DE102017220132A1

DE102017220132A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur von Drucksensoren

Info

Publication number: DE102017220132A1
Application number: DE102017220132.0A
Authority: DE
Inventors: Natasha V. Kachenko; James H. Hoffman; David Eric Wagner
Original assignee: Measurement Specialties Inc
Current assignee: Measurement Specialties Inc
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN108072487A; CN108072487B; JP6920967B2; US10371591B2; KR20180053253A; KR102406604B1; US20180136066A1; JP2018081097A

Abstract

Ein Differenzdrucksensor enthält einen oder mehrere Halbleiter-Chip/s, der/die an Abschnitten des Chips verdünnt ist/sind, um eine Kammer zu schaffen, die eine empfindliche Membran aufweist, die piezoresistive Elemente hat, die an einer Oberfläche der Membran ausgebildet sind. Eine erste Membran ist in Fluidverbindung mit einem ersten Fluid an einer oberen Fläche der ersten Membran und ist in Fluidverbindung mit einem zweiten Fluid an einer unteren Fläche der ersten Membran. Eine zweite Membran ist in Fluidverbindung mit Umgebungsdruck an einer oberen und einer unteren Fläche der zweiten Membran. Die piezoresistiven Elemente, die der zweiten Membran entsprechen, sind elektrisch mit den piezoresistiven Elementen der ersten Membran verbunden, um den Ausgang der zweiten Membran in Bezug auf den Ausgang der ersten Membran auszugleichen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft Sensoren. Insbesondere betrifft die Anmeldung Halbleiter-Drucksensoren, die eine druckempfindliche Membranstruktur aufweisen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Differenzdrucksensoren messen eine Druckdifferenz zwischen zwei Messpunkten (z.B. P1 und P2) eines Fluids. Ein Differenzdrucksensor (bzw. -Wandler) wandelt die Druckdifferenz in ein elektrisches Signal um, das gemessen werden kann, um die Druckdifferenz zu bestimmen. Ein Differenzdrucksensor kann beispielsweise in einer Ölleitung eingesetzt werden, um den Druck vor und nach einer Messblende in der Kraftstoffleitung zu messen, anhand dessen die Strömungsgeschwindigkeit des Öls bestimmt werden kann. Derartige Vorrichtungen werden üblicherweise unter Verwendung von Methoden hergestellt, die auf Feinbearbeitung oder mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS) basieren. Ein verbreitetes Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors besteht darin, eine MEMS-Vorrichtung einhergehend mit Ätz- und Bond-Verfahren an einem Substrat, wie beispielsweise einem Keramik- oder einem Leiterplatten-Substrat, anzubringen, um sehr kleine, kostengünstige Vorrichtungen herzustellen.
Der Druckerfassungs-Chip kann üblicherweise aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, ausgebildet werden. 1 ist eine Schnittansicht einer/eines MEMS-Druckerfassungsvorrichtung bzw. -Chips nach dem Stand der Technik. Druckerfassungsvorrichtung 100 kann aus einem Silizium-Wafer mit Verfahren, wie beispielsweise Dicing, ausgebildet werden, um eine Silizium-Substratstruktur 101 herzustellen. Struktur 101 wird verdünnt, um eine Kammer 105 und einen verdünnten Abschnitt zu schaffen, durch den eine Membran 103 ausgebildet wird. Halbleiter-Substrat 101 kann mit beliebigen geeigneten Mitteln verdünnt werden. Beispielsweise kann Substrat 101 unter Verwendung von anisotropem Ätzen verdünnt werden, wie dies in der Technik bekannt ist. Widerstandselemente 107 werden an der Oberfläche der Membran 103 ausgebildet. Die Widerstandselemente 107 weisen einen Widerstand auf, der proportional zu der Spannung ist, die auf das verdünnte Halbleitermaterial wirkt, das die Membran 103 bildet.
2 ist eine Darstellung eines herkömmlichen MEMS-Differenzdrucksensors 200, bei dem Druckerfassungsvorrichtung 100 eingesetzt wird. Druckerfassungsvorrichtung 100 kann an einer Tragestruktur 201 montiert werden, die ihrerseits mit einer Sockelplatte 203 verbunden wird, die aus einem korrosionsbeständigen Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, ausgebildet sein kann. Erfassungsvorrichtung 100 und Tragestruktur 201 können mittels eines Klebstoffs (nicht dargestellt) an Sockelplatte 203 angeklebt werden, die auch als Sockel bezeichnet werden kann. Tragestruktur 201 dient dazu, Druckerfassungsvorrichtung 100 gegenüber Quellen von Spannung zu isolieren, die nicht mit Druck zusammenhängen, so beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnung von Druckerfassungsvorrichtung 100 und Sockelplatte 203. Eine Öffnung 221 ist in Sockelplatte 203 ausgebildet und stellt einen Schlitz dar, der in Gas- oder Fluidverbindung mit der Unterseite der Membran der Druckerfassungsvorrichtung 100 steht. Obwohl sich der Wärmeausdehnungskoeffizient von Druckerfassungsvorrichtung 100 und der Wärmeausdehnungskoeffizient von Tragestruktur 201 in gewissem Maß unterscheiden, kann Tragestruktur 201 aus Glas oder einem ähnlichen Material ausgebildet sein, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der näher an dem von Silizium-Druckerfassungsvorrichtung 100 liegt als der Wärmeausdehnungskoeffizient des rostfreien Stahls, der Sockelplatte 203 bildet. Dadurch werden nicht auf Druck zurückzuführende Fehler der Messung durch Druckerfassungsvorrichtung 100 reduziert, jedoch nicht beseitigt, die beispielsweise auf Spannung zurückzuführen sind, die aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Druckerfassungsvorrichtung 100 und Tragestruktur 201 auf Druckerfassungsvorrichtung 100 ausgeübt wird. Wenn Druckerfassungsvorrichtung 100 direkt an Sockelplatte 203 angeklebt ist, können diese nicht auf Druck zurückzuführenden Fehler noch größer sein.
Drucksensor 200 enthält ein oberes Gehäuse 220. Das obere Gehäuse 220 ist so ausgeführt, dass es eine abgedichtete Anbringung an Sockelplatte 203 ermöglicht. Ein abgeschlossenes Volumen 217 ist zwischen dem oberen Gehäuse 220 und Sockelplatte 203 ausgebildet. Eine flexible gewellte Membran 215 dient dazu, das umschlossene Volumen 217 in ein erstes Volumen 217 und ein zweites Volumen 213 zu unterteilen. Ein Anschluss 219 ist durch eine Wand des oberen Gehäuses 220 hindurch ausgebildet und steht mit einem zweiten Abschnitt bzw. Teil von Gas oder Fluid in Verbindung, dessen Druck P2 gemessen werden soll und das in Kontakt mit einer anderen Seite der Druckerfassungsvorrichtung 100 kommt, die an das erste Volumen 217 angrenzt. Druckerfassungsvorrichtung 100 enthält des Weiteren elektrische Komponenten, die ein elektrisches Signal, das einen auf Vorrichtung 100 wirkenden Druck anzeigt, erzeugen und übertragen. Bei Einsatzzwecken, bei denen das geprüfte Fluid ein aggressives Medium ist, so beispielsweise Treibstoff oder Öl, können die elektrischen Komponenten von Vorrichtung 100 durch aggressive Medien korrodiert werden. In derartigen Umgebungen wird die Isolierung von Vorrichtung 100 gegenüber dem geprüften Fluid mittels der flexiblen gewellten Membran 215 erreicht. Ein Öl-Einfüllanschluss 209 ist durch Sockelplatte 203 hindurch ausgebildet. Öl-Einfüllanschluss 209 ermöglicht es, Volumen 213 zwischen Vorrichtung 100 und der flexiblen Membran 215 mit einem nicht korrodierenden Fluid, wie beispielsweise Silikonöl, zu füllen. Wenn der Hohlraum, der Volumen 213 bildet, gefüllt ist, wird Öl-Einfüllanschluss 209 abgedichtet, indem beispielsweise eine Kugel 211 über die Öffnung von Öl-Einfüllanschluss 209 angeschweißt wird. Das Öl in Volumen 213 ist damit vollständig eingeschlossen und in Fluidverbindung mit der oberen Fläche von Vorrichtung 100.
Anschluss 219 kann mit Gewinde versehen sein, so dass Drucksensor 200 über ein Anschlussteil an einer Leitung oder einer anderen Übertragungseinrichtung angebracht werden kann, die in Verbindung mit dem zu prüfenden bzw. zu messenden Gas oder Fluid steht. Das zu messende Gas oder Fluid tritt in Anschluss 219 ein und füllt das innere Volumen 217. Wenn das innere Volumen 217 gefüllt ist, ist das zu messende Fluid in Kontakt mit der oberen Seite der flexiblen Membran 215. Druck, der auf das gemessene Gas oder Fluid wirkt, wird über die flexible Membran 215 auf das in Volumen 213 eingeschlossene Öl übertragen. Die durch die flexible Membran 215 auf das Öl ausgeübte Kraft wird über das gesamte Öl auf die das Öl einschließenden Flächen einschließlich der oberen Fläche der Druckerfassungsvorrichtung 100 übertragen.
Wenn Drücke P1 und P2 auf Druckerfassungsvorrichtung 100 wirken, variiert ein elektrisches Signal über piezoresistive Elemente (107, in 1 gezeigt), die in der oberen Fläche der Membran von Druckerfassungsvorrichtung 100 ausgebildet sind, in Reaktion auf Änderungen an den piezoresistiven Elementen. Das elektrische Signal ist repräsentativ für die Differenzkraft, die auf die Oberfläche von Druckerfassungsvorrichtung 100 ausgeübt wird. Das elektrische Signal wird über Bonddrähte 202 zu leitenden Stiften 205 geleitet, die über einen elektrischen Leiter elektrisch mit anderen Schaltungen des Systems, wie beispielsweise einer Steuerschaltung, verbunden sind, oder in Druck-Daten umgewandelt, die, um ein nicht einschränkendes Beispiel anzuführen, in einem elektronischen Speicher gespeichert werden können.
Die flexible Membran 215 und das mit Öl gefüllte Volumen 213 isolieren Druckerfassungsvorrichtung 100, die Bonddrähte 202 sowie die leitenden Stifte 205 gegenüber dem korrodierenden bzw. aggressiven Medien, die über Anschluss 219 gemessen werden. Des Weiteren muss Volumen 213, das das Öl enthält, abgedichtet sein, so dass es nicht zu Austritt oder Kontamination des Öls im Inneren von Volumen 213 kommt. Die leitenden Stifte 205, die das elektrische Signal von Druckerfassungsvorrichtung 100 leiten, müssen durch Sockelplatte 203 hindurch verlaufen, um Anschluss anderer externer Komponenten des Systems zu ermöglichen. Die leitenden Stifte 205 sind in Glas- oder Keramikmaterial eingeschlossen, dass zu einer Röhre bzw. Öffnung 207 gebrannt wird, die eine hermetische Dichtung an Sockelplatte 203 bildet. Hermetische Dichtungen sind kostenaufwändig in der Herstellung und empfindlich gewährleisten jedoch nicht notwendigerweise die Unversehrtheit von Volumen 213.
Drucksensoren, wie beispielsweise der Sensor in 2, sollen nur auf Druckänderungen des geprüften Fluids reagieren. Jedoch wirken, wenigstens teilweise aufgrund von Einschränkungen durch Konstruktion und Herstellung zusätzliche Impulse, die Änderungen des Ausgangs des Drucksensors bewirken, die nicht mit Druck zusammenhängen. Beispielsweise können Impulse, wie z.B. Spannung, Temperatur, Leckstrom innerhalb der Vorrichtung, Vibrationen und dergleichen bewirken, dass sich der Ausgang des Sensors ohne Zusammenhang mit Druck ändert. Diese nicht mit Druck zusammenhängenden Änderungen bewirken Fehler bei der Druckmessung des Sensors. Benötigt werden Erfassungssysteme, durch die die Effekte nicht mit Druck zusammenhängender Impulse reduziert werden, die auf einen Drucksensor wirken.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Drucksensor enthält einen ersten Halbleiter-Druckerfassungs-Chip, der eine empfindliche Membran aufweist, sowie einen zweiten Halbleiter-Druckerfassungs-Chip, der eine empfindliche Membran aufweist. Ein Druckerfassungs-Gehäuse nimmt den ersten Druckerfassungs-Chip und den zweiten Druckerfassungs-Chip auf. Das Gehäuse ist so ausgeführt, dass es ein erstes Fluid mit einem ersten Druck in Fluidverbindung mit einer ersten Fläche der empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips bringt und ein zweites Fluid mit einem zweiten Druck in Fluidverbindung mit einer zweiten Fläche der empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips bringt und eine erste und eine zweite Fläche der empfindlichen Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips in Fluidverbindung mit einem dritten Fluid mit einem dritten Druck, wie beispielsweise einem Umgebungsdruck, bringt.
Piezoresistive Elemente sind an einer Fläche der ersten empfindlichen Membran und der zweiten empfindlichen Membran ausgebildet. Die piezoresistiven Elemente weisen einen Widerstand auf, der in Reaktion auf Biegung der entsprechenden empfindlichen Membran variiert. An der Fläche der ersten empfindlichen Membran ausgebildete piezoresistive Elemente erzeugen ein elektrisches Signal, das repräsentativ für einen Differenzdruck zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck ist. Die an der Fläche der zweiten empfindlichen Membran ausgebildeten piezoresistiven Elemente erzeugen ein elektrisches Signal, das repräsentativ für nicht mit Druck zusammenhängende Fehler des Sensors ist. Der Ausgang der zweiten empfindlichen Membran ist elektrisch so mit dem Ausgang der ersten empfindlichen Membran verbunden, dass die durch die zweite empfindliche Membran gemessenen nicht mit Druck zusammenhängenden Fehler von dem durch die erste empfindliche Membran gemessenen Differenzdruck-Signal subtrahiert werden, um ein korrigiertes Ausgangssignal des Sensors zu erzeugen.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Halbleiter-Druckerfassungs-Chips.
2 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Drucksensors, bei dem der Halbleiter-Druckerfassungs-Chip in 1 eingesetzt wird.
