WO2015039811A1 - Measuring instrument with a semiconductor sensor and a metallic supporting body - Google Patents

Measuring instrument with a semiconductor sensor and a metallic supporting body Download PDF

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WO2015039811A1
WO2015039811A1 PCT/EP2014/067181 EP2014067181W WO2015039811A1 WO 2015039811 A1 WO2015039811 A1 WO 2015039811A1 EP 2014067181 W EP2014067181 W EP 2014067181W WO 2015039811 A1 WO2015039811 A1 WO 2015039811A1
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thermal expansion
ppm
measuring device
coefficient
transition region
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PCT/EP2014/067181
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Rossberg
Elke Schmidt
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/04Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/147Details about the mounting of the sensor to support or covering means

Definitions

  • Measuring device with a semiconductor sensor and a metallic support body
  • the present invention relates to a measuring device, in particular pressure measuring device with a semiconductor sensor, in particular semiconductor pressure sensor.
  • Arrangements are given in metrology, in particular process measurement technology, in which a semiconductor sensor is arranged on a metallic support body in a metallic housing and is mechanically coupled to the metal support body.
  • the mechanical coupling can in particular take place via intermediate bodies made of glass or Kovar and include joints, which serve in particular to stress due to the
  • the present invention is based on the idea that
  • Sintered bodies are known, for example, from the IMW Industrial Communication No. 29 (2004) by Trenke entitled "Selective Laser Sintering of Metallic / Ceramic
  • the measuring device comprises: a semiconductor sensor having a sensor body made of a semiconductor material, in particular Si, a metallic support body, and an intermediate body, wherein the sensor body via the at least one intermediate body, which is arranged between the sensor body and the support body, with the support body wherein the compensating body comprises: a first end portion having a first material having a first effective thermal expansion coefficient oii, a second end portion having a second material having a second effective thermal expansion coefficient a 2 has, one
  • Transition region between the first end region and the second end region, in which the effective thermal expansion coefficient from the first effective coefficient of thermal expansion to the second effective
  • the transition region comprises a series of layers with a mixture of at least the first material and the second material, wherein the mixing ratio of the layers varies to achieve a stepwise, in particular monotonous, change in the thermal expansion coefficient, wherein the first end of the
  • Balancing body the sensor body and the second end of the
  • Balancing body faces the support body, wherein the first effective
  • End region of the balancing body adjoining body deviates by not more than 2 ppm / K, in particular not more than 1 ppm / K, and wherein the second effective thermal expansion coefficient is greater than the first effective
  • the measuring device can in particular be a pressure measuring device, a flow measuring device, a density measuring device and / or a potentiometric
  • Measuring device wherein the semiconductor sensor, a pressure sensor, a
  • Flow sensor a density sensor, and / or a potentiometric sensor, such as an isFET includes.
  • Balancing body a glass, in particular a borosilicate glass.
  • a borosilicate glass such as Pyrex, has a coefficient of thermal expansion that is compatible with that of silicon, which is the currently preferred material of the
  • the first end region of the compensation body is pressure-tightly joined to the sensor body, in particular by anodic bonding.
  • the second end region of the compensating body is joined to the adjoining body in a pressure-tight manner, in particular by soldering, brazing or welding.
  • the adjacent body may be either the Stauerkorper or an intermediate body, which in turn is held by the support body.
  • it is premature if the second end portion is joined directly to the support body.
  • the second end region is a
  • the support body comprises steel.
  • the support body may in particular be designed as a so-called T08 socket, with which the sensor body is held in a sensor chamber in the interior of a metallic housing.
  • the layers of the transition region of the compensation body are substantially parallel to one another. In one development of the invention, the transition region of the compensation body has a maximum perpendicular to a direction of the layer sequence
  • is the difference between the first effective coefficient of thermal expansion and the second coefficient of thermal expansion, and where ⁇ is a constant of dimension 1 / K, for which
  • ⁇ ⁇ 0.1% / K in particular ⁇ 500 ppm / K, preferably ⁇ 250 ppm / K, more preferably ⁇ 125 ppm / K and particularly preferably ⁇ 60 ppm / K.
  • (T max -T min ), is the size of a specified operating temperature range for the meter, and where C is a dimensionless deformation parameter for which C ⁇ 4%, in particular C ⁇ 2% and preferably C ⁇ 1%.
  • This development of the invention implicitly defines minimum requirements for the height h of the transition region over which thermal expansion differences are to be reduced.
  • the defined requirements are intended to ensure that the strength limits of the transitional area are not exceeded.
  • the transition region has a maximum extent d perpendicular to a direction of the layer sequence, wherein one layer has an average layer height s, where:
  • Aas is the difference of the effective coefficients of thermal expansion of the layers adjacent to this layer, and where ⁇ is a constant with the
  • Thermal expansion differences are to be reduced.
  • the defined requirements are intended to ensure that the strength limits of the transitional area are not exceeded microscopically.
  • the specified operating temperature range ⁇ may be, for example, about 100K to 200K or 250K.
  • the first material is a ceramic
  • Material or a glass in particular Pyrex, and has a thermal expansion coefficient of not more than 5 ppm / K, in particular not more than 4 ppm / K, wherein the second material is a metallic material having a coefficient of thermal expansion of not less than 10 ppm / K, in particular not less than 13 ppm / K and further not less than 15 ppm / K.
  • the layers in the transition region have a layer height h of not less than 10 ⁇ m, in particular not less than 20 ⁇ m, and preferably not less than 40 ⁇ m, wherein the layers in the
  • Transition region each have a layer height h of not more than 400 ⁇ , in particular not more than 200 ⁇ and preferably not more than 100 ⁇ have.
  • the transition region N has layers each having a different effective thermal expansion coefficient, the value of which lies between the first thermal expansion coefficient ⁇ and the second thermal expansion coefficient a 2 , the number N being not less than ( ⁇ ) / (2 ppm / K) , especially not less than ( ⁇ ) / (1 ppm / K) and preferably not less than (2 ⁇ ) / (1 ppm / K).
  • the given minimum number of layers in the transition region ensures that local stress peaks between the layers are limited.
  • the first and / or the second end region has or have a height that is at least half the height of the
  • Transitional area in particular not less than the height of the
  • Transition region and preferably not less than twice the height of the transition region.
  • a multiplicity of compensation bodies can be prepared in the wafer assembly, wherein, for example, mixtures of glass and metal particles are deposited in layers on a borosilicate glass wafer, which forms the first end region, and fixed by laser sintering.
  • the proportion of glass particles XG decreases with the distance from the glass wafer, ie:
  • X GI 1 - Zi / h
  • X G i the proportion of the glass particles in the i-th layer
  • z the distance of the i-th layer from the glass wafer
  • h the height of the transition region
  • XM I 1 - XGI-
  • the transition region may be followed by one or more layers containing only metal particles to form the second end region.
  • the wafer prepared in this way can then be joined, for example by means of anodic bonding, with a silicon wafer containing the sensor bodies.
  • the sensor bodies are separated with adjoining balancing body, wherein the second end portion of the balancing body can then be joined with an intermediate body or a supporting body.
  • the compensating body 1 shown in FIG. 3 has an annular structure. It has a first end region 11 made of a ceramic material and / or glass, for example silicon carbide or silicon nitride and / or borosilicate glass, a transition region 12 and a second end region made of a metallic material, in particular steel.
  • the transition region 12 has a
  • the components are provided in particular in the form of microscale granules or powders, preferably with a particle size of not more than 20 ⁇ m and more preferably not more than 10 ⁇ m.
  • Granules are applied to the already solidified layers and solidified by laser sintering, as described in the IMW Industry Communication No. 29 (2004) by Trenke entitled “Selective laser sintering of metallic / ceramic layer structures” or “Selective laser sintering of ceramic microcomponents", micro production 04 / 08, pp. 36-39.
  • the compensating body has, for example, a diameter of 4 mm.
  • the number N of layers may be, for example, 10 to 20.
  • One or both end regions of the compensation body can also be in
  • Lasersintervon be prepared.
  • an end region that after Another method is prepared as a substrate for the layered
  • both end regions can each serve as a substrate for the preparation of a part of the transition region, wherein subsequently the two parts of the transition region are joined together.
  • a glass wafer in particular a borosilicate glass wafer, which forms a first end region of the compensation body as a substrate for the preparation of the layers of the transition region and the second end region.
  • the glass wafer can be joined to a silicon wafer containing a plurality of sensor bodies, for example by anodic bonding. After joining the glass wafer with the silicon wafer, the semiconductor sensors are already attached
  • the second end regions of the compensation body can then be joined in each case with a support body, for example by soldering, in particular brazing, or welding.
  • Fig. 1 is a first embodiment of an inventive
  • Pressure gauge 100 which has a compensation body 1 10 for supporting a semiconductor sensor body 120 in a steel housing 130.
  • the compensation body 1 10 includes a first end portion 1 1 1, which a
  • Borosilicate glass such as Pyrex
  • a central compensation body channel 14 extends from an outer surface of the first end region 11 to an outer surface of the second end region 11.
  • the semiconductor sensor body 120 includes a transducer element 121, and a pedestal 122, wherein the transducer element 121 and the pedestal 122 comprise monocrystalline silicon and are joined together with parallel-oriented crystal axes.
  • the transducer element 121 comprises a measuring membrane 123 prepared by anisotropic etching, which piezoresistive not shown here
  • a Wheatstone bridge circuit to convert a pressure-dependent deformation of the measuring membrane into an electrical signal.
  • a central base channel 124 which is aligned with the compensation body channel 1 14 and communicates to supply a pressure formed between the base 122 and the measuring diaphragm 123 pressure chamber.
