RU2664690C1 - Датчик - Google Patents

Датчик Download PDF

Info

Publication number
RU2664690C1
RU2664690C1 RU2017106104A RU2017106104A RU2664690C1 RU 2664690 C1 RU2664690 C1 RU 2664690C1 RU 2017106104 A RU2017106104 A RU 2017106104A RU 2017106104 A RU2017106104 A RU 2017106104A RU 2664690 C1 RU2664690 C1 RU 2664690C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
chip
sensor chip
electronic
sensor according
Prior art date
Application number
RU2017106104A
Other languages
English (en)
Inventor
Томас ЦЕЗАРЬ
Ренате ТАППЕР
Штеффен ХАЙНЦ
Марко НОЙБЕРТ
Original Assignee
Карл Фройденберг Кг
ИДиСи ЭЛЕКТРОНИК ДИЗАЙН ХЕМНИЦ ГМБХ
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 Карл Фройденберг Кг, ИДиСи ЭЛЕКТРОНИК ДИЗАЙН ХЕМНИЦ ГМБХ filed Critical Карл Фройденберг Кг
Application granted granted Critical
Publication of RU2664690C1 publication Critical patent/RU2664690C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C1/0023—Packaging together an electronic processing unit die and a micromechanical structure die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0061—Packages or encapsulation suitable for fluid transfer from the MEMS out of the package or vice versa, e.g. transfer of liquid, gas, sound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/42—Auxiliary equipment or operation thereof
    • B01D46/44—Auxiliary equipment or operation thereof controlling filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/008—MEMS characterised by an electronic circuit specially adapted for controlling or driving the same
    • 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
    • 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
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • 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
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L24/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/01—Microstructural systems or auxiliary parts thereof comprising a micromechanical device connected to control or processing electronics, i.e. Smart-MEMS
    • B81B2207/012—Microstructural systems or auxiliary parts thereof comprising a micromechanical device connected to control or processing electronics, i.e. Smart-MEMS the micromechanical device and the control or processing electronics being separate parts in the same package
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/07—Interconnects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128—Processes for removing material
    • B81C2201/013—Etching
    • B81C2201/0132—Dry etching, i.e. plasma etching, barrel etching, reactive ion etching [RIE], sputter etching or ion milling
    • 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
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L2009/0066—Mounting arrangements of diaphragm transducers; Details thereof, e.g. electromagnetic shielding means
    • G01L2009/0069—Mounting arrangements of diaphragm transducers; Details thereof, e.g. electromagnetic shielding means the transducer being mounted on a flexible element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