3 ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem zwei Druckerfassungs-Chips eingesetzt werden, um die Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
4 ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem zwei Druckerfassungs-Chips eingesetzt werden, um die Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
5 ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem zwei Druckerfassungs-Chips eingesetzt werden, um Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, und der in einer Umgebung eingesetzt wird, in der aggressive Medien gemessen werden, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6A ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, um Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6B ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, der von einer unteren Eingrenzung getragen wird, um Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6C ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, um Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6D ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, der von einer unteren Eingrenzung getragen wird, um Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6E ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, um Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6F ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, der von einer unteren Eingrenzung getragen wird, um Effekte von Nicht-Druck-Impulsen zu reduzieren, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6G ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6H ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6l ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6J ist eine Schnittansicht eines Drucksensors, bei dem mehrere druckempfindliche Membranen an einem einzelnen Druckerfassungs-Chip eingesetzt werden, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
7 ist ein Schaltbild parallel verbundener Brückenschaltungen an den Membranen der Ausführungsformen in 5 sowie 6A bis 6J.
7A ist ein Schaltbild in Reihe verbundener Brückenschaltungen an den Membranen der Ausführungsformen in 5 sowie 6A bis 6J.
7B ist ein Funktionsschema der in Reihe verbundenen Brückenschaltungen in 7A.
7C ist ein Schaltbild einer Vielzahl von Brückenschaltungen an einer Vielzahl von Membranen gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
7D ist ein Schaltbild einer Vielzahl in Reihe verbundener Brückenschaltungen an einer Vielzahl von Membranen gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
7E ist eine schematische Funktionsdarstellung einer Ausführungsform, die eine Vielzahl in Reihe verbundener Brückenschaltungen aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung in den Figuren und Beschreibungen vereinfacht dargestellt wird, um Elemente zu zeigen, die für ein eindeutiges Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, während der Übersichtlichkeit halber viele andere Elemente weggelassen werden, die sich in typischen Erfassungssystemen, wie beispielsweise MEMS-Sensoren, finden. Da jedoch diese Elemente in der Technik bekannt sind und sie kein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ermöglichen, werden diese Elemente hier nicht erläutert. Die vorliegende Offenbarung betrifft alle Veränderungen und Abwandlungen, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann. Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, auch wenn sie sich unterscheiden, einander nicht ausschließen. Des Weiteren kann eine hier in Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene bestimmte Eigenschaft, Struktur oder Besonderheit im Rahmen andere Ausführungsformen umgesetzt werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Des Weiteren versteht sich, dass die Position bzw. Anordnung einzelner Elemente innerhalb jeder offenbarten Ausführungsform abgewandelt werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht als einschränkend zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird lediglich durch die entsprechend interpretierten beigefügten Patentansprüche zusammen mit dem vollständigen Umfang von Äquivalenten definiert, die die Patentansprüche zulassen. In den Zeichnungen beziehen sich in verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen durchgehend auf die gleiche oder ähnliche Funktionalität.
3 ist eine Schnittansicht eines Differenzdrucksensors 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Drucksensor 300 enthält eine/n erste/n Druckerfassungs-Vorrichtung bzw. -Chip 301, die/der so verdünnt ist, dass eine erste Kammer 304 und eine entsprechende empfindliche Membran 303 gebildet werden. Die empfindliche Membran 303 wird gebogen bzw. durchgebogen, wenn Druck auf eine Oberfläche der empfindlichen Membran 303 wirkt. Die Durchbiegung der empfindlichen Membran 303 bewirkt eine Änderung des Widerstandes piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt), die in der Oberfläche der empfindlichen Membran 303 ausgebildet sind. Drucksensor 300 enthält des Weiteren eine/n zweite/n Druckerfassungs-Vorrichtung bzw. -Chip 311, die eine zweite Kammer 314 und eine entsprechende empfindliche Membran 313 bildet. Druckerfassungs-Chip 301 und Druckerfassungs-Chip 311 liegen auf einem Sockel 321 auf. Die Druckerfassungs-Chips 301, 311 sind über einen Klebstoff 305 mit Sockel 321 verbunden, wobei derartige Klebstoffe in der Technik bekannt sind. Ein Abschnitt von Druckerfassungs-Chip 311 ist nicht an Sockel 321 angeklebt, so dass ein Belüftungskanal 323 gebildet wird.
Druckerfassungs-Chip 301 ist über einen Bonddraht 309 elektrisch mit einer Bondinsel 307 verbunden. Wenn die piezoresistiven Elemente der empfindlichen Membran 303 durch die Biegung der empfindlichen Membran 303 aufgrund von Druck Kräften ausgesetzt sind, variiert der Widerstand der piezoresistiven Elemente mit dem Maß der Biegung der empfindlichen Membran 303. Durch die Änderung des Widerstandes wird ein elektrisches Signal erzeugt, das repräsentativ für den durch die empfindliche Membran 303 erfassten Druck ist. Druckerfassungs-Chip 311 ist über einen Bonddraht 319 elektrisch mit einer Bondinsel 317 verbunden. Wenn die piezoresistiven Elemente der empfindlichen Membran 313 aufgrund der Durchbiegung der empfindlichen Membran 313 Kräften ausgesetzt sind, variiert der Widerstand der piezoresistiven Elemente mit dem Maß der Durchbiegung der empfindlichen Membran 313. Durch die Änderung des Widerstandes wird ein elektrisches Signal erzeugt, das repräsentativ für den durch die empfindliche Membran 313 erfassten Druck ist.
Drucksensor 300 enthält des Weiteren ein Gehäuse, das ein oberes Gehäuseelement 33 und ein unteres Gehäuseelement 340 umfasst. Das obere Gehäuseelement 33 deckt Druckerfassungs-Chip 301 und Druckerfassungs-Chip 311 ab und enthält eine Trennwand 331, die zwei isolierte Volumina bildet. Das erste isolierte Volumen nimmt Druckerfassungs-Chip 301 auf und ermöglicht Fluidverbindung mit einer oberen Fläche der empfindlichen Membran 303. Ein Eingangsanschluss 333 ist durch die Wand des oberen Gehäuseelementes 330 hindurch ausgebildet und ermöglicht Zugang zu dem ersten isolierten Volumen, das mit Druckerfassungs-Chip 301 verbunden ist. Ein erster Druck P1, der durch ein in Eingangsanschluss 333 eingeleitetes Fluid erzeugt wird, wird auf die obere Fläche der druckempfindlichen Membran 303 ausgeübt. Eingangsanschluss 333 kann eine Gewindeverbindung zur Anbringung der ersten Fluidquelle über ein entsprechendes Anschlussteil an Eingangsanschluss 333 einschließen.
Das zweite isolierte Volumen nimmt den druckempfindlichen Chip 311 auf. Ein/e Loch bzw. Öffnung 335 ist durch eine Wand des oberen Gehäuseelementes 330 hindurch ausgebildet und ermöglicht es einem Druck, so einem lediglich als Beispiel angeführten Umgebungsdruck P_amb (z.B. dem Umgebungsdruck der Position des Drucksensors 300), in das zweite isolierte Volumen einzutreten. Der Umgebungsdruck tritt in das zweite isolierte Volumen ein, und der Umgebungsdruck wird auf die obere Fläche der empfindlichen Membran 313 ausgeübt. Der Umgebungsdruck breitet sich weiter über Belüftungskanal 323 aus und wird auf die untere Fläche der empfindlichen Membran 313 ausgeübt. Der Umgebungsdruck wird in gleichem Maß auf die obere Fläche und die untere Fläche der empfindlichen Membran 313 ausgeübt. Daher erfasst die empfindliche Membran keinerlei Änderungen aufgrund von Druck. Dementsprechend repräsentiert jedes von Druckerfassungs-Chip 311 erzeugte Signal Nicht-Druck-Impulse, die Fehler darstellen, durch die, wenn sie nicht korrigiert werden, Fehler in dem Ausgang des Sensors erzeugt werden.
Das untere Gehäuseelement 340 bildet ein Volumen, das über eine in Sockel 321 ausgebildete Öffnung bzw. Bahn 325 in Fluidverbindung mit der unteren Fläche der empfindlichen Membran 303 steht. Ein Eingangsanschluss 341 ist durch die Wand des unteren Gehäuseelementes 340 hindurch ausgebildet und ermöglicht über Öffnung 325 Zugang zu der unteren Fläche der empfindlichen Membran 303. Ein zweiter Druck P2, der durch ein in Eingangsanschluss 341 eingeleitetes Fluid erzeugt wird, wird auf die untere Fläche der druckempfindlichen Membran 303 ausgeübt. Eingangsanschluss 341 kann eine Gewindeverbindung zur Anbringung der zweiten Fluidquelle über ein entsprechendes Anschlussteil an Eingangsanschluss 341 einschließen.
In Funktion tritt Druck P1 in Eingangsanschluss 333 ein und übt eine Kraft auf die obere Fläche der empfindlichen Membran 303 aus. Druck P2 tritt in Eingangsanschluss 341 ein und übt eine Kraft auf die untere Fläche der empfindlichen Membran 303 aus. Die empfindliche Membran 303 erfährt aufgrund des Differenzdrucks zwischen P1 und P2 Verformung. Die Verformung bewirkt eine Änderung des Widerstandes von Piezoresistoren an der Oberfläche der empfindlichen Membran 303 und erzeugt ein Signal, das repräsentativ für den Differenzdruck ist. Das Ausgangssignal von Druckerfassungs-Chip 301 schließt des Weiteren nicht mit Druck zusammenhängende Fehler ein, die durch darauf wirkende Nicht-Druck-Impulse verursacht werden.
Da Druckerfassungs-Chip 301 und Druckerfassungs-Chip 311 nahe beieinander sind (z.B. an einem gemeinsamen Sensor angebracht sind, der beispielsweise über ein Chassis eines Fahrzeugs installiert sein kann) ist es wahrscheinlich, dass Druckerfassungs-Chip 301 und Druckerfassungs-Chip 311 ähnlichen nicht mit Druck zusammenhängenden Fehlern ausgesetzt sind. Jedoch ist nur Druckerfassungs-Chip 301 Druckänderungen ausgesetzt. Druckerfassungs-Chip 311 hingegen ist so konfiguriert, dass Druck (z.B. Umgebungsdruck) gleichmäßig auf die obere und die untere Fläche der empfindlichen Membran 313 wirkt. Daher werden die nicht mit Druck zusammenhängenden Fehler, denen sowohl Druckerfassungs-Chip 301 als auch Druckerfassungs-Chip 311 ausgesetzt sind, isoliert gemessen und durch Druckerfassungs-Chip 311 ausgegeben. Die piezoresistiven Elemente der empfindlichen Membran 303 und der empfindlichen Membran 313 können elektrisch so verbunden sein, dass die nicht mit Druck zusammenhängenden Fehler, die durch Druckerfassungs-Chip 311 gemessen werden, von dem Ausgangssignal von Druckerfassungs-Chip 301 subtrahiert oder anderweitig daraus entfernt werden, um ein korrigiertes Differenzdruck-Signal zu erzeugen, das von Drucksensor 300 ausgegeben werden kann.
4 ist eine Schnittansicht eines Drucksensors 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 400 arbeitet ähnlich wie Drucksensor 300 in 3. Drucksensor 400 enthält jedoch ein unteres Gehäuseelement 440, das eine Trennwand 441 enthält, die zwei isolierte Volumina bildet. Das erste isolierte Volumen steht über eine in einem Sockel 421 ausgebildete Öffnung 425 in Fluidverbindung mit einem Eingangsanschluss 443 und der unteren Fläche der empfindlichen Membran 303. Öffnung 425 kann so ausgeführt sein, dass sie einen Durchmesser hat, der im Wesentlichen genauso groß ist wie oder größer als der Durchmesser der empfindlichen Membran 303. Das zweite isolierte Volumen steht über eine durch die Wand des unteren Gehäuseelementes 440 hindurch ausgebildete Öffnung 445 in Fluidverbindung mit einer Druckquelle, beispielsweise Umgebungsdruck P_amb, und über eine in Sockel 421 ausgebildete Öffnung 427 mit der unteren Fläche der empfindlichen Membran 313. Öffnung 427 kann so ausgeführt sein, dass sie einen Durchmesser hat, der im Wesentlichen genauso groß ist wie oder größer als der Durchmesser der empfindlichen Membran 313.
Wie bei Druckerfassungs-Chip 311 in 3 wird Druck über Öffnung 335 in dem oberen Gehäuseelement 33 auf die obere Fläche der empfindlichen Membran 313 ausgeübt. Druck wird in gleichem Maß über Öffnung 445 in dem unteren Gehäuseelement 44 auf die untere Fläche der empfindlichen Membran 313 ausgeübt. So erfasst Druckerfassungs-Chip 311 keine mit Druck zusammenhängenden Änderungen. Vielmehr stellt jeder Ausgang von Druckerfassungs-Chip 311 nicht mit Druck zusammenhängende Impulse dar, die nicht mit Druck zusammenhängende Fehler bilden.
In Funktion wird die obere Fläche der empfindlichen Membran 303 über Eingangsanschluss 333 Druck P1 ausgesetzt. Die untere Fläche der empfindlichen Membran 303 wird über Eingangsanschluss 443 Druck P2 ausgesetzt. Da Druckerfassungs-Chip 301 und Druckerfassungs-Chip 311 nahe beieinander sind (z.B. an einem gemeinsamen Sensor angebracht sind, der beispielsweise über ein Chassis eines Fahrzeugs installiert sein kann) ist es möglich, dass Druckerfassungs-Chip 301 und Druckerfassungs-Chip 311 ähnlichen nicht mit Druck zusammenhängenden Fehlern ausgesetzt sind. Jedoch ist nur Druckerfassungs-Chip 301 Druckänderungen ausgesetzt. Druckerfassungs-Chip 311 hingegen ist so konfiguriert, dass Umgebungsdruck gleichmäßig auf die obere und die untere Fläche der empfindlichen Membran 313 wirkt. Daher werden die nicht mit Druck zusammenhängenden Fehler, denen sowohl Druckerfassungs-Chip 301 als auch Druckerfassungs-Chip 311 ausgesetzt sind, isoliert gemessen und durch Druckerfassungs-Chip 311 ausgegeben. Dementsprechend können die piezoresistiven Elemente der empfindlichen Membran 303 und der empfindlichen Membran 313 elektrisch so verbunden sein, dass die nicht mit Druck zusammenhängenden Fehler, die durch Druckerfassungs-Chip 311 gemessen werden, von dem Ausgangssignal von Druckerfassungs-Chip 301 subtrahiert oder anderweitig daraus gelöscht werden, um ein korrigiertes Differenzdruck-Signal zu erzeugen, das von Drucksensor 400 ausgegeben werden kann.
