DE4207951C2 - Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor in Glas-Silizium-Technik - Google Patents

Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor in Glas-Silizium-Technik

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Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Druck- oder Differenzdrucksensor in Glas-Silizium-Technik sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 8.
Im Stand der Technik sind kapazitive Drucksensoren in Glas-Silizium-Technik, welche aus zwei oder mehreren Platten bestehen, hinreichend bekannt.
Die DE 35 05 926 A1 offenbart einen kapazitiven Druckmesser für Absolutdruck, der ein Grundgerüst und eine feste darauf aufgebrachte Kondensatorplatte aufweist. In Verbindung mit dem Grundgerüst ist eine Aneroidkapsel angeordnet, die in Richtung des Grundgerüstes mit einem beweglichen Kondensatorplattenbereich versehen ist, dessen Abstand zu der festen Kondensatorplatte durch den Druck beeinflußt wird. Auf dem Grundgerüst ist eine Siliziumplatte aufgefügt, die einen membranähnlichen Mittelbereich aufweist, der als bewegliche Kondensatorplatte arbeitet.
Eine Plattenstruktur wird hermetisch auf die Siliziumplatte aufgebracht, so daß der Hohlraum der Aneroidkapsel zwischen die Plattenstruktur und der Siliziumplatte zu liegen kommt.
Entsprechende Verbindungstechniken durch Bonden beschreibt die US 33 97 278. Aus der DE 29 12 217 A1 sind Materialien entnehmbar, einschließlich Glas, die sich für den Einsatz als Membranplatte eignen.
Aus der EP 00 59 488 ist ein kapazitiver Drucksensor bekannt, welcher aus hauptsächlich drei miteinander verbundenen, schichtweise übereinander angeordneten Platten besteht, von denen die mittlere als Membran dient. Die beiden äußeren Platten bilden dabei die Trägerplatten und geben dem Drucksensor insgesamt den mechanischen Halt. Zwischen den Trägerplatten und der Membran sind entweder durch Einätzungen oder durch die Anbringung von Distanzstücken entsprechende Meßkammern gebildet, in die hinein durch die Trägerplatten hindurch Druckzuleitungskanäle münden, die die Membran auf den entsprechenden Seiten dann mit Druck beaufschlagen.
Solche Drucksensoren sind, wie in dieser bekannten Ausführungsform, zumeist flüssigkeitsgefüllt. Das heißt, der eigentliche Drucksensor ist innerhalb eines fluidisch getrennten Gehäuses angeordnet, welches mit flüssigem Druckmittel gefüllt ist. Bei diesem bekannten Drucksensor ist dann dieses fluidisch abgeschlossene Innengehäuse von einem Außengehäuse umgeben und mit entsprechenden Druckzuleitungen versehen, die in Vorräume münden, die ihrerseits über eine Membran den Druck an das Fluidum des eigentlichen Druckinnengehäuses weitergeben.
In der Regel sind solche flüssigkeitsgefüllten Drucksensoren hermetisch von den eigentlichen äußersten Druckzuleitungen abgeschlossen, so daß von außen keine Partikel in die Meßkammern eingeschleust werden können. Betrachtet man jedoch den Fall, daß das Fluidum, mit dem der innere Drucksensorbereich gefüllt ist, nicht ganz rein ist und betrachtet man dazu die weitere Tatsache, daß der Abstand zwischen der Membran und den Trägerplatten bzw. den entsprechenden Elektroden extrem klein ist, so besteht doch die Gefahr, daß allerkleinste Partikel eine Störung dann verursachen können, wenn sie in den Bereich zwischen Membran und Trägerplatten bzw. Elektroden gelangen.
Solche Partikel könnten zum einen Fehlkapazitäten verursachen und zum anderen die druckabhängige Durchbiegung der Membran behindern. Des weiteren sei erwähnt, daß es sich bei dem verwendeten Material im Bereich des eigentlichen Drucksensors, d. h. also Glas und Silizium, um relativ spröde Materialien handelt, die zudem nach mechanischer Bearbeitung, beispielsweise durch Bohren der Glasträgerplatten, kleine Partikel enthalten können, die den Betrieb des Drucksensors durch die o. g. Störungen in Frage stellen.