Использование: для создания датчика перепадов давления. Сущность изобретения заключается в том, что датчик для измерения перепадов давления содержит электронный чип и сенсорный чип, находящиеся внутри функционального объема, который имеет длину максимум 4-5 мм, ширину максимум 2-3 мм и высоту максимум 0,5-0,8 мм, причем сенсорный чип выполнен с возможностью измерения перепада давления в диапазоне 10-500 Пa. Технический результат: обеспечение возможности создания компактного датчика, измеряющего очень небольшие перепады давления в диапазоне 10-500 Пa. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение касается датчика.
Из заявки DE 10 2010 044 616 A1 известна микросистема для фильтрующей вставки.
Из заявки DE 10 2009 040 707 A1 уже известен фильтрующий элемент, в котором с фильтрующей средой согласован датчик.
Недостатком известных фильтрующих элементов является то, что указанные датчики обычно выполнены сравнительно большими для того, чтобы измерять и оценивать одну или несколько физических величин. Изготовление таких фильтрующих элементов относительно дорого. Кроме того, большие датчики трудно устанавливать на фильтрующих элементах.
В частности, измерение очень небольших перепадов давления в диапазоне 10-500 Пa в уровне техники возможно лишь с помощью сравнительно больших датчиков, и для их установки требуется много пространства.
Кроме того, подсоединение такого сравнительно большого датчика к фильтрующему элементу является довольно трудным и дорогостоящим. Помимо этого, контактирование такого датчика происходит обычно посредством кабеля. Последнее нежелательно прежде всего потому, что работа с кабелями является трудоемкой и неприемлемой для конечных пользователей.
В основу данного изобретения положена задача создания компактного датчика.
Согласно изобретению указанная задача решается признаками независимого пункта 1 формулы изобретения.
Прежде всего было установлено, что существует потребность в миниатюризации датчика для измерения незначительных перепадов давления в диапазоне 10-500 Пa.
Затем было установлено, что миниатюризация и предпочтительно беспроводное электропитание без использования разъемных контактов делают возможным экономичное интегрирование такого датчика. Такое интегрирование и предпочтительно беспроводная, не использующая разъемные контакты передача энергии и данных не требует к тому же никаких дополнительных затрат на установку.
В соответствии с изобретением конкретно было установлено, что датчик, имеющий столь небольшой функциональный объем, особенно легко монтируется. Кроме того, может быть сэкономлен материал, если функциональный объем выбирается таким небольшим.
Таким образом решается поставленная вначале задача.
Можно использовать технологию 180 нм для того, чтобы разместить на сенсорном чипе электронику и мембрану. Это позволяет получить компактную структуру сенсорного чипа и, тем самым, функционального объема.
Внутри функционального объема могут быть расположены несколько электронных чипов и/или несколько сенсорных чипов. Благодаря этому возможно измерение нескольких физических величин.
Электронный чип может иметь несколько аналоговых и/или цифровых интерфейсов, посредством которых могут считываться различные сенсорные чипы. За счет этого один единственный электронный чип может быть скомбинирован с различными датчиками или сенсорными чипами.
С помощью электронного чипа и/или сенсорного чипа возможна или осуществляется беспроводная передача энергии и/или данных через радиоинтерфейс, в частности RFID-интерфейс (с радиочастотной идентификацией), или через не использующее разъемов соединение контактов. Благодаря этому больше не требуется трудоемкое кабельное соединение.
Сенсорный чип с преобразовательным элементом и/или сенсорный чип с преобразовательным элементом и фронт-эндом для датчика в своей совокупности могут быть изготовлены с использованием 180 нм КМОП-технологии (анг.CMOS = КМОП), в частности, для измерения перепада давления в диапазоне 10-500 Пa с разрешением в 5 Пa. Благодаря этому возможно точное и эффективное измерение давлений.
В связи с этим указанный преобразовательный элемент может быть выполнен как транзистор или резистор на кремниевой мембране. Таким образом получается очень надежное устройство.
Электронный чип и сенсорный чип могут быть размещены рядом друг с другом на одной плате. Благодаря этому реализуется очень плоская структура.
Электронный чип и сенсорный чип могут быть электрически соединены друг с другом гибкими металлическими проволочными выводами. Электронный чип и сенсорный чип могут быть, таким образом, расположены очень плотно друг к другу. Использование гибких металлических проволочных выводов позволяют простое изготовление, так как эти гибкие металлические проволочные выводы размещаются на обращенной от платы стороне таких чипов.
