通过陶瓷对硅芯片进行机械稳定并且进行电以及液压适配的制作方法与工艺

文档序号:11731230阅读:204来源:国知局
通过陶瓷对硅芯片进行机械稳定并且进行电以及液压适配的制作方法与工艺
本发明涉及一种差动压力传感器,尤其是具有微机械的差动压力测量单元的差动压力传感器,差动压力测量单元具有半导体材料,尤其是硅。

背景技术:
差动压力测量单元基于高的静压而对过度负荷很敏感。用于保护差动压力测量单元以防受这种过度负荷作用的途径在公开文献DE102011006517A1中公开,并且公开了在其中所引用的现有技术的文献。在提及的公开文献中描述了一种两件式的陶瓷外壳,其完全包围住差动压力测量单元,以便在过度负荷情况下保护差动压力测量单元。然而,该结构非常昂贵,这是因为由外壳和差动压力测量单元构成的系统过于复杂。在其中布置有差动压力测量单元的外壳中的空穴必须具有被充分准确限定的与差动压力测量单元的厚度相匹配的深度,以便可以有效地支撑差动压力测量单元。在此,显然也要考虑将差动压力测量单元保持在外壳中的拼接材料的层厚。作为拼接材料尤其考虑到玻璃焊料。像提到的那样,所述途径原则上是可行的,然而该途径为了能够维持小的制造公差而成本过高。

