EP4483155A1 - Drucksensoranordnung und verfahren zur herstellung einer drucksensoranordnung - Google Patents

Drucksensoranordnung und verfahren zur herstellung einer drucksensoranordnung

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Publication number
EP4483155A1
EP4483155A1 EP23704319.5A EP23704319A EP4483155A1 EP 4483155 A1 EP4483155 A1 EP 4483155A1 EP 23704319 A EP23704319 A EP 23704319A EP 4483155 A1 EP4483155 A1 EP 4483155A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
sensor element
pressure sensor
sensor
connection base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23704319.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Eberstein
Thomas STENDEL
Benjamin Bohl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP4483155A1 publication Critical patent/EP4483155A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0048—Details about the mounting of the diaphragm to its support or about the diaphragm edges, e.g. notches, round shapes for stress relief
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor arrangement.
  • the invention also relates to a method for producing a pressure sensor arrangement.
  • Pressure sensors for differential, relative and absolute pressure are usually hybrid structures made of different functional materials with varying coefficients of thermal expansion and therefore each have an individually specific profile with regard to mechanical stresses between the materials incorporated in the composite when they are exposed to high temperatures (e.g. up to at least 150 °C) and low temperatures (e.g. down to at least -40°C).
  • Known pressure sensor arrangements generally consist of a sensor element which is mechanically held and electrically contacted by a combination of different materials, so that installation in a working arrangement for pressure measurement is possible.
  • the mechanical mounting of the sensor element cannot be realized using organic adhesives, since organic adhesives are not always able to withstand the aggressive liquids. Therefore, in applications under aggressive conditions, the mechanical mounting of the sensor element is realized by inorganic joining materials on metal or ceramic substrates, for example by hard or soft solder materials or joining glasses. In such structures, the thermal expansion coefficients of the sensor element differ, Significant amounts of solder material and substrate up to 10 ppm/K and above .
  • pressure sensor arrangements according to the state of the art have technical limitations in terms of their accuracy and functionality if they are high or low. exposed to low temperatures.
  • the technical limitations of the pressure sensor arrangements can thus under certain circumstances limit the functionality of complex technical systems in industrial and automotive applications.
  • the aim of the present invention is to describe a pressure sensor arrangement and a production method which solve the problems prevailing in the prior art.
  • a pressure sensor arrangement is described.
  • the pressure sensor arrangement is designed to determine differential, relative or absolute pressure.
  • the pressure sensor arrangement is designed to reliably and precisely measure the pressure of a liquid or a gas under aggressive conditions.
  • the pressure sensor arrangement is suitable aggressive media such. B. to withstand oil, fuel, urea, refrigerant and the like.
  • the pressure sensor assembly is also designed to work in a wide temperature range, the low temperatures up to at least -40 °C and high temperatures up to at least 150 °C.
  • the pressure sensor arrangement is also designed to measure the pressure of a liquid or a gas in a pressure range that extends from 0.05 bar to 100 bar or more.
  • the pressure sensor arrangement is suitable for use in a motor vehicle, for example as a motor vehicle exhaust gas application and/or in the power train.
  • the pressure sensor arrangement is also suitable, for example, as a coolant or hydrogen pressure sensor for monitoring industrial processes.
  • the pressure sensor arrangement has at least one sensor element.
  • the sensor element can be designed as a MEMS (micro-electronic-mechanical system) component.
  • the sensor element preferably has a silicon chip.
  • the sensor element has a membrane.
  • the membrane is designed and arranged to be exposed to a medium, in particular a liquid or a gas.
  • the sensor element has a top and a bottom. The top and bottom are arranged opposite one another.
  • the side of the sensor element on which the membrane is located is referred to below as the upper side of the sensor element and the opposite side as the underside of the sensor element.
  • the sensor element has at least one detection element, preferably a large number of detection elements.
  • the detection element is designed to measure a pressure of the medium educated .
  • the sensing element is formed on the membrane.
  • the pressure sensor arrangement also has a substrate.
  • the substrate has a top and a bottom.
  • the substrate serves as a carrier for the sensor element.
  • the sensor element is arranged on the substrate, in particular on the upper side of the substrate.
  • the substrate is optically transparent.
  • the substrate comprises glass.
  • the substrate preferably consists of glass.
  • the sensor element and the substrate are mechanically fixed and inseparably connected to one another.
  • the sensor element and the substrate are fused together. welded .
  • a connection interface is formed between the sensor element and the substrate.
  • the connection interface is an area in which the substrate and sensor element are connected to one another.
  • the connection interface is formed between the bottom of the sensor element and the top of the substrate.
  • connection interface is produced by means of laser welding.
  • the substrate and the sensor element are connected to one another, in particular fused, by laser welding.
  • Laser welding is preferably carried out with ultra-short laser pulses (pulse lengths in the picosecond range and shorter).
  • the heat input generated by laser welding is locally limited, i. H . there is no complete heating of the substrate. Only in a joint area between the substrate and the sensor element, i. H . in an area in which the substrate and sensor element are joined together, heating occurs and the substrate and sensor element thus fuse.
  • laser welding With ultra-short laser pulses, the light is focused through the optically transparent substrate without heat input into this up to the joining area, where the heat is extremely locally transferred via multiphoton absorption in the focal area over a few 10 micrometers to mechanically stable joining of sensor element and substrate and thus to formation of the connection interface leads .
  • the pressure sensor arrangement is thus free of an additional connecting means or of an additional joining material to connect the sensor element and substrate.
  • the sensor element and the substrate are mechanically fixed and hermetically sealed to one another at the connection interface.
