DE10249238B4 - Sensor chip for a differential pressure sensor with double-sided overload protection - Google Patents

Sensor chip for a differential pressure sensor with double-sided overload protection Download PDF

Info

Publication number
DE10249238B4
DE10249238B4 DE2002149238 DE10249238A DE10249238B4 DE 10249238 B4 DE10249238 B4 DE 10249238B4 DE 2002149238 DE2002149238 DE 2002149238 DE 10249238 A DE10249238 A DE 10249238A DE 10249238 B4 DE10249238 B4 DE 10249238B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor chip
membrane
substrate
chip according
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE2002149238
Other languages
German (de)
Other versions
DE10249238A1 (en
Inventor
Thomas Dr. Lisec
Peter Dipl.-Ing. Merz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE2002149238 priority Critical patent/DE10249238B4/en
Publication of DE10249238A1 publication Critical patent/DE10249238A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10249238B4 publication Critical patent/DE10249238B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • 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
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0618Overload protection

Abstract

Sensorchip für einen Differenzdrucksensor, der ein Substrat (12) mit einer ersten, eine Vertiefung im Substrat bildenden Ausnehmung (8a) aufweist, die von einer ersten Membran (1) dichtend überdeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) eine zweite, eine Vertiefung im Substrat bildende Ausnehmung (8b) aufweist, die von einer zweiten Membran (1) dichtend überdeckt ist und über zumindest einen Kanal (11) mit der ersten Ausnehmung (8a) in Verbindung steht, so dass zwei durch den Kanal (11) mit einander gekoppelte Kavitäten (9a, 9b) gebildet werden, die mit einem inkompressiblen Fluid (13) gefüllt sind, wobei die Membranen (1) elektrisch leitfähig oder leitfähig beschichtet und elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt (14) verbunden sind und auf einer Grundfläche jeder Ausnehmung (8a, 8b) wenigstens eine Elektrode (4a, 4b) angeordnet ist, die elektrisch leitend mit einem zweiten Kontakt (5) verbunden ist.sensor chip for one Differential pressure sensor comprising a substrate (12) having a first, a Recess in the substrate forming recess (8a), which of a first membrane (1) is sealingly covered, characterized in that the substrate (12) has a second, a depression in the substrate forming recess (8b), that of a second membrane (1) covered over is and about at least one channel (11) with the first recess (8a) in connection is so that two through the channel (11) with each other coupled Cavities (9a, 9b) filled with an incompressible fluid (13), wherein the membranes (1) coated electrically conductive or conductive and electrically conductively connected to a first contact (14) and on a floor space each recess (8a, 8b) at least one electrode (4a, 4b) is arranged is electrically connected to a second contact (5) is.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensorchip für einen Differenzdrucksensor, der ein Substrat mit einer ersten Ausnehmung aufweist, die von einer ersten Membran dichtend überdeckt ist.The The invention relates to a sensor chip for a differential pressure sensor, which has a substrate with a first recess, that of a first Membrane sealing covered is.

Zur Messung physikalischer Größen, insbesondere des Drucks, ist es heute üblich, Halbleitersensoren bzw. Belastungsfühler einzusetzen. Typisch für diese Sensoren ist, dass diese eine extrem kleine Baugröße sowie eine extrem hohe Beständigkeit gegenüber von außen auf die Sensoren einwirkende Kräfte aufweisen. Aus diesem Grunde sind Halbleitersensoren insbesondere auf dem Gebiet der Druckmessung hydraulischer und aerodynamischer Kräfte weit verbreitet.to Measurement of physical quantities, in particular of pressure, it is common today Use semiconductor sensors or load sensors. Typical for this Sensors is that these are an extremely small size as well an extremely high resistance across from from the outside forces acting on the sensors exhibit. For this reason, semiconductor sensors are particular in the field of pressure measurement of hydraulic and aerodynamic forces far common.

Üblicherweise verfügen solche Halbleiterdrucksensoren sowohl über eine Membran, die aus einer oder mehreren, ggf. dotierten oder beschichteten Siliziumschichten besteht als auch über piezoresistive Elemente, die zum Erfassen der Richtung und/oder der Größe der Auslenkung der Membran vorgesehen sind. Derartige Sensoren wandeln die von außen auf sie einwirkenden Druckkräfte in ein elektrisches Signal um, das anschließend mit einer Auswerteeinheit ausgewertet wird.Usually feature Such semiconductor pressure sensors both via a membrane, which consists of a or more, possibly doped or coated silicon layers exists as well over piezoresistive elements used to detect the direction and / or the size of the deflection the membrane are provided. Such sensors convert from Outside pressure forces acting on them into an electrical signal, which is then connected to an evaluation unit is evaluated.

Darüber hinaus werden diese Drucksensoren mit einer entsprechenden Umhüllung versehen. Die hauptsächliche Aufgabe der Umhüllung ist es, den Sensor vor Umgebungseinflüssen, bspw. beim Einsatz in aggressiven Medien, zu schützen.Furthermore These pressure sensors are provided with a corresponding envelope. The primary Task of serving it is the sensor against environmental influences, for example. When used in aggressive media, protect.

Eine spezielle Form eines Drucksensors ist der sog. Differenzdrucksensor, mit dem die Messung einer zwischen zwei Volumina auftretenden Druckdifferenz möglich ist. Ein solcher Sensor beinhaltet in der Regel einen Siliziumchip mit einer die Druckdifferenz aufnehmenden Membran, die mit Piezowiderständen in Wirkverbindung steht. Um den Sensor vor Umgebungseinflüssen zu schützen, wird dieser in eine Vergussmasse eingegossen und gemeinsam mit der Vergussmasse in ein Gehäuse eingesetzt. An der Außenseite des Gehäuses sind zwei Druckanschlüsse vorgesehen, so dass eine zwischen den Druckanschlüssen herrschende Druckdifferenz messbar ist.A special form of a pressure sensor is the so-called differential pressure sensor, with the measurement of a pressure difference occurring between two volumes possible is. Such a sensor usually includes a silicon chip with a pressure difference receiving membrane, with piezoresistors in Active compound is. To the sensor against environmental influences too protect, this is poured into a potting compound and together with the Potting compound in a housing used. On the outside of the housing are two pressure connections provided so that a prevailing between the pressure ports Pressure difference is measurable.

Es kann allerdings vorkommen, dass der an einem der beiden Druckanschlüsse anliegende Druck stark ansteigt oder stark abfällt, so dass eine plötzliche, starke Druckdifferenz anliegt. Aus diesem Grund ist es generell wichtig, Drucksensoren derartig auszuführen, dass sie gegenüber Überlastdrücken möglichst unempfindlich sind. So können heutzutage gebräuchliche Halbleiter-Differenzdrucksensoren etwa dem zwei- bis dreifachen des maximalen Arbeitsdruckes an Überlast standhalten, ohne beschädigt zu werden.It However, it may happen that the voltage applied to one of the two pressure ports rises sharply or falls sharply, so that a sudden, strong pressure difference is applied. That's why it's general important to design pressure sensors such that they are as possible against overload pressures insensitive. So can in use today Semiconductor differential pressure sensors about two to three times the maximum working pressure at overload withstand without being damaged to become.

