DE3003449C2 - Drucksensor - Google Patents

Drucksensor

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DE3003449C2
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Takeshi Yokosuka Kanagawa Oguro
Masami Kokubunji Tokio/Tokyo Takeuchi
Tamotsu Tominaga
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Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem hohlen, dicht verschlossenen Gehäuse zur Aufnahme einer Membrananordnung mit einem Silicium-Membranblock, der eine Membran mit einem diffundierten Widerstand als druckempfindliches Element auf der vorderen, im Abstand zu dem Gehäuse liegenden Oberfläche und einer Silicium-Trägcrplatte umfaßt, die mit dem Membranblock unter Bildung eines Hohlraums an der Rückseite der Membran fest verbunden ist, welcher Hohlraum über verbundene Kanäle in der Trägerplatte und dem Gehäuse mit der Außenseite des Gehäuses in Verbindung steht, sowie mit einer Anzahl von Klemmen zur Verbindung des diffundierten Widerstandes mit der Außenseite des Gehäuses.
Ein derartiger Drucksensor ist aus der US-PS 41 29 042 bekannt Drucksensoren aus Halbleiter-Material, die den Piezo-Widerstandseffekt ausnutzen und ei ne Silicium-Membran aufweisen, auf deren eine Oberfläche ein diffundierter Widerstand als druckempfindliches Element aufgebracht worden ist, sind verhältnismäßig klein und haben eine hohe Empfindlichkeit. Sie
ίο können leicht in großen Stückzahlen und sehr gleichmäßig unter Verwendung der Herstellungsverfahren für integrierte Schaltkreise hergestellt werden. Diese erheblichen Vorteile haben in der Industrie große Beachtung gefunden.
is Eines der zur Zeit noch bestehenden Probleme liegt in den thermischen Eigenschaften derartiger Drucksensoren. Wenn nämlich eine Silicium-Membran eine Grundplatte, auf der diese befestigt ist, unterschiedliche lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten aufwei sen, treten thermische Spannungen der Membran bei Temperaturänderungen auf. so daß das Ausgangssignal des Sensors schwankt. Zur Vermeidung des Einflusses derartiger Temperaturveränderungen sind Materialien für die Trägerplatte verwendet worden, deren thermi scher Ausdehnungskoeffizient sehr nahe bei demjeni gen des Siliciums liegt, wie es beispielsweise bei MuIHt, Zircon und Pyrex-G'^is der Fall ist Jedoch haben diese Materialien zur Herstellung der Membran und der Grundplatte weiterhin ungleichmäßige Eigenschaften in bezug auf die lineare thermische Ausdehnung, die schwer vollständig 2u beseitigen sind. Wenn die Grundplatte aus keramischen Materialien besteht, muß die Verbindungs- oder Klebstoffschicht zwischen der Grundplatte und der Membran verhältnismäßig dick sein, da die Oberfläche der Grundplatte rauh ist. Daher kann die Membran nach wie vor der thermischen Ausdehnung der Verbindungsschicht ausgesetzt sein, so daß dieser Weg nicht zu einer ausreichenden Reduzierung der thermischen Spannungen der Membran geführt hat.
Weitere Vorschläge zur Verbesserung der thermischen Charakteristik der Membran vielen darauf ab, die Membran auf einer Silicium-Trägerplatte zu montieren, die den selben linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Membran aufweist. Fig. 1 der Zeieh- nung, auf die bereits hier Bezug genommen werden soll, zeigt eine derartige Ausführungsform, bei der ein Drucksensor 10 eine Membrananordnung 12 umfaßt, die aus einem Silicium-Membranblock 14 mit einer Membran 16 besteht, auf der diffundierte Widerstände
so 18 ausgebildet sind, sowie aus einer Silicium-Trägerplatte 20, die auf die gegenüberliegende Oberfläche des Membranblocks 14 durch eine nicht gezeigte Schicht einer eutektischen Gold-Silicium-Legierung aufgebracht ist. Die Membrananordnung 12 ist in ihrem Mit- telpunkt auf der rückwärtigen Oberfläche mit Hilfe eines Klebstoffs 24 oder dergleichen mit einer Aluminium-Grundplatte 21 verbunden. Der Zwischenraum 26 zwischen dem Membranblock und der Trägerplatte ist evakuiert. Die Oberfläche der Membran, auf der sich die diffundierten Widerstände 18 befinden, ist durch eine Kappe 28 abgedeckt, die nn der Grundpiaitc 23 befestigt ist. Ein Fluid, dessen Druck zu messen ist. wird durch ein Einlaßrohr 30 und eine Bohrung 32 in der Grundplatte 22 an die Membran 16 und damit an die diffundierten Widerstände 18 herangeführt.
