DE4201634A1 - Halbleiter-druckaufnahmevorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Druckaufnahmevorrich
tung, die insbesondere den Druck eines Hochdruckmediums mes
sen und klein und kostengünstig gebaut werden kann.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer konventionellen
Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung wie beispielsweise eines
Drucksensors. Dabei hat ein Halbleiterchip 5 auf seiner Ober
fläche eine Membran 3, um den Druck von Öl oder dergleichen
in mechanische Spannung umzuwandeln, wobei das Öl oder der
gleichen ein Medium (Druckmedium) ist, dessen Druck zu messen
ist. Ferner hat der Halbleiterchip 5 eine Dehnungsmeßeinrich
tung 4, die die mechanische Spannung der Membran 3 in ein
elektrisches Signal umformt. Der Halbleiterchip 5 ist auf
einem Rahmen 7 angeordnet, der auf den Halbleiterchip 5 auf
gebrachte äußere Belastungen absorbiert und an einem Metall
fuß 8 abgestützt ist.
Das elektrische Signal, das aus der mechanischen Spannung der
Membran 3 durch die Dehnungsmeßeinrichtung 4 umgeformt wurde,
wird von einer Zuleitung 9 über einen Verbindungsdraht 10 ab
genommen, der mit dem Halbleiterchip 5 elektrisch verbunden
ist. Die genannte Zuleitung 9 ist an dem Fuß 8 mit Glas 11
hermetisch befestigt. Der Halbleiterchip 5 ist mit einem
Deckel 13 abgedeckt, der mit dem Fuß 8 verbunden ist, so daß
eine Referenzdruckkammer 6, beispielsweise eine Vakuumkammer,
gebildet wird. Ein Gehäuse 2, in dem das zu messende Medium 1
enthalten ist, ist mit einer Leitung 14 verbunden, die am
zentralen Teil des Fußes 8 angeordnet ist.
Die konventionelle Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung ist in
der beschriebenen Weise aufgebaut, so daß der Druck des zu
messenden Mediums 1 die Membran 3 durch die Leitung 14 beauf
schlagt. Die Membran 3 wird entsprechend der Differenz zwi
schen dem Druck des zu messenden Mediums 1 und dem Druck in
der Referenzdruckkammer 6 verformt, so daß in der Dehnungs
meßeinrichtung 4 eine Widerstandsänderung erfolgt. Die Wider
standsänderung kann als eine Spannungsänderung abgenommen
werden, und zwar über eine Konstruktion, die beispielsweise
aus vier Dehnungsmeßstreifen 4 in Form einer Wheatstone-
Brücke besteht. Die an die Dehnungsmeßeinrichtung 4 angelegte
Spannung bzw. die während der Widerstandsänderung in der Deh
nungsmeßeinrichtung 4 auftretende Spannungsänderung erfolgt
von außen und wird über den Draht 10 und die Zuleitung 9 her
ausgeführt.
Wenn das zu messende Medium 1 eine Flüssigkeit wie etwa Öl
ist, tritt bei einer Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung der
eingangs beschriebenen Art das Problem auf, daß das flüssige
Medium nicht bis zu einer Position unmittelbar unter der Mem
bran 3 eingeschlossen werden kann. Ferner muß für den Fuß 8
eine Leitung 14 vorgesehen sein, damit das zu messende Medium
1 zugeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist, daß ein
Substrat oder dergleichen vorgesehen sein muß, um die Zulei
tung 9 anzubringen, da sie zum Herausführen des elektrischen
Signals auf der gleichen Seite wie die Leitung 14 und der Fuß
8 angeordnet ist. Infolgedessen kann die Größe der Vorrich
tung nicht verringert werden. Wenn ferner das zu messende
Medium 1 ein Hochdruckmedium ist, muß die Leitung 14 mit dem
Gehäuse 2 verschweißt werden, was sehr schwierig und aufwen
dig ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer
Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung, bei der ein zu messendes
Medium in einfacher Weise eingeschlossen werden kann, ein
Schweißvorgang am Gehäuse ohne weiteres durchführbar ist und
die Größe der Vorrichtung verringert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Halbleiter-Druck
aufnahmevorrichtung angegeben, die folgendes aufweist: einen
Halbleiterchip, auf dem eine Membran und eine Dehnungsmeßein
richtung gebildet sind; einen Rahmen, auf dem der Halbleiter
chip angeordnet ist; einen Fuß zur Abstützung des Rahmens;
einen mit dem Halbleiterchip verbundenen Draht; eine mit dem
Draht verbundene Zuleitung, die so gehaltert ist, daß sie
durch den Fuß geht; und ein Formteil, das den Draht, die Zu
leitung oberhalb des Fußes und den Rahmen abdeckt und das den
Halbleiterchip in solcher Weise abdeckt, daß die Membran in
dem zu messenden Medium liegt, und das auf dem Fuß vorgesehen
ist.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 einen Querschnitt, der ein Ausführungsbeispiel
der Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung nach der
Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt, der ein weiteres Ausführungs
beispiel der Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung
nach der Erfindung zeigt; und
Fig. 3 einen Querschnitt, der eine konventionelle Halb
leiter-Druckaufnahmevorrichtung zeigt.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel der Halb
leiter-Druckaufnahmevorrichtung, die beispielsweise ein
Drucksensor ist. Dabei sind gleiche oder äquivalente Teile
mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der konventionellen
Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung nach Fig. 3 bezeichnet.