Häufig müssen allerdings auch geringe Differenzdrücke bei hohem beidseitigem Druck, dem sog. Offset druck, gemessen werden. Fällt hierbei der Offsetdruck auf einer Seite aus, so muss die Sensormembran einem extremen Überdruck widerstehen. Eine hohe Überlastfestigkeit wird in solchen Fällen durch entsprechende Stützstrukturen, die in Form von mechanischen Anschlägen ausgeführt sind, gewährleistet. Auf diese Weise wird eine Überdehnung oder Zerstörung der Membran verhindert.Often, though also low differential pressures at high two-sided printing, the so-called offset pressure, are measured. Falls here the offset printing on one side, so the sensor membrane a extreme overpressure resist. A high overload resistance gets through in such cases corresponding support structures, which are executed in the form of mechanical stops guaranteed. In this way, an overstretching or destruction prevents the membrane.

So beschreibt bspw. die US 5,969,591 einen Differenzdrucksensor mit einseitigem Überlastschutz, bei dem die beiden Druckanschlüsse auf einer Seite des Gehäuses angeordnet sind. Der Halbleiterdrucksensor weist ein Siliziumsubstrat auf, in das eine Ausnehmung geätzt ist, die durch eine an ihren Membranrändern gasdicht mit dem Substrat verbundene Membran überdeckt ist. Auf der Membran sind eine Isolationsschicht sowie eine Schutzschicht abgeschieden, wobei innerhalb der Schutzschicht ein Sensorelement integriert ist. Auf beiden Seiten der Membran wird ein Hohlraum gebildet, wobei der Hohlraum, der sich oberhalb der Membran innerhalb eines Gehäuseteiles befindet eine Druckkammer darstellt. Diese Druckkammer ist wiederum über eine in der Gehäuseaußenwand angeordnete Druckleitung mit einem ersten Druckanschluss verbunden. Ein zweiter Druckanschluss ist über eine zweite Druckleitung mit einer zweiten Druckkammer verbunden, die gasdicht gegen die erste Druckkammer abgedichtet ist. Über die Auslenkung der Membran und die entsprechenden Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften des Sensorelementes kann eine zwischen den zwei Druckanschlüssen befindliche Druckdifferenz gemessen werden. Der Überlastschutz, der die Membran vor einer Beschädigung aufgrund eines extremen Überdruckes schützen soll, wird bei diesem Differenzdrucksensor durch mechanische Anschläge realisiert. Die Membran liegt dabei bei einer auftretenden Überlast bspw. an einer Begrenzung der Gehäusewand oder dem Boden der im Substrat befindlichen Ausnehmung an. Nachteilig ist neben dem großen Bewegungsfreiraum der Membran, dass der Überlastschutz lediglich einseitig gewährleistet wird. Sofern der Überdruck auf der „anderen" Seite der Membran anliegt, kann diese noch weiter gedehnt und ggf. zerstört werden.For example, describes the US 5,969,591 a differential pressure sensor with one-sided overload protection, in which the two pressure ports are arranged on one side of the housing. The semiconductor pressure sensor has a silicon substrate, in which a recess is etched, which is covered by a membrane at its membrane edges gas-tight connected to the substrate membrane. On the membrane, an insulating layer and a protective layer are deposited, wherein within the protective layer, a sensor element is integrated. On both sides of the membrane, a cavity is formed, wherein the cavity, which is located above the membrane within a housing part is a pressure chamber. This pressure chamber is in turn connected via a arranged in the housing outer wall pressure line with a first pressure port. A second pressure port is connected via a second pressure line to a second pressure chamber, which is sealed gas-tight against the first pressure chamber. By means of the deflection of the membrane and the corresponding effects on the electrical properties of the sensor element, a pressure difference located between the two pressure connections can be measured. The overload protection, which is intended to protect the diaphragm against damage due to extreme overpressure, is realized by mechanical stops in this differential pressure sensor. The membrane is in an overload occurring, for example. At a boundary of the housing wall or the bottom of the recess located in the substrate. A disadvantage is in addition to the large freedom of movement of the membrane that the overload protection is ensured only on one side. If the overpressure is applied to the "other" side of the membrane, it can be stretched even further and possibly destroyed.

Die US 5,357,807 beschreibt einen mikromechanischen Differenzdrucksensor mit einem beidseitigen Überlastschutz. Der Differenzdrucksensor weist eine deformierbare Membran auf, die auf der Oberseite eines Substrats angebracht und an ihrem Umfangsbereich dicht mit der Oberseite des Substrats verbunden ist. Innerhalb des Substrats ist eine von der Membran hermetisch abgeschlossene Aussparung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass die Membran eine normale Auslenkungsbewegung durchführen kann, ohne den Boden der Aussparung zu berühren. Der Boden des Differenzdrucksensors stellt in diesem Fall eine Überdruckbegrenzung für Bewegungen der Membran in Richtung auf das Substrat dar. Bei entgegengesetzten Bewegungen begrenzt eine Nickelbrücke die Auslenkung der Membran nach oben. Der Abstand zwischen der Überdruckbegrenzungsbrücke und der Membran sowie zwischen der Membran und dem Boden der Aussparung des Substrates beträgt nicht mehr als 10 μm. Damit wird bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Differenzdrucksensor der beidseitige Überlastschutz durch zwei unterschiedliche Bauelemente gewährleistet. Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterdrucksensors gestaltet sich entsprechend kompliziert.The US 5,357,807 describes a micromechanical differential pressure sensor with a double-sided overload protection. The differential pressure sensor has a deformable membrane which is mounted on the top of a substrate and at its Um Catch area is tightly connected to the top of the substrate. Within the substrate is provided a hermetically sealed recess of the membrane, which is designed such that the membrane can perform a normal deflection movement, without touching the bottom of the recess. The bottom of the differential pressure sensor in this case represents an overpressure limitation for movements of the membrane in the direction of the substrate. With opposite movements, a nickel bridge limits the deflection of the membrane upwards. The distance between the pressure relief bridge and the membrane and between the membrane and the bottom of the recess of the substrate is not more than 10 microns. Thus, the double-sided overload protection is ensured by two different components in the differential pressure sensor described in this document. The method for manufacturing such a semiconductor pressure sensor is correspondingly complicated.

Darüber hinaus beschreibt die US 4,072,057 einen kapazitiven Differenzdrucksensor mit beidseitigem Überlastschutz. Bei diesem Sensor ist die Sensormembran, die der Messung dient, in der Messkammer auf beiden Seiten durch flexible Membranen vom äußeren Medium getrennt. Ein inkompressibles Öl in der Messkammer sorgt für die Druckankopplung. Bei Überdruck wird die jeweilige äußere Trennmembran gegen einen Anschlag gepresst, so dass nur ein Teil der Belastung auf die der Messung dienende Sensormembran übertragen wird. Bei diesem Halbleiterdifferenzdrucksensor handelt es sich um einen Sensor, der aus einer Vielzahl von Bauelementen zusammengefügt ist und dessen Aufbau hierdurch sehr kompliziert wird. Ein solcher Sensor eignet sich daher kaum für eine Massen- bzw. Großserienfertigung.In addition, the describes US 4,072,057 a capacitive differential pressure sensor with double-sided overload protection. In this sensor, the sensor membrane used for the measurement is separated in the measuring chamber on both sides by flexible membranes from the outer medium. An incompressible oil in the measuring chamber ensures the pressure connection. In the event of overpressure, the respective outer separating membrane is pressed against a stop, so that only part of the load is transmitted to the sensor membrane serving for the measurement. This semiconductor differential pressure sensor is a sensor composed of a plurality of components, the structure of which becomes very complicated. Such a sensor is therefore hardly suitable for mass or mass production.

Gemeinsam ist allen diesen Drucksensoren, dass der Schutz der Sensormembran gegen Überlast entweder nur einseitig oder nur mittels eines großen apparativen Aufwandes gewährleistet wird.Together is all of these pressure sensors that protect the sensor membrane against overload either only one-sided or guaranteed only by means of a large amount of equipment becomes.