Электронный чип и сенсорный чип могут быть электрически связаны друг с другом посредством соединения «методом перевернутого кристалла» с использованием контактирующих выступов, а именно так называемых «Bumps» (контактных бугорков из мягкого припоя). Такое контактирование целесообразно, если электронные устройства, а именно, в частности, оксидные слои, расположенные на кремниевой подложке, обращены к плате, а чистая кремниевая сторона кремниевой подложки обращена от платы.
Сенсорный чип может содержать мембрану и электронные устройства. Сенсорный чип может состоять из кремниевой подложки, на которой и/или в которой находится электроника. Сенсорный чип может быть, тем самым, очень компактным. Возможно также, чтобы мембрана состояла только из кремниевой подложки и по меньшей мере одного или нескольких преобразовательных элементов. Преобразовательный элемент предпочтительно представляет собой легированную область.
В связи с этим сенсорный чип может содержать кремниевую подложку, в которой травлением образована мембрана, которая свободна от электронных устройств и/или оксидных слоев до преобразовательных элементов. Преобразовательные элементы предпочтительно выполнены в виде n- или p-легированных областей на мембране и/или в ней. За счет такого вытравливания мембраны также получается компактная структура сенсорного чипа, поскольку в качестве мембраны используется присутствующий в кремниевой подложке собственный материал. Поэтому мембрана выполнена как кремниевая мембрана.
Электронные устройства или оксидные слои толщиной примерно 10 мкм могут стравливаться вплоть до получения кремниевой подложки, причем с другой стороны кремниевая подложка вытравливается на глубину до 500 мкм, чтобы получилась такая мембрана.
Электронный чип и сенсорный чип могут быть расположены на одной плате, в которой образовано сквозное отверстие, причем это сквозное отверстие предоставляет единственный проводящий среду доступ в объем, который образован, соответственно, герметично ограничен платой, сенсорным чипом и охватывающим сенсорный чип уплотнительным кольцом, причем к этому объему обращена первая поверхность мембраны. Вторая поверхность мембраны, противоположная первой поверхности мембраны, обращена в атмосферу или в другое пространство, герметично отделенное от объема. За счет этого сенсорный чип может измерять перепады давления, когда на эти две поверхности мембраны воздействуют разные давления.
Функциональный объем в смысле данного описания образован лишь суммами протяженностей каждого из электронных чипов и сенсорных чипов в направлениях x, y и z. Упомянутые гибкие металлические проволочные выводы, контактирующие выступы и/или части уплотнительного кольца ничего не привносят в этот функциональный объем, соответственно, не увеличивают его. В частности, эти гибкие металлические проволочные выводы, контактирующие выступы и части уплотнительного кольца могут выступать наружу за этот функциональный объем. Часть уплотнительного кольца, находящаяся между электронным чипом и сенсорным чипом, может не учитываться в общей протяженности функционального объема в направлениях x, y или z. Определяющими являются только размеры электронных чипов и сенсорных чипов как таковых в соответствующих направлениях. На Фиг.4 в качестве примера показан расчет, соответственно, измерение протяженностей в направлениях x и z.
Сенсорный чип в связи с этим может иметь разрешение в 5 Пa. Сенсорный чип может иметь разрешение в диапазоне от 1 Пa до менее 5 Пa. Сенсорный чип может иметь разрешение в диапазоне от более 5 Пa до 10 Пa.
Для оценки данных датчика необходимо подключение датчика к приборной электронике. Такое подключение обычно осуществляется через кабель.
На чертежах показано следующее:
Фиг.1 схематичный вид датчика, причем датчик содержит только два чипа, а именно электронный чип и сенсорный чип, которые соединены друг с другом и определяют функциональный объем,
Фиг.2 схематичный вид сенсорного чипа,
Фиг.3 схематичный вид электронного чипа,
Фиг.4 схематичный вид сенсорного чипа и электронного чипа, которые соединены друг с другом посредством гибких металлических проволочных выводов, причем оксидные слои или иные электронные устройства на кремниевой подложке сенсорного чипа обращены от платы,
Фиг.5 схематичный вид сенсорного чипа и электронного чипа, которые посредством контактирующих выступов электрически соединены с платой и друг с другом, причем оксидные слои или иные электронные устройства на кремниевой подложке сенсорного чипа обращены к плате, и
Фиг.6 схематичный прозрачный вид сверху сенсорного чипа, установленного на плате, причем несколько контактирующих выступов расположены, окружая мембрану.