  • the substrate has a coefficient of thermal expansion that differs from a coefficient of thermal expansion of the sensor element by less than 1 ppm/K. This means that the substrate and sensor element have an almost identical coefficient of thermal expansion. Due to the minimal or Completely missing thermal expansion discrepancies arise in the pressure sensor arrangement only minimal or. no mechanical stresses at high Temperatures and low temperatures could be transferred from the substrate to the sensor chip. A particularly reliable pressure sensor arrangement is thus made available.
  • the sensor element has a connection base.
  • the connection base is arranged between the sensor element and the substrate.
  • the connection base is arranged on the underside of the sensor element.
  • Sensor element and connection base represent a sensor system.
  • connection base ensures mechanical decoupling of the sensor element from the joint area with the substrate.
  • the connection base is preferably used with very precise pressure sensors. The laser welding described above with ultra-short laser pulses is possible both with the sensor element and with a connecting base lying between the sensor element and the substrate.
  • connection base has glass.
  • the connection base is preferably made of glass.
  • the connection base comprises a material that is very similar or identical to the material of the substrate.
  • a thermal expansion coefficient of the connection base differs from the thermal expansion coefficient of the substrate by less than 1 ppm/K. The pressure sensor arrangement can thus be kept largely free of mechanical stresses.
  • connection base is attached to the sensor element.
  • the connection base is connected to the sensor element by means of anodic bonding.
  • the connection interface is formed between the connection base and the substrate.
  • the sensor system having the sensor element and the connection base is connected to the substrate by means of laser welding with ultra-short laser pulses.
  • laser energy for connecting the substrate and sensor system is coupled in on a side of the substrate opposite the sensor system, ie on an underside of the substrate.
  • a method for producing a pressure sensor arrangement is described.
  • the pressure sensor arrangement described above is preferably produced by the method. All properties that are disclosed in relation to the pressure sensor arrangement or the method are also correspondingly disclosed in relation to the respective other aspect and vice versa, even if the respective property is not explicitly mentioned in the context of the respective aspect.
  • the procedure has the following steps:
  • the substrate comprises glass.
  • the sensor element preferably has a silicon chip.
  • the sensor element has a top and a bottom.
  • a membrane is formed on top of the sensor element.
  • the substrate preferably has a thermal expansion coefficient that differs from a thermal expansion coefficient of the sensor element by less than 1 ppm/K.
  • the material of the substrate is completely transparent for the laser wavelength. In this method, the light is focused through the optically transparent substrate without introducing heat into it up to a joint area between the substrate and the sensor element.
  • the heat leads to a mechanically stable joining of sensor element and substrate via non-linear absorption (multiphoton absorption) in the focal area over a few 10 micrometers extremely locally via fusion.
  • the laser energy for connecting the substrate and sensor element is coupled in on a side of the substrate opposite the sensor element (ie on an underside of the substrate). The energy is supplied without physical contact with the substrate/sensor element and can be selectively coupled into the desired joining area.
  • connection by means of laser welding makes it possible to dispense with additional joining means for connecting the substrate and sensor element. Due to the minimal or Completely missing thermal expansion discrepancies arise in the pressure sensor arrangement only minimal or. no mechanical stresses that are transferred from the substrate to the sensor chip at high temperatures and low temperatures. A very flexible and efficient method is thus provided, by means of which an extremely reliable, highly efficient and durable pressure sensor arrangement is produced.
  • connection base has glass.
  • the substrate has a thermal expansion coefficient that differs from a thermal expansion coefficient of the sensor element and the connection base by less than 1 ppm/K.
  • the connection base and the substrate preferably have the same material.
  • connection base in particular an upper side of the connection base, is connected to the underside of the sensor element to form a sensor system having the connection base and the sensor element.
  • the connection base is preferably connected to the sensor element by anodic bonding.
  • the sensor system is then connected, in particular fused, to the substrate by the laser welding described above (laser welding with ultra-short laser pulses).
  • laser welding with ultra-short laser pulses.
  • an underside of the sensor system is mechanically firmly and hermetically connected to the top side of the substrate by laser welding.
  • the laser energy for connecting the substrate and the sensor system is coupled in on a side of the substrate opposite the sensor system.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a pressure sensor arrangement according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a pressure sensor arrangement 100 for measuring absolute, relative or differential pressure.
  • the pressure sensor arrangement 100 is suitable for use in a motor vehicle, for example as a motor vehicle exhaust gas application and/or in the power train.
  • the pressure sensor arrangement 100 is also suitable, for example, as a coolant or hydrogen pressure sensor for monitoring industrial processes.
  • the pressure sensor arrangement 100 can be used in a very wide temperature range (e.g. -40°C to 150°C).
  • the pressure sensor arrangement 100 has a sensor element 202 with a top side 118 and a bottom side 204 .
  • the sensor element 202 is preferably a silicon chip.
  • the sensor element 202 has a membrane 106 on the upper side 118 which delimits a cavity 107 in an inner area of the pressure sensor arrangement 100 to the outside.
  • the membrane 106 is constructed and arranged to be exposed to a medium (e.g. a fluid or a gas).
  • a detection element 109 is arranged on the membrane 106 for measuring a pressure of the medium.
  • the pressure sensor arrangement 100 can also have more than one detection element 109 .
  • the pressure sensor arrangement 100 also has a substrate 104 as a carrier of the sensor element 202 .
  • the substrate 104 has a top 115 and a bottom 114 .
  • the sensor element 202 is arranged on the upper side 115 of the substrate 202 or attached to the substrate 202 .
  • the sensor element 202 is welded to the top 115 of the substrate 202 or. merged, as will be described later in detail.
  • the substrate 104 comprises glass.
  • the substrate 104 has a thermal expansion coefficient that differs from a thermal expansion coefficient of the sensor element 202 by less than 1 ppm/K. Consequently, substrate 104 and sensor element 202 have approximately the same thermal expansion coefficients, which leads to a reduction or Avoidance of mechanical stresses, especially at very high and very low temperatures.