In der EP 0 639 761 A1 wird ein Sensorchip mit einem Grundsubstrat beschrieben, das entweder selbst eine Elektrode darstellt oder auf das zwei Elektroden aufgebracht sind. Auf den Elektroden befindet sich eine schablonenartige Zwischenschicht mit zwei Öffnungen, die von entsprechenden Membranen überdeckt wird, um die für eine Differenzdruckmessung erforderlichen, hydraulisch verbundenen Kavitäten zu erzeugen.In the EP 0 639 761 A1 a sensor chip is described with a base substrate, which either itself represents an electrode or are applied to the two electrodes. On the electrodes there is a stencil-like intermediate layer with two openings, which is covered by corresponding membranes in order to produce the hydraulically connected cavities required for a differential pressure measurement.

Die DE 197 50 131 A1 beschreibt eine mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung, bei der auf einem Trägersubstrat zwei Absolutdruck-Messvorrichtungen monolithisch integriert sind. Es handelt sich hierbei um einen aus einer Vielzahl mikromechanischer Komponenten zusammengesetzten Differenzdrucksensor, der damit bzgl. seiner Herstellung aufwendig ist.The DE 197 50 131 A1 describes a micromechanical differential pressure sensor device in which two absolute pressure measuring devices are monolithically integrated on a carrier substrate. This is a differential pressure sensor composed of a multiplicity of micromechanical components, which is therefore complicated with respect to its production.

Ausgehend vom bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen einfach herstellbaren Sensorchip für einen mikromechanischen Differenzdrucksensor mit Druckanschlussmöglichkeiten auf einer Seite des Gehäuses anzugeben, der einen zuverlässigen Überlastschutz bietet.outgoing From the known prior art, the invention is therefore the task underlying, an easily manufacturable sensor chip for a Micromechanical differential pressure sensor with pressure connection options on one side of the case specify a reliable overload protection offers.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Sensorchip gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie aus dem nachfolgenden Beschreibungstext und den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.The Task is solved with the sensor chip according to claim 1. advantageous Further developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims and from the following description text and the exemplary embodiments remove.

Der vorliegende Sensorchip für einen Differenzdrucksensor weist ein Substrat mit einer ersten, eine Vertiefung im Substrat bildenden Ausnehmung auf, die von einer ersten Membran dichtend überdeckt ist. Der Sensorchip zeichnet sich dadurch aus, dass das Substrat eine zweite, eine Vertiefung im Substrat bildende Ausnehmung aufweist, die von einer zweiten Membran dichtend überdeckt ist und über zumindest einen Kanal mit der ersten Ausnehmung in Verbindung steht, so dass zwei durch einen Kanal miteinander gekoppelte Kavitäten gebildet werden, die mit einem inkompressiblen Fluid gefüllt sind, wobei die Membranen elektrisch leitfähig oder leitfähig beschichtet und elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt verbunden sind, und auf einer Grundfläche jeder Ausnehmung wenigstens eine Elektrode angeordnet ist, die elektrisch leitend mit einem zweiten Kontakt verbunden ist.Of the present sensor chip for a differential pressure sensor has a substrate with a first, a Recess in the substrate forming recess, which from a first Membrane sealing covered is. The sensor chip is characterized in that the substrate has a second recess forming a recess in the substrate, which is sealingly covered by a second membrane and at least over a channel communicates with the first recess, so that two cavities coupled to each other by a channel are formed, which are filled with an incompressible fluid, wherein the membranes electrically conductive or conductive coated and electrically connected to a first contact are, and on a floor space each recess is arranged at least one electrode which electrically is conductively connected to a second contact.

Die verwendete Membran ist elektrisch leitfähig oder leitfähig beschichtet, so dass mit Hilfe dieser Membran und der auf der Grundfläche der jeweiligen Kavität angeordneten Elektrode ein Kondensator gebildet wird, der je nach Auslenkung der Membran eine spezifische Kapazität aufweist. Die Membranen sollten vorzugsweise elastisch aber nicht dehnbar ausgebildet sein.The used membrane is electrically conductive or conductive coated, so with the help of this membrane and the on the base of the respective cavity arranged electrode, a capacitor is formed, depending on Deflection of the membrane has a specific capacity. The membranes should preferably be elastic but not stretchable.

Beim Einsatz des Sensorchips zur Differenzdruckmessung werden die beiden Membranen mit unterschiedlichen Volumina verbunden, deren Druckdifferenz gemessen werden soll. Wird hierbei eine der Membranen oberhalb einer der Kavitäten stärker belastet als die andere, verwölbt sich diese Membran bzw. dieser Teil der Membran entsprechend der Druckbelastung nach unten. Bei diesem Vorgang wird ein Teil des inkompressiblen Fluids durch den Kanal in die benachbarte Kavität verdrängt, so dass sich die darüber befindliche Membran oder der Membranteil nach oben verwölbt. Auf Grund der Verformung der Membran ändert sich auch der Abstand zwischen der Membran und der jeweils auf der Grundfläche der Kavität befindlichen Elektrode. Aus dieser Abstandsänderung folgt eine Kapazitätsänderung des von Membran und Elektrode gebildeten Kondensators, so dass die Kapazität des Kondensators mit nach unten gewölbter Membran größer und die des Kondensators mit nach oben gewölbter Membran kleiner wird. Die Änderung der Kapazitäten, die sog. Differenzkapazität, kann in Relation zur Druckdifferenz gesetzt werden. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen des Sensorchips identisch ausgebildet und die Kapazitäten im Ruhezustand annähernd gleich.When using the sensor chip for differential pressure measurement, the two membranes are connected with different volumes whose pressure difference is to be measured. If in this case one of the membranes above one of the cavities is subjected to a greater load than the other, this membrane or this part of the membrane buckles down in accordance with the pressure load. In this process, a portion of the incompressible fluid through the Displaced channel in the adjacent cavity, so that the diaphragm located above or the membrane part bulges upwards. Due to the deformation of the membrane, the distance between the membrane and the respective electrode located on the base of the cavity also changes. From this change in the distance follows a change in capacitance of the capacitor formed by the membrane and electrode, so that the capacity of the condenser with downwardly curved membrane is larger and that of the condenser with an upwardly curved membrane smaller. The change in capacity, the so-called differential capacity, can be set in relation to the pressure difference. Preferably, the recesses of the sensor chip are formed identically and the capacity in the idle state approximately equal.

Die Membran, die die Kavitäten überdeckt, besteht vorzugsweise aus einem Material, das elastisch jedoch nicht dehnbar ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Membran, die oberhalb einer der Kavitäten belastet wird, zwar verformt jedoch nicht gedehnt wird, so dass Fehlmessungen des Differenzdrucksensors weitgehend vermieden werden.The Membrane covering the cavities exists preferably made of a material that is elastic but not stretchable is. This will ensure that the membrane, the above one of the cavities is loaded, but deformed but not stretched, so that Incorrect measurements of the differential pressure sensor can be largely avoided.