  • the steel housing 130 comprises a support body 131 made of steel, which may be designed as a so-called T08 socket, which has not shown here electrical feedthroughs for contacting the transducer element 121. Details for contacting the resistance elements via electrical feedthroughs through a support body 131 are known to a person skilled in the art and can be found, for example, in US Pat. No. 5,551,303.
  • the second end portion 1 13 of the compensation body 1 10 has a
  • Thermal expansion coefficient which is adapted to the thermal expansion coefficient of the support body 131. This makes it possible to add the second end region 1 13 of the compensating body 1 10 to the supporting body 131 by means of a brazed joint, because due to the adapted coefficients of thermal expansion, this is also the case with temperature fluctuations in measuring operation in the end region
  • the housing 130 further comprises a housing body 132, in the interior of which a sensor chamber 134 is formed.
  • the semiconductor sensor body 120 is arranged in the sensor chamber 134 and is held there by the support body 131 and the compensation body 1 10 in position, wherein the support body 131 is joined to the housing body 132, in particular welded, to close the sensor chamber 134 pressure-tight along this joint.
  • the housing body 132 further has a first housing channel 136 which extends from a surface of the housing body 132 facing away from the support body 131 into the housing body 132
  • Sensor chamber 134 extends to a pressure chamber 125 facing away from the front side of the measuring diaphragm 123 to be able to act with a media pressure.
  • Support body 131 has a support body channel 138, which with the
  • Compensating body channel 1 14 communicates and is connected in a pressure-tight manner, so that a rear side of the measuring diaphragm 123 facing the pressure chamber 125 can be acted upon by the supporting body channel 14 with a second medium pressure or a reference pressure.
  • Fig. 2 is a second embodiment of an inventive
  • Pressure gauge 200 having a balancing body 210 for supporting a semiconductor sensor body 220 in a steel housing 230.
  • the essential difference between the exemplary embodiments is that in the second exemplary embodiment, an intermediate body 240 in the form of a Kovar tube is arranged between the compensation body 210 and a steel support body 231.
  • the balancing body 210 comprises a first end portion 21 1 comprising a borosilicate glass, such as Pyrex, a transition region 212 and a second end region 213, which comprises substantially sintered steel particles, the transition region being a monotonically varying one
  • the coefficient of thermal expansion of Kovar and borosilicate glass is less than that between the coefficients of thermal expansion of steel and borosilicate glass, sufficient in the second embodiment, fewer layers than the first embodiment to reduce the thermal expansion difference.
  • the balancing body extends a central balancing body channel 214 from an outer surface of the first end portion 21 1 to an outer surface of the second end portion 213.
  • the semiconductor sensor body 220 includes a transducer element 221, and a pedestal 222, wherein the transducer element 221 and the pedestal 222 are monocrystalline silicon have and are joined together with parallel oriented crystal axes.
  • the transducer element 221 comprises a prepared by anisotropic etching Measuring diaphragm 223, which piezoresistive not shown here
  • a Wheatstone bridge circuit to convert a pressure-dependent deformation of the measuring membrane into an electrical signal.
  • a central base channel 224 which aligns with and communicates with the balancing body channel 214 to supply pressure to a pressure chamber formed between the base 222 and the measuring diaphragm 223.
  • the steel housing 230 comprises a support body 231 made of steel, which may be designed as a so-called T08 socket, which has not shown here electrical feedthroughs for contacting the transducer element 221.
  • the support body carries an intermediate body 240, which comprises a tube made of Kovar.
  • the intermediate body 240 is inserted into a central bore 238 of the support body 231.
  • the intermediate body 240 is connected to the support body 231 by
  • the second end region 213 of the compensating body 210 has a coefficient of thermal expansion due to its composition of Kovar particles, which is adapted to the coefficient of thermal expansion of the formed as Kovar tube intermediate body 240. This allows the second end portion 213 of the balance body 210 to be brazed to the support body 231 without sacrificing the measurement characteristics of the transducer element
  • thermomechanical stresses affecting thermomechanical stresses.
  • the steel housing 230 further comprises a housing body 232, in the interior of which a sensor chamber 234 is formed.
  • the semiconductor sensor body 220 is arranged in the sensor chamber 234 and is held there by the support body 231, the intermediate body 240 and the compensation body 210 in position, the support body 231 is joined to the housing body 232, in particular welded, pressure-tight around the sensor chamber 234 along this joint to close.
  • the housing body 232 furthermore has a first housing channel 236, which extends from a surface of the housing body 232 facing away from the support body 231 into the sensor chamber 234 in order to be able to pressurize a front side of the measuring diaphragm 223 facing away from the pressure chamber 225.
  • a pressure chamber 225 facing the back Measuring membrane 223 by the with a second media pressure or a
  • a transducer element is mechanically coupled to metallic bodies via a compensating body, wherein
  • Thermal expansion differences between the transducer element and the metallic body can be reduced via the compensation body.
  • Thermal expansion differences between the transducer element and the metallic body can be reduced via the compensation body.
  • In the entire coupling path can be dispensed with organic materials.
  • the common metallic material in the process industries is steel, especially stainless steel. As shown in the first embodiment, the first embodiment
  • Thermal expansion difference between a transducer element made of silicon and a support body made of stainless steel are completely degraded by a compensation body.
  • an intermediate body can still be used whose coefficient of thermal expansion matches the end region of the compensation body facing it, but which still has a different thermal expansion coefficient than that of the stainless steel housing.
  • the connection between the stainless steel housing and the intermediate body is a source of thermo-mechanical stresses to be dissipated over a distance between the stainless steel housing and the balancing body.

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Abstract

A measuring instrument (100) comprises a semiconductor sensor with a sensor body (120) of a semiconductor material; and a metallic supporting body (131), which are connected by way of at least one intermediate body (110), which is formed as a compensating body and has first and second end regions (111, 113), with first and second materials and first and second effective coefficients of thermal expansion and comprises between the end regions (111, 113) a transitional region (112), in which the effective coefficient of thermal expansion changes from the first to the second coefficient of thermal expansion, wherein the transitional region has a series of layers with a mixture of at least the first material and the second material, wherein the mixing ratio of the layers varies in order to achieve a progressive change in the coefficient of thermal expansion, wherein the first end region (111) of the compensating body is facing the sensor body (110) and the second end region (113; 213) of the compensating body is facing the supporting body (131), wherein the effective coefficient of thermal expansion of the end regions deviates from those of the adjacent bodies by no more than 2 ppm/K.

Description

Messgerät mit einem Halbleitersensor und einem metallischen Stützkörper  Measuring device with a semiconductor sensor and a metallic support body
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät, insbesondere Druckmessgerät mit einem Halbleitersensor, insbesondere Halbleiterdrucksensor. The present invention relates to a measuring device, in particular pressure measuring device with a semiconductor sensor, in particular semiconductor pressure sensor.
In der Messtechnik, insbesondere der Prozessmesstechnik, sind Anordnungen gegeben, in denen ein Halbleitersensor auf einem metallischen Stützkörper in einem metallischen Gehäuse angeordnet und mit dem metallischen Stützkörper mechanisch gekoppelt ist. Die mechanische Kopplung kann insbesondere über Zwischenkörper aus Glas oder Kovar erfolgen sowie Fügestellen umfassen, die insbesondere dazu dienen, mechanische Spannungen aufgrund der Arrangements are given in metrology, in particular process measurement technology, in which a semiconductor sensor is arranged on a metallic support body in a metallic housing and is mechanically coupled to the metal support body. The mechanical coupling can in particular take place via intermediate bodies made of glass or Kovar and include joints, which serve in particular to stress due to the
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von beispielsweise etwa 15 ppm/K für die gängigen Edelstähle, und weniger als 4 ppm/K für Silizium, von dem Halbleiterdrucksensor fernzuhalten. Die Fügestellen weisen insbesondere Lote oder Klebstoffe auf. Wenngleich die beschriebene Kopplung des Halbleitersensors an das Gehäuse über Zwischenkörper durchaus ihren Zweck erfüllt, stoßen an den different thermal expansion coefficients of, for example, about 15 ppm / K for the common stainless steels, and less than 4 ppm / K for silicon, to keep away from the semiconductor pressure sensor. The joints have in particular solders or adhesives. Although the described coupling of the semiconductor sensor to the housing via intermediate body quite fulfills its purpose, come to the
Grenzflächen zwischen den Körpern Materialien mit unterschiedlichen Interfaces between the bodies materials with different
Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammen, so dass thermomechanische Thermal expansion coefficient together, so that thermomechanical
Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung auch von der Stresses due to different thermal expansion also from the
Fügestelle, also einem Lot oder einem Klebstoff, aufzunehmen sind. Dies führt zuJoint, so a lot or an adhesive to be included. this leads to
Drift oder Hysterese des Messsignals. Weiterhin quellen die meisten drucktragenden Klebstoffe unter Feuchteeinfluss, wodurch ebenfalls Drift- und Hystereseprobleme auftreten können. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen. Drift or hysteresis of the measurement signal. Furthermore, most pressure-sensitive adhesives swell under the influence of moisture, as a result of which drift and hysteresis problems can likewise occur. It is therefore the object of the present invention to remedy this situation.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, die The present invention is based on the idea that
Wärmeausdehnungsunterschiede stetig bzw. in kleinen Stufen abzubauen. Einen Ansatz dazu geben Körper, die durch Sintern metallisch-keramischer, metallisch- glasartiger und/oder keramisch glasartiger Pulverschichten präpariert sind. Thermal expansion differences continuously or reduce in small steps. An approach to give body, which are prepared by sintering metallic-ceramic, metallic-glassy and / or ceramic glassy powder layers.