5 ist eine Schnittansicht eines Drucksensors 500, der zum Messen von Differenzdrücken aggressiver Medien ausgeführt ist, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Die Funktion von Drucksensor 500 gleicht der von Drucksensor 400 in 4. Druckerfassungs-Chip 311 erfasst gemeinsame nicht mit Druck zusammenhängende Impulse, indem er, wie oben erläutert, Umgebungsdruck über die Öffnungen 335, 445 in gleichem Maß an der oberen und der unteren Fläche der empfindlichen Membran 313 aufnimmt. Bei Drucksensor 500 ist das erste isolierte Volumen, das in dem oberen Gehäuseelement 330 ausgebildet ist, das mit Druckerfassungs-Chip 301 verbunden ist, weiter in zwei weitere isolierte Volumina unterteilt. Die zwei isolierten unterteilten Volumina werden durch eine flexible Membran 501 gebildet. Die flexible Membran 501 kann ein Material umfassen, das beständig gegenüber Auswirkungen eines aggressiven Mediums, wie beispielsweise Säure oder korrodierenden Flüssigkeiten oder Gasen, ist. Beispielsweise kann die flexible Membran 501 rostfreien Stahl umfassen. Ein erstes unterteiltes Volumen steht in Fluidverbindung mit Eingangsanschluss 333 und nimmt das erste geprüfte Fluid mit Druck P1 auf. Das erste geprüfte Fluid kann ein aggressives Medium, wie beispielsweise eine korrodierende Flüssigkeit oder ein korrodierendes Gas, sein, das, wenn zugelassen wird, dass es mit der Halbleiter-Oberfläche der empfindlichen Membran 303 in Kontakt kommt, Schaden an Sensor 500 verursachen kann.
Das zweite isolierte unterteilte Volumen steht in Fluidverbindung mit der oberen Fläche der empfindlichen Membran 303. Das zweite isolierte unterteilte Volumen kann mit einem Fluid gefüllt sein, das Verträglichkeit mit dem Material der empfindlichen Membran 303 aufweist, so kann beispielsweise Silikonöl eingesetzt werden, um das zweite isolierte unterteilte Volumen zu füllen. Das zweite isolierte unterteilte Volumen kann über einen Einfüllanschluss 503 gefüllt werden. Wenn das zweite isolierte unterteilte Volumen gefüllt ist, kann Einfüllanschluss 503 abgedichtet werden, indem beispielsweise eine Kugel 505 über der Öffnung angeschweißt wird, die durch Einfüllanschluss 503 gebildet wird. In Funktion wird ein erstes geprüftes Fluid oder Gas über Einfüllanschluss 333 in das erste isolierte unterteilte Volumen eingeleitet. Das erste Fluid oder Gas, das geprüft wird, hat einen Druck, durch den eine Kraft auf die flexible Membran 501 ausgeübt wird. Die flexible Membran 501 biegt sich unter der ausgeübten Kraft und überträgt die Kraft auf das Fluid in dem zweiten isolierten unterteilten Volumen, das die obere Fläche der empfindlichen Membran 303 einschließt.
Desgleichen ist das erste isolierte Volumen, das in dem unteren Gehäuseelement 440 ausgebildet ist, das mit Druckerfassungs-Chip 301 verbunden ist, weiter in zwei isolierte Volumina unterteilt. Die zwei isolierten unterteilten Volumina werden durch eine flexible Membran 511 gebildet. Die flexible Membran 511 kann ein Material umfassen, das beständig gegenüber Auswirkungen eines aggressiven Mediums, wie beispielsweise Säure oder korrodierenden Flüssigkeiten oder Gasen, ist. Beispielsweise kann die flexible Membran 511 rostfreien Stahl umfassen. Ein erstes unterteiltes Volumen steht in Fluidverbindung mit Eingangsanschluss 443 und nimmt das zweite geprüfte Fluid mit Druck P2 auf. Das zweite geprüfte Fluid kann ein aggressives Medium, wie beispielsweise eine korrodierende Flüssigkeit oder ein korrodierendes Gas, sein, das, wenn zugelassen wird, dass es mit der Halbleiter-Oberfläche der empfindlichen Membran 303 in Kontakt kommt, Schaden an Sensor 500 verursachen kann.
Das zweite isolierte unterteilte Volumen steht in Fluidverbindung mit der oberen Fläche der empfindlichen Membran 303. Das zweite isolierte unterteilte Volumen kann mit einem Fluid gefüllt sein, das Verträglichkeit mit dem Material der empfindlichen Membran 303 aufweist, so kann beispielsweise Silikonöl eingesetzt werden, um das zweite isolierte unterteilte Volumen zu füllen. Das zweite isolierte unterteilte Volumen kann über einen Einfüllanschluss 513 gefüllt werden. Wenn das zweite isolierte unterteilte Volumen gefüllt ist, kann Einfüllanschluss 513 abgedichtet werden, indem beispielsweise eine Kugel 515 über der Öffnung angeschweißt wird, die durch Einfüllanschluss 513 gebildet wird. In Funktion wird ein zweites geprüftes Fluid oder Gas über Einfüllanschluss 443 in das erste isolierte unterteilte Volumen eingeleitet. Das erste Fluid oder Gas, dass geprüft wird, hat einen Druck, durch den eine Kraft auf die flexible Membran 511 ausgeübt wird. Die flexible Membran 511 biegt sich unter der ausgeübten Kraft und überträgt die Kraft über die in Sockel 421 ausgebildete Öffnung 425 auf das Fluid in dem zweiten isolierten unterteilten Volumen, das die untere Fläche der empfindlichen Membran 303 einschließt.
In Funktion misst Druckerfassungs-Chip 301 Differenzdruck zwischen P1 und P2. Druckerfassungs-Chip 301 ist elektrisch mit Druckerfassungs-Chip 311 verbunden, der, wie oben in Bezug auf 4 beschrieben, nur nicht mit Druck zusammenhängende Fehler erfasst. Die nicht mit Druck zusammenhängenden Fehler können von einem Ausgangssignal von Druckerfassungs-Chip 301 subtrahiert werden, um einen korrigierten angepassten Ausgang von Sensor 500 zu erzeugen.
6A zeigt eine Schnittansicht eines Drucksensors 600a gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 600a enthält einen einzelnen Druckerfassungs-Chip 601. Druckerfassungs-Chip 601 ist an zwei Stellen verdünnt, so dass eine erste empfindliche Membran 603 und eine zweite empfindliche Membran 613 gebildet werden. Eine Vielzahl piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt) ist an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 sowie an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildet bzw. angeordnet. Auf die entsprechende Oberfläche der empfindlichen Membranen 603, 613 ausgeübter Druck bewirkt Biegung derselben, wodurch Spannung auf die piezoresistiven Elemente ausgeübt wird. Der elektrische Widerstand der piezoresistiven Elemente variiert aufgrund von Spannung, die erzeugt wird, wenn die empfindliche Membran durch den wirkenden Druck durchgebogen wird. Die piezoresistiven Elemente sind über Bonddrähte 615 elektrisch mit Kontaktinseln 617 verbunden. Der Druckerfassungs-Chip 601 ist über Haftverbindungen 619 mit einer Sockelplatte 621 verbunden. Die Haftverbindungen 619 können unter Verwendung eines Klebstoffs oder mittels eines Fest-Verbindungsverfahrens, wie beispielsweise mit Lot oder Glaslot, ausgebildet werden. Sockelplatte 621 ist mit einem Gehäuse verbunden, das aus einem ersten Gehäuseelement 630 und einem zweiten Gehäuseelement 640 besteht.
Das erste Gehäuseelement 630 bildet eine erste Kammer. Die erste Kammer wird durch eine flexible Membran 631 unterteilt, so dass ein erstes Druck-Volumen 650 und ein erstes mit Fluid zu füllendes Volumen 610 gebildet werden. Das erste mit Fluid zu füllende Volumen 610 kann über einen Einfüllanschluss 611 mit einem Fluid gefüllt werden, das nicht schädlich für Druckerfassungs-Chip 601 oder die piezoresistiven Elemente oder elektrischen Verbindungen ist, die zu den empfindlichen Membranen 603, 613 gehören. Beispielsweise kann bei einem Sensor, bei dem Druckerfassungs-Chip 601 ein Halbleitermaterial umfasst, das mit Fluid zu füllende Volumen 610 mit einem Öl, wie beispielsweise Silikonöl, gefüllt werden. Wenn es gefüllt ist, kann das mit Fluid zu füllende Volumen 610 unter Verwendung einer Schweißkugel 612 oder mit einem anderen Verfahren zum Abdichten von Einfüllanschluss 611 (z.B. Verquetschen) abgedichtet werden. Ein Gewindeanschluss 633 ist in einer Wand des ersten Gehäuseelementes 630 ausgebildet, so dass ein erstes Fluid mit einem ersten Druck P1 in Drucksensor 600a eintreten kann. Das erste Fluid tritt in Anschluss 633 ein und füllt ein erstes Druck-Volumen 650. Das erste Fluid hat einen ersten Druck, durch den eine Kraft auf die flexible Membran 631 wirkt. Die flexible Membran 631 biegt sich aufgrund der wirkenden Kraft und überträgt die Kraft über das Fluid in dem mit Fluid zu füllenden Volumen 610 auf eine Oberfläche der empfindlichen Membran 603 und der empfindlichen Membran 613. Der Druckerfassungs-Chip 601 enthält einen Entlüftungskanal 602, der einen Zwischenraum zwischen Druckerfassungs-Chip 601 und Sockelplatte 621 bildet, der zulässt, dass der Druck, der aufgrund des Fluids in dem mit Fluid zu füllenden Volumen 610 wirkt, in den Raum unterhalb der empfindlichen Membran 613 eintritt und der erste Druck auf die zweite Fläche der empfindlichen Membran 613 ausgeübt wird, die der ersten Fläche der empfindlichen Membran 613 gegenüberliegt. Da der erste Druck P1 gleichmäßig auf die erste und die zweite Fläche der empfindlichen Membran 613 ausgeübt wird, zeigt das Ausgangssignal von der empfindlichen Membran 613 im Wesentlichen nur nicht mit Druck zusammenhängende Eingänge bzw. Faktoren an.
Das zweite Gehäuseelement 640 bildet eine zweite Kammer. Die zweite Kammer wird durch eine zweite flexible Membran 661 unterteilt, so dass ein zweites Druck-Volumen 660 und ein zweites mit Fluid zu füllendes Volumen 620 gebildet werden. Das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 kann mit einem Fluid gefüllt werden, das nicht schädlich für Druckerfassungs-Chip 601 oder die piezoresistiven Elemente oder elektrischen Verbindungen ist, die zu den empfindlichen Membranen 603, 613 gehören. Das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 kann über eine Einfüllröhre 624 mit einem unschädlichen Fluid gefüllt werden. Beispielsweise kann, wenn der Druckerfassungs-Chip 601 ein Halbleitermaterial umfasst, das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 mit einem Öl, wie beispielsweise Silikonöl, gefüllt werden. Wenn es gefüllt ist, kann das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 unter Verwendung einer Schweißkugel 623 oder mit einem anderen Verfahren zum Abdichten von Einfüllröhre 624 (z.B. Verquetschen) abgedichtet werden. Ein Gewindeanschluss 663 ist in einer Wand des zweiten Gehäuseelementes 640 ausgebildet, so dass ein zweites Fluid mit einem zweiten Druck P2 in Drucksensor 600a eintreten kann. Das zweite Fluid tritt in Anschluss 663 ein und füllt das zweite Druck-Volumen 661. Das zweite Fluid hat einen zweiten Druck, durch den eine Kraft auf die zweite flexible Membran 661 wirkt. Die zweite flexible Membran 661 biegt sich aufgrund der wirkenden Kraft und überträgt die Kraft über das Fluid in dem zweiten mit Fluid zu füllenden Volumen 620 auf eine untere Fläche der empfindlichen Membran 603, indem es in Loch 625 eintritt, das durch Sockelplatte 621 hindurch ausgebildet ist. Die empfindliche Membran 603 nimmt Druck P1 an einer ersten Fläche der empfindlichen Membran 603 auf und nimmt Druck P2 an der zweiten Fläche der empfindlichen Membran 603 auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt. Dementsprechend repräsentiert der Ausgang der empfindlichen Membran 603 einen Differenzdruck zwischen Druck P1 und Druck P2 zusätzlich zu etwaigen nicht mit Druck zusammenhängenden Signalen.
Die an oder auf der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 ausgebildeten piezoresistiven Elemente können mit den an oder auf der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildeten piezoresistiven Elementen elektrisch so verbunden sein, dass ein durch die empfindliche Membran 613 erzeugtes Ausgangssignal von einem durch die empfindliche Membran 601 erzeugten Ausgangssignal subtrahiert wird. Das Ergebnis dieser Subtraktion ist, wie oben beschrieben, ein korrigiertes Ausgangssignal, das nur den erfassten Differenzdruck anzeigt.
Nicht mit Druck zusammenhängende Signale, die durch Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung abgeschwächt werden, können Spannungskräfte einschließen, die erzeugt werden, wenn ein Fluidleitungs-Anschlussteil auf Gewindeanschluss 633 oder Anschluss 663 aufgeschraubt wird. Die Festigkeit, mit der das Anschlussteil angebracht wird, kann Spannungen erzeugen, die über die Gehäuse Elemente 630, 640 auf Sockelplatte 621 übertragen werden. Sockelplatte 621 ist direkt an Halbleiter-Druckerfassungs-Chip 601 angebracht und kann Spannungen erzeugen, die die empfindlichen Membranen 603, 613 beeinflussen. Andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Druckerfassungs-Chip 601, Sockelplatte 621 und der Gehäuseelemente 630, 640 können sich unterscheiden und bewirken, dass sich aneinandergrenzende Komponenten in Reaktion auf Temperatur unterschiedlich stark ausdehnen oder zusammenziehen. Eine Änderung der Temperatur in Kombination mit unterschiedlich starker Ausdehnung oder Zusammenziehung kann zusätzliche Spannung bewirken, die auf die empfindlichen Membranen 603, 613 übertragen wird und so eine Änderung des Widerstandes piezoresistiver Elemente an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603, 613 bewirkt.