  • connection interface 201 is formed between the sensor element 202 and the substrate 104 .
  • the connection interface 201 is an area in which the sensor element 202 and the substrate 104 are mechanically fixed and hermetically sealed to one another, in particular fused.
  • connection interface 201 is produced by laser welding with ultra-short laser pulses.
  • substrate 104 and sensor element 202 are connected to one another by laser welding and thus without additional joining materials. This eliminates the need to introduce additional components for connecting sensor element 202 and substrate 104 . Mechanical stresses, which occur as a result of the introduction of components with a thermal expansion coefficient that differs greatly from the substrate 104/sensor element 202, are thus eliminated.
  • the pressure sensor arrangement 100 additionally has a connection base 220 .
  • the connection base 220 is arranged between the sensor element 202 and the substrate 104 and comprises glass.
  • a coefficient of thermal expansion of the connection base 220 differs differs by less than 1 ppm/K from the thermal expansion coefficient of the substrate 104 and the sensor element 202 . The occurrence of mechanical stresses due to the introduction of an element with a significantly different coefficient of thermal expansion compared to the coefficient of thermal expansion of the substrate 104 / of the sensor element 202 can thus be avoided.
  • connection base 220 is attached to the sensor element 202 .
  • connection base 220 and the sensor element 202 are firmly connected to one another, for example by means of anodic bonding.
  • Sensor element 202 and connection base 220 together form a sensor system 102 .
  • connection interface 201 described above is formed between the sensor system 102 , in particular an underside of the sensor system 102 , and the substrate 104 , in particular the upper side 115 of the substrate 104 .
  • the sensor system 102 and the substrate 104 are thus mechanically fixed and hermetically sealed to one another at the connection interface 201, in particular fused.
  • the laser energy for generating the connection interface 201 is coupled in on a side of the substrate 104 opposite the sensor system 102 , that is to say on the underside 114 of the substrate 104 .
  • connection base 220 can also be omitted.
  • the sensor element 202 is connected directly (without an intermediate element) to the substrate 104 .
  • the connection interface 201 is formed between the bottom 204 of the sensor element 202 and the top 115 of the substrate 104 .
  • the substrate 104 is provided.
  • the substrate 104 comprises glass as described above.
  • a second step B at least one sensor element 202, preferably a large number of sensor elements 202, is provided.
  • the sensor element 202 preferably has a silicon chip.
  • the sensor element 202 has an upper side 118 and an underside 204 , with a membrane 106 being formed on the upper side 118 .
  • the substrate 104 has a thermal expansion coefficient that differs from a thermal expansion coefficient of the sensor element 202 by less than 1 ppm/K.
  • the mechanically strong and hermetically sealed connection of substrate 104 and sensor element 202 takes place by laser welding.
  • the laser energy for bonding substrate 104 to sensor element 202 is coupled to an opposite side of substrate 104 from sensor element 202 (ie, bottom side 114 of substrate 104 ).
  • the connection interface is created by laser welding 201 , i.e. H . the area in which substrate 104 and sensor element
  • Laser welding is performed with ultra-short laser pulses.
  • the pulse lengths are in the picosecond range and/or femtosecond range.
  • the material of the substrate 104 is completely transparent for the laser wavelength.
  • the light is focused through the substrate 104 without introducing heat into it up to a joint area between the substrate 104 and the sensor element 202 . In this joint area, the heat leads to a mechanically stable joint of sensor element 202 and substrate 104, ie. H . to form the connection interface 201 .
  • connection base 220 is provided.
  • the connection base 220 comprises glass.
  • a thermal expansion coefficient of the connection base 220 differs from a thermal expansion coefficient of the substrate 104 by less than 1 ppm/K.
  • the connection base 220 is connected to the underside 204 of the sensor element, e.g. B. by anodic bonding, to form the sensor system 102 .
  • the sensor system 102 is then connected to the substrate 104 by the laser welding described above using ultra-short laser pulses. That is, the connection interface 201 is formed here between the sensor system 102 and the substrate 104 . As described above, the welding can only be carried out via multiphoton absorption because of the peculiarity of the locally limited heat input.
  • the laser energy to connect Substrate 104 and sensor system 102 are coupled on a side of substrate 104 opposite sensor system 102 .
  • individual pressure sensor arrangements 100 are provided.

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Abstract

Es wird eine Drucksensoranordnung (100) beschrieben, aufweisend - ein Sensorelement (202) mit einer Oberseite (118) und einer Unterseite (204), wobei das Sensorelement (202) eine Membran (106) aufweist, die dazu ausgebildet und angeordnet ist einem Medium ausgesetzt zu werden, und wobei das Sensorelement (202) wenigstens ein Erfassungselement (109) aufweist zur Messung eines Drucks des Mediums, - ein Substrat (104), das als Träger des Sensorelements (202) dient, wobei das Substrat (104) Glas aufweist, wobei zwischen dem Sensorelement (202) und dem Substrat (104) ein durch Laserschweißen erzeugtes Verbindungsinterface (201) ausgebildet ist, und wobei das Sensorelement (202) und das Substrat (104) an dem Verbindungsinterface (201) mechanisch fest und hermetisch miteinander verbunden sind. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung (100) beschrieben.

Description

Beschreibung
Drucksensoranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung.
Drucksensoren für Differenz-, Relativ- und Absolutdruck sind in der Regel Hybridaufbauten aus unterschiedlichen Funktionsmaterialien mit variierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten und weisen deshalb ein jeweils individuell spezifisches Profil bezüglich mechanischer Spannungen zwischen den in den Verbund eingebrachten Werkstoffen auf, wenn sie hohen Temperaturen (z.B. bis zu mindestens 150°C) und niedrigen Temperaturen (z.B. bis zu mindestens -40°C) ausgesetzt sind.
