DE4021424A1

DE4021424A1 - Low pressure sensor for gas or liq. - has pressure membrane carried monolithically in frame

Info

Publication number: DE4021424A1
Application number: DE19904021424
Authority: DE
Inventors: Gerald Dr Ing Gerlach; Frank Dr Ing Loeffler; Roland Dr Sc Te Werthschuetzky; Ralf Dipl Ing Zwiebler
Original assignee: TELTOV GERAETE REGLER
Current assignee: TELTOV GERAETE REGLER
Priority date: 1989-07-11
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1991-01-24
Also published as: DD285831A5

Abstract

A semiconducting pressure sensor for low pressure consists of membrane (1) carried monolithically in a clamping frame (2) and a flexurally stiff centre (3) monolithically enclosed by the membrane. The latter contains parts of an electromechanical transducer or its centre is part of one. The membrane has two or more narrow sections (1a) narrower than the centre and wider regions connecting them. The membrane is of constant thickness. USE/ADVANTAGE - Measuring low static and dynamic pressures, pref. below 1kPa, in gases and fluids. Reduced mfg. costs.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von statischen und dynamischen Drücken in Gasen und Fluiden für kleine Nenndruckbereiche, vorzugsweise unterhalb von 1 kPa.The invention relates to a device for measuring static and dynamic pressures in gases and fluids for small nominal pressure ranges, preferably below 1 kPa.

Characteristic of the known technical solutions

Druckwandler auf Halbleiterbasis realisieren vorzugsweise ein piezoresistives oder kapazitives Meßprinzip (S. K. CLARK, thin-diaphragm pressure sensors, IEEE Transactions on Electron Devices ED-26 (1979) 12, S. 1887-1895). Dabei werden die Auslenkungen einer Druckmembran oder infolge der Auslenkung in der Druckmembran hervorgerufene mechanische Spannungen oder Dehnungen in elektrische Ausgangssignale umgesetzt. Die Druckmembran wird dazu durch lokales Abdünnen eines Halbleitersubstrates, vorzugsweise aus Silizium, erzeugt, so daß sie monolithischer Bestandteil des Drucksensorchips ist.Semiconductor-based pressure transducers are preferably implemented a piezoresistive or capacitive measuring principle (S. K. CLARK, thin-diaphragm pressure sensors, IEEE transactions on electron Devices ED-26 (1979) 12, pp. 1887-1895). The deflections a pressure membrane or due to the deflection in the Mechanical stresses or strains caused by the pressure membrane converted into electrical output signals. The pressure membrane is done by locally thinning a semiconductor substrate, preferably made of silicon, so that they are more monolithic Is part of the pressure sensor chip.

Übliche Ausführungen von Drucksensoren mit homogenen Druckmembranen weisen Verformungskörper auf, die Rechteck- (z. B. DD 1 37 166), Quadrat- (z. B. DE 35 38 453, US 44 00 681), Kreis- (z. B. DD 1 33 714, DE 28 56 708, US 44 39 752) oder Achteckform (z. B. DD 1 50 376, DE 33 45 988) besitzen.Usual designs of pressure sensors with homogeneous pressure membranes have deformation bodies that are rectangular (e.g. DD 1 37 166), square (e.g. DE 35 38 453, US 44 00 681), circular (e.g. DD 1 33 714, DE 28 56 708, US 44 39 752) or octagon shape (e.g. DD 1 50 376, DE 33 45 988).