Kritisch werden, wie oben bereits dargelegt, solche Partikel, die eine Größe in der Dimension des Abstandes von Membran und Trägerplatte bzw. Elektrode aufweisen. Nachteilig ist daher, daß bei den bekannten Drucksensoren keine Mittel zum Fernhalten solcher störender Partikel aus dem eigentlichen Meßkammerraum vorgesehen sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Druck- oder Differenzdrucksensor der gattungsgemäßen Art sowie ein entsprechendes Herstellverfahren vorzugeben, daß Partikel störender Dimensionen vom Meßkammerinnenraum ferngehalten werden, wobei dies mit einfach herstellbaren und in den Drucksensor integrierbaren Mitteln bewerkstelligt werden soll.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem kapazitiven Druck- oder Differenzdrucksensor der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 8 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben und ergeben sich als Unterkombinationen der Ansprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgeschlagen, den Druckzuleitungskanal aus mindestens zwei Kanalabschnitten zu bilden, deren Querschnitt sich von der Druckanschlußöffnung aus gesehen sukzessive verkleinern. Auf diese Weise ergibt sich dann der Vorteil, daß ein solches Partikelschutzsystem auf einfache Weise durch Einbringung in die Druckzuleitungskanäle des Drucksensors selbst integriert werden kann. Dabei erfolgt die sukzessive Querschnittsreduktion dadurch, daß der meßkammerseitige Eintritt des Druckzuleitungskanals aus mindestens zwei Kanälen kleineren Querschnittes als der der druckanschlußseitigen Öffnung besteht und in die aus Silizium bestehende Platte eingebracht und von der benachbarten Glasplatte abgedeckt ist. Dabei ergibt sich dann insgesamt der Vorteil, daß die Einbringung der den maßgebenden Partikelschutz bildenden Druckzuleitungskanalabschnitte in das Silizium auf einfache Weise durch Ätzung erfolgen kann. Aufgrund der weit entwickelten Siliziumbearbeitungstechnik kann aus den Erfahrungen der Ätztechnik aus der Mikroelektronik geschöpft werden. Das heißt, die Einbringung solcher Kanalstrukturen ist auf reproduzierbare und zuverlässige Weise möglich. Die Kanäle werden dadurch letztendlich abgeschlossen bzw. auf ihre Länge im Umfang vervollständigt, indem die Einätzungen durch eine Glasplatte abgedeckt werden. Die kanalartigen Einätzungen erfolgen dabei immer in das Silizium, und zwar an die mit dem Glas zu verbindende Oberfläche angrenzend.
In weiterer Ausgestaltung besteht die Membran aus einer Glasplatte und an den beiden, sich gegenüberliegenden Membranflächen ist jeweils eine aus Silizium bestehende Trägerplatte angeordnet. Ein solcher Aufbau beschreibt einen Differenzdrucksensor, der hierbei aus drei Platten insgesamt besteht. Wichtig auch hierbei ist, daß die Druckzuleitungskanalabschnitte mit den entsprechend im Querschnitt reduzierten Kanälen ebenfalls in das Silizium eingebracht und von der Glasmembran abgedeckt werden, wobei jedoch an entsprechender Stelle eine Öffnung bzw. ein Zugang oder Eintritt in die entsprechende Meßkammer offen bleibt.
In weiterer Ausgestaltung ist die Möglichkeit vorgegeben, daß der Druckzuleitungskanal zunächst in einen im Querschnitt erweiterten Bereich mündet und von da aus sich der Querschnitt des weiteren Druckzuleitungskanales bis zum Eintritt in die jeweilige Meßkammer in mehreren Teilabschnitten sukzessive verkleinert, derart, daß die Lehre des Hauptanspruches auch darin erfüllt ist, nämlich, daß der meßkammerseitige Eintritt des Druckzuleitungskanals aus mindestens zwei Kanälen kleineren Querschnittes besteht als der der druckanschlußseitigen Öffnung.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind entweder dreifache oder fünffache Schichtsysteme vorgegeben, wobei zunächst unabhängig davon, ob nun die Membran oder die Trägerplatten oder sogar die Abdeckplatten aus Silizium bestehen, grundsätzlich immer das Merkmal des Hauptanspruchs erfüllt ist, in dem der Druckzuleitungskanalabschnitt, in dem die sukzessiven Querschnittsverkleinerungen vorgenommen sind, grundsätzlich immer in das Silizium eingeätzt sind und von der benachbarten, aus Glas bestehenden Platte zumindest teilweise abgedeckt sind.