Bei einem derartigen Sensor bestehen die Membran und die Trägerplatte aus einem Material mit dem selben linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, nätn-
lieh einem monokristallinen Silicium, so daß die Membran in geringerem Maße thermischen Spannungen ausgesetzt ist, als es der Fall wäre, wenn sie mit einer Trägerplatte aus einem Material mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten verbunden wäre. Da jedoch die diffundierten Widerstände dem zu messenden Fluid ausgesetzt sind, können sie durch Feuchtigkeit und korrosive Gase beschädigt oder zerstört werden. Ein derartiger Sensor kann daher nicht in einer oxydierenden Atmosphäre verwendet werden, wie sie etwa durch eine Brennkraftmaschine abgegeben wird.
Ein weiterer bekannter Drucksensor ist in F i g. 2 gezeigt, die im wesentlichen dem Stand der Technik gemäß der GB-PS 12 48 087 und der japanischen Patentanmeldung 52-1 07 787 entspricht Der Drucksensor umfaßt einen Silicium-Membranblock 14, der auf einer Silicium-Trägerplatie 20 angebracht ist die in einem Stück mit einem Trägerzapfen 24 ausgebildet ist der seinerseits fest in eine Aluminium-Grundplatte 22 eingeschraubt ist Ein zu messender Fluiddruck gelangt durch ein Einlaßrohr 30 und einen Kanal 36 in den Trägerzapfen 34 zur Rückseite der Membran 16. bei einem derartigen Sensor ist diejenige Oberfläche der Membran, auf der sich die diffundierten Widerstände 18 befinden, einem Unterdruck oder Vakuum innerhalb einer Kappe 28 ausgesetzt so daß die diffundierten Widerstände 18 nicht durch das zu messende Gas beeinträchtigt werden können. Demgegenüber dient die Verwendung des relativ langen Trägerzapfens 34 dazu, die Übertragung von thermischen Spannungen, die durch den Unterschied des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägerzapfen 34 und der Grundplatte 22 entstehen, auf die Silicium-Membran zu verringern. Bei einem derartigen Sensor ist es jedoch erforderiich, die Trägerplatte in einem Einzelstück aus einem Einkristall eines Silicium-Materials herzustellen, so daß ein beträchtlicher Spanabfall erforderlich ist und dieses Verfahren für die Massenproduktion nicht geeignet ist. Mit der Bezugsziffer 38 sind Klemmen bezeichnet über die Drähte 40 mit den diffundierten Widerständen 18 verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Drucksensor thermische Einflüsse auf die Membran bzw. den auf dieser vorgesehenen diffundierten Widerstand ohne nennenswerten Mehraufwand so weit wie möglich auszuschalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran und der diffundierte Widerstand einerseits sowie der Austriu eines von dem Hohlraum in der Membrananordnung ausgehenden Kanals andererseits im wesentlichen in entgegengesetzten Endbereichen der Membrananordnung, bezogen auf die Ebene der Membran, vorgesehen sind, und daß die Membrananordnung im Bereich des Austritts des Kanals in einer Position an der Innenwand des Gehäuses befestigt ist. in der der Kanal in einen weiteren Kanal in der Gehäusewand überleitet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläuiert.
Fig. 1 und 2 sind Querschnitte durch zwei verschiedene bekannte Drucksensoren;
Fig. 3 ist ein Que·schnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung·
Fig. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die Membrananordnung der F i g. 3;
F i g. 5 ist eine Explosionsdarstellung der Membrananordnung der F i g. 3;
Fig.6 ist eine perspektivische Darstellung des Drucksensors der F i g. 3 in verkleinertem Maßstab;
F i g. 7 ist eine Darstellung ähnlich F i g. 3 und zeigt eine zweite Ausfühningsform der Erfindung;
Fig.8 ist eine perspektivische Darstellung der für den Drucksensor der F i g. 7 verwendeten Membran;
ίο Fig.S ist ein Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors;
F i g. 10 ist ein Teilquerschnitt durch einen Drucksensor gemäß F i g. 3 oder 7.