Kommt es zu einer Überlastung des beschriebenen Sensorchips, ist aufgrund des konstruktiven Aufbaus und der Materialeigenschaften der Membran sichergestellt, dass die Membran nicht überdehnt oder sogar zerstört wird. Bei einem Überdruck über einer bzw. einem starken Druckabfall über der anderen Kavität wird eine der beiden Membranen nach unten verwölbt bis sie am Boden der die Kavität bildenden Ausnehmung anliegt. Die Tiefe der Ausnehmungen ist dabei so gewählt, dass die Membran in diesem Zustand nicht überdehnt oder zerstört wird. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen nur wenige μm tief. Der über einer Kavität anliegende Überdruck wird somit über das inkompressible Fluid auch nicht vollständig an die andere Membran weitergegeben, so dass sich auch diese nur in gleichem Masse wie die erste Membran nach oben verwölbt. Der gleiche Mechanismus greift auch, wenn der Überdruck über der anderen Kavität des Sensorchips anliegt. Auf diese Weise steht ein einfach herstellbarer Sensorchip zur Verfügung, der einen zuverlässigen beidseitigen Überlastschutz bietet. Der Sensorchip ermöglicht die Anbringung beider Druckanschlüsse auf einer Seite, so dass sich die Montage des Sensorchips bzw. eines daraus gebildeten Differenzdrucksensors vereinfacht.comes it overloads of the sensor chip described, is due to the structural design and the material properties of the membrane ensures that the Membrane not overstretched or even destroyed becomes. At an overpressure over one or a strong pressure drop over the other cavity one of the two membranes is bent down until they are at the bottom of the Forming a cavity Recess rests. The depth of the recesses is chosen so that the membrane is not overstretched or destroyed in this condition. Preferably the recesses are only a few microns deep. The over a cavity applied overpressure is thus over the incompressible fluid also not completely to the other membrane passed on, so that these only to the same extent as the first membrane arched upwards. The same mechanism also works when the pressure over the other cavity of the sensor chip is applied. In this way, an easy-to-manufacture sensor chip is available available the one reliable double-sided overload protection offers. The sensor chip allows the attachment of both pressure connections on one side, so that the assembly of the sensor chip or a differential pressure sensor formed therefrom simplified.

Vorzugsweise sind die erste und die zweite Membran zusammenhängend als eine gemeinsame Membran ausgebildet, die die mit dem Kanal verbundenen Kavitäten überdeckt. Die Membran überdeckt dabei beide Kavitäten vollständig und ist im Bereich außerhalb der Kavitäten vorzugsweise fest mit dem Substrat verfügt.Preferably For example, the first and second membranes are contiguous as a common membrane formed, which covers the cavities connected to the channel. The membrane covers up both cavities Completely and is in the area outside the cavities preferably fixed to the substrate.

Bei einer besonders geeigneten Gestaltung des erfindungsgemäßen Sensorchips ist der Kanal zwischen den Kavitäten als Graben in der Oberfläche des Substrates ausgebildet und wird ebenfalls von der Membran dichtend überdeckt.at a particularly suitable design of the sensor chip according to the invention is the channel between the cavities as a trench in the surface of the substrate trained and is also covered by the membrane sealing.

Vorzugsweise besteht die Membran aus Silizium, Metall oder Kunststoff. Es ist aber auch denkbar, Membranen aus anderen Materialien einzusetzen, die die Kavitäten elastisch aber nicht dehnbar überspannen.Preferably the membrane is made of silicon, metal or plastic. It is but also conceivable to use membranes made of other materials, the cavities span elastically but not stretchably.

In einer speziellen Ausführungsform weist der Sensorchip einen Deckel auf, der die erste und die zweite oder die gemeinsame Membran zumindest im Bereich oberhalb der Kavitäten überdeckt. Darüber hinaus verfügt der Deckel vorzugsweise oberhalb jeder Kavität über eine Deckelausnehmung, um auf einer dem Substrat abgewandten Seite der Membran zwei fluiddicht getrennte Druckkammern zu bilden. Bei einer Ausgestaltung des Kanals zwischen den Kavitäten als Graben in der Oberfläche des Substrates liegt der Deckel im Bereich zwischen den Kavitäten auf dem Substrat auf, so dass er die Funktion einer oberen Begrenzung des Grabens übernimmt und eine Verwölbung der gegebenenfalls vorhandenen gemeinsamen Membran über dem Graben verhindert.In a special embodiment the sensor chip has a lid which is the first and the second or covering the common membrane at least in the area above the cavities. Furthermore has the lid is preferably above each cavity via a lid recess on a side facing away from the substrate of the membrane two fluid-tight to form separate pressure chambers. In one embodiment of the channel between the cavities as a trench in the surface of the Substrates the lid lies in the area between the cavities on the substrate, giving it the function of an upper limit the digging takes over and a warp the possibly existing common membrane over the trench prevented.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorchips ist ein Druckkanal im Deckel ausgebildet, der eine fluiddichte Verbindung zwischen wenigstens einer Deckelausnehmung und einer dem Substrat abgewandten Seite des Deckels herstellt. Vorzugsweise befindet sich an dieser, dem Substrat abgewandten Seite des Deckels, an der der Druckkanal an die Umgebung angrenzt, ein Druckanschluss. Bevorzugt ist dieser Druckanschluss derart ausgeführt, dass beliebig ausgeführte Leitungen, bspw. über spezielle Kupplungselemente, anschließbar sind.In another particular embodiment the sensor chip according to the invention is a pressure channel formed in the lid, which is a fluid-tight connection between at least one lid recess and one the substrate produces opposite side of the lid. Preferably is at this, the substrate facing away from the lid, on which the Pressure channel adjacent to the environment, a pressure port. Prefers this pressure connection is designed such that arbitrarily designed lines, for example, about special coupling elements, can be connected.

Der Deckel kann beispielsweise aus Silizium, Glas oder Kunststoff gefertigt sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Deckel und das Substrat durch anodisches Bonden miteinander verbunden, wobei der Deckel vorzugsweise aus Pyrexglas besteht, das auf diese Weise auf der Waferebene fixiert wird. Dies ermöglicht eine schnelle, sichere und qualitativ hochwertige Herstellung eines mikromechanischen Differenzdrucksensors mit dem erfindungsgemäßen Sensorchip.Of the Lid can be made of silicon, glass or plastic, for example be. In an advantageous embodiment, the lid and the substrate joined together by anodic bonding, the lid is preferably made of pyrex glass placed on top of it Way is fixed at the wafer level. This allows a fast, secure and high quality manufacturing of a micromechanical differential pressure sensor with the sensor chip according to the invention.

In einer Ausgestaltung des Sensorchips ist auf der Grundfläche jeder Ausnehmung nur eine Elektrode angeordnet, die elektrisch leitend mit einem von der Außenseite eines Gehäuses für den Sensorchip frei zugänglichen elektrischen Kontakt verbunden ist. Vorzugsweise ist in diesem Fall eine Auswerteeinheit vorgesehen, mit der die zwei Elektroden getrennt auslesbar sind. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorchips ist eine Vielzahl von Elektroden auf der Grundfläche jeder Ausnehmung vorhanden, die von einer entsprechend ausgebildeten Auswerteeinheit getrennt auslesbar sind. Hierbei können bspw. zwei Elektroden auf der Grundfläche jeder Kavität vorgesehen sein, die mit der Auswerteeinheit getrennt ausgewertet werden, so dass sich eine Fehlerberechnung und -bewertung anschließen kann und auch der Ausfall einzelner Elektroden nicht in jedem Fall eine Fehlmessung bewirkt.In one embodiment of the sensor chip, only one electrode is arranged on the base surface of each recess, which is electrically conductively connected to an electrical contact freely accessible from the outside of a housing for the sensor chip. Preferably, in this case, an evaluation unit is provided, with which the two Elek electrodes are readable separately. In a further embodiment of the sensor chip according to the invention, a multiplicity of electrodes are present on the base surface of each recess, which can be read out separately by a correspondingly formed evaluation unit. In this case, for example, two electrodes can be provided on the base of each cavity, which are evaluated separately with the evaluation unit, so that an error calculation and evaluation can follow and also the failure of individual electrodes does not cause a false measurement in each case.