6B zeigt einen Drucksensor 600b, der in vielerlei Hinsicht Sensor 600a in 6A gleicht. Bei Sensor 600b ist jedoch Druckerfassungs-Chip 601 mit einer Begrenzung 685 verbunden, die ihrerseits an Sockelplatte 621 angebracht ist. Begrenzung 685 enthält einen Entlüftungskanal 682, der einen Zwischenraum zwischen Begrenzung 685 und Sockelplatte 621 bildet. Entlüftungskanal 682 lässt zu, dass ein erster Druck, oder als Alternative dazu, Umgebungsdruck in den Raum unterhalb der empfindlichen Membran 613 eintritt. Der erste Druck bzw. Umgebungsdruck wird so auf die zweite Fläche der empfindlichen Membran 613 ausgeübt, die der ersten Fläche der empfindlichen Membran 613 gegenüberliegt. Begrenzung 685 kann ein Material umfassen, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials von Druckerfassungs-Chip 601 liegt als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Sockelplatte 621. Unter Bedingungen, unter denen Temperaturänderungen Ausdehnung oder Zusammenziehung der Materialien von Druckerfassungs-Chip 601, Begrenzung 685 und/oder Sockelplatte 621 verursachen, wird durch Reduzierung der Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten aneinandergrenzender Materialien Spannung an Druckerfassungs-Chip 601 aufgrund thermischer Effekte oder nicht mit Druck zusammenhängender Impulse reduziert.
6C ist eine Schnittansicht eines Drucksensors 600c gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 600b enthält einen einzelnen Druckerfassungs-Chip 601. Drucksensor-Chip 601 ist an zwei Stellen verdünnt, so dass eine erste empfindliche Membran 603 und eine zweite empfindliche Membran 613 gebildet werden. Eine Vielzahl piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt) ist an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 sowie an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildet bzw. angeordnet.
Auf eine Oberfläche der empfindlichen Membranen 603, 613 ausgeübter Druck bewirkt Biegung der empfindlichen Membranen, wodurch Spannung auf die piezoresistiven Elemente ausgeübt wird. Der elektrische Widerstand der piezoresistiven Elemente variiert aufgrund von Spannung, die erzeugt wird, wenn die empfindlichen Membranen 603, 613 durch den wirkenden Druck gebogen werden. Die piezoresistiven Elemente sind über Bonddrähte 615 elektrisch mit Kontaktinseln 617 verbunden. Der Druckerfassungs-Chip 601 ist über Haftverbindungen 619 mit einer Sockelplatte 621 verbunden. Die Haftverbindungen 619 können unter Verwendung eines Klebstoffs oder mittels eines Fest-Verbindungsverfahrens, wie beispielsweise mit Lot oder Glaslot, ausgebildet werden. Sockelplatte 621 ist mit einem Gehäuse verbunden, das aus einem ersten Gehäuseelement 630 und einem zweiten Gehäuseelement 640 besteht.
Das erste Gehäuseelement 630 bildet ein erstes Druck-Volumen 650. Das erste Gehäuseelement 630 weist eine Öffnung 670 auf, die Druck, wie beispielsweise Umgebungsdruck P_amb, in das erste Druck-Volumen 650 eintreten lässt. Druckerfassungs-Chip 601 enthält einen Entlüftungskanal 602, der einen Zwischenraum zwischen Druckerfassungs-Chip 601 und Sockelplatte 621 bildet, der zulässt, dass der Umgebungsdruck in den Raum unterhalb der empfindlichen Membran 613 eintritt und der Umgebungsdruck auf die zweite Fläche der empfindlichen Membran 613 ausgeübt wird, die der ersten Fläche der empfindlichen Membran 613 gegenüberliegt. Da der Umgebungsdruck in gleichem Maß auf die erste und die zweite Fläche der empfindlichen Membran 613 ausgeübt wird, ist das Ausgangssignal von der empfindlichen Membran 613 das Ergebnis nicht mit Druck zusammenhängender Eingänge.
Das zweite Gehäuseelement 640 bildet eine zweite Kammer. Die zweite Kammer wird durch eine flexible Membran 661 unterteilt, so dass ein zweites Druck-Volumen 660 und ein zweites mit Fluid zu füllendes Volumen 620 gebildet werden. Das mit Fluid zu füllende Volumen 620 kann über einen Einfüllanschluss 624 mit einem Fluid gefüllt werden, das nicht schädlich für Druckerfassungs-Chip 601 oder die piezoresistiven Elemente oder elektrischen Verbindungen ist, die zu den empfindlichen Membranen 603, 613 gehören. Beispielsweise kann, wenn Druckerfassungs-Chip 601 ein Halbleitermaterial umfasst, das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 mit einem Öl, wie beispielsweise Silikonöl, gefüllt werden. Wenn es gefüllt ist, kann das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 unter Verwendung einer Schweißkugel 623 oder mit einem anderen Verfahren zum Abdichten von Einfüllanschluss 624 (z.B. Verquetschen) abgedichtet werden. Ein Gewindeanschluss 663 ist in einer Wand des zweiten Gehäuseelementes 640 ausgebildet, so dass ein zweites Fluid mit einem zweiten Druck P2 in Drucksensor 600c eintreten kann. Das zweite Fluid tritt in Anschluss 663 ein und füllt das zweite Druck-Volumen 660. Das zweite Fluid hat einen zweiten Druck, durch den eine Kraft auf die zweite flexible Membran 661 wirkt. Die flexible Membran 661 biegt sich aufgrund der wirkenden Kraft und überträgt die Kraft über das Fluid in dem zweiten mit Fluid zu füllenden Volumen 620 auf eine untere Fläche der empfindlichen Membran 603, indem es in ein Loch 625 eintritt, das durch Sockelplatte 621 hindurch ausgebildet ist. Die empfindliche Membran 603 nimmt Umgebungsdruck P_amb an einer ersten Fläche der empfindlichen Membran 603 auf und nimmt Druck P2 an der zweiten Fläche der empfindlichen Membran 603 auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt. Dementsprechend repräsentiert der Ausgang der empfindlichen Membran 603 den Differenzdruck zwischen Umgebungsdruck P_amb und Druck P2 zusätzlich zu etwaigen nicht mit Druck zusammenhängenden Signalen. Die an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 ausgebildeten piezoresistiven Elemente können mit den an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildeten piezoresistiven Elementen elektrisch so verbunden sein, dass das durch die empfindliche Membran 613 erzeugtes Ausgangssignal von dem durch die empfindliche Membran 601 erzeugten Ausgang subtrahiert wird. Da die empfindliche Membran 613 lediglich einen Ausgang erzeugt, der nicht mit Druck zusammenhängende Eingänge enthält, und die empfindliche Membran 603 sowohl eine Differenzdruck-Messung als auch ähnliche nicht mit Druck zusammenhängende Eingänge wie diejenigen der empfindlichen Membran 613 einschließt, ergibt Subtrahieren des nicht mit Druck zusammenhängenden Signals der empfindlichen Membran 613 von dem Ausgangssignal der empfindlichen Membran 603 das verbleibende Ausgangssignal des Sensors 600c, das lediglich das durch den Differenzdruck-Eingang erzeugte Signal enthält, so dass ein korrigiertes Signal geschaffen wird.
Nicht mit Druck zusammenhängende Signale können, wie oben dargelegt, Spannungskräfte einschließen, die erzeugt werden, wenn ein Fluidleitungs-Anschlussteil auf Gewindeanschluss 633 aufgeschraubt wird. Die Festigkeit, mit der das Anschlussteil angebracht wird, kann Spannungen erzeugen, die über die Gehäuseelemente 630, 640 auf Sockelplatte 621 übertragen werden. Sockelplatte 621 ist direkt an Halbleiter-Druckerfassungs-Chip 601 angebracht und kann Spannungen an den empfindlichen Membranen 603, 613 erzeugen. Andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Druckerfassungs-Chip 601, Sockelplatte 621 und der Gehäuseelemente 630, 640 können sich unterscheiden und bewirken, dass sich aneinandergrenzende Komponenten in Reaktion auf Temperatur unterschiedlich stark ausdehnen oder zusammenziehen. Eine Änderung der Temperatur in Kombination mit unterschiedlich starker Ausdehnung oder Zusammenziehung kann zusätzliche Spannung bewirken, die auf die empfindlichen Membranen 603, 613 übertragen wird und so eine Änderung des Widerstandes der piezoresistiven Elemente an der Oberfläche der empfindlichen Membranen 603, 613 bewirkt.
6D zeigt einen Drucksensor 600d, der in vielerlei Hinsicht Sensor 600c in 6C gleicht. Bei Sensor 600d ist jedoch Druckerfassungs-Chip 601 mit einer Begrenzung 685 verbunden, die ihrerseits an Sockelplatte 621 angebracht ist. Begrenzung 685 kann ein Material umfassen, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials von Druckerfassungs-Chip 601 liegt als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Sockelplatte 621. Unter Bedingungen, unter denen Temperaturänderungen Ausdehnung oder Zusammenziehung der Materialien von Druckerfassungs-Chip 601, Begrenzung 685 und/oder Sockelplatte 621 verursachen, wird durch Reduzierung der Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten aneinandergrenzender Materialien Spannung an Druckerfassungs-Chip 601 aufgrund thermischer Effekte oder nicht mit Druck zusammenhängender Impulse reduziert.
6E ist eine Schnittansicht eines Drucksensors 600e gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 600e enthält einen einzelnen Druckerfassungs-Chip 601. Drucksensor-Chip 601 ist verdünnt, so dass eine erste empfindliche Membran 603 und eine zweite empfindliche Membran 613 gebildet werden. Eine Vielzahl piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt) ist an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 sowie an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildet. Auf eine Oberfläche der empfindlichen Membranen 603, 613 ausgeübter Druck bewirkt Biegung der empfindlichen Membran, wodurch Spannung auf die piezoresistiven Elemente ausgeübt wird. Der elektrische Widerstand der piezoresistiven Elemente variiert aufgrund der Spannung, die erzeugt wird, wenn die empfindliche Membran 603, 613 durch den wirkenden Druck gebogen wird. Die piezoresistiven Elemente sind über Bonddrähte 615 elektrisch mit Kontaktinseln 617 verbunden. Druckerfassungs-Chip 601 ist über Haftverbindungen 619 mit einer Sockelplatte 621 verbunden. Die Haftverbindungen 619 können unter Verwendung eines Klebstoffs oder mittels eines Fest-Verbindungsverfahrens, wie beispielsweise mit Lot oder Glaslot, ausgebildet werden. Sockelplatte 621 ist mit einem Gehäuse verbunden, das aus einem ersten Gehäuseelement 630 und einem zweiten Gehäuseelement 640 besteht.
Eine Abdeckung 680 ist an einer ersten Fläche von Druckerfassungs-Chip 601 angebracht. Abdeckung 680 weist im Inneren von Abdeckung 680 ausgebildete Räume bzw. Hohlräume auf, die an Positionen an Druckerfassungs-Chip 601 angeordnet sind, an denen sich die empfindliche Membran 603 und die empfindliche Membran 613 befinden. Ein Vakuum wird im Inneren der in Abdeckung 680 ausgebildeten Hohlräume ausgebildet und eingeschlossen. Membran 603 ist Druck P2 von unten ausgesetzt und misst diesen Druck in Bezug auf das Vakuum unter Abdeckung 680, die in Kontakt mit der oberen Fläche von Membran 603 ist. Membran 613 ist einem Druck, beispielsweise Umgebungsdruck P_amb, von unten ausgesetzt und misst Druck P_amb in Bezug auf das Vakuum, das unter Abdeckung 680 ausgebildet ist, die in Kontakt mit der oberen Fläche von Membran 613 ist. So misst die in 6E gezeigte Ausführungsform einen Absolut-Druckwert für Druck P2 über Membran 603 sowie einen Absolut-Druckwert für Umgebungsdruck P_amb über Membran 613. Indem die mittels Membran 613 gemessenen Druckwerte von dem mittels Membran 603 gemessenen Druckwert subtrahiert werden, kann ein Differenzdruck zwischen Druck P2 und Umgebungsdruck P_amb bestimmt werden. Der bestimmte Differenzdruck kann als Ausgang des Drucksensors 600e bereitgestellt werden.
Das erste Gehäuseelement 630 bildet ein erstes Druck-Volumen 650. Das erste Gehäuseelement 630 weist eine Öffnung 670 auf, die Umgebungsdruck P_amb in das erste Druck-Volumen 650 eintreten lässt. Druckerfassungs-Chip 601 enthält einen Entlüftungskanal 602, der einen Zwischenraum zwischen Druckerfassungs-Chip 601 und Sockelplatte 621 bildet, der zulässt, dass der Umgebungsdruck in den Raum unterhalb der empfindlichen Membran 613 eintritt und der Umgebungsdruck auf die zweite Fläche der empfindlichen Membran 613 ausgeübt wird, die der ersten Fläche der empfindlichen Membran 613 gegenüberliegt. Der Differenzdruck zwischen Druck P2 und Umgebungsdruck P_amb kann beispielsweise bestimmt werden, indem die durch die empfindlichen Membranen 603, 613 erzeugten Ausgänge verarbeitet werden, die auf dem variablen Widerstand piezoresistiver Elemente an den Membranen 603, 613 basieren. Beispielsweise kann der auf dem variablen Widerstand der Membranen 603, 613 basierende Ausgang in einer Schaltung wie der Schaltung verarbeitet werden, auf deren Darstellung in 7 Bezug genommen wird und die weiter unten ausführlich erläutert wird.
