil der Membran 1 detektiert die Temperatur T. Signale dieser Sensoren werden dem Analog-Digitalwandler 21 über den Leitungsanschluß 20 und den Leitungsdraht 20 b und über den Leitungsanschluß 15 a und den Leitungsdraht 15 b zugeführt. Der Analog-Digitalwandler 21 führt nach Verstärkung dieser Signale auf festgelegte Amplituden, wie erforderlich, eine Analog-Digitalwandlung dieser Signale aus und führt diese der CPU 22 zu. Die CPU 22 führt vorgegebene Berechnungen mit den digitalgewandelten Signalen von dem Analog-Digital­ wandler 21 durch, um Wirkungen des statischen Drucks P zu verhindern und führt eine Nachstellung der Auswirkungen der Temperatur T durch. Somit gibt die CPU 22 ein Differenzsignal aus, das genau proportional nur zu dem Differenzdruck Δ P ist. Der Speicher 23 enthält Daten und Berechnungsprogramme, die notwendig für die CPU 22 zur Durchführung von Berech­ nungen sind. Das Differenzdrucksignal wird auf einer Display- Einrichtung 24 angezeigt und wird ebenfalls in ein analoges Signal durch einen Digital-Analogwandler 25 umgewandelt, bevor es anderen Schaltungen zugeführt wird. Durch Verwenden einer eigenen Schaltereinrichtung, ist es möglich, Signale anzuzeigen und zu übertragen, die proportional zum statischen Druck P und der Temperatur T sind, und zwar zusätzlich zu dem Differenzsignal, das streng proportional zum Differenz­ druck Δ P ist. Es ist auch möglich, äußere Störungen des Differenzdrucksignals zu kompensieren. Fig. 5 zeigt eine Variation des Differenzdruckmeßwertgebers nach Fig. 3. In diesem Beispiel verläuft die Trennvertiefung 29 a bis zur Mitte in der Silizium-Einkristallplatte 1. Dieser Aufbau vermindert ebenfalls beträchtlich das Übersprechen zwischen dem piezoresistiven Detektionselement 14 für Differenz­ druck und dem piezoresistiven Detektionselement 20 für statischen Druck. Je tiefer die Trennvertiefung desto geringer wird die Übersprechamplitude sein. Wenn die Tiefe der Trennvertiefung 0,2 mm beträgt, reduziert sich die Übersprechamplitude auf ungefähr ¹/₅ von der, wenn keine Vertiefung vorhanden ist. Obwohl diese Art von Vertiefung durch eine Ritzmaschine ausgebildet werden kann, wird es bevorzugt, ein chemisches Verfahren, wie z. B. alkalisches Ätzen oder Säureätzen zu verwenden, weil das chemische Verfahren weniger Bearbeitungsverformungen oder Beschädigungen des Sensors verursacht.

Fig. 6 zeigt eine andere Abwandlung. In diesem Beispiel ist der Sensor 18 für statischen Druck vollständig getrennt von anderen Sensoren, so daß er nicht durch Differenzdruck beeinträchtigt wird. Dies bedeutet, daß der Differenzdruck­ sensor 1 und der Sensor 18 für statischen Druck voneinander unabhängig sind. Der Sensor 18 für statischen Druck erzeugt ein Ausgangssignal, das alleine den statischen Druck wieder­ gibt, und zwar ohne Übersprechen oder Störungen von dem Differenzsensor 1. Deshalb wird die Kompensation von Fehlern, die durch hohen statischen Druck verursacht werden, in dem Differenzdruckmeßwertgeber sehr einfach, der ein Druckaufnah­ meteil aufweist.

Die Vorteile der obenerwähnten Ausführungsformen gemäß der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:

• (1) Ein Ausgangssignal kann erhalten werden, das propor­ tional zu dem Differenzdruck Δ P ist, und das frei von Fehlern ist, die sich aus Verformungen des Gehäuses 4 ergeben, die durch den statischen Druck P verursacht werden.
• (2) Wenn die Umgebungstemperatur T sich ändert, ändern such auch die Eingenschaften der piezoresistiven Meßelemente 14 und 20, die den Differenzdruck Δ P detektieren, und des statischen Drucks P. Es ist jedoch möglich, da das Ausgangssignal des piezoresistiven Halbleiterdetektionsmeßelements 15 für die Temperatur verwendet wird, um Temperaturänderungen zu kompensieren, Ausgangssignale zu erhalten, die proportional zum Differenzdruck Δ P bzw. zu dem statischen Druck P sind, und die nicht von Temperatur­ änderungen beeinflußt werden.
• (3) Eine Trennvertiefung ist in einem Teil des Sensor­ substrats ausgebildet, um das Detektionsmeßelement für Differenzdruck und das Detektionsmeßelement für statischen Druck voneinander zu trennen, so daß die Verformung des photoresistiven Detektionsmeßelements für Differenzdruck, die durch den statischen Druck verursacht wird, klein ist, und so daß die Verformung des piezoresistiven Detektionsmeßelements für statischen Druck, die durch den Differenzdruck verursacht wird, klein ist. Das bedeutet, daß das Übersprechen oder eine Störung zwischen diesen Meßelementen klein ist, so daß eine genauere Einstellung oder Korrektur gemacht werden kann, die wiederum die Genauigkeit des Differenzdruckmeßwertgebers erhöht.
• (4) Die piezoresistiven Halbleitermeßelemente 14, 20 und 15 können mittels eines Halbleiterherstellungsverfahrens ausgebildet werden. Der dünne Teil des Sensor­ substrates kann leicht durch eine Präzisionsherstel­ lungstechnik für Halbleiter ausgebildet werden. Das wiederum erlaubt es, den Differenzdrucksensor in einer geringeren Größe zu bilden.