Die Verdrahtung der vorzugsweise als Bondpads ausgebildeten Kontakte für die Elektroden und Membranen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So können sowohl die auf der Grundfläche der Ausnehmungen angeordneten Elektroden als auch die Membranen mit jeweils getrennten Kontakten elektrisch leitend verbunden sein. Vorzugsweise sind die Membranen jedoch mit einem gemeinsamen Kontakt verbunden, wobei dies bei Einsatz einer gemeinsamen Membran ohne weitere Maßnahmen zwangsläufig der Fall ist. Bei Einsatz von getrennten, voneinander isolierten Membranen ist es auch möglich, die Elektroden mit einem gemeinsamen Kontakt zu verbinden und die Membranen mit getrennten Kontakten.The Wiring of the contacts, preferably designed as bond pads for the Electrodes and membranes can be done in different ways. So can both on the base the recesses arranged electrodes and the membranes be electrically connected to each separate contacts. Preferably, however, the membranes are in common contact this is when using a common membrane without further measures inevitably the Case is. When using separate, mutually insulated membranes it is also possible to connect the electrodes to a common contact and the Membranes with separate contacts.

Die Elektroden können direkt in das Substrat implantiert oder als eine metallische Schicht auf einem Isolator ausgeführt sein, der auf der Grundfläche der Ausnehmung aufgebracht ist.The Electrodes can implanted directly into the substrate or as a metallic layer executed on an insulator be on the base of the Recess is applied.

Der vorliegende Sensorchip weist vorzugsweise Aufnahmeelemente zur Befestigung in einem Gehäuse auf. Diese Aufnahmeelemente verfügen bspw. über ebene Flächen, so dass der Sensorchip mit Hilfe eines Klebstoffes in das Gehäuse einklebbar ist. Hervorragende Festigkeitseigenschaften sind ferner erzielbar, wenn das Gehäuse vorgespannt wird. Im Vergleich zu einer durch die Festigkeitskennwerte der Sensormaterialien begrenzten Druckfestigkeit eines Differenzdrucksensors wird durch die Vorspannung des Gehäuses eine wesentlich höhere Druckfestigkeit des Drucksensors erreicht.Of the present sensor chip preferably has receiving elements for attachment in a housing on. These receiving elements have, for example, over level surfaces, so that the sensor chip with the aid of an adhesive in the housing is glued. Excellent strength properties are also achievable when the housing is biased. Compared to a through the strength characteristics of the Sensor materials limited compressive strength of a differential pressure sensor is due to the bias of the housing a much higher pressure resistance reached the pressure sensor.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Der erfindungsgemäße Sensorchip für einen Differenzdrucksensor wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nochmals exemplarisch beschrieben. Es zeigen:Of the Sensor chip according to the invention for a differential pressure sensor is hereafter without limitation of the general inventive idea using an exemplary embodiment with reference to the drawings described again by way of example. Show it:

1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorchips; 1 a plan view of an embodiment of a sensor chip according to the invention;

2 eine Querschnittsdarstellung des Sensorchips der 1; und 2 a cross-sectional view of the sensor chip of 1 ; and

3 eine Querschnittsdarstellung durch einen Differenzdrucksensor mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Sensorchip. 3 a cross-sectional view through a differential pressure sensor with an inventively designed sensor chip.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

In 1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorchips 2 dargestellt. In einem Substrat 12 sind Kavitäten 9a, 9b ausgebildet, die durch einen Kanal 11 mit einander verbunden sind. Auf den Grundflächen der die Kavitäten 9a, 9b bildenden Ausnehmungen im Substrat 12 sind Elektroden 4a, 4b angeordnet, die jeweils mit einem als Bondpad ausgebildeten Kontakt 5 elektrisch leitend verbunden sind. Die elektrischen Kontakte 5 sind derart am Substrat 12 angeordnet, dass sie für eine Kontaktierung des Sensorchips von außen frei zugänglich sind.In 1 is a plan view of an embodiment of a sensor chip according to the invention 2 shown. In a substrate 12 are cavities 9a . 9b formed by a channel 11 are connected with each other. On the bases of the cavities 9a . 9b forming recesses in the substrate 12 are electrodes 4a . 4b arranged, each with a trained as Bondpad contact 5 are electrically connected. The electrical contacts 5 are so on the substrate 12 arranged that they are freely accessible for contacting the sensor chip from the outside.

Ferner ist ein ebenfalls als Bondpad ausgebildeter Anschluss 14 vorgesehen, der elektrisch leitend mit einer auf dem Substrat 12 aufliegenden Membran (in dieser Ansicht nicht erkennbar) verbunden ist. Da die Membran und die in den Kavitäten 9a, 9b angeordneten Elektroden 4a, 4b nicht elektrisch leitend verbunden sind, stellen diese einen kapazitiven Widerstand dar. Die Größe des kapazitiven Widerstands ist über die Kontakte 5 und 14 mit Hilfe einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) auslesbar.Furthermore, a likewise formed as a bond pad connection 14 provided, which is electrically conductive with one on the substrate 12 lying membrane (not visible in this view) is connected. As the membrane and in the cavities 9a . 9b arranged electrodes 4a . 4b are not electrically connected, they represent a capacitive resistance. The size of the capacitive resistance is via the contacts 5 and 14 with the help of an evaluation unit (not shown) readable.

Die 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Sensorchips 2 der 1. In dieser Darstellung sind die Ausnehmungen 8a, 8b im Substrat 12 zu erkennen, die zusammen mit der die Ausnehmungen 8a, 8b überdeckenden Membran 1 die Kavitäten 9a, 9b bilden. In den Grundflächen der Ausnehmungen 8a, 8b sind die mit den Kontakten 5 verbundenen Elektroden 4a, 4b implantiert. Die Oberflächenbereiche des Substrates 12, in die keine Ausnehmungen geätzt sind und die von der Membran 1 überdeckt werden, sind mit der Membran 1 fest verbunden, so dass die Kavitäten 9a, 9b und der die Kavitäten 9a, 9b verbindende Kanal 11 einen fluiddicht abgeschlossenen Hohlraum unterhalb der Membran 1 bilden. Dieser Hohlraum ist mit einem inkompressiblen Fluid 13 ausgefüllt, das schraffiert in der Figur angedeutet ist.The 2 shows a cross-sectional view of the sensor chip 2 of the 1 , In this illustration, the recesses 8a . 8b in the substrate 12 to recognize, together with the recesses 8a . 8b covering membrane 1 the cavities 9a . 9b form. In the bases of the recesses 8a . 8b are the ones with the contacts 5 connected electrodes 4a . 4b implanted. The surface areas of the substrate 12 into which no recesses are etched and that of the membrane 1 are covered with the membrane 1 firmly connected so that the cavities 9a . 9b and the cavities 9a . 9b connecting channel 11 a fluid-tight sealed cavity below the membrane 1 form. This cavity is filled with an incompressible fluid 13 filled in, hatched in the figure is indicated.

Die Membran 1 und die Elektroden 4a bzw. 4b stellen jeweils einen Kondensator dar, dessen Kapazität über die Kontakte 5 sowie einen in dieser Ansicht nicht dargestellten Kontakt 14 für die Kontaktierung der Membran 1 ausgelesen wird.The membrane 1 and the electrodes 4a respectively. 4b each represent a capacitor whose capacity over the contacts 5 and a contact, not shown in this view 14 for the contacting of the membrane 1 is read out.