Sinterkörper sind beispielsweise aus der IMW- Industriemitteilung Nr. 29 (2004) von Trenke mit dem Titel„Selektives Lasersintern von metallisch/keramischen  Sintered bodies are known, for example, from the IMW Industrial Communication No. 29 (2004) by Trenke entitled "Selective Laser Sintering of Metallic / Ceramic
Schichtstrukturen" bekannt. Es ist demnach grundsätzlich möglich, Pulver mittels Lasersintern schichtweise zu verfestigen, wobei diese Pulver Mischungen von metallischen und keramischen Partikeln enthalten. Auf diese Weise lassen sich feste Körper präparieren. Durch schichtweise Variation der Zusammensetzung soll nun ein Ausgleichskörper präpariert werden, welcher die Herstellung eines It is therefore fundamentally possible to solidify powders in layers by means of laser sintering, these powders containing mixtures of metallic and ceramic particles, in which way solid bodies can be prepared by layerwise variation of the composition to prepare a compensating body which the production of a
erfindungsgemäßen Messgeräts nach Anspruch 1 ermöglicht. Das erfindungsgemäße Messgerät umfasst: einen Halbleitersensor, der einen Sensorkörper aus einem Halbleiterwerkstoff, insbesondere Si, aufweist, einen metallischen Stützkörper, und einen zwischenkörper, wobei der Sensorkörper über den mindestens einen Zwischenkörper, welcher zwischen dem Sensorkörper und dem Stützkörper angeordnet ist, mit dem Stützkörper drucktragend mechanisch verbunden ist, wobei mindestens ein Zwischenkörper als Ausgleichskörper ausgebildet ist, wobei der Ausgleichskörper umfasst: einen ersten Endbereich, der einen ersten Werkstoff mit einem ersten effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten oii aufweist, einen zweiten Endbereich, der einen zweiten Werkstoff mit einem zweiten effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 aufweist, einen Inventive measuring device according to claim 1 allows. The measuring device according to the invention comprises: a semiconductor sensor having a sensor body made of a semiconductor material, in particular Si, a metallic support body, and an intermediate body, wherein the sensor body via the at least one intermediate body, which is arranged between the sensor body and the support body, with the support body wherein the compensating body comprises: a first end portion having a first material having a first effective thermal expansion coefficient oii, a second end portion having a second material having a second effective thermal expansion coefficient a 2 has, one
Übergangsbereich zwischen dem ersten Endbereich und dem und dem zweiten Endbereich, in dem sich der effektive Wärmeausdehnungskoeffizient von dem ersten effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten zum zweiten effektiven  Transition region between the first end region and the second end region, in which the effective thermal expansion coefficient from the first effective coefficient of thermal expansion to the second effective
Wärmeausdehnungskoeffizienten ändert, wobei der Übergangsbereich eine Folge von Schichten mit einer Mischung mindestens des ersten Werkstoffs und des zweiten Werkstoffs aufweist, wobei das Mischungsverhältnis der Schichten variiert, um eine schrittweise, insbesondere monotone, Veränderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erzielen, wobei der erste Endbereich des Thermal expansion coefficient changes, wherein the transition region comprises a series of layers with a mixture of at least the first material and the second material, wherein the mixing ratio of the layers varies to achieve a stepwise, in particular monotonous, change in the thermal expansion coefficient, wherein the first end of the
Ausgleichskörpers dem Sensorkörper und der zweite Endbereich des Balancing body the sensor body and the second end of the
Ausgleichskörpers dem Stützkörper zugewandt ist, wobei der erste effektive Balancing body faces the support body, wherein the first effective
Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Endbereichs des Ausgleichskörpers von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Materials eines an den ersten  Coefficient of thermal expansion of the first end region of the balancing body from the coefficient of thermal expansion of a material of one to the first
Endbereich des Ausgleichskörpers angrenzenden Körpers um nicht mehr als 2 ppm/K, insbesondere nicht mehr als 1 ppm/K abweicht, wobei der zweite effektive Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Endbereichs des Ausgleichskörpers im Wesentlichen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines an den zweiten End region of the balancing body adjacent body by not more than 2 ppm / K, in particular not more than 1 ppm / K differs, wherein the second effective thermal expansion coefficient of the second end portion of the balancing body substantially the coefficient of thermal expansion of the second
Endbereich des Ausgleichskörpers angrenzenden Körpers um nicht mehr als 2 ppm/K, insbesondere nicht mehr als 1 ppm/K abweicht, und wobei der zweite effektive Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der erste effektive End region of the balancing body adjoining body deviates by not more than 2 ppm / K, in particular not more than 1 ppm / K, and wherein the second effective thermal expansion coefficient is greater than the first effective
Wärmeausdehnungskoeffizient. Thermal expansion coefficient.
Insofern als Bereiche oder Schichten aus miteinander gesinterten Partikeln zusammengesetzt sein können, können lokale Schwankungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten. Ein effektiver Wärmeausdehnungskoeffizient eines Bereichs bzw. einer Schicht bezeichnet den über den Bereich oder die Schicht gemittelten, makroskopisch Wärmeausdehnungskoeffizienten. Das erfindungsgemäße Messgerät kann insbesondere ein Druckmessgerät, ein Durchflussmessgerät, ein Dichtemessgerät und/oder ein potentiometrisches Insofar as regions or layers of particles sintered together can be composed, local variations in the thermal expansion coefficient can occur. An effective coefficient of thermal expansion of a region or layer designates the macroscopic coefficients of thermal expansion averaged over the region or layer. The measuring device according to the invention can in particular be a pressure measuring device, a flow measuring device, a density measuring device and / or a potentiometric
Messgerät umfassen, wobei der Halbleitersensor einen Drucksensor, einen Measuring device, wherein the semiconductor sensor, a pressure sensor, a
Durchflusssensor, einen Dichtesensor, und/oder einen potentiometrischen Sensor, beispielsweise einen isFET, umfasst. Flow sensor, a density sensor, and / or a potentiometric sensor, such as an isFET includes.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der erste Endbereich des In a development of the invention, the first end region of the
Ausgleichskörpers ein Glas, insbesondere ein Borosilikatglas. Ein Borosilikatglas, beispielsweise Pyrex, weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der mit dem von Silizium kompatibel ist, welches der derzeit bevorzugte Werkstoff des Balancing body a glass, in particular a borosilicate glass. A borosilicate glass, such as Pyrex, has a coefficient of thermal expansion that is compatible with that of silicon, which is the currently preferred material of the
Halbleitersensors ist. Semiconductor sensor is.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Endbereich des Ausgleichskörpers druckdicht mit dem Sensorkörper gefügt, insbesondere durch anodisches Bonden. In one development of the invention, the first end region of the compensation body is pressure-tightly joined to the sensor body, in particular by anodic bonding.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Endbereich des Ausgleichskörpers mit dem angrenzenden Körper druckdicht gefügt ist, insbesondere durch Löten, Hartlöten oder Schweißen. Der angrenzende Körper kann entweder der Stützkorper oder ein Zwischenkörper sein, der seinerseits von dem Stutzkörper gehalten wird. Im Sinne einer einfachen Konstruktion ist es jedoch voreilhaft, wenn der zweite Endbereich direkt mit dem Stützkörper gefügt ist. In a further development of the invention, the second end region of the compensating body is joined to the adjoining body in a pressure-tight manner, in particular by soldering, brazing or welding. The adjacent body may be either the Stützkorper or an intermediate body, which in turn is held by the support body. However, in terms of a simple construction, it is premature if the second end portion is joined directly to the support body.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Endbereich mit einem In a development of the invention, the second end region is a
Zwischenköper gefügt, der zwischen dem Stützkörper und dem Ausgleichskörper angeordnet ist, wobei der Zwischenkörper Kovar umfasst. Intermediate body joined, which is arranged between the support body and the compensation body, wherein the intermediate body comprises Kovar.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Stützkörper Stahl. Der Stützkörper kann insbesondere als so genannter T08-Sockel gestaltet sein, mit dem der Sensorkörper in einer Sensorkammer im Inneren eines metallischen Gehäuses gehalten ist. In a development of the invention, the support body comprises steel. The support body may in particular be designed as a so-called T08 socket, with which the sensor body is held in a sensor chamber in the interior of a metallic housing.
In einer Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Schichten des Übergangsbereichs des Ausgleichskörpers im Wesentlichen parallel zueinander. In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Übergangsbereich des Ausgleichskörpers senkrecht zu einer Richtung der Schichtfolge eine maximale In one development of the invention, the layers of the transition region of the compensation body are substantially parallel to one another. In one development of the invention, the transition region of the compensation body has a maximum perpendicular to a direction of the layer sequence
Erstreckung d auf, wobei der Übergangsbereich in Richtung der Schichtfolgen eine Höhe h aufweist, wobei gilt: Extension d, wherein the transition region in the direction of the layer sequences has a height h, where:
wobei Δα die Differenz zwischen dem ersten effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten ist, und wobei ξ eine Konstante mit der Dimension 1/K ist, für die gilt: where Δα is the difference between the first effective coefficient of thermal expansion and the second coefficient of thermal expansion, and where ξ is a constant of dimension 1 / K, for which
ξ < 0,1 %/K, insbesondere < 500 ppm/K, vorzugsweise < 250 ppm/K, weiter bevorzugt < 125 ppm/K und besonders bevorzugt < 60 ppm/K. ξ <0.1% / K, in particular <500 ppm / K, preferably <250 ppm / K, more preferably <125 ppm / K and particularly preferably <60 ppm / K.