In letzter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die sukzessiven Querschnittsverringerungen bzw. Verkleinerungen des Druckzuleitungskanales bzw. des entsprechenden Druckzuleitungskanalabschnittes durch mehrere parallel verlaufende und vom Querschnitt aus gesehene verschachtelte dreieckförmige kanalartige Einätzungen gebildet. Diese Einätzungen werden letztendlich durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren sowie die Materialwahl selbst vorgegeben. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren werden die Kanäle in die <100<-Oberfläche des Siliziums durch anisotropes Ätzen beispielsweise in KOH eingebracht. Dabei erhält man unterschiedliche Tiefen der einzelnen Kanalabschnitte einfach durch die Wahl von verschiedenen breiten Öffnungen in der Ätzmaske. Das heißt, wenn man die Kanalabschnitte sukzessive im Querschnitt verkleinert ausbilden will, kommt es einzig und alleine nur darauf an, die entsprechenden Öffnungen in der Ätzmaske ebenfalls sukzessive zu verkleinern. Auf die absolute Dimensionierung der Öffnungen in der Ätzmaske kommt es zunächst nicht an, da letztendlich die Dauer des Einwirkens der Ätzlösung für die Bildung der Tiefe der Kanäle maßgebend ist. Die sukzessive Verkleinerung der Kanäle kann also zunächst alleine durch eine Aneinanderreihung von sukzessive verkleinerten Öffnungen in der Ätzmaske erreicht werden. Nach Beginn des Ätzprozesses bildet sich ein Graben aus, der seitlich von den Silizium-Kristallebenen mit der <111<-Orientierung begrenzt wird. Diese Ebenen bilden zur Waferoberfläche einen Winkel von 54,7 Grad. Bricht man den Prozeß vorzeitig ab, so erhält man einen Kanal, der in seinem Querschnitt trapezförmig ist. Wird der Prozeß fortgesetzt, erhält man letztendlich einen Kanal mit einem dreieckförmigen Querschnitt, der seitlich durch zwei sich schneidende <111<-Ebenen begrenzt ist. Somit ergibt sich die dreieckförmige Querschnittskontur der Kanäle nur in dem Fall, daß der Prozeß auch fortgesetzt wird, so lange, bis sich die <110<-Seitenebenen am Grunde des Kanals treffen. Bricht man den Prozeß vorher ab, so ist der Querschnitt dann natürlich nur trapezförmig, jedoch nicht weniger vorteilhaft. Für den Spezialfall der im Querschnitt dreieckförmigen Kanäle ist eines der Ausgestaltungsbeispiele ausgeführt. Dabei beginnt der erste Abschnitt der sukzessiven Querschnittsverkleinerungen darin, den Querschnitt als größeres Dreieck auszubilden, wobei sich die Anzahl der Kanäle jedes weiteren Druckzuleitungskanalabschnittes im Bereich der sukzessiven Verkleinerungen jeweils zum vorhergehenden Druckzuleitungskanalabschnitt jeweils verdoppelt. Diese sukzessive Verdopplung der Anzahl bzw. Verkleinerung der Einzelquerschnitte wird so lange sukzessive, d. h. abschnittsweise fortgesetzt, bis die Eintrittsöffnungen der Vielzahl der parallel verlaufenden Kanäle in die Meßkammer jeweils im Durchmesser kleiner sind, als der Abstand zwischen Membran und entsprechender Trägerplatte bzw. Elektrode. Dadurch ist erreicht, daß die sukzessiven Querschnittsverkleinerungen dieser Art als Kapillarfilter wirken und somit Partikel störender Dimensionen vom Innenraum der Meßkammer fernhalten.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zweiplatten-Drucksensor,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Meßkammerseite der Membran bezüglich des Drucksensors nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Dreiplatten-Differenzdrucksensor mit Glasmembran,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Meßkammerseite einer der Trägerplatten des Drucksensors nach Fig. 3,
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer Teilansicht X aus Fig. 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf das Partikelschutzsystem aus Fig. 5,
Fig. 7 einen Fünfplatten-Differenzdrucksensor mit Siliziummembran und
Fig. 8 einen Fünfplatten-Differenzdrucksensor mit Glasmembran.