Bekannte Drucksensoranordnungen bestehen im Allgemeinen aus einem Sensorelement, welches durch Kombination verschiedener Materialien mechanisch gehalten und elektrisch kontaktiert wird, so dass ein Einbau in eine Arbeitsanordnung zur Druckmessung möglich ist. Die mechanische Halterung des Sensorelementes kann in aggressiven Medien nicht über organische Klebstoffe realisiert werden, da organische Klebstoffe nicht immer in der Lage sind, den aggressiven Flüssigkeiten standzuhalten. Daher wird die mechanische Halterung des Sensorelements bei Anwendungen unter aggressiven Bedingungen durch anorganische Fügematerialien auf Metall- oder Keramiksubstraten realisiert, beispielsweise durch Hart- oder Weichlotmaterialien oder Fügegläsern. In derartigen Aufbauten unterscheiden sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Sensorelement, Lotmaterial und Substrat in nennenswerter Höhe bis zu 10 ppm/K und darüber .
Die daraus resultierenden mechanischen Spannungen können zu Druckmess fehlern durch thermische Hysterese , Druckhysterese , Nullpunktstabilität , Ausgangsstabilität unter Druck und anderen, nicht kompensierbaren, Fehlern führen .
Daher weisen Drucksensoranordnungen nach dem Stand der Technik in ihrer Genauigkeit und Funktionalität technische Begrenzungen auf , wenn sie hohen bzw . niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind . Die technischen Begrenzungen der Drucksensoranordnungen können damit unter Umständen die Funktionalität komplexer technischer Systeme in Industrie- und Automobilanwendungen einschränken .
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es eine Drucksensoranordnung und ein Herstellungsverfahren zu beschreiben, welche die im Stand der Technik vorherrschenden Probleme lösen .
Diese Aufgabe wird durch eine Drucksensoranordnung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst .
Gemäß einem Aspekt wird eine Drucksensoranordnung beschrieben . Die Drucksensoranordnung ist zur Bestimmung von Di f ferenz- , Relativ- oder Absolutdruck ausgebildet . Die Drucksensoranordnung ist dazu ausgebildet den Druck einer Flüssigkeit oder eines Gases unter aggressiven Bedingungen zuverlässig und genau zu messen . Die Drucksensoranordnung ist geeignet aggressiven Medien, wie z . B . Öl , Kraftstof f , Harnstof f , Kältemittel und dergleichen, standzuhalten . Die Drucksensoranordnung ist ferner dazu ausgelegt in einem breiten Temperaturbereich zu arbeiten, der niedrige Temperaturen bis zu mindestens -40 ° C und hohe Temperaturen bis zu mindestens 150 ° C umfasst . Die Drucksensoranordnung ist ferner dazu ausgebildet den Druck -einer Flüssigkeit oder eines Gases in einem Druckbereich zu messen, der sich von 0 , 05 bar bis zu 100 bar oder mehr erstreckt . Die Drucksensoranordnung ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug geeignet , beispielsweise als KFZ-Abgas-Applikation und/oder im Powertrain . Die Drucksensoranordnung ist ferner beispielsweise als Kühlmittel- oder Wasserstof f-Drucksensor zur Überwachung industrieller Prozesse geeignet .
Die Drucksensoranordnung weist wenigstens ein Sensorelement auf . Das Sensorelement kann als MEMS (Mikro-Elektronisch- Mechanischen-System) -Bauteil ausgebildet sein . Bevorzugt weist das Sensorelement einen Sili ziumchip auf .
Das Sensorelement weist eine Membran auf . Die Membran ist dazu ausgebildet und angeordnet einem Medium, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases , ausgesetzt zu werden . Das Sensorelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf . Oberseite und Unterseite sind einander gegenüberliegend angeordnet . Für die Orientierung des Sensorelements wird im Folgenden die Seite des Sensorelements , an der sich die Membran befindet , als Oberseite des Sensorelements bezeichnet und die gegenüberliegende Seite als Unterseite des Sensorelements . An der Unterseite befindet sich im Sensorelement ein Medienzugang, der die Membran von der Unterseite her für ein Druck führendes Medium zugänglich macht .
Das Sensorelement weist wenigstens ein Erfassungselement , bevorzugt eine Viel zahl von Erfassungselementen, auf . Das Erfassungselement ist zur Messung eines Drucks des Mediums aus- gebildet . Das Erfassungselement ist auf der Membran ausgebildet .
Die Drucksensoranordnung weist ferner ein Substrat auf . Das Substrat weist eine Oberseite und eine Unterseite auf . Das Substrat dient als Träger des Sensorelements . Das Sensorelement ist auf dem Substrat , insbesondere auf der Oberseite des Substrats , angeordnet . Das Substrat ist optisch transparent . Das Substrat weist Glas auf . Bevorzugt besteht das Substrat aus Glas .
Das Sensorelement und das Substrat sind mechanisch fest und unlösbar miteinander verbunden . Das Sensorelement und das Substrat sind miteinander verschmol zen bzw . verschweißt . Zwischen dem Sensorelement und dem Substrat ist ein Verbindungsinterface ausgebildet . Das Verbindungsinterface ist ein Bereich, in dem Substrat und Sensorelement miteinander verbunden sind . Das Verbindunginterface ist zwischen der Unterseite des Sensorelements und der Oberseite des Substrats ausgebildet .