3 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen mikromechanischen Differenzdrucksensor mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Sensorchip 2 der ein Substrat 12 mit zwei Ausnehmungen aufweist, die über den Kanal 11 miteinander verbunden sind. Ferner weist der Sensorchip 2 eine Membran 1 auf, die die Ausnehmungen sowie den Kanal 11 überspannt, so dass zwei durch den Kanal 11 verbundene Kavitäten 9a, 9b gebildet werden. Der Sensorchip 2 weist die in den 1 und 2 erläuterte Ausgestaltung auf. Ferner ist auf dem Sensorchip 2 ein Deckelchip 3 aufgebracht, der in Bereichen, die nicht die Kavitäten 9a, 9b überspannen, fest auf der Membran 1 aufliegt. 3 shows a cross-sectional view through a micromechanical differential pressure sensor with an inventively designed Sen sorchip 2 the one substrate 12 with two recesses over the channel 11 connected to each other. Furthermore, the sensor chip 2 a membrane 1 on which the recesses as well as the channel 11 spanned, leaving two by the channel 11 connected cavities 9a . 9b be formed. The sensor chip 2 has the in the 1 and 2 explained embodiment. Further, on the sensor chip 2 a lid chip 3 applied in areas that are not the cavities 9a . 9b straddle, firmly on the membrane 1 rests.

Der Deckelchip 3 verfügt über Deckelausnehmungen 10a, 10b, die so dimensioniert sind, dass die Membran 1 nur über den Kavitäten 9a, 9b frei liegt bzw. diese begrenzt und insbesondere der die Kavitäten 9a, 9b verbindende Kanal 11 vollständig abgedeckt ist. Die Deckelausnehmung 10a ist über die Druckleitung 6 und die Deckelausnehmung 10b über die Druckleitung 7 mit der Umgebung verbunden.The lid chip 3 has lid recesses 10a . 10b , which are dimensioned so that the membrane 1 only over the cavities 9a . 9b is free or limited and in particular the cavities 9a . 9b connecting channel 11 is completely covered. The lid recess 10a is over the pressure line 6 and the lid recess 10b via the pressure line 7 connected to the environment.

Die Kavitäten 9a, 9b sowie der die Kavitäten verbindende Kanal 11 sind vollständig mit einem inkompressiblen Fluid 13 aufgefüllt. Mit Hilfe dieses inkompressiblen Fluids 13 wird eine hydraulische Verbindung zwischen den Kavitäten 9a, 9b hergestellt.The cavities 9a . 9b and the channel connecting the cavities 11 are completely filled with an incompressible fluid 13 refilled. With the help of this incompressible fluid 13 becomes a hydraulic connection between the cavities 9a . 9b produced.

Wird die Membran 1 oberhalb einer Kavität 9a durch einen an der Druckleitung 6 anstehenden Druck P1 belastet, verwölbt diese sich nach unten. Dabei wird ein Teil des inkompressiblen Fluids 13 durch den Kanal 11 in die benachbarte Kavität 9b verdrängt, so dass sich der über dieser Kavität 9b befindliche Membrananteil nach oben verwölbt. In Folge dessen verändert sich die Kapazität des jeweils aus Elektrode 4a bzw. 4b und Membran 1 gebildeten Kondensators. Aus der Änderung der Kapazität wird die zwischen den Druckleitungen 6 und 7 anliegende Druckdifferenz ermittelt.Will the membrane 1 above a cavity 9a through one on the pressure line 6 pending pressure P 1 charged, this warps down. This is part of the incompressible fluid 13 through the channel 11 in the neighboring cavity 9b displaced, so that the over this cavity 9b located membrane portion cambered upwards. As a result, the capacity of each electrode changes 4a respectively. 4b and membrane 1 formed capacitor. The change in capacity is between the pressure lines 6 and 7 applied pressure difference determined.

Der Aufbau des Drucksensors aus Sensorchip 2 und Deckelchip 3 ermöglicht einen beidseitigen, symmetrischen Überlastungsschutz. Fällt der Offsetdruck auf einer Seite, bspw. an Druckleitung 6 aus, wird die Membran 1 in die nur wenige μm tiefe korrespondierende Kavität 9b gepresst. Die maximale Ausdehnung der Membran wird dabei durch den Boden der Kavität begrenzt. Wird für die Membran 1 ein Siliziummaterial gewählt, so kann diese Membran Überdrücken von mehreren 107 Pa (= 100 bar) widerstehen. Bei Anliegen eines solchen Überdruckes p1 auf einer Seite buckelt die Membran 1 gleichzeitig auf der anderen Seite, in diesem Fall in der Deckelausnehmung 8b, nur um das verdrängte Volumen des inkompressiblen Fluids 13 aus. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Membran 1 auch bei Anliegen eines entsprechenden Überdrucks nicht überdehnt wird.The structure of the pressure sensor made of sensor chip 2 and lid chip 3 enables bilateral, symmetrical overload protection. If offset printing falls on one side, for example on pressure line 6 out, the membrane becomes 1 into the corresponding cavity, which is only a few μm deep 9b pressed. The maximum expansion of the membrane is limited by the bottom of the cavity. Will for the membrane 1 selected a silicon material, this membrane can withstand pressures of several 10 7 Pa (= 100 bar). If such overpressure p 1 is present on one side, the membrane will buckle 1 at the same time on the other side, in this case in the lid recess 8b only to the displaced volume of the incompressible fluid 13 out. This will ensure that the membrane 1 is not overstretched even with concerns about a corresponding overpressure.

Die Kräfte durch den einseitigen Offsetdruck fallen nicht über der Membran 1 sondern am Material zwischen den Druckleitungen 6 und 7 und gleichzeitig auch an der Verbindung zwischen Deckelchip 3 und Sensorchip 2 ab. Die Druckfestigkeit des dargestellten Drucksensors wird folglich nicht durch die Eigenschaften des Sensorchips 2 limitiert.The forces due to unilateral offset printing do not fall over the membrane 1 but on the material between the pressure lines 6 and 7 and at the same time also at the connection between cover chip 3 and sensor chip 2 from. The compressive strength of the illustrated pressure sensor is therefore not affected by the characteristics of the sensor chip 2 limited.

Da in dem dargestellten Differenzdrucksensor ein Sensorchip 2 vorgesehen ist, der symmetrisch aufgebaut ist und mit dem eine Differenzkapazität gemessen wird, lassen sich spezielle temperatur- oder stressbedingte Drifteffekte auf einfache Weise eliminieren. Darüber hinaus liegt der an den Druckleitungen 6 bzw. 7 angelegte Druck direkt an der Membran 1 an, ohne dass eine Druckaufnahme über ein zusätzlich in dem Sensor vorgesehenes Medium erfolgt. Der in 3 dargestellte Sensor stellt somit einen medienentkoppelten Differenzdrucksensor dar, durch dessen Einsatz Fehlmessungen weitgehend ausgeschlossen werden.Since in the illustrated differential pressure sensor, a sensor chip 2 is provided, which is constructed symmetrically and with which a differential capacitance is measured, special temperature or stress-related drift effects can be eliminated in a simple manner. In addition, it is located on the pressure lines 6 respectively. 7 applied pressure directly on the membrane 1 on, without that a pressure is absorbed by an additionally provided in the sensor medium. The in 3 The sensor shown thus represents a media-decoupled differential pressure sensor, by the use of incorrect measurements are largely excluded.