Für kleine Nenndruckbereiche wächst jedoch für alle Plattenformen der Linearitätsfehler stark an (H. M. HELM u. a.: Zur Nichtlinearität dünner Rechteck-Wandler-Platten, Feingerätetechnik 28 ((1979) 3, S. 126-129; A. LENK, U. MENZEL: Nichtlinearität dünner Kreisplatten als Wandler von Drücken in mechanische Spannungen und Ausschläge, Feingerätetechnik 30 (1981) 2, S. 56-60; A. LENK, K. SAGER: Linearitätsfehler der mechanischen Spannung und des Ausschlages kreisringförmiger Druckmeßplatten, TU-Information 09-03-86, TU Dresden, Sektion Informationstechnik 1986). Das führt dazu, daß bei maximal zulässigem Linearitätsfehler die Empfindlichkeit piezoresistiver Drucksensoren unterhalb einer bestimmten Grenze mit kleiner werdendem Nenndruck abnimmt (J. BINDER u. a.: Silicon pressure sensors for the 2 kPa to 20 MPa range, Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte 13 (1984) 6, S. 294-302) und sich dadurch die endwertbezogenen Fehlerkennwerte proportional der Empfindlichkeitsverringerung vergrößern. Diesem Effekt kann durch besondere konstruktive Ausführungen von Halbleiterdruckwandlern für kleine Meßbereiche auf mehreren Wegen entgegengewirkt werden, bei denen das Auftreten von nichtlinearen Membran-Spannungen im Verformungskörper des Meßelementes erheblich verringert wird:For small nominal pressure ranges, however, grows for all plate shapes the linearity error strongly (H.M. HELM et al .: Zur Non-linearity of thin rectangular converter plates, precision equipment technology 28 ((1979) 3, pp. 126-129; A. LENK, U. MENZEL: Nonlinearität thinner circular plates as transducers of pressures in mechanical tensions and deflections, precision equipment technology 30 (1981) 2, pp. 56-60; A. LENK, K. SAGER: Linearity error of the mechanical tension and the deflection of the ring Pressure measuring plates, TU-Information 09-03-86, TU Dresden, section Information technology 1986). As a result, the maximum permissible Linearity error the sensitivity piezoresistive Pressure sensors below a certain limit with less nominal pressure decreases (J. BINDER et al .: Silicon pressure sensors for the 2 kPa to 20 MPa range, Siemens research and Development Reports 13 (1984) 6, pp. 294-302) and themselves thereby the final value-related error parameters are proportional to the Increase sensitivity reduction. This effect can due to the special design of semiconductor pressure transducers counteracted for small measuring ranges in several ways in which the occurrence of nonlinear membrane stresses in the deformation element of the measuring element considerably is reduced:

1. There is a rigid center in the pressure membrane. The mechanical deformation body is z. Legs Square (US 42 36 137, SU 13 03 857) or circular membrane (US 33 41 794, SU 14 08 263).
2. Two rigid centers are realized in the pressure membrane, the gap between the two areas as a spiral spring acts (US 40 55 970, SU 14 04 852).
3. The pressure membrane is coupled to a spiral spring, the electromechanical transducer element, mostly piezoresistive, generates an output signal proportional to the pressure (DD 2 13 758). Pressure membrane and spiral spring can be connected monolithically be (DD 2 62 307, US 45 70 496, SU 12 10 076).

Diese Varianten sind vorteilhaft im Druckbereich unter 10 kPa einsetzbar, führen jedoch für Nenndrücke von (0,1 . . . 1 kPa) ebenfalls zum Ansteigen des Linearitätsfehlers bis in den Prozentbereich.These variants are advantageous in the pressure range below 10 kPa can be used, but lead to nominal pressures of (0.1 ... 1 kPa) also to increase the linearity error up to the percentage range.

Aus diesem Grunde werden für den Druckbereich unterhalb von 100 Pa, z. T. bereits unter 1 kPa, Drucksensoren mit biegesteifem Zentrum vorgeschlagen, deren Druckmembran kleine dickere Bereiche in Balkenform, die als Biegefedern wirken und die Nachgiebigkeit des Verformungskörpers bestimmen, und sehr dünne Bereiche, die nur zur Druckabdichtung dienen, besitzen (US 45 70 498). Druckmembran und biegesteifes Zentrum sind vorteilhafterweise wiederum quadratisch (H. REIMANN: New mechanical structures to achieve low pressure silicon sensors and accelerometers, Kongreßunterlagen zur Sensor 88. Nürnberg: AMA 1988 S. 265-280) oder kreisförmig (Y. MATSUOKA u. a.: Differential pressure/pressure transmittere applied with semiconductor sensors, IEEE Transactions on Industrial Electronics IE-33 (1986) 2, S. 152-157).For this reason, the pressure range below 100 Pa, e.g. T. already below 1 kPa, pressure sensors with rigid Center proposed, the pressure membrane of which is small thicker Areas in the form of bars that act as bending springs and that Determine the flexibility of the deformation body, and very thin Areas that are only used for pressure sealing have (US 45 70 498). Pressure membrane and rigid center are advantageous again square (H. REIMANN: New mechanical structures to achieve low pressure silicon sensors and accelerometers, Congress documents for Sensor 88. Nuremberg: AMA 1988 Pp. 265-280) or circular (Y. MATSUOKA et al .: Differential pressure / pressure transmitter applied with semiconductor sensors, IEEE Transactions on Industrial Electronics IE-33 (1986) 2, pp. 152-157).