Fig. 1 zeigt einen kapazitiven Drucksensor, bestehend aus zwei Platten, bei denen die Membran 1 aus Silizium besteht und die Trägerplatte 2 aus Glas. Die Membranplatte 1 hat an definierter Stelle eine Einätzung 7 zur Bildung der eigentlichen Meßkammer. Beide Platten sind durch anodisches Bonden miteinander verbunden. Auf der entsprechenden Seite innerhalb des gebildeten Meßkammerinnenraumes ist auf der Glasplatte 2 eine entsprechende Elektrode 8 aufgebracht. Die aus Glas bestehende Trägerplatte 2 ist mit einem senkrecht, bezüglich der Verbindungsebene zwischen Membran 1 und Trägerplatte 2 verlaufenden Druckzuleitungskanal 6 versehen, der außen in die Eintrittsöffnung 20 mündet. Dieser Druckzuleitungskanal 6 mündet am anderen Ende nicht direkt in die Meßkammer, sondern zunächst in eine Ausnehmung 9, die ihrerseits das Partikelschutzsystem enthält. Dabei kann der Partikelschutz schon darin bestehen, daß diese Ausnehmung 9 einen im Querschnitt reduzierten Druckmittelzuleitungskanalabschnitt des gesamten Druckmittelzuleitungskanales darstellt. Diese Ausnehmung 9 kann dann dabei so flach gewählt sein, daß die Tiefe der Ausnehmung 9 kleiner als der Abstand zwischen dem Durchbiegung machenden Membranbereich und der entsprechenden Trägerplattenelektrode 8 ist. Die Ausnehmung kann auch ein Partikelschutzsystem enthalten, welches nun bis zum Eintritt in die eigentliche Meßkammer kanalartig sukzessive querschnittsreduzierende Abschnitte enthält, wie dies beispielsweise auch in Fig. 4, 5 und 6 vorgegeben ist und nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Fig. 2 zeigt dabei eine Draufsicht bzw. besser eine Einsicht auf die meßkammerseitige Fläche der Membran 1. Dies bezieht sich natürlich auf den demontierten Zustand, bei dem Platten noch nicht miteinander verbondet sind. Hierbei stellt sich die die Meßkammer bildende Einätzung 7 bzw. Vertiefung kreisrund dar. Die Ausnehmung 9, in die der dazu senkrecht verlaufende erste Druckzuleitungskanalabschnitt mündet, ist dabei seitlich an den Meßkammerraum 7 angesetzt und mündet in denselben. Die Membran besteht dabei, wie bereits erwähnt, aus Silizium und bildet aufgrund der halbleitenden Eigenschaft schon insgesamt eine der beiden Elektroden, die den entsprechenden Kondensator bilden, der eine druckabhängige Kapazität liefert. Die entsprechend andere Elektrode 8 befindet sich, wie in Fig. 1 bereits dargestellt, auf der entsprechenden Seite der Trägerplatte.
Fig. 3 stellt einen aus drei Platten bestehenden Differenzdrucksensor dar, bei dem die Membran 1 aus Glas besteht. Die Membran 1 ist hierbei durchgehend eben und mit entsprechenden Elektroden 8, 8′ an den Außenseiten, die den Trägerplatten 2, 3 gegenüberliegen, beschichtet. Die Trägerplatten 2, 3 bestehen hierbei aus Silizium und enthalten Einätzungen 7, 7′ bzw. eingeätzte Vertiefungen, die den jeweiligen Meßraum bilden. Durch die Trägerplatten 2, 3 hindurch verläuft jeweils ein erster Druckzuleitungskanalabschnitt 6, 6′, der in einen im Querschnitt erweiterten Druckzuleitungskanalabschnitt 10, 10′ mündet. Der jeweilige erweiterte Druckzuleitungskanalabschnitt 10, 10′ verkleinert sich nun sukzessive bis zum Eintritt in den jeweiligen Meßraum 7, 7′ bzw. in die jeweilige Meßkammer. Die sukzessive Verringerung ist in Fig. 3 schon an der gestuften Ausbildung dieses entsprechenden Druckzuleitungskanalabschnittes dargestellt.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht bzw. eine Einsicht auf die Meßkammerseite einer der Trägerplatten 2, 3. Hierbei sei angemerkt, daß beide Trägerplatten gleich ausgebildet sind. Wiederum ist die entsprechende meßkammerbildende Vertiefung 7 zu sehen, die hierbei ebenfalls kreisrund ist. Daran angesetzt ist seitlich der entsprechende Druckzuleitungskanalabschnitt 10, der die sukzessiven Querschnittsverringerungen 11, 12, 13 bzw. -verkleinerungen enthält. Schon hierbei ist in dem umrandeten Teilbild X zu erkennen, daß sich die Anzahl der Kanäle sukzessive verdoppelt, wobei sich die Querschnitte und außerdem auch der Summenquerschnitt sukzessive bis zum Eintritt in die Meßkammer reduziert.