Das zweite Gehäuseelement 640 bildet eine zweite Kammer. Die zweite Kammer wird durch eine flexible Membran 661 unterteilt, die ein zweites Druck-Volumen 660 und ein mit Fluid zu füllendes Volumen 620 bildet. Das mit Fluid zu füllende Volumen 620 kann über Einfüllanschluss 624 mit einem Fluid gefüllt werden, das nicht schädlich für Druckerfassungs-Chip 601 oder die piezoresistiven Elemente oder elektrischen Verbindungen ist, die zu den empfindlichen Membranen 610, 613 gehören. Beispielsweise kann, wenn Druckerfassungs-Chip 601 ein Halbleitermaterial umfasst, das mit Fluid zu füllende Volumen 620 mit einem Öl, wie beispielsweise Silikonöl, gefüllt werden. Wenn es gefüllt ist, kann das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 unter Verwendung einer Schweißkugel 623 oder mit einem anderen Verfahren zum Abdichten von Einfüllanschluss 624 (z.B. Verquetschen) abgedichtet werden. Ein Gewindeanschluss 663 ist in einer Wand des zweiten Gehäuseelementes 640 ausgebildet, so dass ein zweites Fluid mit einem zweiten Druck P2 in Drucksensor 600e eintreten kann. Das zweite Fluid tritt in Anschluss 663 ein und füllt das zweite Druck-Volumen 660. Das zweite Fluid hat einen zweiten Druck, durch den eine Kraft auf die flexible Membran 661 wirkt. Die flexible Membran 661 biegt sich aufgrund der wirkenden Kraft und überträgt die Kraft über das Fluid in dem mit Fluid zu füllenden Volumen 620 auf eine untere Fläche der empfindlichen Membran 603, indem es in Loch 625 eintritt, das durch Sockelplatte 621 hindurch ausgebildet ist. Die empfindliche Membran 603 ist an ihrer oberen Fläche über ein unter Abdeckung 680 ausgebildetes Vakuum in Kontakt und nimmt Druck P2 an der zweiten Fläche der empfindlichen Membran 603 auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt. Dementsprechend repräsentiert der Ausgang der empfindlichen Membran 603 einen Absolut-Druckwert, der repräsentativ für Druck P2 relativ zu einem Vakuum ist, zusätzlich zu etwaigen nicht mit Druck zusammenhängenden Signalen. Die an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 ausgebildeten piezoresistiven Elemente können mit den an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildeten piezoresistiven Elementen elektrisch so verbunden sein, dass das durch die empfindliche Membran 613 erzeugte Ausgangssignal von dem durch die empfindliche Membran 601 erzeugten Ausgang subtrahiert wird. Da sowohl die empfindliche Membran 603 als auch die empfindliche Membran 613 Ausgänge erzeugen, die jeweils nicht mit Druck zusammenhängende Eingänge enthalten, ergibt Subtrahieren der gemessenen Signale der empfindlichen Membran 603 von dem Ausgangssignal der empfindlichen Membran 613 ein korrigiertes Ausgangssignal des Sensors 600e.
Nicht mit Druck zusammenhängende Signale können Spannungskräfte einschließen, die erzeugt werden, wenn ein Fluidleitungs-Anschlussteil auf Gewindeanschluss 633 aufgeschraubt wird. Die Festigkeit, mit der das Anschlussteil angebracht wird, kann Spannungen erzeugen, die über die Gehäuse Elemente 630, 640 auf Sockelplatte 621 übertragen werden. Sockelplatte 621 ist direkt an Halbleiter-Druckerfassungs-Chip 601 angebracht und kann Spannungen an den empfindlichen Membranen 603, 613 erzeugen. Andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Druckerfassungs-Chip 601, Sockelplatte 621 und der Gehäuseelemente 630, 640 können sich unterscheiden und bewirken, dass sich aneinandergrenzende Komponenten in Reaktion auf Temperatur unterschiedlich stark ausdehnen oder zusammenziehen. Eine Änderung der Temperatur in Kombination mit unterschiedlich starker Ausdehnung oder Zusammenziehung kann zusätzliche Spannung bewirken, die auf die empfindlichen Membranen 603, 613 übertragen wird und so eine Änderung des Widerstandes der piezoresistiven Elemente an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603, 613 bewirkt.
6F ist eine Schnittansicht eines Drucksensors 600f gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 600f enthält einen einzelnen Druckerfassungs-Chip 601. Drucksensor-Chip 601 ist an mehreren Stellen verdünnt, so dass eine erste empfindliche Membran 603 und eine zweite empfindliche Membran 613 gebildet werden. Eine Vielzahl piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt) ist an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 sowie an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildet bzw. angeordnet. Eine Abdeckung 680 ist an einer ersten Fläche von Druckerfassungs-Chip 601 angebracht. Abdeckung 680 weist im Inneren von Abdeckung 680 ausgebildete Räume auf, die an Positionen an Druckerfassungs-Chip 601 angeordnet sind, an denen sich die empfindliche Membran 603 und die empfindliche Membran 613 befinden. Druckerfassungs-Chip 601 ist des Weiteren an der Fläche von Druckerfassungs-Chip 601, die den empfindlichen Membranen 603, 613 gegenüberliegt, an einer Begrenzung 685 angebracht. Begrenzung 685 kann ein Material umfassen, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials von Druckerfassungs-Chip 601 liegt als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Sockelplatte 621. Unter Bedingungen, unter denen Temperaturänderungen Ausdehnung oder Zusammenziehung der Materialien von Druckerfassungs-Chip 601, Begrenzung 685 und/oder Sockelplatte 621 verursachen, wird durch Reduzierung der Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten aneinandergrenzender Materialien Spannung an dem Druckerfassungs-Chip 601 aufgrund thermischer Effekte oder nicht mit Druck zusammenhängender Impulse reduziert. Des Weiteren verstärkt Begrenzung 685 die Festigkeit der Struktur der Druckerfassungs-Chips, wodurch die Chips und die druckempfindlichen Membranen weiter gegenüber nachteiligen Effekten von Spannung isoliert werden.
6G ist eine Schnittansicht eines Drucksensors 600g gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 600g enthält einen einzelnen Druckerfassungs-Chip 601. Drucksensor-Chip 601 ist verdünnt, so dass eine erste empfindliche Membran 603 und eine zweite empfindliche Membran 613 gebildet werden. Eine Vielzahl piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt) ist an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 sowie an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildet. Auf eine Oberfläche der empfindlichen Membranen 603, 613 ausgeübte Druck bewirkt Biegung der empfindlichen Membran, wodurch Spannung auf die piezoresistiven Elemente ausgeübt wird. Der elektrische Widerstand der piezoresistiven Elemente variiert aufgrund von Spannung, die erzeugt wird, wenn die empfindliche Membran 603, 613 durch den ausgeübten Druck gebogen wird. Die piezoresistiven Elemente sind über Bonddrähte 615 elektrisch mit Kontaktinseln 617 verbunden. Druckerfassungs-Chip 601 ist über Haftverbindungen 619 mit einer Sockelplatte 621 verbunden. Die Haftverbindungen 619 können unter Verwendung eines Klebstoffs oder mittels eines Fest-Verbindungsverfahrens, wie beispielsweise mit Lot oder Glaslot, ausgebildet werden. Sockelplatte 621 ist mit einem Gehäuse verbunden, das aus einem ersten Gehäuseelement 630 und einem zweiten Gehäuseelement 640 besteht.
Eine Abdeckung 680 ist an einer ersten Fläche von Druckerfassungs-Chip 601 angebracht. Abdeckung 680 weist im Inneren von Abdeckung 680 ausgebildete Räume bzw. Hohlräume auf, die an Positionen an Druckerfassungs-Chip 601 angeordnet sind, an denen sich die empfindliche Membran 603 und die empfindliche Membran 613 befinden. Ein Vakuum wird im Inneren der in Abdeckung 680 ausgebildeten Hohlräume ausgebildet und eingeschlossen. Membran 603 ist Druck P2 von unten ausgesetzt und misst diesen Druck in Bezug auf das Vakuum unter Abdeckung 680, die in Kontakt mit der oberen Fläche von Membran 603 ist. Membran 613 ist einem Druck, beispielsweise Umgebungsdruck P_amb, von unten über Entlüftungskanal 602 ausgesetzt, der zwischen Druckerfassungs-Chip 601 und Sockelplatte 621 ausgebildet ist. Die empfindliche Membran 613 misst Druck P_amb in Bezug auf das Vakuum, das unter Abdeckung 680 ausgebildet ist, die in Kontakt mit der oberen Fläche von Membran 613 ist. So misst die in 6G gezeigte Ausführungsform einen Absolut-Druckwert für Druck P2 über die empfindliche Membran 603 sowie einen Absolut-Druckwert für Umgebungsdruck P_amb über die empfindliche Membran 613. Indem die mittels der empfindlichen Membran 613 gemessenen Druckwerte von dem mittels der empfindlichen Membran 603 gemessenen Druckwert subtrahiert werden, kann ein Differenzdruck zwischen Druck P2 und Umgebungsdruck P_amb bestimmt werden. Der bestimmte Differenzdruck kann als Ausgang des Drucksensors 600g bereitgestellt werden.
Das erste Gehäuseelement 630 bildet ein erstes Druck-Volumen 650. Das erste Gehäuseelement 630 weist eine Öffnung 670 auf, die Umgebungsdruck P_amb in das erste Druck-Volumen 650 eintreten lässt. Druckerfassungs-Chip 601 enthält einen Entlüftungskanal 602, der einen Zwischenraum zwischen Druckerfassungs-Chip 601 und Sockelplatte 621 bildet, der zulässt, dass Umgebungsdruck P_amb in den Raum unterhalb der empfindlichen Membran 613 eintritt und der Umgebungsdruck auf die zweite Fläche der empfindlichen Membran 613 ausgeübt wird, die der ersten Fläche der empfindlichen Membran 613 gegenüberliegt. Der Differenzdruck zwischen Druck P2 und Umgebungsdruck P_amb kann beispielsweise bestimmt werden, indem die Ausgänge verarbeitet werden, die auf dem Widerstand der piezoresistiven Elemente an den Membranen 603, 613 basieren. Beispielsweise kann der auf dem variablen Widerstand der Membranen 603, 613 basierende Ausgang der empfindlichen Membranen 603, 613 unter Einsatz einer Schaltung wie der Schaltung verarbeitet werden, auf deren Darstellung in 7 Bezug genommen wird und die weiter unten ausführlich erläutert wird.
Das zweite Gehäuseelement 640 bildet eine zweite Kammer 641. Ein Gewindeanschluss 663 ist in einer Wand des zweiten Gehäuseelementes 640 ausgebildet, so dass ein zweites Fluid mit einem zweiten Druck P2 in Drucksensor 600g eintreten kann. Das zweite Fluid tritt in Anschluss 663 ein und füllt das zweite Druck-Volumen 641. Das zweite Fluid hat einen zweiten Druck, durch den eine Kraft auf die zweite Seite der empfindlichen Membran 603 wirkt, indem es in Loch 625 eintritt, das durch Sockelplatte 621 hindurch ausgebildet ist. Die empfindliche Membran 603 ist an ihrer oberen Fläche über ein unter Abdeckung 680 ausgebildetes Vakuum in Kontakt und nimmt Druck P2 an der zweiten Fläche der empfindlichen Membran 603 auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt. Dementsprechend repräsentiert der Ausgang der empfindlichen Membran 603 einen Absolut-Druckwert, der repräsentativ für Druck P2 relativ zu einem Vakuum ist, zusätzlich zu etwaigen nicht mit Druck zusammenhängenden Signalen. Die piezoresistiven Elemente, die an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 ausgebildet bzw. auf ihr angeordnet sind, können mit den an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildeten piezoresistiven Elementen elektrisch so verbunden sein, dass das durch die empfindliche Membran 613 erzeugte Ausgangssignal von dem durch die empfindliche Membran 601 erzeugten Ausgang subtrahiert wird. Da sowohl die empfindliche Membran 603 als auch die empfindliche Membran 613 Ausgänge erzeugen, die jeweils nicht mit Druck zusammenhängende Eingänge enthalten, ergibt Subtrahieren der gemessenen Signale der empfindlichen Membran 603 von dem Ausgangssignal der empfindlichen Membran 613 ein Ausgangssignal des Sensors 600g, das das durch den Differenzdruck-Eingang erzeugte Signal enthält, da die nicht mit Druck zusammenhängenden Eingänge in beide empfindlichen Membranen 603, 613 von dem abschließenden Ausgang des Drucksensors 600g subtrahiert werden.
Nicht mit Druck zusammenhängende Signale können, wie oben dargelegt, Spannungskräfte einschließen, die erzeugt werden, wenn ein Fluidleitungs-Anschlussteil auf Gewindeanschluss 663 aufgeschraubt wird. Die Festigkeit, mit der das Anschlussteil angebracht wird, kann Spannungen erzeugen, die über die Gehäuse Elemente 630, 640 auf Sockelplatte 621 übertragen werden. Sockelplatte 621 ist direkt an Halbleiter-Druckerfassungs-Chip 601 angebracht und kann Spannungen an den empfindlichen Membranen 603, 613 erzeugen. Andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Druckerfassungs-Chip 601, Sockelplatte 621 und der Gehäuseelemente 630, 640 können sich unterscheiden und bewirken, dass sich aneinandergrenzende Komponenten in Reaktion auf Temperatur unterschiedlich stark ausdehnen oder zusammenziehen. Eine Änderung der Temperatur in Kombination mit unterschiedlich starker Ausdehnung oder Zusammenziehung kann zusätzliche Spannung bewirken, die auf die empfindlichen Membranen 603, 613 übertragen wird und so eine Änderung des Widerstandes piezoresistiver Elemente an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603, 613 bewirkt.
6H ist eine Schnittansicht eines Drucksensors 600h gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 600h enthält einen einzelnen Druckerfassungs-Chip 601. Drucksensor-Chip 601 ist an mehreren Stellen verdünnt, so dass eine erste empfindliche Membran 603 und eine zweite empfindliche Membran 613 gebildet werden. Eine Vielzahl piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt) ist an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 sowie an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildet bzw. angeordnet. Eine Abdeckung 680 ist an einer ersten Fläche von Druckerfassungs-Chip 601 angebracht. Abdeckung 680 weist im Inneren von Abdeckung 680 ausgebildete Räume auf, die an Positionen an dem Druckerfassungs-Chip 601 angeordnet sind, an denen sich die empfindliche Membran 603 und die empfindliche Membran 613 befinden. Druckerfassungs-Chip 601 ist des Weiteren an der Fläche von Druckerfassungs-Chip 601, die den empfindlichen Membranen 603, 613 gegenüberliegt, an einer Begrenzung 685 angebracht. Begrenzung 685 kann ein Material umfassen, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials von Druckerfassungs-Chip 601 liegt als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Sockelplatte 621. Unter Bedingungen, unter denen Temperaturänderungen Ausdehnung oder Zusammenziehung der Materialien von Druckerfassungs-Chip 601, Begrenzung 685 und/oder Sockelplatte 621 verursachen, wird durch Reduzierung der Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten aneinandergrenzender Materialien Spannung an Druckerfassungs-Chip 601 aufgrund thermischer Effekte oder nicht mit Druck zusammenhängender Impulse reduziert. Des Weiteren verstärkt Begrenzung 685 die Festigkeit der Struktur der Druckerfassungs-Chips, wodurch die Chips und die druckempfindlichen Membranen weiter gegenüber nachteiligen Effekten von Spannung isoliert werden.