Das Verbindungsinterface ist mittels Laserschweißen erzeugt . Mit anderen Worten, Substrat und Sensorelement sind durch Laserschweißen miteinander verbunden, insbesondere verschmolzen . Das Laserschweißen wird bevorzugt mit ultrakurzen Laserpulsen durchgeführt ( Pulslängen im Picosekundenbereich und kürzer ) . Die durch das Laserschweißen erzeugte Wärmezufuhr ist lokal begrenzt , d . h . es erfolgt keine komplette Erwärmung des Substrats . Lediglich in einem Fügebereich zwischen dem Substrat und dem Sensorelement , d . h . in einem Bereich in welchem Substrat und Sensorelement aneinander angefügt werden, kommt es zur Erhitzung und damit zum Verschmel zen von Substrat und Sensorelement . Insbesondere wird beim Laserschwei- ßen mit ultrakurzen Laserpulsen das Licht durch das optisch transparente Substrat ohne Wärmeeintrag in dieses bis zum Fügebereich fokussiert , wo die Wärme über Multiphotonenabsorp- tion im Fokalbereich über einige 10 Mikrometer äußerst lokal über Verschmel zen zu mechanisch stabiler Fügung von Sensorelement und Substrat und damit zur Ausbildung des Verbindungsinterface führt .
Damit ist die Drucksensoranordnung frei von einem zusätzlichen Verbindungsmittel bzw . von einem zusätzlichen Fügematerial zur Verbindung von Sensorelement und Substrat . Das Sensorelement und das Substrat sind an dem Verbindungsinterface mechanisch fest und hermetisch dicht miteinander verbunden .
Durch das Verbinden von Sensorelement und Substrat durch Laserschweißen können zusätzliche Fügematerialien / Fügemittel , die auf Grund unterschiedlicher Ausdehnungskoef fi zienten zu mechanischen Spannungen führen können, entfallen . Damit wird eine besonders langlebige und zuverlässige Drucksensoranordnung zur Verfügung gestellt . Ferner ist die Drucksensoranordnung dadurch genauer und funktioneller im Vergleich zu herkömmlichen Drucksensoranordnungen, wenn sie hohen Temperaturen (bis zu mindestens 150 ° C ) und niedrigen Temperaturen ( z . B . bis zu mindestens -40 ° C ) ausgesetzt ist .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist das Substrat einen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auf , der sich von einem Wärmeausdehnungskoef fi zienten des Sensorelements um weniger als 1 ppm/K unterscheidet . Damit weisen Substrat und Sensorelement einen annähernd identischen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auf . Auf Grund der minimalen bzw . ganz fehlenden Wärmeausdehnungsdiskrepanzen entstehen in der Drucksensoranordnung nur minimale bzw . keine mechanische Spannungen, die bei hohen Temperaturen und niedrigen Temperaturen von dem Substrat auf den Sensorchip übertragen werden könnten . Damit wird eine besonders zuverlässige Drucksensoranordnung zur Verfügung gestellt .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist das Sensorelement eine Verbindungsbasis auf . Die Verbindungsbasis ist zwischen dem Sensorelement und dem Substrat angeordnet . Die Verbindungsbasis ist an der Unterseite des Sensorelements angeordnet . Sensorelement und Verbindungsbasis stellen ein Sensorsystem dar .
Die Verbindungsbasis sorgt für eine mechanische Entkopplung des Sensorelements vom Fügebereich mit dem Substrat . Die Verbindungsbasis wird bevorzugt bei sehr präzisen Drucksensoren eingesetzt . Das oben beschriebene Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen ist sowohl mit dem Sensorelement als auch mit einer zwischen Sensorelement und Substrat liegenden Verbindungsbasis möglich .
Die Verbindungsbasis weist Glas auf . Bevorzugt besteht die Verbindungsbasis aus Glas . Vorzugsweise weist die Verbindungsbasis ein im Vergleich zu dem Substratmaterial sehr ähnliches oder identisches Material auf . Insbesondere unterscheidet sich ein Wärmeausdehnungskoef fi zient der Verbindungsbasis um weniger als 1 ppm/K von dem Wärmeausdehnungskoef fi zienten des Substrats . Damit kann die Drucksensoranordnung weitgehend von mechanischen Spannungen freigehalten werden .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel ist die Verbindungsbasis an das Sensorelement angefügt . Beispielsweise ist die Verbindungsbasis mittels anodischem Bonden mit dem Sensorelement verbunden . Das Verbindungsinterface ist zwischen der Verbindungsbasis und dem Substrat ausgebildet. Mit anderen Worten, das Sensorsystem aufweisend das Sensorelement und die Verbindungsbasis ist mittels Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen mit dem Substrat verbunden. Eine Laserenergie zur Verbindung von Substrat und Sensorsystem wird dafür an einer dem Sensorsystem gegenüberliegenden Seite des Substrats, d.h. an einer Unterseite des Substrats, eingekoppelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung beschrieben. Vorzugsweise wird durch das Verfahren die oben beschriebene Drucksensoranordnung hergestellt. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf die Drucksensoranordnung oder das Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den jeweiligen anderen Aspekt offenbart und umgekehrt, auch wenn die jeweilige Eigenschaft nicht explizit im Kontext des jeweiligen Aspekts erwähnt wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
A) Bereitstellen eines Substrats, vorzugsweise des oben beschriebenen Substrats. Das Substrat weist Glas auf.