In Fig.3 ist eine erste Ausfühningsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors mit 10 bezeichnet. Der Drucksensor 10 umfaßt eine Membrananordnung 12, die im übrigen auch in F i g. 4 und 5 gezeigt ist und deren Membranblock 14 aus Einkristall-Silicium auf der vorderen Oberfläche 16a seiner Membran 16 diffundierte Widerstände 18 aufweist Ein SiOrFiIm 42 befindet sich auf den Widerständen 18 und dem f/*mbranblock 14, und Aluminium-Leiter 44 sind mit den Widerständen 18 verbunden und in üblicher Weise hergestellt Die andere Oberfläche 166 der Membran 16 ist einem Fluid ausgesetzt dessen Druck zu messen ist Zu diesem Zweck ist eine Au^-.parung 46 in dem Mernbranblock 14 durch bekannte Ätzverfahren hergestellt Die Membran befindet sich vorzugsweise in einer exzentrischen Position des Membranblocks in der Nähe einer Seite, wie es in der Zeichnung gezeigt ist
Die Membrananordnung 12 umfaßt weiterhin eine Trägerplatte 20 aus Einkristall-Silicium, die mit dem Membranblock 14 verbunden, beispielsweise verklebt ist Die Trägerplatte 20 weist dieselbe Länge und Breite wie der Membranblock auf. Sie ist mit einer Bohrung 48 versehen, die die Trägelplatte senkrecht zu ihren Hauptflächen in der Nähe einer Seite der Trägerplatte durchläuft, die der Seite der diffundierten Widerstände 18 und der Membran 16 gegenüberliegt Die Trägei platte ist weiterhin auf ihrer Seite, die dem Membranblock zugewandt ist, mit einer Nut 50 versehen, die an einem Ende der Aussparung 46 in dem Membranblock 14 gegenüberliegt und am anderen Ende in die Bohrung 48 mündet Die Trägerplatte weist in einem Endbereich einen ausreichend polierten äußeren Oberflächenbereich 52a auf, der die Bohrung 48 umgibt und zur Verbindung mit einem Gehäuse vorgesehen ist, wie später genauer erläutert werden soll. Die Trägerplatte ist vorzugsweise mit einer Nut 54 auf ihrer rückwärtigen
so Oberfläche 52 zwischen dem Oberflächenbereich 52a und dem verbleibenden Oberflächenbereich 52b versehen. Die Bohrung 48 und die Nuten 50 und 54 können hergestellt werden durch Verfahren, wie sie zur Herstellung van integrierten Schaltungen verwendet werden, beispielsweise durch Photoätzen.
Bei der Herstellung werden der Silicium-Niembranblock 14 und die Silicium-Trägerplatte 20 hermetisch durch eine Schicht 56 einer eutektischen Gold-Silicium-Legierung verbunden, die erzeugt wird durch Erhitzen eines aufgedampften Gold-Films, der auf einer Seite ausgebildet ist, sowie beider Seiten der zu verbindenden Teile auf eine Temperatur von 38C bis 4000C. Diese Membrananordnung wird innerhalb des Gehäuses 58 gemäß F i g. 3 untergebracht.
Gemäß Fig. 3 be'teht das Gehäuse 58 aus einer Grundplatte 22 mit einer Aussparung 60, an deren Boden die Membrananordnung 12 mit ausreichendem Abstand ringsum montiert ist. Ein Deckel 62 deckt das
Gehäuse ab, und ein Rand 64 liegt zwischen dem Deckel 62 und der Grundplatte 22. Zwei Gruppen von Klemmen 38 sind an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses befestigt. Isolierende oder keramische Materialien können für das Gehäuse verwendet werden und sollten eine ausreichende Festigkeit und im wesentlichen denselben linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie Silicium haben. Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient von Silicium beträgt 3 bis 4 · 10-6/°C Als keramische Materialien kommen daher beispielsweise Mullit (thermischer Ausdehnungskoeffizient 3 bis 4 · 10-VC) oder Zircon (Ausdehnungskoeffizient 3,7 bis 43 · 10-6/°C) in Betracht. Die Membrananordnung 12 ist mit ihrer Oberfläche 12a auf dem Boden der Aussparung 60 der Grundplatte 22 mit Hilfe einer Verbindungs-Schicht 66 befestigt, die aus Wolfram oder Molybdän-Mangan besteht, das auf die obere rechte Oberfläche der Grundplatte 22 aufmetallisiert ist, oder aus plattiertem Nickel und gegebenenfalls einer auf die Nikkcl-Sc-uichi planierten Goiu'-Schicni