Fig. 5 zeigt bezüglich des Teilausschnittes X aus Fig. 4 diesen Druckzuleitungskanalabschnitt im Querschnitt. Hierbei ist zunächst im vorderen Abschnitt, der noch am weitesten von der Öffnung in die Meßkammer entfernt ist, eine Einätzung zu sehen, die durch ein großes und entsprechend tiefes Dreieck vorgegeben ist. Dieser im Querschnitt dreieckförmige Kanalabschnitt mündet dann in einer weiteren Stufe in zwei kleinere, im Querschnitt dreieckförmige Einätzungen, die ihrerseits in der nächsten Stufe in einer weiteren verdoppelten Anzahl von dreieckförmigen und entsprechend im Querschnitt kleineren Kanäle münden.
Fig. 6 zeigt zur Fig. 5 die Draufsicht, woraus nochmal die sukzessive Verdoppelung der Kanalanzahl, sowie auch die sukzessive Verkleinerung des Querschnittes deutlich wird. Am Ende, d. h. dort, wo die größte Anzahl der Kanäle 13 mit kleinstem Einzelquerschnitt vorliegt, befindet sich die Eintrittsöffnung in die Meßkammer. Das ganze Partikelschutzsystem wirkt somit als Kanalfilter. Diese im Querschnitt dreieckigen Profile lassen sich zudem einfach und extrem reproduzierbar in Silizium einätzen, wordurch sich letztendlich Drucksensoren gleichbleibend hoher Qualität ergeben.
Fig. 7 zeigt einen Fünfplatten-Differenzdrucksensor, bei dem die Membran 1 aus entsprechend geätztem Silizium besteht. Durch die, an die Membranplatte 1 angrenzenden, aus Glas bestehenden Trägerplatten 2, 3 verlaufen Druckzuleitungskanäle 6, 6′ hindurch, die in den jeweiligen Meßraum 7, 7′ bzw. in die jeweilige Meßkammer münden. Eine der von außen auf die Glasträgerplatten 2, 3 aufgebrachten Siliziumplatten 4, 5 enthält des weiteren eine druckanschlußseitige Eintrittsöffnung 20 des Druckzuleitungskanales, von dort aus nach kurzer Strecke bereits ein Einmünden in einen im Querschnitt erweiterten Druckzuleitungskanalabschnitt 10 erfolgt. Von da aus erfolgen dann sukzessive Verkleinerungen 11, 12, 13 im Querschnitt bis zum Eintritt in den Druckzuleitungskanalabschnitt 6, der durch die Glasplatten 2 hindurch verläuft und am Ende in die Meßkammer einmündet. Der Druckzuleitungskanalabschnitt mit den sukzessiven Querschnittsverringerungen 10, 11, 12, 13 ist dabei gemäß den Fig. 5 bzw. 6 ausgestaltet.
Fig. 8 zeigt eine letzte Ausgestaltungsmöglichkeit, bei der die Membran 1 aus Glas besteht, die beiden daran angrenzenden Trägerplatten 2, 3 aus Silizium, die ihrerseits dann wieder außen von Glasplatten 4, 5 abgeschlossen sind. Hierbei verläuft jeweils ein Druckzuleitungskanalabschnitt 20 bzw. 20′, ausgehend von den Eintrittsöffnungen, durch die äußeren Glasplatten 4, 5 hindurch und mündet in einen Druckzuleitungskanalabschnitt in den jeweiligen Siliziumträgerplatten ein. Bei der unteren Siliziumträgerplatte ist dieser Kanalabschnitt als flache Ausnehmung 21 ausgebildet, die ihrerseits dann in den entsprechenden Zuleitungskanalabschnitt 6′ der entsprechenden Trägerplatte 3 mündet, die ihrerseits dann in den entsprechenden Meßraum einmündet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die entsprechende Trägerplatte 2 mit einem im Querschnitt erweiterten Druckzuleitungskanalabschnitt 10 versehen, in den der äußere Druckzuleitungskanalabschnitt einmündet. Von dort aus sind nun wiederum sukzessive Querschnittsverkleinerungen 10, 11, 12 ausgebildet, die letztendlich dann in den durch die entsprechende Siliziumträgerplatte 2 hindurch verlaufenden Druckzuleitungskanalabschnitt 6 münden, der seinerseits am Ende auch in die entsprechende Meßkammer 7 einmündet. Auch hierbei sind die sukzessiven Querschnittsverkleinerungen gemäß Fig. 5 und 6 ausgebildet.