In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung gilt: In one embodiment of this development of the invention, the following applies:
AT AT
wobei ΔΤ = (Tmax - Tmin), die Größe eines spezifizierten Betriebstemperaturbereichs für das Messgerät ist, und wobei C ein dimensionsloser Verformungsparameter ist, für den gilt: C< 4%, insbesondere C< 2% und bevorzugt C<1 %. where ΔΤ = (T max -T min ), is the size of a specified operating temperature range for the meter, and where C is a dimensionless deformation parameter for which C <4%, in particular C <2% and preferably C <1%.
Diese Weiterbildung der Erfindung definiert implizit Mindestanforderungen an die Höhe h des Übergangsbereichs, über den Wärmeausdehnungsunterschiede abzubauen sind. Die definierten Anforderungen sollen gewährleisten, dass die Festigkeitsgrenzen des Übergangsbereichs nicht überschritten werden. This development of the invention implicitly defines minimum requirements for the height h of the transition region over which thermal expansion differences are to be reduced. The defined requirements are intended to ensure that the strength limits of the transitional area are not exceeded.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Übergangsbereich senkrecht zu einer Richtung der Schichtfolge eine maximale Erstreckung d auf, wobei eine Schicht eine mittlere Schichthöhe s aufweist, wobei gilt: In one development of the invention, the transition region has a maximum extent d perpendicular to a direction of the layer sequence, wherein one layer has an average layer height s, where:
d I e  the
s  s
wobei Aas die Differenz der effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten der an diese Schicht angrenzenden Schichten ist, und wobei ξ eine Konstante mit der where Aas is the difference of the effective coefficients of thermal expansion of the layers adjacent to this layer, and where ξ is a constant with the
Dimension 1/K ist, für die gilt: ξ < 0,1 %/K, insbesondere < 500 ppm/K, Dimension 1 / K, for which: ξ <0.1% / K, in particular <500 ppm / K,
vorzugsweise < 250 ppm/K, weiter bevorzugt < 125 ppm/K und besonders bevorzugt < 60 ppm/K. In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung gilt: preferably <250 ppm / K, more preferably <125 ppm / K and particularly preferably <60 ppm / K. In one embodiment of this development of the invention, the following applies:
wobei ΔΤ = (Tmax - Tmin) die Größe eines spezifizierten Betriebstemperaturbereich für das Messgerät ist, und wobei Cs ein dimensionsloser Verformungsparameter ist, für den gilt: Cs< 4%, insbesondere <2% und bevorzugt <1 %. Diese Weiterbildung der Erfindung definiert implizit Mindestanforderungen an die Schichtstärke S der einzelnen Schichten des Übergangsbereichs, über den where ΔΤ = (T max -T min ) is the size of a specified operating temperature range for the meter, and where Cs is a dimensionless deformation parameter for which C s <4%, in particular <2% and preferably <1%. This development of the invention implicitly defines minimum requirements for the layer thickness S of the individual layers of the transitional region over which
Wärmeausdehnungsunterschiede abzubauen sind. Die definierten Anforderungen sollen gewährleisten, dass die Festigkeitsgrenzen des Übergangsbereichs auch mikroskopisch nicht überschritten werden. Thermal expansion differences are to be reduced. The defined requirements are intended to ensure that the strength limits of the transitional area are not exceeded microscopically.
Der spezifizierte Betriebstemperaturbereich ΔΤ kann beispielsweise etwa 100K bis 200K oder 250K betragen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Werkstoff ein keramischer The specified operating temperature range ΔΤ may be, for example, about 100K to 200K or 250K. In a development of the invention, the first material is a ceramic
Werkstoff oder ein Glas, insbesondere Pyrex, und weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 5 ppm/K, insbesondere nicht mehr als 4 ppm/K auf, wobei der zweite Werkstoff ein metallischer Werkstoff ist, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht weniger als 10 ppm/K, insbesondere nicht weniger als 13 ppm/K und weiterhin nicht weniger als 15 ppm/K aufweist. Material or a glass, in particular Pyrex, and has a thermal expansion coefficient of not more than 5 ppm / K, in particular not more than 4 ppm / K, wherein the second material is a metallic material having a coefficient of thermal expansion of not less than 10 ppm / K, in particular not less than 13 ppm / K and further not less than 15 ppm / K.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Schichten im Übergangsbereich eine Schichthöhe h von nicht weniger als 10 μιη, insbesondere nicht weniger als 20 μιη und bevorzugt nicht weniger als 40 μιη auf, wobei die Schichten im In one development of the invention, the layers in the transition region have a layer height h of not less than 10 μm, in particular not less than 20 μm, and preferably not less than 40 μm, wherein the layers in the
Übergangsbereich jeweils eine Schichthöhe h von nicht mehr als 400 μιη, insbesondere nicht mehr als 200 μιη und bevorzugt nicht mehr als 100 μιη aufweisen. Transition region each have a layer height h of not more than 400 μιη, in particular not more than 200 μιη and preferably not more than 100 μιη have.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Übergangsbereich N Schichten mit jeweils einem unterschiedlichen effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, dessen Wert zwischen dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten αι und dem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 liegt, wobei die Zahl N nicht weniger als (Δα)/(2 ppm/K), insbesondere nicht weniger als (Δα)/(1 ppm/K) und bevorzugt nicht weniger als (2Δα)/(1 ppm/K) beträgt. In one development of the invention, the transition region N has layers each having a different effective thermal expansion coefficient, the value of which lies between the first thermal expansion coefficient αι and the second thermal expansion coefficient a 2 , the number N being not less than (Δα) / (2 ppm / K) , especially not less than (Δα) / (1 ppm / K) and preferably not less than (2Δα) / (1 ppm / K).
Durch die so gegebene Mindestzahl von Schichten im Übergangsbereich ist gewährleistet, dass lokale Spannungsspitzen zwischen den Schichten begrenzt sind. The given minimum number of layers in the transition region ensures that local stress peaks between the layers are limited.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist bzw. weisen der erste und/oder der zweite Endbereich eine Höhe auf, die mindestens die Hälfte der Höhe des In one development of the invention, the first and / or the second end region has or have a height that is at least half the height of the
Übergangsbereichs, insbesondere nicht weniger als die Höhe des Transitional area, in particular not less than the height of the
Übergangsbereichs und bevorzugt nicht weniger als das Doppelte der Höhe des Übergangsbereichs beträgt. Eine Vielzahl von Ausgleichskörpern kann im Waferverband präpariert werden, wobei beispielsweise auf einem Borosilikatglaswafer, welche den ersten Endbereich bildet, schichtweise Mischungen von Glas- und Metallpartikeln abgeschieden und mit Lasersintern fixiert werden. Dabei nimmt der Anteil der Glaspartikel XG mit dem Abstand von dem Glaswafer ab, also: Transition region and preferably not less than twice the height of the transition region. A multiplicity of compensation bodies can be prepared in the wafer assembly, wherein, for example, mixtures of glass and metal particles are deposited in layers on a borosilicate glass wafer, which forms the first end region, and fixed by laser sintering. The proportion of glass particles XG decreases with the distance from the glass wafer, ie:
XGI = 1 - Zi /h, wobei XGi der Anteil der Glaspartikel in der i-ten Schicht, z, der Abstand der i-ten Schicht von dem Glaswafer und h die Höhe des Übergangsbereichs ist, und wobei für den Anteil der Metallpartikel ΧΜ, in der i-ten Schicht des Übergangsbereichs gilt: XMI = 1 - XGI- An den Übergangsbereich können noch eine oder mehrere Schichten anschließen, die ausschließlich Metallpartikel enthalten, um den zweiten Endbereich zu bilden. X GI = 1 - Zi / h, where X G i is the proportion of the glass particles in the i-th layer, z, the distance of the i-th layer from the glass wafer and h is the height of the transition region, and wherein for the proportion of Metal particles Χ Μ , in the i-th layer of the transition region: XM I = 1 - XGI- The transition region may be followed by one or more layers containing only metal particles to form the second end region.
Der so präparierte Wafer kann anschließend beispielsweise mittels anodischen Bondens mit einem Si-Wafer gefügt werden, welcher die Sensorkörper enthält. The wafer prepared in this way can then be joined, for example by means of anodic bonding, with a silicon wafer containing the sensor bodies.
Anschließend werden die Sensorkörper mit daran gefügtem Ausgleichskörper vereinzelt, wobei der zweite Endbereich der Ausgleichskörper dann mit einem Zwischenkörper oder einem Stützkörper gefügt werden kann. Subsequently, the sensor bodies are separated with adjoining balancing body, wherein the second end portion of the balancing body can then be joined with an intermediate body or a supporting body.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten The invention will now be described with reference to the drawings
Ausführungsbeispiele erläutert. Embodiments explained.