Diese Verformungskörper weisen gegenüber den homogenen Druckmembranen mit biegesteifem Zentrum eine wesentliche geringere Steifigkeit hinsichtlich des Ausschlages des biegesteifen Zentrums bei Druckbelastung auf, da der Beitrag der sehr dünnen Bereiche der Druckmembran gegenüber dem der Biegefederelemente zur Gesamtsteifigkeit sehr gering ist. Damit wird die Nennauslenkung bereits bei wesentlich kleineren Nenndrücken erreicht, ohne daß eine Erhöhung des Linearitätsfehlers eintritt (G. GERLACH: Die Berechnung der Linearitätsfehler piezoresistiver Druckaufnehmer mit analytischen Ansätzen, Forschungsbericht 20/87, TU Dresden, Sektion Informationstechnik 1987).These deformation bodies point towards the homogeneous pressure membranes with a rigid center a much lower one Rigidity with respect to the deflection of the rigid center at pressure load because the contribution of the very thin Areas of the pressure membrane compared to that of the spiral spring elements to the overall rigidity is very low. This is the nominal displacement already achieved at much lower nominal pressures, without an increase in the linearity error (G. GERLACH: The calculation of the linearity error piezoresistive Pressure sensor with analytical approaches, research report 20/87, TU Dresden, Information Technology Section 1987).

Jedoch ergeben sich durch die unterschiedlichen Dicken der beiden Bereiche der Druckmembran Nachteile für die Herstellung des Verformungskörpers, die für Sensoren auf Halbleiter-, speziell auf Siliziumbasis üblicherweise durch naßchemisches Ätzen erfolgt (K. E. PETERSEN: Silicon as a mechanical material, Proceedings of the IEEE 70 (1982) 5, S. 420-457). Verfahrenstechnisch vorteilhaft ist die Abdünnung unter Ausnutzung von Ätzstoppmechanismen. Infolge der unterschiedlichen Tiefe der Einätzungen für die beiden Membranbereiche ist nur eine der Dicken reproduzierbar einstellbar, während die andere Dicke nur durch Abbruch des Ätzprozesses nach einer vereinbarten Zeit möglich ist, so daß verfahrensbedingt erhebliche Dickentoleranzen auftreten können. Bei Verzicht auf Ätzstoppverfahren sind zur Herstellung der erforderlichen Verformungskörperstruktur mindestens zwei Ätzschritte erforderlich, wobei wiederum zwei getrennte Ätzmasken notwendig sind.However, due to the different thicknesses Both areas of the printing membrane have disadvantages for manufacturing of the deformation body, which is used for sensors on semiconductor, especially based on silicon usually by wet chemical Etching takes place (K.E. PETERSEN: Silicon as a mechanical material, Proceedings of the IEEE 70 (1982) 5, pp. 420-457). Process engineering the thinning using is advantageous Etch stop mechanisms. Due to the different depth of the Etchings for the two membrane areas is only one of the Thicknesses reproducibly adjustable, while the other thickness only by stopping the etching process after an agreed time is possible, so that considerable thickness tolerances due to the process may occur. If you do not use an etching stop process to produce the required deformation body structure at least two etching steps are required, again two separate etching masks are necessary.

Aim of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verringerung des Herstellungsaufwandes von Drucksensoren für sehr kleine Nenndruckbereiche.The aim of the invention is to reduce manufacturing costs of pressure sensors for very small nominal pressure ranges.