6l zeigt eine Schnittansicht eines Drucksensors 600i gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Drucksensor 600i enthält einen einzelnen Druckerfassungs-Chip 601. Druckerfassungs-Chip 601 ist verdünnt, so dass eine erste empfindliche Membran 603 und eine zweite empfindliche Membran 613 gebildet werden. Eine Vielzahl piezoresistiver Elemente (nicht dargestellt) ist an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 sowie an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildet. Auf eine Oberfläche der empfindlichen Membranen 603, 613 ausgeübte Druck bewirkt Biegung derselben, wodurch Spannung auf die piezoresistiven Elemente wirkt. Der elektrische Widerstand der piezoresistiven Elemente variiert aufgrund von Spannung, die erzeugt wird, wenn die empfindliche Membran 603, 613 durch den wirkenden Druck gebogen wird. Die piezoresistiven Elemente sind über Bonddrähte 615 elektrisch mit Kontaktinseln 617 verbunden. Der Druckerfassungs-Chip 601 ist mit einer Begrenzung 686 an der Fläche von Druckerfassungs-Chip 601 verbunden, die den empfindlichen Membranen 603 und 613 gegenüberliegt. Begrenzung 686 enthält eine Öffnung, die auf die empfindliche Membran 603 ausgerichtet ist, so dass Druck P2 an die Unterseite der empfindlichen Membran 603 gelangt. Begrenzung 686 ist massiv und dichtet die Aussparung unter der empfindlichen Membran 613 zwischen Druckerfassungs-Chip 601 und Sockelplatte 621 ab. Die Aussparung unterhalb der empfindlichen Membran 613 kann evakuiert werden, um ein Vakuum an der unteren Seite der empfindlichen Membran 613 auszubilden.
Begrenzung 685 kann ein Material umfassen, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials von Druckerfassungs-Chip 601 liegt als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Sockelplatte 621. Unter Bedingungen, unter denen Temperaturänderungen Ausdehnung oder Zusammenziehung der Materialien von Druckerfassungs-Chip 601, Begrenzung 686 und/oder Sockelplatte 621 verursachen, wird durch Reduzierung der Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten aneinandergrenzender Materialien Spannung an dem Druckerfassungs-Chip 601 aufgrund thermischer Effekte oder nicht mit Druck zusammenhängender Impulse reduziert. Des Weiteren verstärkt Begrenzung 685 die Festigkeit der Struktur der Druckerfassungs-Chips, wodurch die Chips und die druckempfindlichen Membranen weiter gegenüber nachteiligen Effekten von Spannung isoliert werden. Begrenzung 686 ist über Haftverbindungen 619 an Sockelplatte 621 angebracht. Die Haftverbindungen 619 können unter Verwendung eines Klebstoffs oder mittels eines Fest-Verbindungsverfahrens, wie beispielsweise mit Lot oder Glaslot, ausgebildet werden. Sockelplatte 621 ist mit einem Gehäuse verbunden, das aus einem ersten Gehäuseelement 630 und einem zweiten Gehäuseelement 640 besteht.
Eine Abdeckung 680 ist an einer ersten Fläche von Druckerfassungs-Chip 601 angebracht. Abdeckung 680 weist im Inneren von Abdeckung 680 ausgebildete Räume bzw. Hohlräume auf, die an Positionen an Druckerfassungs-Chip 601 angeordnet sind, an denen sich die empfindliche Membran 603 und die empfindliche Membran 613 befinden. Ein Vakuum wird im Inneren der in Abdeckung 680 ausgebildeten Hohlräume ausgebildet und eingeschlossen. Membran 603 ist Druck P2 von unten ausgesetzt und misst diesen Druck in Bezug auf das Vakuum unter Abdeckung 680, die in Kontakt mit der oberen Fläche von Membran 603 ist. Membran 613 ist einem Vakuum von oben und von unten ausgesetzt und misst Absolut-Vakuumdruck. So misst die in 6l gezeigte Ausführungsform einen Absolut-Druckwert für Druck P2 über Membran 603 sowie einen Absolut-Vakuumdruck über Membran 613. Indem die mittels Membran 613 gemessenen Druckwerte von dem mittels Membran 603 gemessenen Druckwert subtrahiert werden, kann ein korrigierter Absolut-Druckwert von Druck P2 bestimmt werden. Der bestimmte Absolut-Druck P2 kann als Ausgang des Drucksensors 600i bereitgestellt werden.
Das erste Gehäuseelement 630 bildet ein erstes Druck-Volumen 650. Das erste Gehäuseelement 630 weist eine Öffnung 670 auf, die Umgebungsdruck P_amb in das erste Druck-Volumen 650 eintreten lässt. Der Absolut-Druck P2 kann bestimmt werden, indem die Ausgänge verarbeitet werden, die auf dem Widerstand piezoresistiver Elemente an den Membranen 603, 613 basieren. Beispielsweise kann der auf dem variablen Widerstand der Membranen 603, 613 basierende Ausgang der empfindlichen Membranen 603, 613 unter Einsatz einer Schaltung wie der Schaltung verarbeitet werden, auf deren Darstellung in 7 Bezug genommen wird und die weiter unten ausführlich erläutert wird. Die empfindliche Membran 603 misst den Absolut-Druckwert von Druck P2, der nicht mit Druck zusammenhängende Spannungen an der empfindlichen Membran 603 einschließt. Die empfindliche Membran 613 hingegen misst den Absolut-Vakuumdruck, der ebenfalls nicht mit Druck zusammenhängende Spannungen einschließt, die auf die empfindliche Membran 613 wirken. Daher wird, indem das Ausgangssignal der empfindlichen Membran 613, das nur die nicht mit Druck zusammenhängenden Spannungen repräsentiert, von dem Ausgangssignal der empfindlichen Membran 603 subtrahiert wird, das den Absolut-Druckwert P2 und die nicht mit Druck zusammenhängenden Spannungen einschließt, ein korrigiertes Ausgangssignal von Drucksensor 600i bereitgestellt, dass korrigierte Werte einschließt, die repräsentativ für den Absolut-Druckwert von Druck P2 sind.
Das zweite Gehäuseelement 640 bildet eine zweite Kammer. Die zweite Kammer wird durch eine flexible Membran 661 unterteilt, mit der ein zweites Druck-Volumen 660 und ein mit Fluid zu füllendes Volumen 620 gebildet wird. Das mit Fluid zu füllende Volumen 620 kann über Einfüllanschluss 624 mit einem Fluid gefüllt werden, das nicht schädlich für Druckerfassungs-Chip 601 oder die piezoresistiven Elemente oder elektrischen Verbindungen ist, die zu den empfindlichen Membranen 603, 613 gehören. Beispielsweise kann, wenn der Druckerfassungs-Chip 601 ein Halbleitermaterial umfasst, das mit Fluid zu füllende Volumen 620 mit einem Öl, wie beispielsweise Silikonöl, gefüllt werden. Wenn es gefüllt ist, kann das zweite mit Fluid zu füllende Volumen 620 unter Verwendung einer Schweißkugel 623 oder mit einem anderen Verfahren zum Abdichten von Einfüllanschluss 624 (z.B. Verquetschen) abgedichtet werden. Ein Gewindeanschluss 663 ist in einer Wand des zweiten Gehäuseelementes 640 ausgebildet, so dass ein zweites Fluid mit einem zweiten Druck P2 in Drucksensor 600e eintreten kann. Das zweite Fluid tritt in Anschluss 663 ein und füllt das zweite Druck-Volumen 660. Das zweite Fluid hat einen zweiten Druck, durch den eine Kraft auf die zweite flexible Membran 661 wirkt. Die flexible Membran 661 biegt sich aufgrund der wirkenden Kraft und überträgt die Kraft über das Fluid in dem mit Fluid zu füllenden Volumen 620 auf eine untere Fläche der empfindlichen Membran 603, indem es in Loch 625 eintritt, das durch Sockelplatte 621 hindurch ausgebildet ist. Die empfindliche Membran 603 ist an ihrer oberen Fläche über ein unter Abdeckung 680 ausgebildetes Vakuum in Kontakt und nimmt Druck P2 an der zweiten Fläche der empfindlichen Membran 603 auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt. Dementsprechend repräsentiert der Ausgang der empfindlichen Membran 603 einen Absolut-Druckwert, der repräsentativ für Druck P2 relativ zu einem Vakuum ist, zusätzlich zu etwaigen nicht mit Druck zusammenhängenden Signalen. Die piezoresistiven Elemente, die an der Oberfläche der empfindlichen Membran 603 ausgebildet bzw. auf ihr angeordnet sind, können mit den an der Oberfläche der empfindlichen Membran 613 ausgebildeten piezoresistiven Elementen elektrisch so verbunden sein, dass das durch die empfindliche Membran 613 erzeugte Ausgangssignal von dem durch die empfindliche Membran 601 erzeugten Ausgang subtrahiert wird. Da sowohl die empfindliche Membran 603 als auch die empfindliche Membran 613 Ausgänge erzeugen, die jeweils nicht mit Druck zusammenhängende Eingänge enthalten, ergibt Subtrahieren der gemessenen Signale der empfindlichen Membran 603 von dem Ausgangssignal der empfindlichen Membran 613 ein Ausgangssignal von Drucksensor 600i, das das durch den Differenzdruck-Eingang erzeugte Signal enthält, da die nicht mit Druck zusammenhängenden Eingänge in beide empfindlichen Membranen 603, 613 von dem abschließenden Ausgang von Drucksensor 600i subtrahiert werden.
Nicht mit Druck zusammenhängende Signale können Spannungskräfte einschließen, die erzeugt werden, wenn ein Fluidleitungs-Anschlussteil auf Gewindeanschluss 663 aufgeschraubt wird. Die Festigkeit, mit der das Anschlussteil angebracht wird, kann Spannungen erzeugen, die über die Gehäuse Elemente 630, 640 auf Sockelplatte 621 übertragen werden. Sockelplatte 621 ist direkt an Halbleiter-Druckerfassungs-Chip 601 angebracht und kann Spannungen an den empfindlichen Membranen 603, 613 erzeugen. Andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Druckerfassungs-Chip 601, Sockelplatte 621 und der Gehäuseelemente 630, 640 können sich unterscheiden und bewirken, dass sich aneinandergrenzende Komponenten in Reaktion auf Temperatur unterschiedlich stark ausdehnen oder zusammenziehen. Eine Änderung der Temperatur in Kombination mit unterschiedlich starker Ausdehnung oder Zusammenziehung kann zusätzliche Spannung bewirken, die auf die empfindlichen Membranen 603, 613 übertragen wird und so eine Änderung des Widerstandes piezoresistiver Elemente an der Oberfläche der empfindlichen Membranen 603, 613 bewirkt.
6J ist eine Schnittansicht eines Absolut-Drucksensors 600j, der Drucksensor 600i in 6l bis auf die Ausnahme gleicht, dass die flexible Membran und mit Fluid zu füllende Volumina weggelassen worden sind. Dementsprechend wird ein Fluid mit Druck P2 in Anschluss 663 in dem zweiten Gehäuseelement 640 eingeleitet. Das Fluid tritt in Öffnung 625 ein und durch die Öffnungen in Sockelplatte 621 sowie Begrenzung 686 hindurch und kommt in Fluidkontakt mit der unteren Seite der empfindlichen Membran 603, die in Druckerfassungs-Chip 601 ausgebildet ist.
Drucksensor 600j dient als ein Absolut-Drucksensor, der einen korrigierten Ausgang bereitstellt, der repräsentativ für den Absolut-Druckwert von Druck P2 ist. Druckerfassungs-Chip 601 enthält eine Abdeckung 680, die die empfindlichen Membranen 603, 613 abdeckt und vakuumgefüllte Räume enthält, die auf die Positionen der empfindlichen Membranen 603, 613 ausgerichtet sind. Begrenzung 686 ist an Druckerfassungs-Chip 601 angebracht und weist eine unter der empfindlichen Membran 603 ausgebildete Öffnung auf. Begrenzung 686 ist massiv und dichtet den Hohlraum unter der empfindlichen Membran 613 ab. Der Hohlraum wird evakuiert, um ein Vakuum an der unteren Seite der empfindlichen Membran 613 zu erzeugen.
Im Inneren von Drucksensor 600j misst die empfindliche Membran 603 einen Absolut-Druckwert von Druck P2 in Bezug auf das Vakuum. Druck P2 wird auf die untere Seite der empfindlichen Membran 603 ausgeübt, während ein Vakuum auf die obere Seite der empfindlichen Membran 603 unter Abdeckung 680 wirkt. Desgleichen misst die empfindliche Membran 613 ein Absolut-Vakuum, wobei ein Vakuum auf ihre obere Fläche unter Abdeckung 680 wirkt und ein weiterer Vakuum-Raum, der unter der empfindlichen Membran 613 ausgebildet ist, durch Begrenzung 686 abgedichtet wird. Dadurch erzeugt die empfindliche Membran 613 einen Ausgang, der repräsentativ für nicht mit Druck zusammenhängende Spannung ist, während die empfindliche Membran 603 einen Absolut-Druck von Druck P 2 sowie die auf Druckerfassungs-Chip 601 wirkenden nicht mit Druck zusammenhängenden Spannungen misst. Der Ausgang der empfindlichen Membran 613 kann von dem Ausgang der empfindlichen Membran 603 subtrahiert werden, um einen Absolut-Druckwert für P2 zu erzeugen, der bezüglich nicht mit Druck zusammenhängender Spannungen korrigiert ist. Beispielsweise können die Ausgänge der empfindlichen Membranen 603, 613 angewendet und unter Verwendung einer Schaltung, wie beispielsweise der in 7 gezeigten Schaltung, verarbeitet werden, die im Folgenden ausführlich beschrieben wird.