Es zeigt: schematisch im Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgerätes mit einem erfindungsgemäßen Ausgleichskörper; schematisch im Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgerätes mit einem erfindungsgemäßen Ausgleichskörper; und einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Ausgleichskörpers eines erfindungsgemäßen Messgerätes. Der in Fig. 3 dargestellte Ausgleichskörper 1 weist eine ringförmige Struktur auf. Er weist einen ersten Endbereich 1 1 aus einem keramischen Werkstoff oder und/oder Glas, beispielsweise Siliziumkarbid bzw. Siliziumnitrid und/oder Borosilikatglas, einen Übergangsbereich 12 und einen zweiten Endbereich aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl auf. Der Übergangsbereich 12 weist eine It shows: schematically in longitudinal section a first embodiment of a measuring device according to the invention with a compensating body according to the invention; schematically in longitudinal section a second embodiment of a measuring device according to the invention with a compensating body according to the invention; and a schematic longitudinal section through an embodiment of a compensating body of a measuring device according to the invention. The compensating body 1 shown in FIG. 3 has an annular structure. It has a first end region 11 made of a ceramic material and / or glass, for example silicon carbide or silicon nitride and / or borosilicate glass, a transition region 12 and a second end region made of a metallic material, in particular steel. The transition region 12 has a
Zusammensetzung auf, die sich schichtweise ändert von einer ersten inneren Grenzfläche, die dem ersten Endbereich 1 1 zugewandt ist, und die die axiale Koordinate z=0 aufweist, zu einer zweiten inneren Grenzfläche, die dem zweiten Endbereich 13 zugewandt ist, und die die axiale Koordinate z=h aufweist, wobei h die Höhe des Übergangsbereichs ist.  Composition, which changes in layers from a first inner boundary surface, which faces the first end portion 1 1, and which has the axial coordinate z = 0, to a second inner boundary surface, which faces the second end portion 13, and the axial Coordinate z = h, where h is the height of the transition region.
Die Zusammensetzung einer Schicht mit der mittleren axialen Koordinate z beträgt XG + XM = 1 wobei etwa gilt XG(Z) = 1 -z/h und XM(Z) = z/h, wobei XG den Anteil der Glaskomponente und XM den Anteil der metallischen Komponente bezeichnen. The composition of a layer with the mean axial coordinate z is XG + XM = 1 where XG (Z) = 1 -z / h and XM (Z) = z / h, where X G is the glass component and XM is the component denote the metallic component.
Die Komponenten werden insbesondere in Form von mikroskaligen Granulaten oder Pulvern bereitgestellt, vorzugsweise mit einer Korngröße von nicht mehr als 20 μιη und besonders bevorzugt nicht mehr als 10 μιη. Zum Präparieren einer Schicht wird die koordinatenabhängige Mischung derThe components are provided in particular in the form of microscale granules or powders, preferably with a particle size of not more than 20 μm and more preferably not more than 10 μm. For preparing a layer, the coordinate-dependent mixture of
Granulate auf den bereits verfestigten Schichten aufgetragen und mit Lasersintern verfestigt, wie aus der IMW- Industriemitteilung Nr. 29 (2004) von Trenke mit dem Titel„Selektives Lasersintern von metallisch/keramischen Schichtstrukturen" oder aus„Selektives Lasersintern keramischer Mikrobauteile", Mikroproduktion 04/08, S. 36 -39, bekannt ist. Granules are applied to the already solidified layers and solidified by laser sintering, as described in the IMW Industry Communication No. 29 (2004) by Trenke entitled "Selective laser sintering of metallic / ceramic layer structures" or "Selective laser sintering of ceramic microcomponents", micro production 04 / 08, pp. 36-39.
Der Ausgleichskörper weist beispielsweise einen Durchmesser von 4 mm auf. Bei einem Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des metallischen Werkstoffs und des keramischen Werkstoffs von etwa 10 ppm/K und einer Höhe h = 0,25 mm folgt ein Wert für den Verformungsparameter von d/h x Δα = 160 ppm/K. Dieser Wert liegt im mittleren Bereich für die obigen Anforderungen. The compensating body has, for example, a diameter of 4 mm. With a difference between the thermal expansion coefficients of the metallic material and the ceramic material of about 10 ppm / K and a height h = 0.25 mm, a value for the deformation parameter of d / h × Δα = 160 ppm / K follows. This value is in the middle range for the above requirements.
Wird der Übergangsbereich durch N Schichten gleicher Schichtstärke s = h/N gebildet, so gilt entsprechend d/s x Δα5 = 160 ppm/K. Die Zahl N der Schichten kann beispielsweise 10 bis 20 betragen. If the transition region is formed by N layers of the same layer thickness s = h / N, then d / sx Δα 5 = 160 ppm / K applies correspondingly. The number N of layers may be, for example, 10 to 20.
Einer oder beide Endbereiche des Ausgleichskörpers können ebenfalls im One or both end regions of the compensation body can also be in
Lasersinterverfahren präpariert werden. Andererseits kann ein Endbereich, der nach einem anderen Verfahren hergestellt ist, als Substrat für die schichtweise Lasersinterverfahren be prepared. On the other hand, an end region that after Another method is prepared as a substrate for the layered
Präparation des Übergangsbereichs hergestellt werden, wobei der andere Preparation of the transition region are prepared, the other
Endbereich dann entweder ebenfalls durch Fortsetzen des Lasersinterverfahrens mit der Zusammensetzung des Endbereichs erfolgen kann, oder als unabhängig gefertigter Körper bereitgestellt wird, der mit einer Stirnfläche des Either by continuing the laser sintering process with the composition of the end region, or can be provided as an independently manufactured body which is provided with an end face of the
Übergangsbereichs zu fügen ist. Schließlich können beide Endbereiche jeweils als Substrat für die Präparation eines Teils des Übergangsbereichs dienen, wobei anschließend die beiden Teile der Übergangsbereichs miteinander gefügt werden. Es ist derzeit bevorzugt, einen Glaswafer, insbesondere einen Borosilikatglaswafer, welcher einen ersten Endbereich des Ausgleichskörpers bildet, als Substrat für die die Präparation der Schichten des Übergangsbereichs und des zweiten Endbereichs zu verwenden. Der Glaswafer kann nach der Präparation der Schichten mit einem Siliziumwafer, welcher eine Vielzahl von Sensorkörpern enthält, gefügt werden, beispielsweise durch anodisches Bonden. Nach dem Fügen des Glaswafers mit dem Siliziumwafer werden die Halbleitersensoren mit bereits angefügtem  Transition area is to add. Finally, both end regions can each serve as a substrate for the preparation of a part of the transition region, wherein subsequently the two parts of the transition region are joined together. It is currently preferred to use a glass wafer, in particular a borosilicate glass wafer, which forms a first end region of the compensation body as a substrate for the preparation of the layers of the transition region and the second end region. After the preparation of the layers, the glass wafer can be joined to a silicon wafer containing a plurality of sensor bodies, for example by anodic bonding. After joining the glass wafer with the silicon wafer, the semiconductor sensors are already attached
Ausgleichskörper vereinzelt. Die zweiten Endbereiche der Ausgleichskörper können anschließend jeweils mit einem Stützkörper gefügt werden, beispielsweise durch Löten, insbesondere Hartlöten, oder Schweißen. Balancing body isolated. The second end regions of the compensation body can then be joined in each case with a support body, for example by soldering, in particular brazing, or welding.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen In Fig. 1 is a first embodiment of an inventive
Druckmessgeräts 100 dargestellt, das einen Ausgleichskörper 1 10 zum Tragen eines Halbleitersensorkörpers 120 in einem Stahlgehäuse 130 aufweist. Der Ausgleichskörper 1 10 umfasst einen ersten Endbereich 1 1 1 , welcher einPressure gauge 100, which has a compensation body 1 10 for supporting a semiconductor sensor body 120 in a steel housing 130. The compensation body 1 10 includes a first end portion 1 1 1, which a
Borosilikatglas, beispielsweise Pyrex, aufweist, einen Übergangsbereich 1 12 und einen zweiten Endbereich 1 13, welcher im wesentlichen gesinterte Stahlpartikel aufweist, wobei der Übergangsbereich ein sich monoton änderndes Borosilicate glass, such as Pyrex, has a transition region 1 12 and a second end portion 1 13, which has substantially sintered steel particles, wherein the transition region is a monotonously changing
Mischungsverhältnis zwischen Glas- und Stahl-partikeln aufweist, wobei an der Grenzfläche zum ersten Endbereich ausschließlich oder nahezu ausschließlichMixing ratio between glass and steel particles, wherein at the interface to the first end exclusively or almost exclusively
Glaspartikel und an der Grenzfläche zum zweiten Randbereich ausschließlich oder nahezu ausschließlich Stahlpartikel vorliegen. Der Übergangsbereich 1 12 umfasst beispielsweise 20 Schichten gleicher Schichtstärke, wobei der Glasanteil XGi von Schicht gleichmäßig abnimmt, also: XGI+I = XGI - 0,05. Glass particles and at the interface to the second edge region exclusively or almost exclusively steel particles exist. The transition region 12 comprises, for example, 20 layers of the same layer thickness, whereby the glass content X G i of the layer decreases uniformly, ie: XGI + I = XGI - 0.05.
Durch den Ausgleichskörper erstreckt sich ein zentraler Ausgleichskörperkanal 1 14 von einer äußeren Oberfläche des ersten Endbereichs 1 1 1 zu einer äußeren Oberfläche des zweiten Endbereichs 1 13. Der Halbleitersensorkörper 120 umfasst einen Wandlerelement 121 , und einen Sockel 122, wobei das Wandlerelement 121 und der Sockel 122 monokristallines Silizium aufweisen und mit parallel orientierten Kristallachsen miteinander gefügt sind. Das Wandlerelement 121 umfasst eine durch anisotropes Ätzen präparierte Messmembran 123, welche hier nicht dargestellte piezoresistive By means of the compensation body, a central compensation body channel 14 extends from an outer surface of the first end region 11 to an outer surface of the second end region 11. The semiconductor sensor body 120 includes a transducer element 121, and a pedestal 122, wherein the transducer element 121 and the pedestal 122 comprise monocrystalline silicon and are joined together with parallel-oriented crystal axes. The transducer element 121 comprises a measuring membrane 123 prepared by anisotropic etching, which piezoresistive not shown here
Widerstandselemente in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung aufweist, um eine druckabhängige Verformung der Messmembran in ein elektrisches Signal zu wandeln. Durch den Sockel 122 erstreckt sich ein zentraler Sockelkanal 124, der mit dem Ausgleichskörperkanal 1 14 fluchtet und kommuniziert, um einer zwischen dem Sockel 122 und der Messmembran 123 gebildeten Druckkammer einen Druck zuzuführen.  Having resistive elements in a Wheatstone bridge circuit to convert a pressure-dependent deformation of the measuring membrane into an electrical signal. Through the base 122 extends a central base channel 124, which is aligned with the compensation body channel 1 14 and communicates to supply a pressure formed between the base 122 and the measuring diaphragm 123 pressure chamber.