In Fig. 8 sowie Fig. 7 ist das Merkmal erfüllt, daß der Druckzuleitungskanalabschnitt, der die sukzessiven Querschnittsverkleinerungen enthält, in die bzw. in eine der entsprechenden, aus Silizium bestehenden Platten eingebracht und zumindest teilweise von der daran angrenzenden Glasplatte abgedeckt ist.
Insgesamt stellt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Partikelschutzsystem als universell einbringbar dar und ist zudem äußerst wirksam. Das Partikelschutzsystem ist fernerhin klein und kompakt ausgestaltet, so daß es einfach durch Herstellen einer entsprechenden Ätzkonturierung in den Drucksensor integriert werden kann, ohne seine Baugrößen oder -dimensionen ändern zu müssen.
Durch die Einbringung des Partikelschutzes durch Ätzen des Silizium ist zudem, von der entsprechend großen Ätzerfahrung mit Silizium partizipierend, eine einfache und kostengünstige Fertigung ermöglicht, die, wie bereits erwähnt, gleichbleibend hohe Qualität liefert.

Claims (8)

1. Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor in Glas-Silizium- Technik mit mindestens zwei Platten, von denen die eine aus Glas und die andere aus Silizium besteht, wobei eine der Platten als druckempfindliche Membran und die andere als Trägerplatte dient, die Siliziumplatte auf der der Glasplatte zugewandten Seite eine Vertiefung aufweist, und die der Vertiefung in der Siliziumplatte gegenüberliegende Fläche der Glasplatte metallisiert ist, so daß die Metallisierung zusammen mit der ihr gegenüberliegenden Fläche der Siliziumplatte einen Kondensator bildet, die Platten in ihrem Randbereich stoffschlüssig durch anodisches Bonden so miteinander verbunden sind, daß die Trägerplatte zusammen mit der als Membran dienenden Platte eine Meßkammer bildet, die über einen mit einer Druckanschlußöffnung auf der Außenseite ebenfalls in die aus Silizium bestehende Platte eingebrachten und von der benachbarten Glasplatte abgedeckten Zuleitungskanal mit Druck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzuleitungskanal aus mindestens zwei Kanalabschnitten (6, 11) besteht, deren Querschnitte sich von der Druckanschlußöffnung (20, 20′) aus gesehen sukzessive verkleinern, derart, daß der meßkammerseitige Eintritt des Druckzuleitungskanals (6, 6′) aus mindestens zwei Kanälen besteht, deren jeweiliger Querschnitt kleiner als der der druckanschlußseitigen Öffnung (20, 20′) ist, und deren Durchmesser kleiner als der Elektrodenabstand innerhalb der jeweiligen Meßkammer ist.
2. Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Membran dienende Platte (1) aus Glas besteht und an den beiden sich gegenüberliegenden Membranflächen mindestens jeweils eine aus Silizium bestehenden Trägerplatte (2, 3) angeordnet ist.
3. Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzuleitungskanal sich von der Druckanschlußöffnung (20) aus gesehen senkrecht zu der Membran (1) über einen Teilabschnitt durch die Trägerplatte (2) hindurch erstrecken und jeweils in einen querschnittserweiterten Bereich (10) mündet, von da aus sich der Querschnitt des weiteren Druckzuleitungskanals bis zum Eintritt in die jeweilige Meßkammer in mehreren Teilabschnitten (11, 12, 13) sukzessive verkleinert.
4. Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den bezüglich der Membran (1) parallelen Außenseiten der Siliziumträgerplatten (2, 3) jeweils eine weitere Glasplatte (4, 5) aufgebracht ist und die Glasplatten (4, 5) jeweils mit einem senkrecht zu den Membranflächen hindurch verlaufenden Druckzuleitungskanalabschnitt (21) versehen sind und daß mindestens einer der Druckzuleitungskanäle in einen zur angrenzenden Siliziumplatte (2) eingebrachten, im Querschnitt erweiterten Druckzuleitungsbereich (10) mündet, von da aus mehrere nachfolgende Teilabschnitte (11, 12) des Druckzuleitungskanals sich im Querschnitt sukzessive verkleinern und über einen letzten Kanalabschnitt (6) senkrecht zur Membran in die Meßkammer (7) einmündet.
5. Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) aus einer Siliziumplatte besteht, die auf beiden Seiten mit jeweils einer aus Glas bestehenden Trägerplatte (2, 3) verbunden ist, die ihrerseits außen mit jeweils einer weiteren Siliziumplatte (4, 5) verbunden sind, daß durch die beiden äußeren Siliziumplatten (4, 5) und durch die Trägerplatten (2, 3) hindurch Druckzuleitungskanäle (6, 6′) in die jeweiligen Meßkammern (7, 7′) münden, und daß in mindestens einer der äußeren Siliziumplatten die Druckanschlußöffnung (20) in einen querschnittserweiterten Druckzuleitungskanalabschnitt (10) mündet, von dort aus sich der Querschnitt sukzessive verkleinert und in den durch die jeweilige Glasplatte in die Meßkammer hineinmündenden Druckzuleitungskanal (6) mündet.
6. Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sukzessive Querschnittsverringerung des entsprechenden Druckzuleitungskanalabschnittes durch mehrere parallel verlaufende und vom Querschnitt aus gesehen verschachtelte dreieckförmige kanalartige Einätzungen gebildet ist.
7. Kapazitiver Druck- oder Differenzdrucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt der sukzessiven Querschnittsverkleinerung des Druckzuleitungskanals aus einem im Querschnitt größeren dreieckförmigen Kanalabschnitt besteht, wobei sich die Anzahl der Kanäle jedes weiteren Druckzuleitungskanalabschnittes im Bereich der sukzessiven Verkleinerungen jeweils zum vorhergehenden Druckzuleitungskanalabschnitt jeweils mindestens verdoppelt.
8. Verfahren zur Herstellung der Druckzuführungskanäle bei einem kapazitiven Druck- oder Differenzdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalabschnitte in die <100<-Oberflächen von Silizium durch anisotropes Ätzen in KOH eingebracht werden, und daß abhängig von der zu wählenden Tiefe der einzelnen Kanalabschnitte verschieden breite Öffnungen in den Ätzmasken gewählt werden, derart, daß sich nach Beginn des Ätzprozesses der Kanäle durch Gräben von <111<- Silizium-Kristallebenen ergeben.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19640606C1 (de) * 1996-10-01 1997-09-11 Nord Micro Elektronik Feinmech Meßeinrichtung zur Erfassung von Stau- und Statikdrücken bei einem Fluggerät

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6732588B1 (en) * 1999-09-07 2004-05-11 Sonionmems A/S Pressure transducer
AU6984000A (en) * 1999-09-06 2001-04-10 ROMBACH, Pirmin, Hernann, Otto A pressure transducer
US7252011B2 (en) 2002-03-11 2007-08-07 Mks Instruments, Inc. Surface area deposition trap
EP2112487B1 (de) * 2008-04-23 2016-07-27 Sensirion AG Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors durch Aufbringen einer Deckschicht
DE102016217132A1 (de) * 2016-09-08 2018-03-08 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Drucksensor
EP3759450A1 (de) * 2018-03-02 2021-01-06 Grundfos Holding A/S Drucksensor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1138401A (en) * 1965-05-06 1969-01-01 Mallory & Co Inc P R Bonding
JPS5516228A (en) * 1978-07-21 1980-02-04 Hitachi Ltd Capacity type sensor
FI74350C (fi) * 1984-02-21 1988-01-11 Vaisala Oy Kapacitiv absoluttryckgivare.
DE3912217A1 (de) * 1989-04-13 1990-10-18 Endress Hauser Gmbh Co Drucksensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19640606C1 (de) * 1996-10-01 1997-09-11 Nord Micro Elektronik Feinmech Meßeinrichtung zur Erfassung von Stau- und Statikdrücken bei einem Fluggerät

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DE4207951A1 (de) 1993-09-23

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