bestehen kann. Die Gold-Schicht und die Silicium-Trägerplatte 20 bilden eine eutektische Au-Si-Legierung, wenn sie auf eine Temperatur von 380 bis 4000C erwärmt werden. Ein Fluid-Kanal 68 erstreckt sich durch die Grundplatte 22 und die Schicht 66 zu der Bohrung 48, die mit der Nut 50 in Verbindung steht, so daß unter Druck stehendes Fluid, dessen Druck zu messen ist, zu der Membran gelangen kann. Die Grundplatte 22 ist mit einer kleineren Aussparung 70 am Boden der größeren Aussparung 60 versehen. Die kleinere Aussparung verringert die Größe der Fläche 12a bzw. 52a der Membrananordnung 12, mit der diese gegen den Boden der Aussparung 60 anliegt. Die Membrananordnung 12 liegt daher nur mit dem äußeren Bereich 12a auf dem Boden der größeren Aussparung 60 auf. Metallisierte Drähte 72 aus Wolfram oder Molybdän-Mangan befinden sich auf der Grundplatte 22 und sind elektrisch mit den Klemmen 38 verbunden. Teile der Drähte die nicht durch den Rsnd β4 abgedeckt sind, sind mit einer Gold-Schicht 74 überzogen, die elektrisch mit den Aluminium-Leitern 44 auf dem Membranblock über Gold-Drähte 76 verbunden ist. Nachdem die Membrananordnung 12 in der Aussparung 60 der Grundplatte 22 montiert worden ist, werden diese Grundplatte und der Rand 64 sowie der Rand 64 und der Deckel 62 mit Hilfe von Lot- oder Schweißmaterialien 78 und 80, wie etwa Glas mit niedrigem Schmelzpunkt oder eine Au-Sn-Legierung miteinander verbunden. Diese Verbindung erfolgt in einem nicht gezeigten Vakuum-Behälter, so daß das Gehäuse 78 hermetisch verschlossen wird und die Oberfläche 16a der Membran, auf der die diffundierten Widerstände 18 vorgesehen sind, dem Vakuum 82 innerhalb des Gehäuses 58 ausgesetzt ist
Da der Membranblock 14 und die Trägerplatte 20 bei einem derartigen Sensor aus Einkristall-Silicium bestehen, treten keine thermischen Spannungen zwischen beiden auf. Da die Membrananordnung 12 auf der Grundplatte 22 mit Hilfe der Verbindungs-Schicht 66 nur an ihrem rechten Ende in Abstand von der Membran verbunden ist, ist der Einfluß thermischer Spannungen auf die diffundierten Widerstände 18 auf der Membran sehr gering, obgleich thermische Spannungen in der Nähe des Oberflächenbereiches 52a der Trägerplatte 20 aufgrund unterschiedlicher linearer thermischer Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Trägerplatte 20 und der Grundplatte 22 auftreten können. Dieser Sensor ist daher hinsichtlich seiner thermischen Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren mit einem Membranblock und einer Trägerplatte mit unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten sehr vorteilhaft. Die Nut 54 zwischen dem Oberflächenbereich 52a der Membrananordnung 12. der mit dem Gehäuse 58 verbunden ist, und der restlichen Oberfläche 52b der Membran dient dazu, eine Ausbreitung thermischer Spannungen von dem Oberflächenbereich 52a der Membrananordnung 12 auf die diffundierten Widerstände 18 zu verhindern.
to Wie oben erwähnt wurde, gelangt ein zu messender Fluiddruck durch den Kanal 68 in der Trägerplatte 22 zu der Oberfläche löfader Membran, die der die diffundierten Widerstände 18 tragenden Oberfläche 16a gegenüberliegt. Die Oberfläche der Membran, auf der sich die diffundierten Widerstände 18 befinden, liegt innerhalb einer Vakuumkammer 82 des Gehäuses 58 und ist nicht den zu messenden Fluiden ausgesetzt, so daß eine Zerstörung der Widerstände 18 verhindert wird.
Die Membrananordnung 12 dieses Sensors weist kein
zusammenhängendes Siiiciumteii komplizierter Form auf, wie es gemäß Fig.2 bei einer Zusammenfassung der Teile 20 und 34 der Fall ist, so daß komplizierte Schneidtechniken unnötig sind. Der erfindungsgemäßc Sensor kann leicht unter Anwendung bekannter Verfah ren für die Herstellung integrierter Schaltungen herge stellt werden, so daß die Spanabnahme vereinfacht wird und der Sensor für die Massenproduktion geeignet ist.