B) Bereitstellen eines Sensorelements, vorzugsweise des oben beschriebenen Sensorelements. Das Sensorelement weist vorzugsweise einen Siliziumchip auf. Das Sensorelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Eine Membran ist an der Oberseite des Sensorelements ausgebildet. Bevorzugt weist das Substrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der sich von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorelements um weniger als 1 ppm/K unterscheidet. C ) Mechanisch festes und hermetisch dichtes Verbinden von Substrat und Sensorelement durch Laserschweißen . Das Laserschweißen wird mit ultrakurzen Laserpulsen durchgeführt . Die Pulslängen liegen im Picosekundenbereich und/oder Femtosekundenbereich . Das Material des Substrats ist vollständig transparent für die Laserwellenlänge . Bei diesem Verfahren wird das Licht durch das optisch transparente Substrat ohne Wärmeeintrag in dieses bis zu einem Fügebereich zwischen Substrat und Sensorelement fokussiert . Am Fügebereich führt die Wärme über nichtlineare Absorption (Multiphotonenabsorption) im Fokalbereich über einige 10 Mikrometer äußerst lokal über Verschmel zen zu einer mechanisch stabilen Fügung von Sensorelement und Substrat . Die Laserenergie zur Verbindung von Substrat und Sensorelement wird dabei an einer dem Sensorelement gegenüberliegenden Seite des Substrats ( d . h . an einer Unterseite des Substrats ) eingekoppelt . Die Energiezufuhr erfolgt ohne physischen Kontakt zum Substrat/ zum Sensorelement und kann selektiv in den gewünschten Fügebereich eingekoppelt werden .
Durch die Verbindung mittels Laserschweißen können ferner zusätzliche Fügemittel zur Verbindung von Substrat und Sensorelement entfallen . Aufgrund der minimalen bzw . ganz fehlenden Wärmeausdehnungsdiskrepanzen entstehen in der Drucksensoranordnung nur minimale bzw . keine mechanischen Spannungen, die bei hohen Temperaturen und niedrigen Temperaturen von dem Substrat auf den Sensorchip übertragen werden . Somit wird ein sehr flexibles und ef fi zientes Verfahren bereitgestellt , durch welches eine äußerst zuverlässige , hochef fi ziente und langlebige Drucksensoranordnung hergestellt wird .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel wird in einem optionalen
Schritt eine Verbindungsbasis bereitgestellt , bevor das Sen- sorelement mit dem Substrat verbunden wird . Die Verbindungsbasis weist Glas auf . Vorzugsweise weist das Substrat einen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auf , der sich von einem Wärmeausdehnungskoef fi zienten des Sensorelements und der Verbindungsbasis um weniger als 1 ppm/K unterscheidet . Bevorzugt weisen die Verbindungsbasis und das Substrat das gleiche Material auf .
Die Verbindungsbasis , insbesondere eine Oberseite der Verbindungsbasis , wird mit der Unterseite des Sensorelements verbunden zur Ausbildung eines Sensorsystems aufweisend die Verbindungsbasis und das Sensorelement . Vorzugsweise wird die Verbindungsbasis durch anodisches Bonden mit dem Sensorelement verbunden .
Anschließend wird das Sensorsystem durch das oben beschriebene Laserschweißen ( Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen) mit dem Substrat verbunden, insbesondere verschmol zen . Insbesondere wird durch Laserschweißen eine Unterseite des Sensorsystems mit der Oberseite des Substrats mechanisch fest und hermetisch dicht verbunden . Die Laserenergie zur Verbindung von Substrat und Sensorsystem wird dabei an einer dem Sensorsystem gegenüberliegenden Seite des Substrats eingekoppelt .
Die nachfolgend beschriebene Zeichnung ist nicht als maßstabsgetreu auf zufassen . Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert , verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein .
Es zeigt : Figur 1 eine Schnittdarstellung einer Drucksensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Die Figur 1 zeigt eine Drucksensoranordnung 100 zur Messung von Absolut-, Relativ-, oder Differenzdruck. Die Drucksensoranordnung 100 ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug geeignet, beispielsweise als KFZ-Abgas-Applikation und/oder im Powertrain. Die Drucksensoranordnung 100 ist ferner beispielsweise als Kühlmittel- oder Wasserstoff-Drucksensor zur Überwachung industrieller Prozesse geeignet. Die Drucksensoranordnung 100 kann in einem sehr breiten Temperaturbereich (z.B. -40°C bis 150°C) eingesetzt werden.
Die Drucksensoranordnung 100 weist ein Sensorelement 202 mit einer Oberseite 118 und einer Unterseite 204 auf. Das Sensorelement 202 ist bevorzugt ein Siliziumchip. Das Sensorelement 202 weist an der Oberseite 118 eine Membran 106 auf, die einen Hohlraum 107 in einem Innenbereich der Drucksensoranordnung 100 nach außen hin abgrenzt. Die Membran 106 ist dazu ausgebildet und angeordnet einem Medium (z.B. einem Fluid o- der einem Gas) ausgesetzt zu werden. Auf der Membran 106 ist ferner ein Erfassungselement 109 angeordnet zur Messung eines Drucks des Mediums. Selbstverständlich kann die Drucksensoranordnung 100 auch mehr als ein Erfassungselement 109 aufweisen.
Die Drucksensoranordnung 100 weist ferner ein Substrat 104 als Träger des Sensorelements 202 auf. Das Substrat 104 weist eine Oberseite 115 und eine Unterseite 114 auf. Das Sensorelement 202 ist an der Oberseite 115 des Substrats 202 angeordnet bzw. an dem Substrat 202 befestigt. Das Sensorelement 202 ist mit der Oberseite 115 des Substrats 202 verschweißt bzw . verschmol zen, wie später im Detail beschrieben wird .
Das Substrat 104 weist Glas auf . Das Substrat 104 weist einen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auf , der sich von einem Wärmeausdehnungskoef fi zienten des Sensorelements 202 um weniger als 1 ppm/K unterscheidet . Folglich weisen Substrat 104 und Sensorelement 202 annähernd gleiche Wärmeausdehnungskoef fizienten auf , was zu einer Reduzierung bzw . Vermeidung von mechanischen Spannungen, insbesondere bei sehr hohen und bei sehr niedrigen Temperaturen führt .
Zwischen dem Sensorelement 202 und dem Substrat 104 ist ein Verbindungsinterface 201 ausgebildet . Das Verbindungsinterface 201 ist ein Bereich, in dem das Sensorelement 202 und das Substrat 104 mechanisch fest und hermetisch dicht miteinander verbunden, insbesondere verschmol zen, sind .