На Фиг. 1 показано, что датчик 2 содержит по меньшей мере один электронный чип 4 и по меньшей мере один сенсорный чип 5, которые расположены внутри функционального объема 3 длиной максимум 4-5 мм, шириной максимум 2-3 мм и высотой максимум 0,5-0,8 мм.
Участок x составляет 5 мм, участок y составляет 3 мм и участок z составляет 0,8 мм.
Электронный чип 4 имеет несколько аналоговых и/или цифровых интерфейсов, посредством которых могут оцениваться различные сенсорные чипы.
Посредством электронного чипа 4 и сенсорного чипа 5 осуществляется беспроводная передача энергии и/или данных. Это может осуществляться через радиоинтерфейс или через не использующее разъемы соединение контактов.
Электронный чип 4 и сенсорный чип 5 расположены на плате 6, которая имеет бóльшую базовую поверхность, чем указанный функциональный объем 3.
Сенсорный чип 5 имеет разрешение в 5 Пa.
На Фиг.2 показан схематичный вид сенсорного чипа 5. Сенсорный чип 5 делает возможным детектирование перепада давления в диапазоне 10-500 Пa. Сенсорный чип 5 может состоять либо только из преобразовательного элемента 10, который преобразует изменение давления в электрический сигнал, либо из преобразовательного элемента 10 с фронт-эндом 11 для датчика.
Сенсорный чип 5 с преобразовательным элементом 10 и/или сенсорный чип 5 с преобразовательным элементом 10 и фронт-эндом 11 для датчика в своей совокупности изготовляются с использованием 180 нм КМОП-технологии.
Фронт-энд 11 для датчика может содержать электронные устройства или быть выполнен как такое электронное устройство.
Преобразовательный элемент 10 может быть выполнен как транзистор или как резистор на кремниевой мембране.
На Фиг.3 показан схематичный вид электронный чипа 4. Электронный чип 4 содержит аналоговые и/или цифровые интерфейсы для подключения к другим датчикам 12 или к другим сенсорным чипам. Электронный чип 4 содержит фронт-энд 13 для датчика. Электрический чип 4 содержит микроконтроллер для обработки 14 сигнала. Электрический чип 4 содержит запоминающий элемент 15. Электрический чип 4 содержит RFID-фронт-энд 16 для бесконтактного питания и/или для питания через контактное соединение.
На Фиг.4 с привлечением дополнительного датчика 2ʹ показано, что электронный чип 4ʹ и сенсорный чип 5ʹ расположены рядом друг с другом на плате 6ʹ. Электронный чип 4ʹ и сенсорный чип 5ʹ электрически соединены друг с другом посредством гибких металлических проволочных выводов 17.
На Фиг.5 с привлечением еще одного датчика 2ʹʹ показано, что электрический чип 4ʹʹ и сенсорный чип 5ʹʹ электрически соединены друг с другом посредством соединения «методом перевернутого кристалла» с использованием контактирующих выступов 18, а именно так называемых «Bumps» (бугорков из мягкого припоя).
Как на Фиг.4, так и на Фиг.5 сенсорный чип 5ʹ, 5ʹʹ содержит мембрану 19ʹ, 19ʹʹ и электронные устройства 20ʹ, 20ʹʹ, которые могут содержать оксидные слои. Каждый сенсорный чип 5ʹ, 5ʹʹ содержит кремниевую подложку 21ʹ, 21ʹʹ, в которой травлением образована мембрана 19ʹ, 19ʹʹ, которая свободна от электронных устройств или оксидных слоев до преобразовательных элементов 10ʹ, 10ʹʹ.
Электронный чип 4ʹ, 4ʹʹ и сенсорный чип 5ʹ, 5ʹʹ расположены на плате 6ʹ, 6ʹʹ, в которой выполнено сквозное отверстие 6ʹa, 6ʹʹa, причем это сквозное отверстие 6ʹa, 6ʹʹa является единственным проводящим среду доступом в объем 22ʹ, 22ʹʹ, образованный платой 6ʹ, 6ʹʹ, сенсорным чипом 5ʹ, 5ʹʹ и охватывающим сенсорный чип 5ʹ, 5ʹʹ уплотнительным кольцом 23ʹ, 23ʹʹ, причем к объему 22ʹ, 22ʹʹ обращена первая поверхность 19ʹa, 19ʹʹa мембраны 19ʹ, 19ʹʹ.
Электронный чип 4ʹ, 4ʹʹ приклеен. Электронный чип 4ʹ, 4ʹʹ тоже содержит электронные устройства 20ʹ, 20ʹʹ. Объем 22ʹ, 22ʹʹ герметизирован только платой 6ʹ, 6ʹʹ, сенсорным чипом 5ʹ, 5ʹʹ и уплотнительным кольцом 23ʹ, 23ʹʹ, которое окружает сенсорный чип 5ʹ, 5ʹʹ.
На две разные стороны мембраны 19ʹ, 19ʹʹ действует различное давление p1 и p2. Датчик 2ʹ, 2ʹʹ может измерять перепад давления между этими сторонами, если обе эти стороны герметично отделены друг от друга, а датчик 2ʹ, 2ʹʹ установлен и герметизирован подходящим для этого образом. Это схематично показано пунктирной линией.
Уплотнительное кольцо 23ʹ, 23ʹʹ состоит предпочтительно из заливочной массы, которая может, герметизируя, затекать даже в мелкие зазоры.
На Фиг.6 в прозрачном представлении показано, что контактирующие выступы 18 окружают мембрану 19ʹʹ. Контактирующие выступы 18 должны быть размещены настолько точно, чтобы сенсорный чип 5ʹʹ, соответственно, мембрана 19ʹʹ испытывали равномерное механическое напряжение.
Интерфейс между сенсорным чипом 5, 5ʹ, 5ʹʹ и электронным чипом 4, 4ʹ, 4ʹʹ может находиться в функциональном объеме 3.