Mit dieser Erfindung ist es möglich, eine hochempfindliche Detektion des statischen Drucks mit nur einem kleinen Fehler durchzuführen, der durch Temperaturänderungen verursacht wird.

Es ist ebenso möglich, einen Sensor zu bilden, der geringes Übersprechen zwischen dem Differenzdrucksignal und dem Signal für statischen Druck aufweist. Diese beiden Eigen­ schaften wiederum machen die Temperaturkompensation und die Kompensation für statischen Druck leicht, wodurch es er­ möglicht wird, einen hochgenauen Differenzdruckmeßwertgeber zu schaffen. In dieser Erfindung verursacht die Differenz im Young-Modul zwischen dem Sensorsubstrat und dem Hal­ terungsteil, daß das Sensorsubstrat eine Spannung auf Grund des statischen Drucks entwickelt. Des weiteren ist die Unterseite des Sensorsubstrats, auf dem ein piezoresistives Halbleitermeßelement befestigt ist, dünn ausgebildet, um eine örtliche Spannung am Meßelementabschnitt zu erzeugen, und deshalb eine vergrößerte Änderung im Meßelementwiderstand. Es ist somit möglich, einen statischen Druck zu detektieren, der auf den Sensor als Ganzes einwirkt, wenn es keine Druckdifferenz zwischen der Sensoroberfläche, auf der das Meßelement vorgesehen ist, und der Unterseite des Sensors gibt.

Claims (5)

1. Differenzdruckmeßwertgeber, der aufweist:

• - mindestens ein Substrat;
• - eine Halterung zum Halten des Substrats; und
• - mindestens ein piezoresistives Meßelement, das auf dem Substrat ausgebildet ist; wobei das Substrat derart ausgebildet ist, daß eine Spitzenspannung in der Nähe des piezoresistiven Meßelements erzeugt wird.

2. Differenzdruckmeßwertgeber, der aufweist:

• - ein Sensorsubstrat; und
• - eine Halterung zum Halten des Sensorsubstrats, wobei der Differenzdruck eines Fluids detek­ tiert wird, indem die Differenz im Young- Modul zwischen dem Sensorsubstrat und der Halterung ausgenutzt wird, wobei ein Teil des Sensorsubstrats dünner ausgebildet ist, als die umgebenden Teile und wobei ein Widerstandswechsel des piezoresistiven Meßelements, das auf diesem dünnen Teil ausgebildet ist, detektiert wird.

3. Differenzdruckmeßwertgeber, der aufweist:

• - ein Halbleitersensorsubstrat; und
• - eine fixierte Halterung, auf der das Halb­ leitersensorsubstrat sicher befestigt ist, wobei der Differenzdruck eines Fluids detektiert wird, indem die Differenz des Young- Moduls zwischen dem Sensorsubstrat und der Halterung ausgenutzt wird, und wobei das Sensorsubstrat auf einer Seite oder auf beiden Seiten behandelt ist, um einen Teil des Substrats dünner als die umgebenden Teile zu machen und dadurch eine Spitzen­ spannung auf Grund einer statischen Druckbelastung zu verursachen, die sich an dem dünnen Teil entwickelt, und wobei eine Widerstands­ änderung des piezoresistiven Halbleitermeßele­ ments, das auf dem dünnen Teil ausgebildet ist, detektiert wird.

4. Differenzdruckmeßwertgeber, der aufweist:

• - ein Sensorsubstrat; und
• - eine Halterung zu Halten des Sensorsubstrats, wobei der Differenzdruck eines Fluids detek­ tiert wird, indem die Differenz im Young- Modul zwischen dem Sensorsubstrat und der Halterung ausgenutzt wird, und wobei ein Differenzdrucksensor auf einem dünnen Teil des Sensorsubstrats ausgebildet ist und ein Sensor für statischen Druck ausgebildet ist auf einem dicken Teil des Sensorsubstrats, das einen Teil hat, der dünner gemacht ist als der umgebende Teil, wobei der Sensor für den statischen Druck angepaßt ist, um eine Wider­ standsänderung des piezoresistiven Meßele­ ments, das auf dem dünneren Teil des dicken Teils des Substrats ausgebildet ist, zu detektieren, und wobei eine Vertiefung in dem Sensorsubstrat zwischen dem Differenz­ drucksensor und dem Sensor für statischen Druck ausgebildet ist, um Übersprechen zwischen den beiden Sensoren zu verhindern.

5. Differenzdruckmeßwertgeber, der aufweist:

• - ein Halbleitersensorsubstrat; und
• - eine befestigte Halterung, auf der das Halbleitersubstrat sicher befestigt ist, wobei der Differenzdruck eines Fluids detek­ tiert wird, indem die Differenz im Young- Modul zwischen dem Sensorsubstrat und der Halterung ausgenutzt wird, und wobei ein Differenzdrucksensor auf einen dünnen Teil des Sensorsubstrats ausgebildet ist, wobei ein dicker Teil des Sensorsubstrats auf einer Seite oder auf beiden Seiten behandelt ist, um einen Teil des dicken Teils des Substrats dünner zu machen, als die umgebenden Teile, so daß eine Spitzenspannung auf Grund einer statischen Druckbelastung am dünneren Teil auftritt, und wobei ein Sensor für statischen Druck auf dem dicken Teil des Sensorsubstrats ausgebildet ist, um eine Widerstandsänderung eines piezoresistiven Halbleitermeßelements zu detektieren, das auf dem dünneren Teil des dicken Teils des Substrats ausgebildet ist, und wobei eine Vertiefung in dem Sensor­ substrat zwischen dem Differenzdrucksensor und dem Sensor für statischen Druck ausgebildet ist, um Übersprechen zwischen den beiden Sensoren zu unterbinden.