11
Membranmembrane
22
Sensorchipsensor chip
33
Deckelchipchip cover
4a4a
Elektrodeelectrode
4b4b
Elektrodeelectrode
55
KontaktContact
66
Druckleitung 1pressure line 1
77
Druckleitung 2pressure line 2
8a8a
erste Ausnehmungfirst recess
8b8b
zweite Ausnehmungsecond recess
9a9a
Kavitätcavity
9b9b
Kavitätcavity
10a10a
DeckelausnehmungDeckelausnehmung
10b10b
DeckelausnehmungDeckelausnehmung
1111
Kanalchannel
1212
Substratsubstratum
1313
inkompressibles Fluidincompressible fluid
1414
Anschluss für Membranconnection for membrane

Claims (16)

Sensorchip für einen Differenzdrucksensor, der ein Substrat (12) mit einer ersten, eine Vertiefung im Substrat bildenden Ausnehmung (8a) aufweist, die von einer ersten Membran (1) dichtend überdeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) eine zweite, eine Vertiefung im Substrat bildende Ausnehmung (8b) aufweist, die von einer zweiten Membran (1) dichtend überdeckt ist und über zumindest einen Kanal (11) mit der ersten Ausnehmung (8a) in Verbindung steht, so dass zwei durch den Kanal (11) mit einander gekoppelte Kavitäten (9a, 9b) gebildet werden, die mit einem inkompressiblen Fluid (13) gefüllt sind, wobei die Membranen (1) elektrisch leitfähig oder leitfähig beschichtet und elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt (14) verbunden sind und auf einer Grundfläche jeder Ausnehmung (8a, 8b) wenigstens eine Elektrode (4a, 4b) angeordnet ist, die elektrisch leitend mit einem zweiten Kontakt (5) verbunden ist.Sensor chip for a differential pressure sensor, which is a substrate ( 12 ) with a first, a recess in the substrate forming recess ( 8a ) formed by a first membrane ( 1 ) is sealingly covered, characterized in that the substrate ( 12 ) a second, a recess in the substrate forming recess ( 8b ) separated from a second membrane ( 1 ) is sealingly covered and over at least one channel ( 11 ) with the first recess ( 8a ), so that two through the channel ( 11 ) with coupled cavities ( 9a . 9b ) formed with an incompressible fluid ( 13 ) are filled, the membranes ( 1 ) electrically conductive or conductive coated and electrically conductive with a first contact ( 14 ) are connected and on a base of each recess ( 8a . 8b ) at least one electrode ( 4a . 4b ) is arranged, which is electrically conductive with a second contact ( 5 ) connected is. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Membran (1) zusammenhängend als eine gemeinsame Membran ausgebildet sind.Sensor chip according to claim 1, characterized in that the first and the second membrane ( 1 ) are formed coherently as a common membrane. Sensorchip nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deckel (3) vorgesehen ist, der die erste und die zweite Membran (1) zumindest in einem den Kavitäten (9a, 9b) gegenüberliegenden Bereich überdeckt.Sensor chip according to claim 1 or 2, characterized in that a cover ( 3 ) is provided, the first and the second membrane ( 1 ) at least in one of the cavities ( 9a . 9b ) opposite area covered. Sensorchip nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) im Bereich der Kavitäten (9a, 9b) jeweils eine Deckelausnehmung (10a, 10b) aufweist, so dass auf einer dem Substrat (12) abgewandten Seite der Membran (1) wenigstens zwei fluiddicht getrennte Druckkammern gebildet werden.Sensor chip according to claim 3, characterized in that the cover ( 3 ) in the area of the cavities ( 9a . 9b ) each have a lid recess ( 10a . 10b ), so that on a the substrate ( 12 ) facing away from the membrane ( 1 ) at least two fluid-tight separate pressure chambers are formed. Sensorchip nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckkanal (6, 7) im Deckel (3) ausgebildet ist, der eine fluiddichte Verbindung zwischen wenigstens einer Deckelausnehmung (10a, 10b) und einer dem Substrat (12) abgewandten Seite des Deckels (3) herstellt.Sensor chip according to claim 4, characterized in that at least one pressure channel ( 6 . 7 ) in the lid ( 3 ) is formed, the a fluid-tight connection between at least one Deckelausnehmung ( 10a . 10b ) and a substrate ( 12 ) facing away from the lid ( 3 ). Sensorchip nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) aus Silizium, Glas oder Kunststoff besteht.Sensor chip according to one of claims 3 to 5, characterized in that the cover ( 3 ) consists of silicon, glass or plastic. Sensorchip nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) und das Substrat (12) durch anodisches Bonden verbunden sind.Sensor chip according to one of claims 3 to 6, characterized in that the cover ( 3 ) and the substrate ( 12 ) are connected by anodic bonding. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (1) aus Silizium, Metall oder Kunststoff gebildet sind.Sensor chip according to one of claims 1 to 7, characterized in that the membranes ( 1 ) are formed of silicon, metal or plastic. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Membran (1) im Bereich außerhalb der Kavitäten (9a, 9b) auf dem Substrat (12) aufliegen.Sensor chip according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first and the second membrane ( 1 ) in the area outside the cavities ( 9a . 9b ) on the substrate ( 12 ) rest. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (11) als Graben in einer Oberfläche des Substrates (12) ausgebildet ist und die erste und die zweite Membran (1) im Bereich außerhalb der Kavitäten (9a, 9b) und des Kanals (11) auf dem Substrat (12) aufliegen.Sensor chip according to one of claims 1 to 8, characterized in that the channel ( 11 ) as a trench in a surface of the substrate ( 12 ) is formed and the first and the second membrane ( 1 ) in the area outside the cavities ( 9a . 9b ) and the channel ( 11 ) on the substrate ( 12 ) rest. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (8a, 8b) im Substrat (12) nur wenige μm tief sind.Sensor chip according to one of claims 1 to 10, characterized in that the recesses ( 8a . 8b ) in the substrate ( 12 ) are only a few microns deep. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit der die auf den Grundflächen der Ausnehmungen (8a, 8b) angeordneten Elektroden (4a, 4b) getrennt auslesbar sind.Sensor chip according to one of claims 1 to 11, characterized in that an evaluation unit is provided, with which on the base surfaces of the recesses ( 8a . 8b ) arranged electrodes ( 4a . 4b ) are readable separately. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundfläche jeder Ausnehmung (8a, 8b) wenigstens zwei Elektroden (4a, 4b) angeordnet sind und eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit der eine Vielzahl von Elektroden getrennt auslesbar ist.Sensor chip according to one of claims 1 to 11, characterized in that on the base of each recess ( 8a . 8b ) at least two electrodes ( 4a . 4b ) are arranged and an evaluation unit is provided, with which a plurality of electrodes is read out separately. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4a, 4b) in das Substrat (12) implantiert und/oder als metallische Schicht auf einem Isolator ausgebildet sind.Sensor chip according to one of claims 1 to 13, characterized in that the electrodes ( 4a . 4b ) in the substrate ( 12 ) are implanted and / or formed as a metallic layer on an insulator. Sensorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnahmeelemente zur Befestigung des Sensorchips (2) in einem Gehäuse vorgesehen sind.Sensor chip according to one of claims 1 to 14, characterized in that receiving elements for fixing the sensor chip ( 2 ) are provided in a housing. Sensorchip nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (2) in einem Gehäuse angeordnet ist, das vorgespannt ist.Sensor chip according to claim 15, characterized in that the sensor chip ( 2 ) is arranged in a housing which is biased.
DE2002149238 2002-10-23 2002-10-23 Sensor chip for a differential pressure sensor with double-sided overload protection Expired - Lifetime DE10249238B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002149238 DE10249238B4 (en) 2002-10-23 2002-10-23 Sensor chip for a differential pressure sensor with double-sided overload protection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002149238 DE10249238B4 (en) 2002-10-23 2002-10-23 Sensor chip for a differential pressure sensor with double-sided overload protection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10249238A1 DE10249238A1 (en) 2004-05-13
DE10249238B4 true DE10249238B4 (en) 2006-09-21