F i g. 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform des erfinduivgsgemäßen Drucksensors. Dieser mit 10 be-
JO zeichnete Drucksensor ist wie folgt aufgebaut. Ein Siliciumdioxid-Film 84, der in Fig.8 schraffiert dargestellt ist, befindet sich auf dem Oberflächenbereich 526 der äußeren Oberfläche 52 der Membrananordnung 12. Der Oberflächenbereich 52a der Trägerplatte 20. der die Bohrung umgibt, ist poliert, und auf der polierten Fläche kann eine aufgedampfte Goldschicht vorgesehen sein. Wie Fig. 7 zeigt, ist die Membrananordnung 12 innerhalb der Aussparung 60 der Grundplatte 22 angebracht, und der Oberflächenbereich 52a der Membrananord nung ist mit der Grundplatte 22 durch eine Verbin dungs-Schicht 66 aus einer eutektischen Au-Si-Legierung verbunden, die gebildet wird aus einer Goldschichi und Teilen der Membrananordnung und der Grundplatte, die die Goldschicht berühren. Da in diesem Falle der SiO2-Film 84 und die Goldschicht nicht eine eutektische Legierung bilden, kann die Fläche des Oberflächen bereichs 52a der Membrananordnung, die mit der Grundplatte verbunden ist, bestimmt werden durch die Fläche der SiOr Schicht 84 auf dem Oberflächenbereich 526, so daß es nicht notwendig ist, eine kleinere Aussparung in der Grundplatte 22 wie etwa die Aussparung 7O in Fig.3 vorzusehen und die Herstellung des Gehäuses erleichtert wird. Als Verbindungsschicht 66 kann anstelle der Goldschicht ein Hartlotmaterial verwendet wer- den, das den SiOrFiIm 84 nicht erweicht Andere Einzelheiten der zweiten Ausführungsform stimmen im wesentlichen mit der ersten Ausführungsform gemäß F i g. 3 überein. F i g. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfin dung. Bei diesem Sensor ist die Membrananordnung 12 mit einer Grundplatte 22 mit Hilfe einer Verbindungsschicht 66 an ihrer Stirnfläche senkrecht zu der Erstrekkungsrichtung der Nut 50 und in größerem Abstand zu den diffundierten Widerständen 18 verbunden. Der Ka nal 68 in der Grundplatte 22 steht mit der Nut 50 in der Membrananordnung über die verbundenen Oberflächen der Membrananordnung und der Grundplatte 22 in Verbindung. Wie bei der zuvor beschriebenen Aus-
führungsform ist auch in diesem Falle die Oberfläche der Membran, die die diffundierten Widerstände 18 trägt, hermetisch innerhalb einer Vakuumkammer 82 eines Gehäuses 53 eingeschlossen, das gebildet wird durch eine Kappe 28 und die Grundplatte 22. Die diffun- r. dienen Widerslände 18 und die Klemmen .38, von denen eine in I'ig. 9 gc/.eigl ist. sind elektrisch miteinander über GHd-Drähte 40 verbunden, von denen einer in der ZeichnuTrg gezeigt ist. Der Drucksensor liefert einen Effekt, der denjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen entspricht.