Presentation of the nature of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drucksensor mit biegesteifem Zentrum für die Messung sehr kleiner Drücke zu schaffen, der ohne Biegefedern auskommt und dessen Druckmembran eine einheitliche Dicke aufweist.The object of the invention is a pressure sensor with a rigid To create center for the measurement of very small pressures that does not require any bending springs and its pressure membrane has a uniform thickness.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckmembran zwischen Einspannrahmen des Halbleitersubstrates und biegesteifem Zentrum mindestens zwei Abschnitte mit einer Breite aufweist, die wesentlich kleiner als die Abmessungen des biegesteifen Zentrums sind, und daß die Bereiche zwischen diesen Abschnitten eine Breite aufweisen, die größer als die Breite der schmalen Abschnitte ist, wobei der größte Teil dieser Bereiche eine wesentlich größere Breite als die der schmalen Abschnitte aufweist. Die schmalen Abschnitte der Druckmembran enthalten Teile eines elektromechanischen Wandlers (z. B. piezoresistive Widerstände, piezoelektrische Schichten) oder aber das biegesteife Zentrum ist Teil eines elektromechanischen Wandlers (z. B. Differentialkondensator). Da bei konstanter Dicke der Druckmembran die Bereiche mit großer Breite eine wesentlich kleinere Nachgiebigkeit hinsichtlich der Auslenkung des biegesteifen Zentrums durch den Meßdruck aufweisen als die schmalen Abschnitte, wird die Gesamtnachgiebigkeit des Verformungskörpers im wesentlichen durch die Nachgiebigkeit der schmalen Teile der Druckmembran bestimmt. Damit wird die Nennauslenkung des biegesteifen Zentrums bei wesentlich geringeren Nenndrücken erreicht, ohne daß sich die Membranspannungen in den schmalen Bereichen der Druckmembran erhöhen. In dem Verhältnis, wie sich der Anteil der schmalen Abschnitte der Druckmembran verkleinert, verringert sich die Steifigkeit der Druckmembran und damit auch bei gleichbleibendem Übertragungsfaktor und Linearitätsfehler der Nenndruckbereich.The object is achieved in that the pressure membrane between clamping frames of the semiconductor substrate and rigid center at least two sections with a width has that much smaller than the dimensions of the are rigid center, and that the areas between them Sections have a width that is greater than the width is the narrow sections, with most of these areas a much larger width than that of the narrow sections having. The narrow sections of the pressure membrane contain parts of an electromechanical transducer (e.g. piezoresistive Resistors, piezoelectric layers) or else the rigid center is part of an electromechanical Converter (e.g. differential capacitor). Because at constant Thickness of the pressure membrane, the areas with a large width are essential minor compliance with the deflection of the rigid center due to the measuring pressure than that narrow sections, the overall compliance of the deformation body essentially through the compliance of the narrow Parts of the pressure membrane determined. This is the nominal displacement of the rigid center with much lower nominal pressures achieved without the membrane stresses in the increase narrow areas of the pressure membrane. In the ratio how the proportion of narrow sections of the pressure membrane reduced, the rigidity of the pressure membrane decreases and thus also with constant transmission factor and linearity error the nominal pressure range.

Infolge der einheitlichen Dicke der Druckmembran ist ihre Herstellung in einem Ätzschritt unter Nutzung einer einzelnen Ätzmaske möglich. Durch die Anwendung eines Ätzstoppverfahrens kann die Dicke der Druckmembran homogen und reproduzierbar realisiert werden. Due to the uniform thickness of the pressure membrane, its manufacture in one etching step using a single Etching mask possible. By using an etch stop process can realize the thickness of the pressure membrane homogeneously and reproducibly will.

Embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigenThe invention will be described in more detail below using exemplary embodiments are explained. Show

Fig. 1 bis 3 Draufsicht und Querschnitte eines erfindungsgemäß ausgeführten piezoresistiven Drucksensors und Fig. 1 to 3 a top view and cross sections of a piezoresistive pressure sensor embodying the present invention and

Fig. 4 bis 8 weitere Beispiele erfindungsgemäß ausgeführter Drucksensoren. Fig. 4 to 8 show further examples of the present invention executed pressure sensors.