Claims (15)

1. Датчик (2, 2', 2'') для измерения перепадов давления, содержащий электронный чип (4, 4', 4'') и сенсорный чип (5, 5', 5''), находящиеся внутри функционального объема (3), который имеет длину максимум 4-5 мм, ширину максимум 2-3 мм и высоту максимум 0,5-0,8 мм, причем сенсорный чип 5, 5', 5'') выполнен с возможностью измерения перепада давления в диапазоне 10-500 Пa.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что внутри функционального объема (3) расположены несколько электронных чипов (4, 4', 4'') и/или несколько сенсорных чипов (5, 5', 5'').
3. Датчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что электронный чип (4, 4', 4'') имеет несколько аналоговых и/или цифровых интерфейсов для оценки различных сенсорных чипов.
4. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что с помощью электронного чипа (4, 4', 4'') и/или сенсорного чипа (5, 5', 5'') обеспечивается беспроводная передача энергии и/или данных через радиоинтерфейс или через не использующее разъемы соединение контактов.
5. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сенсорный чип (5, 5', 5'') с преобразовательным элементом (10, 10', 10'') и/или сенсорный чип (5) с преобразовательным элементом (10) и фронт-эндом (11) для датчика в своей совокупности выполнены с использованием 180 нм КМОП-технологии.
6. Датчик по предыдущему пункту, отличающийся тем, что преобразовательный элемент (10) выполнен в виде транзистора или резистора на кремниевой мембране.
7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что сенсорный чип (5, 5', 5'') имеет разрешение в 5 Пa.
8. Датчик по п.1, отличающийся тем, что сенсорный чип (5, 5', 5'') имеет разрешение в диапазоне от 1 Пa до менее 5 Пa.
9. Датчик по п.1, отличающийся тем, что сенсорный чип (5, 5', 5'') имеет разрешение в диапазоне от более 5 Пa до 10 Пa.
10. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что электронный чип (4, 4', 4'') и сенсорный чип (5, 5', 5'') расположены рядом друг с другом на плате (6, 6', 6'').
11. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что электронный чип (4, 4') и сенсорный чип (5, 5') электрически соединены друг с другом посредством гибких металлических проволочных выводов (17).
12. Датчик по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что электронный чип (4'') и сенсорный чип (5'') электрически соединены друг с другом посредством соединения «методом перевернутого кристалла» с применением контактирующих выступов (18).
13. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сенсорный чип (5, 5', 5'') содержит мембрану (19', 19'') и электронные устройства (20', 20'').
14. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сенсорный чип (5', 5'') содержит кремниевую подложку (21', 21''), в которой травлением образована мембрана (19', 19''), которая свободна от электронных устройств и/или оксидных слоев до преобразовательных элементов (10', 10'').
15. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что электронный чип (4, 4', 4'') и сенсорный чип (5, 5', 5'') расположены на плате (6, 6', 6''), в которой выполнено сквозное отверстие (6'a, 6''a), причем это сквозное отверстие (6'a, 6''a) является единственным проводящим среду доступом в объем (22', 22''), который образован платой (6, 6', 6''), сенсорным чипом (5, 5', 5'') и окружающим сенсорный чип (5, 5', 5'') уплотнительным кольцом (23', 23''), причем к объему (22', 22'') обращена первая поверхность (19'a, 19''a) мембраны (19', 19'').
RU2017106104A 2014-08-01 2015-07-23 Датчик RU2664690C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014011247.0 2014-08-01
DE102014011247 2014-08-01
PCT/EP2015/066855 WO2016016078A1 (de) 2014-08-01 2015-07-23 Sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664690C1 true RU2664690C1 (ru) 2018-08-21