Das Stahlgehäuse 130 umfasst einen Stützkörper 131 aus Stahl, der als ein so genannter T08-Sockel gestaltet sein kann, welcher hier nicht dargestellte elektrische Durchführungen zum Kontaktieren des Wandlerelements 121 aufweist. Einzelheiten zur Kontaktierung der Widerstandselemente über elektrische Durchführungen durch einen Stützkörper 131 sind einem Fachmann bekannt und beispielsweise dem US- Patent Nr. 5,551 ,303 zu entnehmen. Der zweite Endbereich 1 13 des Ausgleichskörpers 1 10 weist einen The steel housing 130 comprises a support body 131 made of steel, which may be designed as a so-called T08 socket, which has not shown here electrical feedthroughs for contacting the transducer element 121. Details for contacting the resistance elements via electrical feedthroughs through a support body 131 are known to a person skilled in the art and can be found, for example, in US Pat. No. 5,551,303. The second end portion 1 13 of the compensation body 1 10 has a
Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stützkörpers 131 angepasst ist. Dies ermöglicht, den zweiten Endbereich 1 13 des Ausgleichskörpers 1 10 durch eine Hartlötverbindung mit dem Stützkörper 131 zu fügen, denn aufgrund der angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten sind auch bei Temperaturschwankungen im Messbetrieb im Endbereich dieser  Thermal expansion coefficient, which is adapted to the thermal expansion coefficient of the support body 131. This makes it possible to add the second end region 1 13 of the compensating body 1 10 to the supporting body 131 by means of a brazed joint, because due to the adapted coefficients of thermal expansion, this is also the case with temperature fluctuations in measuring operation in the end region
Hartlötverbindung kaum thermomechanische Spannungen zu erwarten, welche die Messgenauigkeit des Wandlerelements beeinträchtigen könnten.  Brazing hardly expect thermo-mechanical stresses that could affect the accuracy of the transducer element.
Das Gehäuse 130 umfasst weiterhin einen Gehäusekörper 132, in dessen Innern eine Sensorkammer 134 ausgebildet ist. Der Halbleitersensorkörper 120 ist in der Sensorkammer 134 angeordnet und wird dort von dem Stützkörper 131 und dem Ausgleichskörper 1 10 in Position gehalten, wobei der Stützkörper 131 mit dem Gehäusekörper 132 gefügt, insbesondere verschweißt ist, um die Sensorkammer 134 entlang dieser Fügestelle druckdicht zu verschließen. Der Gehäusekörper 132 weist weiterhin einen ersten Gehäusekanal 136 auf, welcher sich von einer dem Stützkörper 131 abgewandten Oberfläche des Gehäusekörpers 132 in die The housing 130 further comprises a housing body 132, in the interior of which a sensor chamber 134 is formed. The semiconductor sensor body 120 is arranged in the sensor chamber 134 and is held there by the support body 131 and the compensation body 1 10 in position, wherein the support body 131 is joined to the housing body 132, in particular welded, to close the sensor chamber 134 pressure-tight along this joint. The housing body 132 further has a first housing channel 136 which extends from a surface of the housing body 132 facing away from the support body 131 into the housing body 132
Sensorkammer 134 erstreckt, um eine der Druckkammer 125 abgewandte Frontseite der Messmembran 123 mit einem Mediendruck beaufschlagen zu können. Der Stützkörper 131 weist einen Stützkörperkanal 138 auf, welcher mit dem Sensor chamber 134 extends to a pressure chamber 125 facing away from the front side of the measuring diaphragm 123 to be able to act with a media pressure. Of the Support body 131 has a support body channel 138, which with the
Ausgleichskörperkanal 1 14 kommuniziert und druckdicht verbunden ist, so dass eine der Druckkammer 125 zugewandte Rückseite der Messmembran 123 durch den Stützkörperkanal 1 14 mit einem zweiten Mediendruck oder einem Referenzdruck beaufschlagbar ist. Compensating body channel 1 14 communicates and is connected in a pressure-tight manner, so that a rear side of the measuring diaphragm 123 facing the pressure chamber 125 can be acted upon by the supporting body channel 14 with a second medium pressure or a reference pressure.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen In Fig. 2 is a second embodiment of an inventive
Druckmessgeräts 200 dargestellt, das einen Ausgleichskörper 210 zum Tragen eines Halbleitersensorkörpers 220 in einem Stahlgehäuse 230 aufweist. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen besteht darin, dass im zweiten Ausführungsbeispiel ein Zwischenkörper 240 in Form eines Kovar-Rohrs zwischen dem Ausgleichskörper 210 und einem stählernen Stützkörper 231 angeordnet ist. Pressure gauge 200 having a balancing body 210 for supporting a semiconductor sensor body 220 in a steel housing 230. The essential difference between the exemplary embodiments is that in the second exemplary embodiment, an intermediate body 240 in the form of a Kovar tube is arranged between the compensation body 210 and a steel support body 231.
Der Ausgleichskörper 210 umfasst einen ersten Endbereich 21 1 , welcher ein Borosilikatglas, beispielsweise Pyrex aufweist, einen Übergangsbereich 212 und einen zweiten Endbereich 213, welcher im wesentlichen gesinterte Stahlpartikel aufweist, wobei der Übergangsbereich ein sich monoton änderndes The balancing body 210 comprises a first end portion 21 1 comprising a borosilicate glass, such as Pyrex, a transition region 212 and a second end region 213, which comprises substantially sintered steel particles, the transition region being a monotonically varying one
Mischungsverhältnis zwischen Glas- und Kovar-partikeln aufweist, wobei an der Grenzfläche zum ersten Endbereich ausschließlich oder nahezu ausschließlich Glaspartikel und an der Grenzfläche zum zweiten Randbereich ausschließlich oder nahezu ausschließlich Kovarpartikel vorliegen. Der Übergangsbereich 212 umfasst beispielsweise 15 Schichten gleicher Schichtstärke, wobei der Glasanteil XGi von Schicht gleichmäßig abnimmt, also: XGI+I = XGI - 0,066, oder 10 Schichten gleicher Schichtstärke, wobei der Glasanteil XGi von Schicht gleichmäßig abnimmt, also: XGI+ = XGi - 0,1. Insofern als der Unterschied zwischen den Mixing ratio between glass and Kovar particles having at the interface to the first end exclusively or almost exclusively glass particles and at the interface to the second edge region exclusively or almost exclusively Kovarpartikel present. The transition region 212 comprises, for example, 15 layers of the same layer thickness, wherein the glass content X G i of the layer decreases uniformly, ie: XGI + I = XGI - 0.066, or 10 layers of the same layer thickness, whereby the glass content X G i of the layer decreases uniformly, thus: X GI + = X G i - 0.1. Insofar as the difference between the
Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kovar und Borosilikatglas geringer ist als der zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Borosilikatglas, reichen beim zweiten Ausführungsbeispiel weniger Schichten aus als beim ersten Ausführungsbeispiel, um dem Wärmeausdehnungsunterschied abzubauen.  The coefficient of thermal expansion of Kovar and borosilicate glass is less than that between the coefficients of thermal expansion of steel and borosilicate glass, sufficient in the second embodiment, fewer layers than the first embodiment to reduce the thermal expansion difference.
Durch den Ausgleichskörper erstreckt sich ein zentraler Ausgleichskörperkanal 214 von einer äußeren Oberfläche des ersten Endbereichs 21 1 zu einer äußeren Oberfläche des zweiten Endbereichs 213. Der Halbleitersensorkörper 220 umfasst einen Wandlerelement 221 , und einen Sockel 222, wobei das Wandlerelement 221 und der Sockel 222 monokristallines Silizium aufweisen und mit parallel orientierten Kristallachsen miteinander gefügt sind. Das Wandlerelement 221 umfasst eine durch anisotropes Ätzen präparierte Messmembran 223, welche hier nicht dargestellte piezoresistive The balancing body extends a central balancing body channel 214 from an outer surface of the first end portion 21 1 to an outer surface of the second end portion 213. The semiconductor sensor body 220 includes a transducer element 221, and a pedestal 222, wherein the transducer element 221 and the pedestal 222 are monocrystalline silicon have and are joined together with parallel oriented crystal axes. The transducer element 221 comprises a prepared by anisotropic etching Measuring diaphragm 223, which piezoresistive not shown here
Widerstandselemente in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung aufweist, um eine druckabhängige Verformung der Messmembran in ein elektrisches Signal zu wandeln. Durch den Sockel 222 erstreckt sich ein zentraler Sockelkanal 224, der mit dem Ausgleichskörperkanal 214 fluchtet und kommuniziert, um einer zwischen dem Sockel 222 und der Messmembran 223 gebildeten Druckkammer einen Druck zuzuführen. Having resistive elements in a Wheatstone bridge circuit to convert a pressure-dependent deformation of the measuring membrane into an electrical signal. Through the base 222 extends a central base channel 224 which aligns with and communicates with the balancing body channel 214 to supply pressure to a pressure chamber formed between the base 222 and the measuring diaphragm 223.