7 zeigt ein Schema 700 zweier parallel verbundener Brückenschaltungen 710 (D1) und 750 (D2), die in oder auf den Membranen 303 und 313 (in 3 gezeigt) ausgebildet sein können. Brückenschaltung 710 entspricht einer Schaltung, die in oder auf Membran 303 von Druckerfassungs-Chip 301 ausgebildet ist, und enthält piezoresistive Elemente in einer Brückenstruktur, wobei diese Elemente veränderbare Widerstände a, b, c, d umfassen, deren Widerstandswerte mit dem Biegen von Membran 303 variieren. Brückenschaltung 750 entspricht einer Schaltung, die in oder auf Membran 313 von Chip-Anordnung 311 ausgebildet ist, und enthält piezoresistive Elemente in einer Brückenstruktur, wobei diese Elemente veränderbare Widerstände e, f, g, h umfassen, deren Widerstandswerte mit dem Biegen von Membran 313 variieren. An die Brückenschaltungen 710 und 750 kann, wie in 7 gezeigt, jeweils eine Anregungsspannung 730 (Ex+) und 740 (Ex-) angelegt werden, die durch eine geeignete elektrische Verbindung, wie geeignete Stromleiter, zugeführt werden kann, die mit den Brückenschaltungen verbunden sind. In der in 7 gezeigten Ausführungsform sind die Brückenschaltungen 710 und 750 an Ausgang 720 elektrisch verbunden, wobei dies ebenfalls durch eine geeignete elektrische Verbindung, wie beispielsweise einen Stromleiter, zwischen den Brückenschaltungen, bewerkstelligt werden kann.
Das heißt, der elektrische Verbinder, der durch Ausgang 720 gebildet wird, ist so ausgeführt, dass er den Gleichtakt-Fehlerausgang von Brückenschaltung 750 mit dem durch Brückenschaltung 710 erfassten Differenzdruck verbindet, so dass der Ausgang 76 (Out+) und Ausgang 720 (Out-) der Gleichtakt-Fehlerkorrektur unterzogene Differenzdruck ist, der durch die Kombination der Brückenschaltungen 710, 750 gemessen wird. Die piezoresistiven Elemente und Leiterbahnen können ausgebildet werden, indem ein oder mehrere Dotierstoff/e differenziell in das Halbleitermaterial des Chips dotiert wird/werden, um die piezoresistiven Elemente und leitenden Schaltungselemente unter Verwendung in der Technik bekannter Methoden und Materialien auszubilden. Die leitenden Schaltungselemente können repräsentativ für einen Leitungsweg in dem Halbleitermaterial sein, mit dem Stromkreise geschlossen werden, die die piezoresistiven Elemente enthalten, und können auch Kontaktinseln zum Verbinden externer Leiter mit der Schaltung einschließen. In einer Ausführungsform kann der negative Ausgangsanschluss eines druckempfindlichen elektrischen Elementes der ersten Membran mit dem positiven Ausgangsanschluss eines druckempfindlichen elektrischen Elementes der zweiten Membran mittels eines Bonddrahtes oder einer Leiterbahn auf oder in dem Druckerfassungs-Chip verbunden sein.
Die Ausgänge der Brückenschaltungen 710, 750 können unter Verwendung von Summierverstärkern 718, 719 summiert werden. Die Summierverstärker 718, 719 können analoge Summierverstärker sein oder in einer Ausführungsform als digitale Summierverstärker implementiert sein. Wenn sie als optionale digitale Summierverstärker implementiert werden, werden die Ausgänge der Brückenschaltungen 710, 750 in Analog-Digital-Wandler 716, 717 eingeleitet. Die Ausgänge werden durch die Analog-Digital-Wandler 716, 717 digitalisiert und durch die digitalen Summierverstärker 718, 719 summiert. In bestimmten Ausführungsformen können die Analog-Digital-Wandler 716, 717 weggelassen werden und können analoge Summierverstärker 718, 719 eingesetzt werden. Dementsprechend kann Gleichtakt-Korrektur analog oder digital durchgeführt werden. Eine digitale Architektur erfordert zusätzliche Komponenten, wodurch sie komplexer wird.
7A zeigt ein Schema 760 einer Anordnung, bei der, ähnlich wie in 7, 4 veränderliche Widerstände a, b, c, d jeweils an einer ersten Membran 761, die so eingerichtet ist, dass sie Differenzdruck aufnimmt, und einer zweiten Membran 765 vorhanden sind, die so eingerichtet ist, dass sie Druck von ein und derselben Quelle (z.B. Umgebungsdruck) an beiden Seiten aufnimmt. Bei dieser Anordnung sind an jeder Membran zwei Paare von Widerständen miteinander verbunden, und jedes Paar ist in Reihe mit den zwei Paaren von Widerständen verbunden, die an der anderen der zwei Membranen ausgebildet sind. Das heißt, Dehnungsmess-Widerstände sind in einer offenen Vollbrücken-Anordnung an jeder Membran angeordnet. Bezugsspannungen werden an Knoten innerhalb von Paaren von Widerständen an der ersten Membran bereitgestellt, und Ausgänge werden an Knoten innerhalb von Paaren von Widerständen an der zweiten Membran bereitgestellt. Das heißt, die veränderlichen Widerstände a und b sind verbunden und bilden ein erstes Paar von Widerständen an Membran 761. Die veränderlichen Widerstände c und d sind verbunden und bilden ein zweites Paar von Widerständen an Membran 761. Die veränderlichen Widerstände e und h sind verbunden und bilden ein erstes Paar von Widerständen an Membran 765. Die veränderlichen Widerstände f und g sind verbunden und bilden ein zweites Paar von Widerständen an Membran 765. Widerstands-Paar a/b an Membran 761 ist in Reihe mit Widerstands-Paar e/h und mit Widerstands-Paar f/g an Membran 765 verbunden. Desgleichen ist Widerstands-Paar c/d an Membran 761 in Reihe mit Widerstands-Paar e/h an Membran 765 und mit Widerstands-Paar f/g an Membran 765 verbunden. Membran 761 ist so eingerichtet, dass sie ähnlich wie Membran 303 von Chip 301 Differenzdruck erfasst. Membran 765 kann als Membran 313 von Chip-Anordnung 311 eingerichtet sein und Gleichtakt-Druck erfassen. Die positive Anregungsspannung 730 (Ex+) wird an einen Knoten zwischen den Widerständen a und b an Membran 761 angelegt. Die negative Anregungsspannung 740 (Ex-) wird an einen Knoten zwischen den Widerständen c und d an Membran 761 angelegt. Diese Spannungen können über eine geeignete elektrische Verbindung, wie beispielsweise geeignete Stromleiter, zugeführt werden, die mit den Brückenschaltungen verbunden sind. Der positive Ausgang 76 (+OUT) wird an einem Knoten zwischen Widerstand f und Widerstand g an Membran 765 bereitgestellt. Der negative Ausgang 720 (-OUT) wird an einem Knoten zwischen Piezoresistor e und Piezoresistor h an Membran 765 bereitgestellt. Verbindungen für Ausgänge können über eine geeignete elektrische Verbindung, wie beispielsweise einen Stromleiter, zwischen den Piezoresistoren hergestellt werden. Wenn die Anregungsspannungen zwischen Widerstands-Paaren an Membran 761 angelegt werden, werden Gleichtakt-Fehler der Ausgangssignale effektiv korrigiert. Die Impedanz ist aufgrund der in Reihe verbundenen Widerstände größer als bei der Anordnung in 7. Dadurch verringert sich der Gesamt-Stromverbrauch. 7B zeigt ein Funktionsschema der Reihen-Brückenschaltungen in 7A auf hoher Ebene. Zur Verdeutlichung der Darstellung ist jede Membran 761, 765 zweimal dargestellt. Wie unter Bezugnahme auf 7C zu sehen ist, werden bei einer Ausführungsform eines Differenzdruck Sensors 700D gemäß der Offenbarung eine Vielzahl von Membranen, die empfindlich für Differenzdruck sind, und die gleiche Anzahl von Membranen eingesetzt, die empfindlich für gemeinsamen Umgebungsdruck sind. In der Ausführungsform in 7C sind zwei Membranen jedes Typs dargestellt, es können jedoch mehr Membranen vorhanden sein, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Obwohl die in 7C dargestellte Ausführungsform vier Brückenschaltungen 710, 750, 770 und 780 zeigt, die vier Membranen bzw. zwei Paaren von Membranen entsprechen, können weitere Membranen in Paaren hinzugefügt werden, die entsprechende Brückenschaltungen aufweisen. Gleichtakt-Fehler können korrigiert werden, indem der Sensor 700D so konfiguriert wird, dass die Hälfte der Membranen Differenzdruck zwischen Druck P1 und P2 ausgesetzt werden und die verbleibenden Membranen nur Umgebungsdruck P_amb ausgesetzt werden. Jede Brückenschaltung ist in einer geschlossenen Vollbrücken-Anordnung eingerichtet, wobei jeweils vier Widerstände in Reihe verbunden sind. Eine positive Anregungsspannung 730 (+Ex) wird an jede Brückenschaltung angelegt. Spannung 730 wird an Brücke 710 an einem Knoten zwischen Piezoresistor a und Piezoresistor b, an Brückenschaltung 750 an einem Knoten zwischen Piezoresistor e und Piezoresistor f, an Brückenschaltung 770 an einem Knoten zwischen Piezoresistor i und Piezoresistor j sowie an Brücke 780 an einem Knoten zwischen Piezoresistor m und Piezoresistor n angelegt. Eine negative Anregungsspannung 740 (-Ex) wird an jede Brückenschaltung an einem Knoten angelegt, der den Knoten gegenüberliegt, an denen die positive Anregungsspannung 730 (+ Ex) angelegt wird. Die negative Anregungsspannung 740 (-Ex) wird an Brücke 710 zwischen Piezoresistor c und Piezoresistor d, an Brücke 750 zwischen Piezoresistor g und Piezoresistor h, an Brücke 770 zwischen Piezoresistor k und Piezoresistor I sowie an Brücke 780 zwischen Piezoresistor o und Piezoresistor p angelegt.
Der negative Ausgang 720 (-OUT) ist an einem Knoten verbunden, der zwischen Piezoresistor b und Piezoresistor c von Brücke 710, Piezoresistor e und Piezoresistor h von Brücke 750, Piezoresistor j und Piezoresistor k von Brücke 770 sowie Piezoresistor m und Piezoresistor p von Brücke 780 positioniert ist. Der positive Ausgang 76 (+OUT) ist mit allen Brückenschaltungen gemeinsam verbunden. Der positive Ausgang 76 ist zwischen Piezoresistor a und Piezoresistor d von Brücke 710, Piezoresistor f und Piezoresistor g von Brücke 750, Piezoresistor i und Piezoresistor I von Brücke 770 sowie Piezoresistor n und Piezoresistor o von Brücke 780 positioniert.
7D zeigt ein Schema einer Anordnung, bei der ähnlich wie in 7C 16 veränderliche Widerstände in Vierergruppen an jeder einer Vielzahl von Membranen 410, 450, 470, 480 (D1, D2, D3, D4) vorhanden sind. Obwohl in 7D vier Membranen dargestellt sind, können mehr oder weniger Membranen eingesetzt werden. Die Hälfte der Membranen sind so eingerichtet, dass sie Differenzdruck aufnehmen, und die andere Hälfte der Vielzahl von Membranen sind so eingerichtet, dass sie an beiden Seiten Druck von ein und derselben Quelle (z.B. Umgebungsdruck P_amb) aufnehmen. Bei dieser Anordnung sind an jeder Membran zwei Paare von Widerständen miteinander verbunden, und jedes Paar ist in Reihe mit den zwei Paaren von Widerständen verbunden, die an den anderen Membranen ausgebildet sind. Das heißt, Dehnungsmess-Widerstände sind in einer offenen Vollbrücken-Anordnung an jeder Membran angeordnet. Bezugsspannungen 730, 740 werden an Knoten innerhalb von Paaren von Widerständen an der ersten Membran 410 bereitgestellt, und Ausgänge 76, 720 werden an Knoten innerhalb von Paaren von Widerständen an Membran 470 bereitgestellt. Das heißt, die veränderlichen Widerstände a und b sind verbunden und bilden ein erstes Paar von Widerständen an Membran 710. Die veränderlichen Widerstände c und d sind verbunden und bilden ein zweites Paar von Widerständen an Membran 410. Die veränderlichen Widerstände e und h sind verbunden und bilden ein erstes Paar von Widerständen an Membran 450. Die veränderlichen Widerstände f und g sind verbunden und bilden ein zweites Paar von Widerständen an Membran 450. Widerstands-Paar a/b an Membran 410 ist in Reihe mit Widerstands-Paar e/h und mit Widerstands-Paar f/g an Membran D2 750 verbunden. Desgleichen ist Widerstands-Paar c/d an Membran 410 in Reihe mit Widerstands-Paar m/p an Membran 480 und mit Widerstands-Paar n/o an Membran 480 verbunden. Die Membranen 410 und 470 sind so eingerichtet, dass sie ähnlich wie Membran 303 von Chip 301 Differenzdruck erfassen. Die Membranen 450 und 480 können als eine oder mehrere Membran/en 313 von Chip-Anordnung 311 eingerichtet sein und Gleichtakt-Druck erfassen. Die positive Anregungsspannung 430 (Ex+) wird an einen Knoten zwischen den Widerständen a und b an Membran 410 angelegt. Die negative Anregungsspannung 440 (Ex-) wird an einen Knoten zwischen den Widerständen c und d an Membran 410 angelegt. Diese Spannungen können über eine geeignete elektrische Verbindung, wie beispielsweise geeignete Stromleiter, zugeführt werden, die mit den Brückenschaltungen verbunden sind. Der positive Ausgang 76 wird an einem Knoten zwischen Widerstand e und Widerstand I an Membran 470 bereitgestellt. Der negative Ausgang 420 (-OUT) wird an einem Knoten zwischen Piezoresistor j und Piezoresistor k an Membran 470 bereitgestellt. Verbindungen für Ausgänge können über eine geeignete elektrische Verbindung, wie beispielsweise einen Stromleiter, zwischen den Piezoresistoren hergestellt werden. Wenn die Anregungsspannungen zwischen Widerstands-Paaren an Membran 410 angelegt werden, werden Gleichtakt-Fehler der Ausgangssignale effektiv korrigiert. Die Impedanz ist größer als bei der Anordnung in 7C. Aufgrund der größeren Impedanz verringert sich der Gesamt-Stromverbrauch.