Das Verbindungsinterface 201 ist durch Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen erzeugt . Mit anderen Worten, Substrat 104 und Sensorelement 202 sind durch Laserschweißen und damit ohne zusätzliche Fügematerialien miteinander verbunden . Damit entfällt das Einbringen von zusätzlichen Komponenten zur Verbindung von Sensorelement 202 und Substrat 104 . Mechanische Spannungen, die durch das Einbringen von Komponenten mit einem vom Substrat 104 / Sensorelement 202 stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auftreten, entfallen damit .
In dem gezeigten Aus führungsbeispiel weist die Drucksensoranordnung 100 zusätzlich eine Verbindungsbasis 220 auf . Die Verbindungsbasis 220 ist zwischen dem Sensorelement 202 und dem Substrat 104 angeordnet und weist Glas auf . Ein Wärmeausdehnungskoef fi zient der Verbindungsbasis 220 unterscheidet sich um weniger als 1 ppm/K von dem Wärmeausdehnungskoef fizienten des Substrats 104 und des Sensorelements 202 . Das Auftreten von mechanischen Spannungen durch das Einbringen eines Elements mit deutlich unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoef fi zienten im Vergleich zu dem Wärmeausdehnungskoeffi zient des Substrats 104 / des Sensorelements 202 kann damit vermieden werden .
Die Verbindungsbasis 220 ist an das Sensorelement 202 angefügt . Insbesondere sind die Verbindungsbasis 220 und das Sensorelement 202 fest miteinander verbunden, beispielsweise mittels anodischem Bonden . Sensorelement 202 und Verbindungsbasis 220 bilden zusammen ein Sensorsystem 102 .
Das oben beschriebene Verbindungsinterface 201 ist zwischen dem Sensorsystem 102 , insbesondere einer Unterseite des Sensorsystems 102 , und dem Substrat 104 , insbesondere der Oberseite 115 des Substrats 104 , ausgebildet . Damit sind das Sensorsystem 102 und das Substrat 104 mechanisch fest und hermetisch dicht an dem Verbindungsinterface 201 miteinander verbunden, insbesondere verschmol zen . Die Laserenergie zur Erzeugung des Verbindungsinterface 201 wird dabei an einer dem Sensorsystem 102 gegenüberliegenden Seite des Substrats 104 eingekoppelt , das heißt an der Unterseite 114 des Substrats 104 .
In einem alternativen Aus führungsbeispiel (nicht expli zit dargestellt ) kann die Verbindungsbasis 220 auch entfallen . Das bedeutet , das Sensorelement 202 ist in diesem Fall direkt ( ohne ein Zwischenelement ) mit dem Substrat 104 verbunden . In diesem Fall ist das Verbindungsinterface 201 zwischen der Unterseite 204 des Sensorelements 202 und der Oberseite 115 des Substrats 104 ausgebildet . Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung, vorzugsweise der oben beschriebenen Drucksensoranordnung 100 , beschrieben . Alle Eigenschaften, die in Bezug auf die Drucksensoranordnung 100 oder das Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den j eweiligen anderen Aspekt of fenbart und umgekehrt , auch wenn die j eweilige Eigenschaft nicht expli zit im Kontext des j eweiligen Aspekts erwähnt wird . Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf :
In einem ersten Schritt A) erfolgt ein Bereitstellen des Substrats 104 . Das Substrat 104 weist wie oben beschrieben Glas auf .
In einem zweiten Schritt B ) wird wenigstens ein Sensorelement 202 , bevorzugt eine Viel zahl von Sensorelementen 202 , bereitgestellt . Das Sensorelement 202 weist vorzugsweise einen Sili ziumchip auf . Das Sensorelement 202 weist eine Oberseite 118 und eine Unterseite 204 auf , wobei eine Membran 106 an der Oberseite 118 ausgebildet ist . Wie oben beschrieben, weist das Substrat 104 einen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auf , der sich von einem Wärmeausdehnungskoef fi zienten des Sensorelements 202 um weniger als 1 ppm/K unterscheidet .
In einem nächsten Schritt C ) erfolgt das mechanisch feste und hermetisch dichte Verbinden von Substrat 104 und Sensorelement 202 durch Laserschweißen . Die Laserenergie zur Verbindung von Substrat 104 und Sensorelement 202 wird an einer dem Sensorelement 202 gegenüberliegenden Seite des Substrats 104 ( d . h . an der Unterseite 114 des Substrats 104 ) eingekoppelt . Durch das Laserschweißen entsteht das Verbindungsinterface 201 , d . h . der Bereich, in dem Substrat 104 und Sensorelement
202 fest miteinander verbunden sind .
Das Laserschweißen wird mit ultrakurzen Laserpulsen durchgeführt . Die Pulslängen liegen im Picosekundenbereich und/oder Femtosekundenbereich . Das Material des Substrats 104 ist dabei vollständig transparent für die Laserwellenlänge . Das Licht wird durch das Substrat 104 ohne Wärmeeintrag in dieses bis zu einem Fügebereich zwischen Substrat 104 und Sensorelement 202 fokussiert . An diesem Fügebereich führt die Wärme über nichtlineare Absorption (Multiphotonenabsorption) im Fokalbereich über einige 10 Mikrometer äußerst lokal über Verschmel zen zu einer mechanisch stabilen Fügung von Sensorelement 202 und Substrat 104 , d . h . zur Ausbildung des Verbindungsinterface 201 .