技术实现要素:
因此,本发明的任务是在这里做出补救并且提供一种有效且更廉价地保护差动压力测量单元的差动压力传感器。根据本发明,该任务通过根据独立权利要求1的差动压力传感器解决。根据本发明的差动压力传感器包括:差动压力测量单元,其中,差动压力测量单元具有测量单元体,该测量单元体在其内部具有第一测量室和第二测量室,其中,测量室通过测量膜是彼此分开的,其中,测量单元体在第一测量室的那侧上具有远离测量膜的平坦的第一装配面,其中,测量单元体在第二测量室的那侧上具有远离测量膜的平坦的第二装配面,其中,测量室分别具有至平坦的第一或第二装配面的测量室开口,经由测量室开口可以给测量室加载以第一或第二压力,其中,测量膜可以依赖于第一测量室中的第一压力与第二测量室中的第二压力之间的差来弹性地进行形变,其中,差动压力测量单元具有转换器,用以提供依赖于测量膜的形变的信号,根据本发明的差动压力传感器还包括具有平坦的第一加固面的第一加固体,其中,第一压力通道延伸穿过第一加固体,第一压力通道通入到第一加固面中,并且与第一测量室开口连通,其中,第一加固面与第一装配面承受压力地连接,根据本发明的差动压力传感器还包括具有平坦的第二加固面的第二加固体,其中,第二压力通道延伸穿过第二加固体,第二压力通道通入到第二加固面中,并且与第二测量室开口连通,其中,第二加固面与第二装配面承受压力地连接,其中,由于压力加载第一和第二测量室所引起的第一和第二装配面的弯曲度通过加固体来减小到不大于在没有与加固体连接时的相同类型的差动压力测量单元的装配面的弯曲度的25%,尤其是不大于其10%,优选是不大于其5%,进一步优选是不大于其2%和特别优选是不大于其1%,其中,在加固体之间没有并联的附加连接的情况下仅通过加固体与测量单元体的连接得到了通过差动压力测量单元连接的加固体的有效刚性K=1/(dx/dp)的尤其是至少50%、优选是至少70%、进一步优选是至少85%并且特别优选是至少95%,其中,x是第一装配面与第二装配面之间的具有最大的压力关联性dx/dp的间距。在几个10Mpa、尤其是大于60MPa的负荷的情况下,通过对测量单元体的加固确保了差动压力测量单元的抗压强度。为此,加固体具有如下材料,该材料具有大于250Gpa、尤其是大于300Gpa的高的弹性模量。与在根据现有技术封装的情况下相比,根据本发明的差动压力传感器相对于所使用的部件的尺寸变化要更加宽容。在本发明的改进方案中,差动压力传感器在加固体之间没有附加的且为刚性K做出大于5%的贡献的直接的机械连接尤其是没有附加的且为刚性K做出大于2%的贡献的直接的机械连接。也就是说,稳定地设计出了加固体-测量单元体-加固体的联合体,从而可以放弃附加的加固。因此,消除了对差动压力测量单元的支承的机械的复杂性的所有问题。在本发明的改进方案中,差动压力传感器具有附加的、至少一个附加的、在加固体之间借助连接体的直接的机械连接,连接体具有连接面,其与两个加固体连接,其中,连接面基本上垂直于装配面和加固面。所述的直接的机械连接可以通过将连接体的连接面与加固体的侧面拼接来实现。由此,在准备所参与的部件的情况下,尺寸精确度的问题在很大程度上得到缓和,这是因为该连接最后经由所参与的表面之间的切向力或剪切力来作用,从而与通过差动压力测量单元和连接体预先给定的尺寸相匹配是可能的。只要在连接体之间设置有附加的直接连接,那么就优选相对于差动压力测量单元的中间轴线对称地作用,其中,中间轴线垂直于测量膜,并且延伸穿过其中心。因此,根据本发明的改进方案,差动压力传感器优选具有两个连接体,其在加固体的相对置的侧面上与这些加固体连接。在本发明的改进方案中,差动压力测量单元、尤其是测量单元体具有硅。在本发明的改进方案中,加固体具有陶瓷的材料,尤其是如氮化铝(AlN)和氮化硅(Si3N4)或者其他氮化物陶瓷,其膨胀系数不大于约5ppm/K。加固体的材料的热膨胀系数与测量单元体(尤其是硅)的热膨胀系数的偏差得较小。根据本发明的改进方案,加固体借助玻璃焊料与测量单元体拼接。在改进方案中,加固体各具有压力管联接面,其基本上垂直于加固面地延伸,其中,压力通道从压力管联接面延伸至加固面。在本发明的改进方案中,加固体分别与压力管连接,压力管本身是联接到液压测量装置上的,其中,压力管对有效刚性K做出的贡献为小于K的2%,尤其是小于K的1%,并且特别优选是小于K的0.1%。在此,尤其是直的压力管的纵轴线优选垂直于差动压力测量单元的中间轴线地延伸。根据本发明的改进方案,加固体借助玻璃焊料、金属焊料或粘合剂与压力管连接。在本发明的改进方案中,加固体至少以区段的方式地具有导电的例如形式为导体迹线(Leiterbahn)的涂覆部,差动压力测量单元的电转换器经由涂覆部与电子电路连接。转换器尤其可以包括电容式转换器和/或(压电)电阻式转换器。导体迹线与转换器之间的电连接尤其可以通过导电粘合剂建立。附图说明现在借助在附图中示出的实施例阐述本发明。其中:图1示出穿过根据本发明的差动压力传感器的第一实施例的示意性的纵截面;并且图2示出穿过根据本发明的差动压力传感器的实施例的差动压力测量单元和加固体的示意性的纵截面。具体实施方式图1和2中所示的差动压力传感器1包括由硅构成的具有电容式转换器的差动压力测量单元10。差动压力测量单元10包括测量单元体,其具有第一分体12和第二分体14,在第一分体与第二分体之间布置有测量膜16。测量膜具有例如几个10μm至100μm的厚度。配对体的厚例如为几个100μm。配对体具有平行于测量膜的、例如为20至30平方毫米数量级的面积。测量膜16例如通过熔融黏结与配对体12、14拼接。在测量运行中,差动压力测量单元10加载以第一压力p1和压力p2,其中,这些压力分别被输送给在测量膜16与配对体12、14之间形成的测量室13、15。通常,这导致测量膜16依赖于待确定的压力差p1-p2地偏移。但在压力很大的情况下,这可能会导致测量室13、15膨胀,从而在没有对应措施的情况下,在配对体12、14的外侧处的彼此远离的装配面18、19上的装配面之间的间距x随着压力升高而增大。间距x尤其沿差动压力测量单元的中心轴线M地获知。在测量室13、15膨胀的情况下在测量膜与配对体之间出现缺口应力,从而测量单元可能开裂。为了避免这种情况,在装配面17、19上借助玻璃焊料层24承受压力地并且耐压密封地固定有加固体20、22。由此,配对体得到充分加固,以便抵抗测量室的膨胀。加固体尤其具有氮化铝或氮化硅。在中间轴线M的方向上,其厚度为几个毫米。与测量室13、15连通的压力通道23、25分别延伸穿过加固体30、32,以便可以借助传动液体给测量室加载以压力p1、p2。加固体20、22是经由粘合剂或金属焊料联接到金属的压力管30、32尤其是毛细管上的,压力管本身与(在此未示出的)液压测量装置连通,经由液压测量装置将待测量的压力输送给压力管。压力管尤其明显地比其直径要长,从而在任何情况下,可忽略对作为K=1/(dx/dp)来限定的有效刚性K的贡献。其中,为了获知刚性K,给两个测量室13、15加载以相同的压力p。为了驱动差动压力测量单元10的在此没有示出的电转换器,设置有电路40,其经由具有导电粘合剂点的接触销42联接到加固体上的接触区段和导体迹线46上,接触区段和导体迹线本身又借助导电粘合剂点48,在配对体12、14靠近装配面17、19的边缘区域中接触差动压力测量单元的接触面。加固体20、22上的导体迹线和接触面46尤其具有金属的涂覆部。
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