Gemäß Fig. 1 bis 3 besteht der Drucksensor aus einer Druckmembran 1, die monolithisch aus einem Halbleitersubstrat, das vorzugsweise aus Silizium besteht, lokal abgedünnt ist, wobei der die Druckmembran 1 im Inneren enthaltene unabgedünnte Teil des Halbleitersubstrates den Einspannungsrahmen 2 bildet.According to Figs. 1 to 3, the pressure sensor of a pressure membrane 1, which is monolithic, thinned from a semiconductor substrate is preferably silicon locally, wherein the said semiconductor substrate forms the pressure diaphragm 1 inside unabgedünnte part contained the Einspannungsrahmen. 2

Die Druckmembran 1 weist eine im Rahmen der Toleranzen der Halbleitersubstrateigenschaften und des Abdünnprozesses gleichmäßige Dicke auf. Im Inneren der Druckmembran 1 befindet sich ein biegesteifes Zentrum 3, mit einer Dicke h3, die gleich der Dicke h2 des Einspannungsrahmens 2, infolge eines zusätzlichen Ätzprozesses aber auch kleiner als die Dicke h2 des Einspannungsrahmens 2 sein kann. Die Dicke h3 des biegesteifen Zentrums 3 ist jedoch immer wesentlich größer als die Dicke h1 der Druckmembran 1. Das biegesteife Zentrum weist bevorzugt bei Verwendung anisotropwirkender naßchemischer Ätzmittel zum Abdünnen der Druckmembran eine quadrat- oder rechteckähnliche Form bei Verwendung isotrop wirkender Ätzgemische bevorzugt Kreisform auf (Fig. 4).The pressure membrane 1 has a uniform thickness within the tolerances of the semiconductor substrate properties and the thinning process. Inside the pressure membrane 1 there is a rigid center 3 with a thickness h 3 , which can be equal to the thickness h 2 of the clamping frame 2 , but due to an additional etching process it can also be smaller than the thickness h 2 of the clamping frame 2 . However, the thickness h 3 of the rigid center 3 is always significantly greater than the thickness h 1 of the pressure membrane 1 . The rigid center preferably has a square or rectangular shape when using anisotropically acting wet chemical etching agents for thinning the pressure membrane, preferably when using isotropically acting etching mixtures ( FIG. 4).

Die Druckmembran 1 besitzt zwei schmale Abschnitte 1a mit der Breite b1 und zwei Bereiche 1b mit einer Breite b2 < b1 oder b2 » b1. Das führt dazu, daß die Gesamtsteifigkeit der Druckmembran 1 im wesentlichen durch die schmalen Abschnitte 1a bestimmt wird, da die Nachgiebigkeit (reziproke Steifigkeit) einer Streifenmembran proportional der dritten Potenz ihrer Breite ist. Die Gebiete 1b großer Breite b2 haben damit nahezu nur druckabdichtende Wirkung.The pressure membrane 1 has two narrow sections 1 a with the width b 1 and two areas 1 b with a width b 2 <b 1 or b 2 »b 1 . The result is that the overall rigidity of the pressure membrane 1 is essentially determined by the narrow sections 1 a, since the flexibility (reciprocal rigidity) of a strip membrane is proportional to the third power of its width. The areas 1 b of large width b 2 thus have almost only a pressure-sealing effect.

In oder auf den schmalen Abschnitten 1a der Druckmembran 1, in denen infolge des Meßdruckes p die großen mechanischen Spannungen bzw. Dehnungen wirken, sind piezoresistive Widerstände 4 angeordnet, die beispielsweise als Vollbrücke geschaltet sein können, und die ein druckproportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugen. Piezoresistive resistors 4 are arranged in or on the narrow sections 1 a of the pressure membrane 1 , in which the large mechanical stresses or strains act as a result of the measuring pressure p, which resistors 4 can be connected, for example, as a full bridge, and which generate a pressure-proportional electrical output signal.