Family

ID=32102870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002149238 Expired - Lifetime DE10249238B4 (en) 2002-10-23 2002-10-23 Sensor chip for a differential pressure sensor with double-sided overload protection

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10249238B4 (en)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8403908B2 (en) * 2007-12-17 2013-03-26 Hospira, Inc. Differential pressure based flow sensor assembly for medication delivery monitoring and method of using the same
US9026370B2 (en) 2007-12-18 2015-05-05 Hospira, Inc. User interface improvements for medical devices
DE102010001797B4 (en) 2010-02-11 2023-09-28 Robert Bosch Gmbh Micromechanical sensor element for capacitive differential pressure detection
US9240002B2 (en) 2011-08-19 2016-01-19 Hospira, Inc. Systems and methods for a graphical interface including a graphical representation of medical data
US10022498B2 (en) 2011-12-16 2018-07-17 Icu Medical, Inc. System for monitoring and delivering medication to a patient and method of using the same to minimize the risks associated with automated therapy
ES2741725T3 (en) 2012-03-30 2020-02-12 Icu Medical Inc Air detection system and method to detect air in a pump of an infusion system
ES2743160T3 (en) 2012-07-31 2020-02-18 Icu Medical Inc Patient care system for critical medications
AU2014268355B2 (en) 2013-05-24 2018-06-14 Icu Medical, Inc. Multi-sensor infusion system for detecting air or an occlusion in the infusion system
WO2014194065A1 (en) 2013-05-29 2014-12-04 Hospira, Inc. Infusion system and method of use which prevents over-saturation of an analog-to-digital converter
AU2014274146B2 (en) 2013-05-29 2019-01-24 Icu Medical, Inc. Infusion system which utilizes one or more sensors and additional information to make an air determination regarding the infusion system
JP6636442B2 (en) 2014-02-28 2020-01-29 アイシーユー・メディカル・インコーポレーテッド Infusion systems and methods utilizing dual wavelength optical in-pipe air detection
JP2017517302A (en) 2014-05-29 2017-06-29 ホスピーラ インコーポレイテッド Infusion system and pump with configurable closed loop delivery rate catchup
US11344668B2 (en) 2014-12-19 2022-05-31 Icu Medical, Inc. Infusion system with concurrent TPN/insulin infusion
US10850024B2 (en) 2015-03-02 2020-12-01 Icu Medical, Inc. Infusion system, device, and method having advanced infusion features
DE102015119272A1 (en) * 2015-11-09 2017-05-11 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Capacitive pressure sensor and method for its manufacture
EP4085944A1 (en) 2016-05-13 2022-11-09 ICU Medical, Inc. Infusion pump system with common line auto flush
US11324888B2 (en) 2016-06-10 2022-05-10 Icu Medical, Inc. Acoustic flow sensor for continuous medication flow measurements and feedback control of infusion
JP2018159593A (en) * 2017-03-22 2018-10-11 アズビル株式会社 Differential pressure sensor chip, differential pressure transmitter, and method for manufacturing differential pressure sensor chip
US10089055B1 (en) 2017-12-27 2018-10-02 Icu Medical, Inc. Synchronized display of screen content on networked devices
DE102018211392A1 (en) * 2018-07-10 2020-01-16 B. Braun Melsungen Ag Infusion device for the administration of a medical fluid
US11278671B2 (en) 2019-12-04 2022-03-22 Icu Medical, Inc. Infusion pump with safety sequence keypad
CA3189781A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 Icu Medical, Inc. Fluid transfer devices and methods of use
US11135360B1 (en) 2020-12-07 2021-10-05 Icu Medical, Inc. Concurrent infusion with common line auto flush

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072057A (en) * 1975-09-09 1978-02-07 Fuji Electric Co., Ltd. Differential pressure cell with diaphragm tension and overpressure protection
US5357807A (en) * 1990-12-07 1994-10-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Micromachined differential pressure transducers
EP0639761A1 (en) * 1993-06-25 1995-02-22 CSEM, Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique S.A. Capacitive differential pressure transducer
DE19750131A1 (en) * 1997-11-13 1999-06-10 Siemens Ag Micromechanical differential pressure sensor device
US5969591A (en) * 1991-03-28 1999-10-19 The Foxboro Company Single-sided differential pressure sensor
DE10036433A1 (en) * 2000-07-26 2002-02-07 Endress Hauser Gmbh Co Capacitive pressure sensor has membrane connected to base body via joint and groove to measurement capacitor connects to end of joint in base body

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072057A (en) * 1975-09-09 1978-02-07 Fuji Electric Co., Ltd. Differential pressure cell with diaphragm tension and overpressure protection
US5357807A (en) * 1990-12-07 1994-10-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Micromachined differential pressure transducers
US5969591A (en) * 1991-03-28 1999-10-19 The Foxboro Company Single-sided differential pressure sensor
EP0639761A1 (en) * 1993-06-25 1995-02-22 CSEM, Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique S.A. Capacitive differential pressure transducer
DE19750131A1 (en) * 1997-11-13 1999-06-10 Siemens Ag Micromechanical differential pressure sensor device
DE10036433A1 (en) * 2000-07-26 2002-02-07 Endress Hauser Gmbh Co Capacitive pressure sensor has membrane connected to base body via joint and groove to measurement capacitor connects to end of joint in base body

Also Published As

Publication number Publication date
DE10249238A1 (en) 2004-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10249238B4 (en) Sensor chip for a differential pressure sensor with double-sided overload protection
DE102016203232A1 (en) 3D stacked piezoresistive pressure sensor
DE10130375B4 (en) Differential Pressure Sensor
WO2008151972A2 (en) Capacitative and piezoresistive differential pressure sensor
EP1141670A1 (en) Pressure sensor
DE3535904A1 (en) ABSOLUTE PRESSURE SENSOR
DE102012223550B4 (en) Micromechanical, capacitive pressure sensor
EP2612125A1 (en) Pressure sensor having a piezoresistive sensor chip element
DE102010031452A1 (en) Low pressure sensor device with high accuracy and high sensitivity
DE102008019054A1 (en) Differential pressure sensor i.e. micromechanical differential pressure sensor, for detecting difference between two medium pressures, has measuring diaphragm lying at base in case of one-sided overload and having even contour
DE102005040341A1 (en) Semiconductor sensor of a capacitance type
EP2335039B1 (en) Sensor arrangement, method for operating a sensor arrangement and method for producing a sensor arrangement
EP2823274B1 (en) Micromechanical measuring element
WO2016102121A1 (en) Differential pressure sensor and differential pressure measurement transducer having such a differential pressure sensor
DE10393943B3 (en) Differential Pressure Sensor
DE10224790B4 (en) Acceleration sensor and method for manufacturing an acceleration sensor
DE102010038534A1 (en) Sensor element for capacitive differential pressure measurement
DE10313738A1 (en) Capacitive micro-mechanical sensor for detecting pressure, has separately processed components with semiconductor material, electrodes and a steel membrane
DE4207949C1 (en) Capacitative differential pressure sensor of glass-silicon@ type - has second pressure supply channel communicating with first but offset in covering plate
EP0896658B1 (en) Micromechanical pressure and force sensor
DE102018209500A1 (en) Micromechanical z inertial sensor
DE102017109971A1 (en) pressure sensor
DE10130376B4 (en) Differential Pressure Sensor
DE102014115803A1 (en) MEMS sensor, in particular differential pressure sensor
DE102009045158A1 (en) Sensor arrangement and method for producing a sensor arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R071 Expiry of right