Family

ID=53719772

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106102A RU2665341C1 (ru) 2014-08-01 2015-07-23 Датчик, фильтрующий элемент с датчиком и применение такого фильтрующего элемента
RU2017106104A RU2664690C1 (ru) 2014-08-01 2015-07-23 Датчик

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106102A RU2665341C1 (ru) 2014-08-01 2015-07-23 Датчик, фильтрующий элемент с датчиком и применение такого фильтрующего элемента

Country Status (8)

Country Link
US (2) US9863829B2 (ru)
EP (2) EP3174826A1 (ru)
JP (2) JP2017525956A (ru)
KR (2) KR20170039700A (ru)
CN (2) CN106796151A (ru)
CA (2) CA2956864A1 (ru)
RU (2) RU2665341C1 (ru)
WO (2) WO2016016085A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2956864A1 (en) 2014-08-01 2016-02-04 Carl Freudenberg Kg Sensor
JP7125004B2 (ja) * 2018-05-18 2022-08-24 日清紡マイクロデバイス株式会社 Ｍｅｍｓ素子
EP3769833B1 (de) 2019-07-24 2022-04-20 Carl Freudenberg KG Filterelement mit funktionsraum und filteranordnung mit solchem filterelement und verfahren zur steuerung eines filtersystems
DE102019128218B4 (de) * 2019-10-18 2022-10-20 Klinkau Gmbh + Co. Kg Filterpressensystem und Filterplatte
DE102021131566A1 (de) 2021-12-01 2023-06-01 Mann+Hummel Gmbh Filterelement und Filteranordnung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7790492B1 (en) * 2009-06-13 2010-09-07 Mwm Acoustics, Llc Method for fabricating a transducer package with the transducer die unsupported by a substrate
DE102009040707B4 (de) * 2009-09-10 2011-06-30 Carl Freudenberg KG, 69469 Filterelement mit einem fest angebundenen Sensor
DE202013102632U1 (de) * 2013-06-19 2013-12-20 Sensirion Ag Sensorbaustein
US20140210019A1 (en) * 2013-01-30 2014-07-31 Invensense, Inc. Low-cost package for integrated mems sensors

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1137115A (zh) * 1995-05-30 1996-12-04 山东矿业学院 多媒体应变式应力传感器
US5665648A (en) * 1995-12-21 1997-09-09 Hughes Electronics Integrated circuit spring contact fabrication methods
US6078102A (en) * 1998-03-03 2000-06-20 Silicon Bandwidth, Inc. Semiconductor die package for mounting in horizontal and upright configurations
PL354000A1 (en) * 1999-09-06 2003-12-15 Sonionmems A/Ssonionmems A/S A pressure transducer
DE10000435A1 (de) * 2000-01-10 2001-07-12 Mann & Hummel Filter Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung wartungsintensiver Austauschteile an einem Aggregat
US20040099060A1 (en) 2002-11-23 2004-05-27 Johan Kijlstra Device and method for characterizing a capillary system
US6906406B2 (en) * 2002-12-19 2005-06-14 Freescale Semiconductor, Inc. Multiple dice package
US7104129B2 (en) * 2004-02-02 2006-09-12 Invensense Inc. Vertically integrated MEMS structure with electronics in a hermetically sealed cavity
JP4553720B2 (ja) * 2004-12-21 2010-09-29 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 半導体装置及びその製造方法
GB2434877A (en) * 2006-02-06 2007-08-08 Qinetiq Ltd MOEMS optical modulator
US8022554B2 (en) * 2006-06-15 2011-09-20 Sitime Corporation Stacked die package for MEMS resonator system
US7847387B2 (en) * 2007-11-16 2010-12-07 Infineon Technologies Ag Electrical device and method
US7964448B2 (en) * 2008-09-18 2011-06-21 Infineon Technologies Ag Electronic device and method of manufacturing same
JP5191915B2 (ja) * 2009-01-30 2013-05-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US8322225B2 (en) * 2009-07-10 2012-12-04 Honeywell International Inc. Sensor package assembly having an unconstrained sense die
DE102009029021B4 (de) * 2009-08-31 2022-09-22 Robert Bosch Gmbh Sensorsystem zur Umfeldüberwachung an einem mechanischen Bauteil und ein Verfahren zur Ansteuerung und Auswertung des Sensorsystems
CN102215448B (zh) * 2010-04-08 2015-04-01 北京卓锐微技术有限公司 可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装方法、封装体及电子装置
DE102010044616B4 (de) 2010-09-01 2013-07-18 Edc Electronic Design Chemnitz Gmbh Monolithisches Mikrosystem für einen lösbaren Filtereinsatz in einer Filtereinrichtung zur überwachten Reinigung von Medien
JP5732286B2 (ja) * 2011-03-16 2015-06-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
US8804982B2 (en) * 2011-04-02 2014-08-12 Harman International Industries, Inc. Dual cell MEMS assembly
US8384168B2 (en) * 2011-04-21 2013-02-26 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor device with sealing structure
DE102012203373A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-05 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Schallwandleranordnung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren
US20140048946A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor packages and method of packaging dies of various sizes
US8709868B2 (en) * 2012-08-23 2014-04-29 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor packages and method of packaging dies of differing sizes
US9173605B2 (en) * 2012-12-13 2015-11-03 California Institute Of Technology Fabrication of implantable fully integrated electrochemical sensors
US9209497B2 (en) * 2012-12-17 2015-12-08 Infineon Technologies Ag Sensor module and battery elements
DE102013200070B3 (de) * 2013-01-04 2014-03-27 Robert Bosch Gmbh Mikrofon-Bauteil
JP2015005597A (ja) * 2013-06-20 2015-01-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 樹脂封止型センサ装置
US20140374855A1 (en) * 2013-06-24 2014-12-25 Wai Yew Lo Pressure sensor and method of packaging same
US9365414B2 (en) * 2014-04-21 2016-06-14 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor package having stacked die
CA2956864A1 (en) 2014-08-01 2016-02-04 Carl Freudenberg Kg Sensor
US9673170B2 (en) * 2014-08-05 2017-06-06 Infineon Technologies Ag Batch process for connecting chips to a carrier
US9666559B2 (en) * 2014-09-05 2017-05-30 Invensas Corporation Multichip modules and methods of fabrication
JP2016058628A (ja) * 2014-09-11 2016-04-21 株式会社東芝 半導体装置、及び半導体装置の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7790492B1 (en) * 2009-06-13 2010-09-07 Mwm Acoustics, Llc Method for fabricating a transducer package with the transducer die unsupported by a substrate
DE102009040707B4 (de) * 2009-09-10 2011-06-30 Carl Freudenberg KG, 69469 Filterelement mit einem fest angebundenen Sensor
US20140210019A1 (en) * 2013-01-30 2014-07-31 Invensense, Inc. Low-cost package for integrated mems sensors
DE202013102632U1 (de) * 2013-06-19 2013-12-20 Sensirion Ag Sensorbaustein