Das Stahlgehäuse 230 umfasst einen Stützkörper 231 aus Stahl, der als ein so genannter T08-Sockel gestaltet sein kann, welcher hier nicht dargestellte elektrische Durchführungen zum Kontaktieren des Wandlerelements 221 aufweist. The steel housing 230 comprises a support body 231 made of steel, which may be designed as a so-called T08 socket, which has not shown here electrical feedthroughs for contacting the transducer element 221.
Der Stützkörper trägt einen Zwischenkörper 240, welcher ein Rohr aus Kovar umfasst. Der Zwischenkörper 240 ist in eine zentrale Bohrung 238 des Stützkörpers 231 eingesetzt. Der Zwischenkörper 240 ist mit dem Stützkörper 231 durch The support body carries an intermediate body 240, which comprises a tube made of Kovar. The intermediate body 240 is inserted into a central bore 238 of the support body 231. The intermediate body 240 is connected to the support body 231 by
Schweißen oder Hartlöten entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht gefügt.  Welding or brazing pressure-tight along a circumferential joint.
Der zweite Endbereich 213 des Ausgleichskörpers 210 weist aufgrund seiner Zusammensetzung aus Kovar-Partikeln einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des als Kovar-Rohr ausgebildeten Zwischenkörpers 240 angepasst ist. Dies ermöglicht, den zweiten Endbereich 213 des Ausgleichskörpers 210 durch eine Hartlötverbindung mit dem Stützkörper 231 zu fügen, ohne die Messeigenschaften des Wandlerelements durch The second end region 213 of the compensating body 210 has a coefficient of thermal expansion due to its composition of Kovar particles, which is adapted to the coefficient of thermal expansion of the formed as Kovar tube intermediate body 240. This allows the second end portion 213 of the balance body 210 to be brazed to the support body 231 without sacrificing the measurement characteristics of the transducer element
thermomechanische Spannungen zu beeinträchtigen. affecting thermomechanical stresses.
Das Stahlgehäuse 230 umfasst weiterhin einen Gehäusekörper 232, in dessen Innern eine Sensorkammer 234 ausgebildet ist. Der Halbleitersensorkörper 220 ist in der Sensorkammer 234 angeordnet und wird dort von dem Stützkörper 231 , dem Zwischenkörper 240 und dem Ausgleichskörper 210 in Position gehalten, wobei der Stützkörper 231 mit dem Gehäusekörper 232 gefügt, insbesondere verschweißt ist, um die Sensorkammer 234 entlang dieser Fügestelle druckdicht zu verschließen. Der Gehäusekörper 232 weist weiterhin einen ersten Gehäusekanal 236 auf, welcher sich von einer dem Stützkörper 231 abgewandten Oberfläche des Gehäusekörpers 232 in die Sensorkammer 234 erstreckt, um eine der Druckkammer 225 abgewandte Frontseite der Messmembran 223 mit einem Mediendruck beaufschlagen zu können. The steel housing 230 further comprises a housing body 232, in the interior of which a sensor chamber 234 is formed. The semiconductor sensor body 220 is arranged in the sensor chamber 234 and is held there by the support body 231, the intermediate body 240 and the compensation body 210 in position, the support body 231 is joined to the housing body 232, in particular welded, pressure-tight around the sensor chamber 234 along this joint to close. The housing body 232 furthermore has a first housing channel 236, which extends from a surface of the housing body 232 facing away from the support body 231 into the sensor chamber 234 in order to be able to pressurize a front side of the measuring diaphragm 223 facing away from the pressure chamber 225.
Durch den rohrförmigen Zwischenkörper 240 und den damit kommunizierenden Ausgleichskörperkanal 214 ist eine der Druckkammer 225 zugewandte Rückseite der Messmembran 223 durch den mit einem zweiten Mediendruck oder einem Through the tubular intermediate body 240 and thus communicating compensating body channel 214 is a pressure chamber 225 facing the back Measuring membrane 223 by the with a second media pressure or a
Referenzdruck beaufschlagbar. Reference pressure acted upon.
Im Ergebnis ist in beiden Ausführungsbeispielen ein Wandlerelement über einen Ausgleichskörper an metallische Körper mechanisch gekoppelt, wobei As a result, in both exemplary embodiments, a transducer element is mechanically coupled to metallic bodies via a compensating body, wherein
Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen dem Wandlerelement und dem metallischen Körper über den Ausgleichskörper abgebaut werden können. In der gesamten Kopplungsstrecke kann dabei auf organische Werkstoffe verzichtet werden.  Thermal expansion differences between the transducer element and the metallic body can be reduced via the compensation body. In the entire coupling path can be dispensed with organic materials.
Der gängige metallische Werkstoff in den Prozessindustrien ist Stahl, insbesondere Edelstahl. Wie im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, kann der The common metallic material in the process industries is steel, especially stainless steel. As shown in the first embodiment, the
Wärmeausdehnungsunterschied zwischen einem Wandlerelement aus Silizium und einem Stützkörper aus Edelstahl vollständig durch einen Ausgleichkörper abgebaut werden. Alternativ dazu kann, wie anhand des zweiten Ausführungsbeispiels dargelegt, zwischen dem Ausgleichskörper und einem Edelstahlgehäuse noch ein Zwischenkörper eingesetzt werden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zu dem ihm zugewandten Endbereich des Ausgleichskörpers passt, der aber noch einen abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem des Edelstahlgehäuses aufweist. In diesem Fall ist die Verbindung zwischen dem Edelstahlgehäuse und dem Zwischenkörper eine Quelle von thermomechanische Spannungen, die über eine Distanz zwischen dem Edelstahlgehäuse und Ausgleichskörper abzubauen sind. Thermal expansion difference between a transducer element made of silicon and a support body made of stainless steel are completely degraded by a compensation body. Alternatively, as explained with reference to the second exemplary embodiment, between the compensation body and a stainless steel housing, an intermediate body can still be used whose coefficient of thermal expansion matches the end region of the compensation body facing it, but which still has a different thermal expansion coefficient than that of the stainless steel housing. In this case, the connection between the stainless steel housing and the intermediate body is a source of thermo-mechanical stresses to be dissipated over a distance between the stainless steel housing and the balancing body.

Claims

Patentansprüche claims
Messgerät (100; 200), umfassend: einen Halbleitersensor, der einen Sensorkörper (120; 220) aus einem Halbleiterwerkstoff, insbesondere Si umfasst; einen metallischen Stützkörper (131 ; 231 ); und mindestens einen Zwischenkörper (1 10; 210; 240); wobei der Sensorkörper über den mindestens einen Zwischenkörper (1 10; 210; 240), welcher zwischen dem Sensorkörper (1 10; 220) und dem A measuring device (100; 200) comprising: a semiconductor sensor comprising a sensor body (120; 220) of a semiconductor material, in particular Si; a metallic support body (131; 231); and at least one intermediate body (110; 210; 240); wherein the sensor body via the at least one intermediate body (1 10; 210; 240), which between the sensor body (1 10; 220) and the
Stützkörper (131 ; 231 ) angeordnet ist, mit dem Stützkörper drucktragend mechanisch verbunden ist, wobei mindestens ein Zwischenkörper (1 10; 210) als Ausgleichskörper (1 10; 210) ausgebildet ist, wobei der Ausgleichskörper umfasst: einen ersten Endbereich (1 1 1 ; 21 1 ), der einen ersten Werkstoff mit einem ersten effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten αι aufweist, einen zweiten Endbereich (1 13; 213), der einen zweiten Werkstoff mit einem zweiten effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 aufweist, einen Übergangsbereich (1 12; 212) zwischen dem ersten Endbereich (1 1 1 ; 21 1 ) und dem zweiten Endbereich (1 13; 213), in dem sich der effektive Wärmeausdehnungskoeffizient von dem ersten effektiven Support body (131, 231) is arranged, with the supporting body pressure-bearing mechanically connected, wherein at least one intermediate body (1 10, 210) as a balancing body (1 10, 210) is formed, wherein the balancing body comprises: a first end portion (1 1 1 21 1) having a first material having a first effective thermal expansion coefficient αι, a second end region (1 13; 213) having a second material with a second effective thermal expansion coefficient a 2 , a transition region (1 12; 212) between the first end region (1 1 1; 21 1) and the second end region (1 13; 213), in which the effective thermal expansion coefficient of the first effective
Wärmeausdehnungskoeffizienten zum zweiten effektiven Thermal expansion coefficient for the second effective
Wärmeausdehnungskoeffizienten ändert, wobei der Übergangsbereich eine Folge von Schichten mit einer Mischung mindestens des ersten Werkstoffs und des zweiten Werkstoffs aufweist, wobei das Mischungsverhältnis der Schichten variiert, um eine schrittweise, insbesondere monotone,  Coefficient of thermal expansion changes, wherein the transition region comprises a series of layers with a mixture of at least the first material and the second material, wherein the mixing ratio of the layers varies to a stepwise, in particular monotonous,
Veränderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erzielen, wobei der erste Endbereich (1 1 1 ; 21 1 ) des Ausgleichskörpers dem Sensorkörper (1 10; 210) und der zweite Endbereich (1 13; 213) des Ausgleichskörpers dem Stützkörper (131 ; 231 ) zugewandt ist, wobei der erste effektive Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten To achieve change in the coefficient of thermal expansion, wherein the first end region (1 1 1; 21 1) of the compensation body faces the sensor body (1 10; 210) and the second end region (1 13; 213) of the compensation body faces the support body (131; 231), wherein the first effective thermal expansion coefficient of the first
Endbereichs des Ausgleichskörpers von dem End region of the compensation body of the
Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Materials eines an den ersten Endbereich des Ausgleichskörpers angrenzenden Körpers um nicht mehr als 2 ppm/K, insbesondere nicht mehr als 1 ppm/K abweicht, wobei der zweite effektive Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Endbereichs des Ausgleichskörpers im Wesentlichen dem  Coefficient of thermal expansion of a material of a body adjoining the first end region of the compensating body does not deviate by more than 2 ppm / K, in particular not more than 1 ppm / K, the second effective thermal expansion coefficient of the second end region of the compensating body being substantially equal to
Wärmeausdehnungskoeffizienten eines an den zweiten Endbereich des Ausgleichskörpers (1 10; 210) angrenzenden Körpers um nicht mehr als 2 ppm/K, insbesondere nicht mehr als 1 ppm/K abweicht, und wobei der zweite effektive Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der erste effektive Wärmeausdehnungskoeffizient. Coefficient of thermal expansion of a body adjacent to the second end region of the compensating body (1 10; 210) does not deviate by more than 2 ppm / K, in particular not more than 1 ppm / K, and wherein the second effective thermal expansion coefficient is greater than the first effective thermal expansion coefficient.