Gemäß Fig. 10 weist der Drucksensor 10 der Fig.3 oder 7 ein Gehäuse 86 auf, das aus einer Grundplatte 88, beispielsweise aus Aluminium, und einer Kappe 90 bestehen kann, die mit Hilfe eines Verbindungsmaterials 92 verbunden sind. Die Klemmen 39 sind ebenfalls durch dieses Verbindungsmaterial, beispielsweise Klebstoff oder Lot mit Teilen gedruckter Leiter 94 einer nicht gezeigten Verarbeitungsschaltung verbunden, die auf der Grundplatte 88 ausgebildet ist, und nicht durch Glas-Isolierschichten % abgedeckt, so daß der Drucksensor durch die Klemmen 38 abgestützt wird. Ein zu messender Fluiddruck wird durch ein Einlaßrohr 98 in das Innere der Kappe 90 und von dort durch den Kanal 68 in dem Gehäuse 58 eingeleitet. Die diffundierten Widerständc 18 auf der Membran 16 erzeugen elektrische Signale entsprechend einer Fluiddruckänderung auf der Oberfläche der Membran.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist die Nut 50 in der Trägerplatte 20 vorgesehen, jedoch kann -ie auch auf der Oberfläche des Membranblocks 14 gegenüber der Trägerplatte 20 ausgebildet sein.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
bO
b5

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Drucksensor mit einem hohlen, dicht verschlossenen Gehäuse zur Aufnahme einer Membrananordnung mit einem Silicium-Membranblock, der eine Membran mit einem diffundierten Widerstand als druckempfindliches Element auf der vorderen, im Abstand zu dem Gehäuse liegenden Oberfläche und einer Silicium-Trägerplatte umfaßt, die mit dem Membranblock unter Bildung eines Hohlraumes an der Rückseite der Membran fest verbunden ist, welcher Hohlraum über verbundene Kanäle in der Trägerplatte und dem Gehäuse mit der Außenseite des Gehäuses in Verbindung steht, sowie mit einer Anzahl von Klemmen zur Verbindung des diffundierten Widerstandes mit der Außenseite des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) und der diffundierte Widerstand (18) einerseits sowie der Austritt eines von dem Hohlraum in der Memtxananordnung (12) ausgehenden Kanals (48,50) andererseits im wesentlichen in entgegengesetzten Endbereichen der Membrananordnung, bezogen auf die Ebene der Membran, vorgesehen sind, und daß die Membrananordnung im Bereich des Austritts des Kanals (48,50) in einer Position an der Innenwand des Gehäuses (58) gefestigt ist, in der der Kanal (48, 50) in einen weiteren Kanal (68) in der Gehäusewand überleitet.
2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (20) auf ihrer äußeren Oberfläche (32) eine Nut (54) aufweist, die den mit dem Gehäuse (58) verbundenen, den Austritt des Kanals (48,50) umgebenden Bereich (52a; der äußeren Oberfläche von dem restlic'-Λη Oberflächen-Bereich (52b) trennt.
3. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrananordnung (12) mit einer senkrecht zur Membranebene verlaufenden Stirnfläche mit der Innenfläche des Gehäuses (58) verbunden ist
4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal eine Nut (50) in der der Trägerplatte (22) zugewandten Oberfläche des Membranblocks (15) und/oder der dieser zugewandten Oberfläche der Trägerplatte (22) umfaßt.
5. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Trägerplatte (22) der Membrananordnung (12) eine Aussparung (70) in der Innenfläche der Gehäusewand vorgesehen ist.
DE3003449A 1979-02-02 1980-01-31 Drucksensor Expired DE3003449C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP54010329A JPS5817421B2 (ja) 1979-02-02 1979-02-02 半導体圧力センサ

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US (1) US4276533A (de)
JP (1) JPS5817421B2 (de)
DE (1) DE3003449C2 (de)
FR (1) FR2448139A1 (de)
GB (1) GB2047465B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839515A1 (de) * 1987-11-27 1989-06-08 Ngk Insulators Ltd Druckfuehler
DE19605795A1 (de) * 1996-02-16 1997-08-21 Duerrwaechter E Dr Doduco Anordnung aus einer elektrischen Leiterplatte und einem elektrischen Druckaufnehmer

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0049955A1 (de) * 1980-10-09 1982-04-21 General Motors Corporation Druckaufnehmer mit zwei Kammern
US4399707A (en) * 1981-02-04 1983-08-23 Honeywell, Inc. Stress sensitive semiconductor unit and housing means therefor
JPS57192448U (de) * 1981-05-29 1982-12-06
US4463336A (en) * 1981-12-28 1984-07-31 United Technologies Corporation Ultra-thin microelectronic pressure sensors
DE3447396A1 (de) * 1984-12-24 1986-07-03 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Elektrischer druckgeber
US4763098A (en) * 1985-04-08 1988-08-09 Honeywell Inc. Flip-chip pressure transducer
US4706493A (en) * 1985-12-13 1987-11-17 General Motors Corporation Semiconductor gas sensor having thermally isolated site
US4773269A (en) * 1986-07-28 1988-09-27 Rosemount Inc. Media isolated differential pressure sensors