Ein Halbleiterchip 5 liegt auf einem Rahmen 7, und der Rahmen
7 ist auf einem Fuß 8 abgestützt. Ein Draht 10, der mit dem
Halbleiterchip 5 elektrisch verbunden ist, ist mit einer Zu
leitung 9 verbunden, die an dem Fuß 8 mit Glas 11 befestigt
ist. Ein Formteil 12 ist an dem Fuß 8 in solcher Weise ge
formt, daß der Halbleiterchip 5, der Rahmen 7, die Zuleitung
9 und der Draht 10 von dem Formteil 12 überdeckt sind, so daß
die Membran 3 in dem zu messenden Medium 1 liegt. Das Form
teil 12 ist zum mechanischen Schutz des Halbleiterchips 5,
der Zuleitung 9 und des Drahts 10 vorgesehen, und es besteht
aus Epoxidharz oder dergleichen.
Da die oben beschriebene Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung
so ausgelegt ist, daß die Membran 3 in einer Öffnung 12a des
Formteils 12 liegt, gelangt das zu messende Medium 1 ohne
weiteres in Kontakt mit der Membran 3. Wenn ferner der Fuß 8
mit dem Gehäuse 2 einer Einrichtung (nicht gezeigt) ver
schweißt ist, deren Druck zu messen ist, kann der Druck des
Mediums 1 auch dann gemessen werden, wenn er relativ hoch ist
und beispielsweise 200-300 Bar beträgt, denn das Formteil 12
kann nicht verformt werden und/oder zerbrechen, wenn das zu
messende Medium 1 ein Hochdruckmedium ist. Infolgedessen
können der Draht 10 und dergleichen ebenfalls nicht brechen.
Da außerdem keine (Rohr-)Leitung wie bei der Anordnung in
Fig. 3 verwendet wird und die Zuleitung 9 und das zu messende
Medium 1 daher auf entgegengesetzten Seiten liegen, kann die
Zuleitung 9 ohne weiteres in gewünschter Weise angeschlossen
werden. Somit kann die Größe der Halbleiter-Druckaufnahmevor
richtung verringert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird zwar
eine Referenzdruckkammer 6 verwendet, es kann aber zur Erzie
lung eines gleichartigen Effekts auch eine andere Konstruk
tion verwendet werden, die so ausgelegt ist, daß gemäß Fig. 2
ein Durchgangsloch 13 in dem Rahmen 7 und dem Fuß 8 vorgese
hen ist, so daß der Atmosphärendruck als Referenzdruck dient.
Es wird zwar vorstehend ein Halbleiterchip 5 beschrieben, der
mit einer Dehnungsmeßeinrichtung 4 arbeitet, aber zur Erzie
lung eines gleichartigen Effekts kann auch eine andere Kon
struktion verwendet werden. Bei dieser anderen Bauweise ist
diese Konstruktion so ausgebildet, daß für die Membran 3 und
den Rahmen 7 jeweils eine Elektrode vorgesehen ist, um eine
Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen diesen
Elektroden zu erfassen.
Claims (5)
1. Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung,
gekennzeichnet durch
- - einen Halbleiterchip (5), auf dem eine Membran (3) und eine Dehnungsmeßeinrichtung (4) gebildet sind;
- - einen Rahmen (7), auf dem der Halbleiterchip (5) ange ordnet ist;
- - einen Fuß (8) zur Abstützung des Rahmens (7);
- - einen mit dem Halbleiterchip (5) verbundenen Draht (10);
- - eine Zuleitung (9), die mit dem Draht (10) verbunden und so gehaltert (11) ist, daß sie den Fuß (8) durch setzt; und
- - ein Formteil (12), das den Draht (10), die Zuleitung (9) oberhalb des Fußes (8) und den Rahmen (7) abdeckt und das den Halbleiterchip (5) so abdeckt, daß die Mem bran (3) in dem zu messenden Medium (1) liegt, und das auf dem Fuß (8) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gehäuse (2) mit dem Fuß (8) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Durchgangsloch (13) durch den Rahmen (7) und den
Fuß (8) geht und bis zur Rückseite der Membran (3)
reicht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Formteil (12) aus Epoxidharz besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Halbleiterchip (5) und dem Rahmen (7)
eine Referenzdruckkammer (6) gebildet ist.
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