Messgerät nach Anspruch 1 , wobei der erste Endbereich des A measuring device according to claim 1, wherein the first end portion of the
Ausgleichskörpers ein Glas umfasst, insbesondere ein Borosilikatglas. Equalizing body comprises a glass, in particular a borosilicate glass.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Endbereich des Ausgleichskörpers mit dem Sensorkörper druckdicht gefügt ist, insbesondere durch anodisches Bonden. Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the first end region of the compensating body is joined to the sensor body pressure-tight, in particular by anodic bonding.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Endbereich des Ausgleichskörpers mit dem angrenzenden Körper druckdicht gefügt ist, insbesondere durch Löten, Hartlöten oder Schweißen. Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the second end region of the compensating body is joined to the adjacent body pressure-tight, in particular by soldering, brazing or welding.
Messgerät nach den Anspruch 4, wobei der zweite Endbereich mit dem Stützkörper gefügt ist. A meter according to claim 4, wherein the second end portion is joined to the support body.
Messgerät nach den Anspruch 4, wobei der zweite Endbereich mit dem einem zweiten Zwischenkörper gefügt ist, der zwischen dem Stützkörper und dem Ausgleichskörper angeordnet ist, wobei der zweite Zwischenkörper insbesondere Kovar umfasst. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Measuring device according to claim 4, wherein the second end portion is joined to a second intermediate body, which is arranged between the support body and the compensation body, wherein the second intermediate body in particular Kovar comprises. Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the
Stützkörper Stahl umfasst.  Supporting body comprises steel.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Measuring device according to one of the preceding claims,
wobei die Schichten des Übergangsbereichs des Ausgleichskörpers i wherein the layers of the transition region of the compensation body i
Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Essentially parallel to each other.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Measuring device according to one of the preceding claims,
wobei der Übergangsbereich des Ausgleichskörpers senkrecht zu einer Richtung der Schichtfolge eine maximale Erstreckung d aufweist, und wobei der Übergangsbereich in Richtung der Schichtfolgen eine Höhe h aufweist, wobei gilt:
Figure imgf000017_0001
wherein the transition region of the compensation body perpendicular to a direction of the layer sequence has a maximum extent d, and wherein the transition region in the direction of the layer sequences has a height h, wherein:
Figure imgf000017_0001
wobei Δα die Differenz zwischen dem ersten effektiven  where Δα is the difference between the first effective
Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem zweiten  Thermal expansion coefficient and the second
Wärmeausdehnungskoeffizienten ist, und wobei ξ eine Konstante mit der Thermal expansion coefficient is, and where ξ is a constant with the
Dimension 1/K ist, für die gilt: ξ < 0,1 %/K, insbesondere < 500 ppm/K, vorzugsweise < 250 ppm/K, weiter bevorzugt < 125 ppm/K und besonders bevorzugt < 60 ppm/K. Dimension 1 / K, for which applies: ξ <0.1% / K, in particular <500 ppm / K, preferably <250 ppm / K, more preferably <125 ppm / K and particularly preferably <60 ppm / K.
10. Messgerät nach Anspruch 9, wobei gilt: 10. Measuring device according to claim 9, wherein the following applies:
wobei ΔΤ = (Tmax - Tmin), die Größe eines spezifizierten where ΔΤ = (T max -T min ), the size of a specified
Betriebstemperaturbereichs für das Messgerät ist, und wobei C ein dimensionsloser Verformungsparameter ist, für den gilt: C< 4%,  Operating temperature range for the measuring device, and where C is a dimensionless deformation parameter, for which applies: C <4%,
insbesondere C< 2% und bevorzugt C<1 %.  in particular C <2% and preferably C <1%.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the
Übergangsbereich senkrecht zu einer Richtung der Schichtfolge eine maximale Erstreckung d aufweist, und wobei eine Schicht eine mittlere Schichthöhe s aufweist, wobei gilt:  Transition region perpendicular to a direction of the layer sequence has a maximum extent d, and wherein a layer has a mean layer height s, where:
d I e  the
s  s
wobei Δαδ die Differenz der effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten der an diese Schicht angrenzenden Schichten ist. Wärmeausdehnungskoeffizienten ist, und wobei ξ eine Konstante mit derwhere Δα δ is the difference of the effective thermal expansion coefficients of the layers adjacent to this layer. Thermal expansion coefficient is, and where ξ is a constant with the
Dimension 1/K ist, für die gilt: ξ < 0,1 %/K, insbesondere < 500 ppm/K, vorzugsweise < 250 ppm/K, weiter bevorzugt < 125 ppm/K und besonders bevorzugt < 60 ppm/K. Dimension 1 / K, for which applies: ξ <0.1% / K, in particular <500 ppm / K, preferably <250 ppm / K, more preferably <125 ppm / K and particularly preferably <60 ppm / K.
Messgerät nach Anspruch 1 1 , wobei gilt:
Figure imgf000018_0001
Measuring device according to claim 1 1, wherein the following applies:
Figure imgf000018_0001
wobei ΔΤ = (Tmax - Tmin), die Größe eines spezifizierten where ΔΤ = (T max -T min ), the size of a specified
Betriebstemperaturbereich für das Messgerät ist, und wobei Cs ei dimensionsloser Verformungsparameter ist, für den gilt: Cs< 4%, insbesondere <2% und bevorzugt <1 %. Operating temperature range for the measuring device, and wherein C s is a dimensionless deformation parameter, for which applies: Cs <4%, in particular <2% and preferably <1%.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Werkstoff ein keramischer Werkstoff oder ein Glas ist, und einen Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the first material is a ceramic material or a glass, and a
Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 5 ppm/K insbesondere nicht mehr als 4 ppm/K aufweist, und wobei der zweite Werkstoff ein metallischer Werkstoff ist, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht weniger als 10 ppm/K insbesondere nicht weniger als 13 ppm/K und weiterhin nicht weniger als 15 ppm/K aufweist. Has thermal expansion coefficient of not more than 5 ppm / K, especially not more than 4 ppm / K, and wherein the second material is a metallic material having a coefficient of thermal expansion of not less than 10 ppm / K, in particular not less than 13 ppm / K and further not less than 15 ppm / K.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichten im Übergangsbereich jeweils eine Schichthöhe h von nicht weniger als 10 μιτι, insbesondere nicht weniger als 20 μιη und bevorzugt nicht weniger als 40 μιη aufweisen, und wobei die Schichten im Übergangsbereich jeweils eine Schichthöhe h von nicht mehr als 400 μιη, insbesondere nicht mehr als 200 μιτι und bevorzugt nicht mehr als 100 μιη aufweisen. Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the layers in the transition region each have a layer height h of not less than 10 μιτι, in particular not less than 20 μιη and preferably not less than 40 μιη, and wherein the layers in the transition region in each case a layer height h of not more than 400 μιη, in particular not more than 200 μιτι and preferably not more than 100 μιη have.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the
Übergangsbereich N Schichten mit jeweils einem unterschiedlichen effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, dessen Wert zwischen dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten αι und dem zweiten Transition region N layers each having a different effective thermal expansion coefficient, the value between the first coefficient of thermal expansion αι and the second
Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 liegt, wobei die Zahl N nicht weniger als (Δα)/(2 ppm/K), insbesondere nicht weniger als (Δα)/(1 ppm/K) und bevorzugt nicht weniger als (2Δα)/(1 ppm/K) beträgt. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei der erste und/oder der zweite Endbereich eine Höhe aufweisen bzw. aufweist, die mindestens die Hälfte der Höhe des Übergangsbereichs, insbesondere nicht weniger als die Höhe des Übergangsbereichs und bevorzugt nicht weniger als das Doppelte der Höhe des Übergangsbereichs beträgt. Coefficient of thermal expansion a 2 , the number N being not less than (Δα) / (2 ppm / K), in particular not less than (Δα) / (1 ppm / K) and preferably not less than (2Δα) / (1 ppm / K) is. Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the first and / or the second end region has a height which is at least half the height of the transition region, in particular not less than the height of the transition region and preferably not less than twice the height of the transition region is.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the
Messgerät ein Druckmessgerät, ein Dichtemessgerät, ein Meter a pressure gauge, a density meter, a
Viskositätsmessgerät ein Durchflussmessgerät oder ein potentiometrischi Messgerät ist. Viscosity meter is a flow meter or a potentiometrischi meter.
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