Durch Verringerung der Abmessungen der schmalen Abschnitte 1a der Druckmembran 1 läßt sich die Steifigkeit des Verformungskörpers weiter reduzieren, so daß die Empfindlichkeit des Drucksensors erhöht wird bzw. bei konstant gehaltenem Linearitätsfehler und Übertragungsfaktor der Nenndruckbereich weiter verringert wird (Fig. 5 bis 7). Im allgemeinen kann die Druckmembran 1 so gestaltet werden, daß entweder der Einspannungsrahmen 2 oder das biegesteife Zentrum 3 eine regelmäßige geometrische, z. B. quadratische, reckteckige oder kreisrunde Form besitzen (Fig. 5 und 6), es sind jedoch auch konstruktive Lösungen möglich, bei denen die schmalen Abschnitte in der Druckmembran 1 durch Zwingen 5 realisiert sind, die Bestandteil des Einspannungsrahmens 2 bzw. des biegesteifen Zentrums 3 sind und deren Dicke aufweisen (Fig. 7).By reducing the dimensions of the narrow sections 1 a of the pressure membrane 1 , the rigidity of the deformation body can be reduced further, so that the sensitivity of the pressure sensor is increased or the nominal pressure range is further reduced if the linearity error and transmission factor are kept constant ( FIGS. 5 to 7). In general, the pressure membrane 1 can be designed so that either the clamping frame 2 or the rigid center 3 has a regular geometric, z. B. square, rectangular or circular shape ( Fig. 5 and 6), but there are also constructive solutions in which the narrow sections in the pressure membrane 1 are realized by clamps 5 , which are part of the clamping frame 2 or the rigid center 3 and have their thickness ( Fig. 7).

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die schmalen Abschnitte 1a der Druckmembran 1 durch Ausnutzung der Unterätzung der konvexen Ecken 6 des biegesteifen Zentrums 3 kleine Längen besitzen. Dieser Anwendungsfall betrifft die anisotrop wirkenden naßchemischen Ätzmittel für Halbleitersubstrate, die bekanntermaßen an konvexen Ätzstrukturen schnellätzende Kristallflächen schaffen, die mit größerer Ätzrate abgetragen werden. Fig. 8 and Fig. 9 show embodiments in which the narrow sections 1 a of the pressure membrane 1 have 3 small lengths by utilizing the undercut of the convex corners 6 of the rigid center. This application relates to the anisotropically acting wet chemical etchants for semiconductor substrates, which are known to create rapidly etching crystal surfaces on convex etching structures, which are removed at a higher etching rate.

Die Druckplatte 1 der Anordnung von Fig. 9 besitzt dabei insgesamt vier räumlich getrennte schmale Abschnitte 1a. Durch eine Anzahl von mehr als zwei solcher schmalen Abschnitte 1a, insbesondere bei symmetrischer Anordnung, werden Taumelbewegungen des biegesteifen Zentrums 3, die infolge der Dickentoleranz der Druckmembran bei dynamischer Druckeinwirkung entstehen können, weitestgehend vermieden.The pressure plate 1 of the arrangement of FIG. 9 has a total of four spatially separated narrow sections 1 a. A number of more than two such narrow sections 1 a, in particular in the case of a symmetrical arrangement, largely prevents wobbling movements of the rigid center 3 , which can occur as a result of the thickness tolerance of the pressure membrane under dynamic pressure.

Für das an Hand Fig. 1 beschriebene Ausführungsbeispiel wurden gute Ergebnisse mit der nachstehend beschriebenen konkreten Ausführung erreicht.For the exemplary embodiment described with reference to FIG. 1, good results were achieved with the specific embodiment described below.