JPS63122925A (ja) * 1986-11-13 1988-05-26 Yokogawa Electric Corp 半導体圧力センサ
US5062302A (en) * 1988-04-29 1991-11-05 Schlumberger Industries, Inc. Laminated semiconductor sensor with overpressure protection
US5279164A (en) * 1990-12-18 1994-01-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor pressure sensor with improved temperature compensation
JP2643029B2 (ja) * 1990-12-18 1997-08-20 三菱電機株式会社 半導体圧力センサ装置
JPH05149814A (ja) * 1991-11-29 1993-06-15 Fuji Electric Co Ltd 二重ダイヤフラム式半導体圧力センサ
JP2762807B2 (ja) * 1991-12-09 1998-06-04 株式会社日立製作所 差圧センサ
JPH05200539A (ja) * 1992-01-24 1993-08-10 Honda Motor Co Ltd 半導体基板接合方法
US5285690A (en) * 1992-01-24 1994-02-15 The Foxboro Company Pressure sensor having a laminated substrate
WO1994017383A1 (de) * 1993-01-19 1994-08-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Drucksensor
US5438876A (en) * 1993-08-05 1995-08-08 The Foxboro Company Modular diaphragm pressure sensor with peripheral mounted electrical terminals
US5483834A (en) * 1993-09-20 1996-01-16 Rosemount Inc. Suspended diaphragm pressure sensor
US5424650A (en) * 1993-09-24 1995-06-13 Rosemont Inc. Capacitive pressure sensor having circuitry for eliminating stray capacitance
CA2169824A1 (en) * 1993-09-24 1995-03-30 Roger L. Frick Pressure transmitter isolation diaphragm
JPH07125221A (ja) * 1993-10-29 1995-05-16 Sony Corp プリントヘッドおよびその製造方法
US5637802A (en) * 1995-02-28 1997-06-10 Rosemount Inc. Capacitive pressure sensor for a pressure transmitted where electric field emanates substantially from back sides of plates
US6484585B1 (en) 1995-02-28 2002-11-26 Rosemount Inc. Pressure sensor for a pressure transmitter
US5731522A (en) * 1997-03-14 1998-03-24 Rosemount Inc. Transmitter with isolation assembly for pressure sensor
JP3613838B2 (ja) * 1995-05-18 2005-01-26 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
US5587601A (en) * 1995-06-05 1996-12-24 Kulite Semiconductor Products, Inc. Support structure for a semiconductor pressure transducer
US6911727B1 (en) * 1995-06-06 2005-06-28 Analog Devices, Inc. Package for sealing an integrated circuit die
US6323550B1 (en) * 1995-06-06 2001-11-27 Analog Devices, Inc. Package for sealing an integrated circuit die
US20020003274A1 (en) * 1998-08-27 2002-01-10 Janusz Bryzek Piezoresistive sensor with epi-pocket isolation
US6006607A (en) * 1998-08-31 1999-12-28 Maxim Integrated Products, Inc. Piezoresistive pressure sensor with sculpted diaphragm
US6351996B1 (en) 1998-11-12 2002-03-05 Maxim Integrated Products, Inc. Hermetic packaging for semiconductor pressure sensors
US6346742B1 (en) 1998-11-12 2002-02-12 Maxim Integrated Products, Inc. Chip-scale packaged pressure sensor
US6229190B1 (en) 1998-12-18 2001-05-08 Maxim Integrated Products, Inc. Compensated semiconductor pressure sensor
US6255728B1 (en) 1999-01-15 2001-07-03 Maxim Integrated Products, Inc. Rigid encapsulation package for semiconductor devices
IT1311270B1 (it) * 1999-12-22 2002-03-12 Bitron Spa Dispositivo rilevatore di pressione, particolarmente per un impiantodi climatizzazione.
US6520020B1 (en) 2000-01-06 2003-02-18 Rosemount Inc. Method and apparatus for a direct bonded isolated pressure sensor
US6508129B1 (en) 2000-01-06 2003-01-21 Rosemount Inc. Pressure sensor capsule with improved isolation
AU2629901A (en) 2000-01-06 2001-07-16 Rosemount Inc. Grain growth of electrical interconnection for microelectromechanical systems (mems)
US6561038B2 (en) 2000-01-06 2003-05-13 Rosemount Inc. Sensor with fluid isolation barrier
US6505516B1 (en) 2000-01-06 2003-01-14 Rosemount Inc. Capacitive pressure sensing with moving dielectric
DE10022124B4 (de) * 2000-05-06 2010-01-14 Wabco Gmbh Elektronisches Steuergerät
US6626044B1 (en) * 2000-10-03 2003-09-30 Honeywell International Inc. Freeze resistant sensor
US20030183943A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Swan Johanna M. Integrated circuit die and an electronic assembly having a three-dimensional interconnection scheme
US6908845B2 (en) * 2002-03-28 2005-06-21 Intel Corporation Integrated circuit die and an electronic assembly having a three-dimensional interconnection scheme
US6848177B2 (en) 2002-03-28 2005-02-01 Intel Corporation Integrated circuit die and an electronic assembly having a three-dimensional interconnection scheme
US6848316B2 (en) * 2002-05-08 2005-02-01 Rosemount Inc. Pressure sensor assembly
EP1707931B1 (de) * 2005-03-31 2013-03-27 STMicroelectronics Srl Analoge Dateneingabevorrichtung versehen mit einem mikroelektromechanischem Drucksensor
EP1762925B1 (de) * 2005-09-09 2016-12-21 STMicroelectronics Srl Analoge Eingabevorrichtung mit integriertem Druckaufnehmer und elektronisches Gerät ausgestattet mit einer solchen Eingabevorrichtung.