In einem optionalen Schritt wird vor dem Schritt C ) die Verbindungsbasis 220 bereitgestellt . Die Verbindungsbasis 220 weist Glas auf . Ein Wärmeausdehnungskoef fi zient der Verbindungsbasis 220 unterscheidet sich von einem Wärmeausdehnungskoef fi zienten des Substrats 104 um weniger als 1 ppm/K . Die Verbindungsbasis 220 wird mit der Unterseite 204 des Sensorelements verbunden, z . B . durch anodisches Bonden, zur Ausbildung des Sensorsystems 102 .
Anschließend wird in diesem Aus führungsbeispiel das Sensorsystem 102 durch das oben beschriebene Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen mit dem Substrat 104 verbunden . Das heißt , das Verbindungsinterface 201 wird hier zwischen dem Sensorsystem 102 und dem Substrat 104 ausgebildet . Wie oben beschrieben, lässt sich die Schweißung nur wegen der Besonderheit der lokal begrenzten Wärmezufuhr über Multiphotonenabsorption durchführen . Die Laserenergie zur Verbindung von Substrat 104 und Sensorsystem 102 wird dabei an einer dem Sensorsystem 102 gegenüberliegenden Seite des Substrats 104 eingekoppelt . In einem letzten Schritt erfolgt eine Vereinzelung zur Bereitstellung von einzelnen Drucksensoranordnungen 100 .
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Aus führungs formen beschränkt . Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Aus führungs formen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden .
Bezugs zeichenliste
100 Drucksensoranordnung
102 Sensorsystem 104 Substrat
106 Membran
107 Hohlraum
109 Er f as sungs element
114 Unterseite des Substrats 115 Oberseite des Substrats
118 Oberseite des Sensorelements
201 Verbindungsinter face
202 Sensor element
204 Unterseite des Sensorelements 220 Verbindungsbasis

Claims

Patentansprüche
1. Drucksensoranordnung (100) aufweisend
- ein Sensorelement (202) mit einer Oberseite (118) und einer Unterseite (204) , wobei das Sensorelement (202) eine Membran (106) aufweist, die dazu ausgebildet und angeordnet ist einem
Medium ausgesetzt zu werden, und wobei das Sensorelement
(202) wenigstens ein Erfassungselement (109) aufweist zur Messung eines Drucks des Mediums,
- ein Substrat (104) , das als Träger des Sensorelements (202) dient, wobei das Substrat (104) Glas aufweist, wobei zwischen dem Sensorelement (202) und dem Substrat (104) ein durch Laserschweißen erzeugtes Verbindungsinterface (201) ausgebildet ist, und wobei das Sensorelement (202) und das Substrat (104) an dem Verbindungsinterface (201) mechanisch fest und hermetisch dicht miteinander verbunden sind.
2. Drucksensoranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Drucksensoranordnung (100) frei von einem Verbindungsmittel zur Verbindung von Sensorelement (202) und Substrat (204) ist.
3. Drucksensoranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (104) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorelements (202) um weniger als 1 ppm/K unterscheidet .
4. Drucksensoranordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (202) einen Siliziumchip aufweist.
5. Drucksensoranordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Erfassungselement (109) an der Membran (106) angeordnet ist.
6. Drucksensoranordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Medium eine Flüssigkeit oder ein Gas ist.
7. Drucksensoranordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Laserenergie zur Erzeugung des Verbindungsinterface (201) an einer Unterseite (114) des Substrats (104) eingekoppelt wird und/oder wobei das Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen erfolgt.
8. Drucksensoranordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Verbindungsbasis (220) , die zwischen dem Sensorelement (202) und dem Substrat (104) angeordnet ist, wobei die Verbindungsbasis (220) Glas aufweist.
9. Drucksensoranordnung (100) nach Anspruch 8, wobei die Verbindungsbasis (220) an das Sensorelement (202) angefügt ist und wobei das Verbindungsinterface (201) zwischen der Verbindungsbasis (220) und dem Substrat (104) ausgebildet ist.
10. Drucksensoranordnung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verbindungsbasis (220) mittels anodischem Bonden mit dem Sensorelement (202) verbunden ist.
11. Drucksensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Substrat (104) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Verbindungsbasis (220) um weniger als 1 ppm/K unterscheidet .
12. Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung (100) aufweisend die folgenden Schritte:
A) Bereitstellen eines Substrats (104) , wobei das Substrat (104) Glas aufweist;
B) Bereitstellen wenigstens eines Sensorelements (202) , wobei das Sensorelement eine Oberseite (118) und eine Unterseite (204) aufweist, und wobei eine Membran (106) an der Oberseite (118) ausgebildet ist;
C) Mechanisch festes und hermetisch dichtes Verbinden von Substrat (104) und Sensorelement (202) durch Laserschweißen, wobei bei dem Laserschweißen ein Verbindungsinterface (201) zwischen Substrat (104) und Sensorelement (202) ausgebildet wird .
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Laserenergie zur Verbindung von Substrat (104) und Sensorelement (202) an einer dem Sensorelement (202) gegenüberliegenden Seite des Substrats (104) eingekoppelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei vor Schritt C) eine Verbindungsbasis (220) bereitgestellt wird, wobei die Verbindungsbasis (220) Glas aufweist, und wobei die Verbindungsbasis (220) mit der Unterseite (204) des Sensorelements (202) verbunden wird zur Ausbildung eines Sensorsystems (102) .
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Verbindungsbasis (220) durch anodisches Bonden mit dem Sensorelement (202) verbunden wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Sensorsystem (102) durch Laserschweißen mit ultrakurzen Laserpulsen mit dem Substrat (104) verbunden wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine Laserenergie zur Verbindung von Substrat (104) und Sensorsystem (102) an einer dem Sensorsystem (102) gegenüberliegenden Seite des Substrats (104) eingekoppelt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 15, wobei das Substrat (104) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorelements (202) und/oder der Verbindungsbasis (220) um weniger als 1 ppm/K unterscheidet.
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