Das einkristalline Silizium-Ausgangssubstrat besitzt die Orientierung (100) und eine Dicke von h2 = h3 = 350 µm. Das quadratförmige biegesteife Zentrum 3 weist eine Kantenlänge von 5 mm auf und besitzt wie oben angegeben die gleiche Dicke wie der Einspannrahmen 2. Die Breite b1 der schmalen Abschnitte 1a beträgt 0,5 mm und die Breite b2 der Bereiche 1b beträgt 2 mm. Die piezoresistiven Widerstände weisen einen spezifischen Widerstand von = 65 mOhm auf, haben eine Länge von 100 µm und eine Breite von 20 µm. Der Abstand der Widerstandsbahn vom Einspannrahmen 2 bzw. biegesteifen Zentrum 3 ist 25 µm. Bei der angegebenen Ausführung für einen Nenndruck von 500 Pa wurde ein Linearitätsfehler von 0,1% sowie eine Empfindlichkeit von = 0,5% ermittelt.The single-crystal silicon starting substrate has the orientation (100) and a thickness of h 2 = h 3 = 350 μm. The square, rigid center 3 has an edge length of 5 mm and, as stated above, has the same thickness as the clamping frame 2 . The width b 1 of the narrow sections 1 a is 0.5 mm and the width b 2 of the areas 1 b is 2 mm. The piezoresistive resistors have a specific resistance of = 65 mOhm, a length of 100 µm and a width of 20 µm. The distance of the resistance track from the clamping frame 2 or the rigid center 3 is 25 µm. A linearity error of 0.1% and a sensitivity of = 0.5% were determined for the specified version for a nominal pressure of 500 Pa.

Im vorliegenden Beispiel beträgt das für die Erfindung wesentliche Verhältnis von b2/b1 = 4. Unter der Formulierung b2 < b1 soll mindestens der Faktor 2, d. h. b2 2b1 verstanden werden, wogegen b2 » b1 bis in die Größenordnung von Faktor 50 gehen kann.In the present example, the ratio of b 2 / b 1 = 4, which is essential for the invention, is to be understood by the wording b 2 <b 1 at least the factor 2, ie b 2 2b 1 , whereas b 2 »b 1 into the Order of magnitude of 50 can go.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

1 Druckmembran
1a schmaler Abschnitt der Druckmembran
1b Bereiche der Druckmembran mit größerer Breite
2 Einspannungsrahmen
3 biegesteifes Zentrum
4 piezoresistive Widerstände
5 Zwingen
6 Unterätzungen an den konvexen Ecken des biegesteifen Zentrums 1 pressure membrane
1 a narrow section of the pressure membrane
1 b areas of the pressure membrane with greater width
2 clamping frames
3 rigid center
4 piezoresistive resistors
5 clamps
6 undercuts at the convex corners of the rigid center

Claims

1.Pressure sensor for low pressures made of semiconductor material, consisting of a pressure-sensitive pressure membrane, a clamping frame that monolithically supports the pressure membrane, and a rigid center, which is monolithically enclosed by the pressure membrane, and whose pressure membrane contains parts of an electromechanical transducer or whose rigid center part of an electromechanical transducer, characterized in that the pressure membrane consists of at least two narrow sections, the width of which is substantially smaller than the dimensions of the rigid center, and areas which connect these narrow sections and have a width which is greater than the width of the narrow sections are, and that the pressure membrane has a uniform thickness in all sections.

2. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the inner part of the clamping frame and the rigid center are rectangular, the rectangles being different Have aspect ratios.

3. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the rigid center a circular shape and the inner part of the Clamping frame an ellipse or ellipse-like Has shape.

4. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the inner part of the clamping frame circular shape and the rigid Center has an elliptical or elliptical shape.

5. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the inner part of the clamping frame and the rigid center Have a square, rectangular, octagonal or circular shape and the clamping frame and the rigid center forcing have the narrow sections of the pressure membrane form.

6. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the inner part of the frame rectangular or square has that the rigid center one from one Rectangular or square shape by undercut the convex Formed corners and the narrow sections of the Pressure membrane through the undercut convex corners of the rigid Center are limited in their areal extent.

7. Pressure sensor according to claim 5, characterized in that the narrow sections of the pressure membrane due to undercut convex Corners of clamps of rigid frame or rigid Center or the clamping frame and the rigid Center are limited in their areal extent.

8. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the narrow sections of the pressure membrane as mechanoelectric Contains piezoresistive resistors, or on them piezoresistive resistors or piezoelectric layers are located.

9. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the rigid center or part of the rigid center is the pressure variable electrode of a capacitor.