US7600433B2 (en) * 2007-02-23 2009-10-13 Silicon Micro Sensors Gmbh Pressure sensor with roughened and treated surface for improving adhesive strength and method of manufacturing the sensor
DE102009055717A1 (de) * 2009-11-26 2011-06-01 Continental Automotive Gmbh Sensormodul und Herstellungsverfahren eines Sensormoduls
US8671766B2 (en) * 2011-05-19 2014-03-18 Infineon Technologies Ag Integrated pressure sensor seal
US8413494B1 (en) * 2012-01-19 2013-04-09 Hamilton Sundstrand Corporation Burner pressure transducer
JP2015143635A (ja) * 2014-01-31 2015-08-06 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体
JP2015175833A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体
DE102014105861B4 (de) * 2014-04-25 2015-11-05 Infineon Technologies Ag Sensorvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung
US10549982B2 (en) 2016-02-15 2020-02-04 Stmicroelectronics S.R.L. Pressure sensor encapsulated in elastomeric material, and system including the pressure sensor
US11243125B2 (en) 2017-02-09 2022-02-08 Nextinput, Inc. Integrated piezoresistive and piezoelectric fusion force sensor
US11255737B2 (en) 2017-02-09 2022-02-22 Nextinput, Inc. Integrated digital force sensors and related methods of manufacture
US11243126B2 (en) 2017-07-27 2022-02-08 Nextinput, Inc. Wafer bonded piezoresistive and piezoelectric force sensor and related methods of manufacture
WO2019079420A1 (en) 2017-10-17 2019-04-25 Nextinput, Inc. SHIFT TEMPERATURE COEFFICIENT COMPENSATION FOR FORCE SENSOR AND STRAIN GAUGE
US11874185B2 (en) * 2017-11-16 2024-01-16 Nextinput, Inc. Force attenuator for force sensor
DE102020132687A1 (de) * 2020-12-08 2022-06-09 Endress+Hauser SE+Co. KG Druckmessaufnehmer

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1248087A (en) * 1969-02-28 1971-09-29 Ferranti Ltd Improvements relating to pressure gauges
US3886799A (en) * 1973-09-24 1975-06-03 Nat Semiconductor Corp Semiconductor pressure transducer employing temperature compensation circuits and novel heater circuitry
NL7415668A (nl) * 1974-12-02 1976-06-04 Philips Nv Drukopnemer.
CH592300A5 (de) * 1975-07-08 1977-10-31 Keller Hans W
US4021766A (en) * 1975-07-28 1977-05-03 Aine Harry E Solid state pressure transducer of the leaf spring type and batch method of making same
DE2712846A1 (de) * 1976-03-24 1977-11-24 Ict Instr Inc Messumformer zum messen von druckunterschieden
JPS5365089A (en) * 1976-11-24 1978-06-10 Toshiba Corp Semiconductor pressure transducer
US4129042A (en) * 1977-11-18 1978-12-12 Signetics Corporation Semiconductor transducer packaged assembly
JPS54131892A (en) * 1978-04-05 1979-10-13 Hitachi Ltd Semiconductor pressure converter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839515A1 (de) * 1987-11-27 1989-06-08 Ngk Insulators Ltd Druckfuehler
DE19605795A1 (de) * 1996-02-16 1997-08-21 Duerrwaechter E Dr Doduco Anordnung aus einer elektrischen Leiterplatte und einem elektrischen Druckaufnehmer

Also Published As

Publication number Publication date
GB2047465B (en) 1983-05-25
GB2047465A (en) 1980-11-26
FR2448139A1 (fr) 1980-08-29
FR2448139B1 (de) 1982-12-10
JPS5817421B2 (ja) 1983-04-07
US4276533A (en) 1981-06-30
JPS55103439A (en) 1980-08-07
DE3003449A1 (de) 1980-08-07

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