Also Published As

Publication number Publication date
CN106796151A (zh) 2017-05-31
WO2016016085A1 (de) 2016-02-04
RU2665341C1 (ru) 2018-08-29
CA2956864A1 (en) 2016-02-04
WO2016016078A1 (de) 2016-02-04
KR20170036081A (ko) 2017-03-31
US20170217763A1 (en) 2017-08-03
JP2017528701A (ja) 2017-09-28
CA2956867A1 (en) 2016-02-04
JP2017525956A (ja) 2017-09-07
US20170219448A1 (en) 2017-08-03
EP3174826A1 (de) 2017-06-07
US9863829B2 (en) 2018-01-09
US10189701B2 (en) 2019-01-29
CN106794983A (zh) 2017-05-31
EP3174617A1 (de) 2017-06-07
CA2956867C (en) 2020-07-28
KR20170039700A (ko) 2017-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2664690C1 (ru) Датчик
CN101900625B (zh) 基于微电子封装工艺的湿/湿差动压力感测器设计
US8297125B2 (en) Media isolated differential pressure sensor with cap
CN105466625B (zh) 物理量测量装置
CN103376279B (zh) 湿度传感器装置
KR20030086228A (ko) 압력 센서
WO2014155326A3 (en) Integrated electronic device for monitoring pressure within a solid structure
CN103477199A (zh) 耐压封装的压差传感器
CN206056854U (zh) 压力传感器
JP2006105639A (ja) 圧力センサシステム
JP2003188882A5 (ru)
KR20160032132A (ko) 표면 센서
CN112763129A (zh) 一种绝压接触式mems电容薄膜真空计
CN110174210B (zh) 压力传感器及其封装方法
US8866241B2 (en) Pressure sensing device having contacts opposite a membrane
RU2392592C1 (ru) Датчик давления
CN108024736B (zh) 压力脉搏波传感器的检查方法及压力脉搏波传感器的制造方法
WO2019098001A1 (ja) 静電容量式圧力センサ
US20220042867A1 (en) Sensor for detecting pressure, filling level, density, temperature, mass and/or flow rate
TWI741826B (zh) 感測裝置、濕度感測晶片、及其製作方法
EP3320835B1 (en) Pressure pulse wave sensor and biological information measurement device
US9733139B2 (en) Vertical membranes for pressure sensing applications
RU212797U1 (ru) Датчик абсолютного давления с повышенной стабильностью
JP2018105748A (ja) 圧力センサ
KR101617164B1 (ko) 차압 센서