7E ist ein Funktionsschema einer in Reihe geschalteten Sensorschaltung mit Gleichtakt-Fehlerkompensation wie der in 7D eingesetzten, bei der eine Vielzahl offener Vollbrücken-Schaltungen eingesetzt werden, die an vier Membranen D1, D2, D3 und D4 angeordnet sind und ähnlich wie bei der in 7A gezeigten Schaltung in Reihe verbunden sind. Anregungsspannung 730 (+Ex) wird an einen Knoten zwischen Piezoresistor a und Piezoresistor b einer ersten Brückenschaltung ein Membran D1 angelegt, die dem Differenzdruck von Druck P1 und Druck P2 ausgesetzt ist. Piezoresistor a ist in Reihe mit den Piezoresistoren e und h einer ersten Brückenschaltung an Membran D2 verbunden, die nur Umgebungsdruck P_amb ausgesetzt ist. Piezoresistor h ist mit Piezoresistor i einer zweiten Brückenschaltung an Membran D3 gekoppelt, die Druck P1 und Druck P2 ausgesetzt ist. Piezoresistor i ist mit Piezoresistor I an Membran D3 verbunden, und der positive Ausgang 76 (+ OUT) liegt an einem Knoten zwischen den Piezoresistoren i und I. Piezoresistor I ist mit Piezoresistor m verbunden, der Teil einer Brücke ist, die durch m und p ein Membran D4 gebildet wird, die nur Umgebungsdruck P_amb ausgesetzt ist. Piezoresistor p ist mit Piezoresistor d an Membran D1 verbunden, die dem Differenzdruck Zwischendruck P1 und Druck P2 ausgesetzt ist. Die negative Anregungsspannung 740 (-Ex) ist an einem Knoten zwischen den Widerständen c und d verbunden.
Piezoresistor b ist in Reihe mit den Piezoresistoren f und g an Membran D2 einer ersten Brückenschaltung verbunden, die nur Druck P1 ausgesetzt ist. Piezoresistor g ist mit Piezoresistor j einer zweiten Brückenschaltung an Membran D3 gekoppelt, die Druck P1 und Druck P2 ausgesetzt ist. Piezoresistor j ist mit Piezoresistor k verbunden. Ein Knoten zwischen j und k ist für Ausgang 720 vorhanden. Piezoresistor k ist mit den Piezoresistoren n und o an Membran D4 verbunden, die nur Umgebungsdruck P_amb ausgesetzt ist. Piezoresistor o ist mit Piezoresistor c der ersten Brückenschaltung an Membran D1 verbunden, die dem Differenzdruck Zwischendruck P1 und Druck P2 ausgesetzt ist.
Obwohl die dargelegte Erfindung unter Bezugnahme auf die oben beschriebene Ausführungsform erläutert worden ist, können verschiedene Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist davon auszugehen, dass alle derartigen Abwandlungen und Veränderungen innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche liegen. Dementsprechend sind die Patentbeschreibung und die Zeichnungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu verstehen. Die beigefügten Zeichnungen, die Teil derselben sind, zeigen lediglich zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung konkrete Ausführungsformen, in denen der Gegenstand umgesetzt werden kann. Die dargestellten Ausführungsformen werden ausreichend detailliert beschrieben, so dass der Fachmann die hier offenbarten Lehren umsetzen kann. Es können andere Ausführungsformen eingesetzt und daraus entwickelt werden, so dass strukturelle und logische Umgestaltungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende ausführliche Beschreibung ist daher nicht als einschränkend zu verstehen, und der Schutzumfang verschiedener Ausführungsformen wird lediglich durch die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollständigen Umfang von Äquivalenten definiert, die diese Patentansprüche zulassen.
Derartige Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung können einzeln und/ oder gemeinschaftlich, lediglich der Einfachheit halber und ohne vorsätzlich den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung auf eine einzelne Erfindung oder ein Erfindungskonzept zu beschränken, wenn mehr als eine/s offenbart wird, mit dem Begriff „Erfindung“ bezeichnet werden. So sollte klar sein, dass, obwohl konkrete Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, anstelle der dargestellten konkreten Ausführungsformen jede beliebige Anordnung eingesetzt werden kann, die für den gleichen Zweck entwickelt wurde. Die vorliegende Offenbarung soll alle Anpassungsmöglichkeiten von Abwandlungen verschiedener Ausführungsformen abdecken. Kombinationen der oben dargestellten Ausführungsformen und anderer hier nicht ausdrücklich beschriebener Ausführungsformen ergeben sich für den Fachmann beim Studium der oben stehenden Beschreibung.

Claims

Drucksensor, der umfasst: einen ersten Druckerfassungs-Chip, der ein Halbleitermaterial umfasst und eine erste empfindliche Membran aufweist; einen zweiten Druckerfassungs-Chip, der ein Halbleitermaterial umfasst und eine zweite empfindliche Membran aufweist; sowie ein Gehäuse, das den ersten Druckerfassungs-Chip und den zweiten Druckerfassungs-Chip aufnimmt, wobei das Gehäuse ein erstes Fluid mit einem ersten Druck in Fluidverbindung mit einer ersten Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips und ein zweites Fluid mit einem zweiten Druck in Fluidverbindung mit einer zweiten Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips aufnimmt und eine erste und eine zweite Fläche der zweiten empfindlichen Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips in Fluidverbindung mit einem dritten Fluid mit einem dritten Druck sind.
Drucksensor nach Anspruch 1, der des Weiteren einen Sockel umfasst, wobei der erste Druckerfassungs-Chip an einer ersten Fläche des Sockels angebracht ist, die erste empfindliche Membran des ersten Druckerfassungs-Chips auf eine Öffnung ausgerichtet ist, die sich von der ersten Fläche des Sockels zu der zweiten Fläche des Sockels, die der ersten Fläche gegenüberliegt, durch den Sockel hindurch erstreckt, und der zweite Druckerfassungs-Chip an der ersten Fläche des Sockels so angebracht ist, dass ein Belüftungskanal für ein inneres Volumen des zweiten Druckerfassungs-Chips zwischen dem zweiten Druckerfassungs-Chip und dem Sockel gebildet wird.
Drucksensor nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse umfasst: ein oberes Gehäuseelement, das an der ersten Fläche des Sockels angebracht ist, wobei das obere Gehäuseelement eine erste Trennwand zwischen dem ersten Druckerfassungs-Chip und dem zweiten Druckerfassungs-Chip bildet, die ein erstes isoliertes Volumen, das den ersten Druckerfassungs-Chip aufnimmt, sowie ein zweites isoliertes Volumen bildet, das den zweiten Druckerfassungs-Chip aufnimmt, wobei das zweite isolierte Volumen so ausgeführt ist, dass es den dritten Druck hat.
Drucksensor nach Anspruch 3, wobei das obere Gehäuseelement einen ersten Eingangsanschluss umfasst, der in Fluidverbindung mit dem ersten isolierten Volumen, das den ersten Druckerfassungs-Chip aufnimmt, und der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ist.
Drucksensor nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse des Weiteren ein unteres Gehäuseelement umfasst, das an der zweiten Fläche des Sockels angebracht ist, die der ersten Fläche des Sockels gegenüberliegt, und das untere Gehäuseelement einen zweiten Eingangsanschluss aufweist, der in Fluidverbindung mit der zweiten Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ist.
Drucksensor nach Anspruch 5, wobei das erste Fluid mit dem ersten Druck, wenn es in den ersten Eingangsanschluss eingeleitet wird, den ersten Druck auf die erste Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ausübt, und das zweite Fluid mit dem zweiten Druck, wenn es in den zweiten Eingangsanschluss eingeleitet wird, den zweiten Druck auf die zweite Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ausübt und so ein Differenzdruck erzeugt wird, der auf die erste empfindliche Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ausgeübt wird.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei die erste empfindliche Membran des ersten Druckerfassungs-Chips eine Vielzahl von Piezoresistoren umfasst, die an der ersten Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ausgebildet und in einer ersten Brückenschaltung angeordnet sind, und die zweite empfindliche Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips eine zweite Vielzahl von Piezoresistoren umfasst, die an der ersten Fläche der zweiten empfindlichen Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips ausgebildet und in einer zweiten Brückenschaltung angeordnet sind, wobei die erste Brückenschaltung und die zweite Brückenschaltung so verbunden sind, dass ein Ausgangssignal der zweiten Brückenschaltung von einem Ausgangssignal der ersten Brückenschaltung subtrahiert wird.
Drucksensor nach Anspruch 7, wobei das Ausgangssignal der zweiten Brückenschaltung repräsentativ für einen Fehler aufgrund von nicht mit Druck zusammenhängenden Faktoren ist und ein Ergebnis der Subtraktion des Ausgangssignals der zweiten Brückenschaltung von dem Ausgangssignal der ersten Brückenschaltung repräsentativ für ein korrigiertes Ausgangssignal des Drucksensors ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst: einen Sockel, wobei der erste Druckerfassungs-Chip an einer ersten Fläche des Sockels angebracht ist, die erste empfindliche Membran des ersten Druckerfassungs-Chips auf eine Öffnung ausgerichtet ist, die sich von der ersten Fläche des Sockels zu einer zweiten Fläche des Sockels, die der ersten Fläche gegenüberliegt, durch den Sockel hindurch erstreckt, der zweite Druckerfassungs-Chip an der ersten Fläche des Sockels angebracht ist, die zweite empfindliche Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips auf eine zweite Öffnung ausgerichtet ist, die sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche, die der ersten Fläche gegenüberliegt, durch den Sockel hindurch erstreckt.
Drucksensor nach Anspruch 9, der des Weiteren umfasst: ein erstes oberes Gehäuseelement, das einen ersten Druckeinlass umfasst, der in Fluidverbindung mit einer ersten Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ist; und eine Öffnung, die so ausgeführt ist, dass sie Fluidverbindung zwischen dem dritten Druck und einer ersten Fläche der zweiten empfindlichen Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips zulässt.
Drucksensor nach Anspruch 10, der des Weiteren umfasst: ein zweites unteres Gehäuseelement, das einen zweiten Druckeinlass umfasst, der in Fluidverbindung mit einer zweiten Fläche der ersten empfindlichen Membran des ersten Druckerfassungs-Chips ist, eine zweite Trennwand, die die erste empfindliche Membran des ersten Druckerfassungs-Chips von der zweiten empfindlichen Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips trennt, sowie eine Öffnung, die so ausgeführt ist, dass sie Fluidverbindung zwischen dem dritten Druck und einer zweiten Fläche der zweiten empfindlichen Membran des zweiten Druckerfassungs-Chips zulässt.
Differenzdrucksensor, der umfasst: ein Sensorgehäuse, dass eine Sockelplatte enthält, in der eine Öffnung ausgebildet ist, wobei eine erste Seite der Sockelplatte so ausgeführt ist, dass sie in Fluidverbindung mit einem ersten Fluid mit einem ersten Druck an der Öffnung ist und eine zweite Seite der Sockelplatte so ausgeführt ist, dass sie in Fluidverbindung mit einem zweiten Fluid mit einem zweiten Druck an der Öffnung ist; eine Druckerfassungs-Chip-Anordnung, die an der ersten Seite der Sockelplatte angebracht ist, wobei die Druckerfassungs-Chip-Anordnung umfasst: einen Druckerfassungs-Chip, der an der Sockelplatte angebracht ist, wobei der Druckerfassungs-Chip umfasst: eine erste Kammer, die eine erste Membran aufweist, die eine erste obere Seite, die so ausgeführt ist, dass sie in Fluidverbindung mit dem ersten Fluid ist, sowie eine untere Seite hat, die so ausgeführt ist, dass sie in Fluidverbindung mit der Öffnung und dem zweiten Fluid ist; wenigstens ein druckempfindliches elektrisches Element, das in oder an der ersten Membran ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine druckempfindliche elektrische Element in Reaktion auf Biegung der ersten Membran, die repräsentativ für einen Differenzdruck zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck ist, variierenden Widerstand aufweist; eine zweite Kammer, die eine zweite Membran aufweist, die eine zweite obere Seite, die so ausgeführt ist, dass sie in Fluidverbindung mit einem Umgebungsdruck ist, sowie eine zweite untere Seite hat, die so ausgeführt ist, dass sie in Fluidverbindung mit dem Umgebungsdruck ist; wenigstens ein druckempfindliches elektrisches Element, das in oder an der zweiten Membran ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine druckempfindliche elektrische Element in Reaktion auf Biegung der zweiten Membran, die repräsentativ für einen Gleichtakt-Fehler, der der Druckerfassungs-Chip-Anordnung entspricht, variierenden Widerstand aufweist; sowie einen oder mehrere Stromleiter, der/die elektrisch mit einem oder beiden von dem wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Element, das mit der ersten Membran verbunden ist, und dem wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Element verbunden ist/sind, das mit der zweiten Membran verbunden ist, wobei der eine oder die mehreren Stromleiter so ausgeführt ist/sind, dass er/sie einen Gleichtakt-Fehlerkorrektur unterzogenen Differenzdruck-Ausgang ausgibt/ausgeben.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 12, wobei der Druckerfassungs-Chip einen Entlüftungskanal enthält, der so ausgeführt ist, dass er Fluidverbindung zwischen der zweiten Kammer und dem Umgebungsdruck zulässt.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 12, wobei die Sockelplatte so an dem Druckerfassungs-Chip angebracht ist, dass die erste Kammer in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluid, jedoch nicht mit dem ersten Fluid, ist, und so, dass ein Entlüftungskanal in dem Chip-Anbringungsmaterial ausgebildet ist, der die zweite Kammer in Fluidverbindung mit dem Umgebungsdruck, jedoch nicht mit dem ersten Fluid, bringt.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 12, wobei die Sockelplatte aus Silizium oder Glas besteht.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 12, wobei ein negativer Ausgangsanschluss des wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Elementes der ersten Membran mit einem positiven Ausgangsanschluss des wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Elementes der zweiten Membran verbunden ist und so an einem positiven Ausgangsanschluss des wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Elementes der ersten Membran ein elektrischer Ausgang bereitgestellt wird, der repräsentativ für einen Gleichtakt-Korrektur unterzogenen Differenzdruck ist, und einer der einen oder mehreren elektrischen Leiter mit dem positiven Ausgangsanschluss des wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Elementes der ersten Membran verbunden ist.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 12, wobei ein negativer Ausgangsanschluss des wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Elementes der ersten Membran mit dem positiven Ausgangsanschluss des wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Elementes der zweiten Membran über einen Bonddraht oder eine Leiterbahn an oder in dem Druckerfassungs-Chip verbunden ist.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 12, wobei jedes von dem wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Element der ersten Membran und dem wenigstens einen druckempfindlichen elektrischen Element der zweiten Membran eine Brückenschaltung umfasst.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 12, der des Weiteren eine erste flexible Membran, die das erste Fluid von der ersten oberen Seite trennt, und eine zweite flexible Membran umfasst, die das zweite Fluid von der ersten unteren Seite trennt.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 19, der des Weiteren ein ölgefülltes Volumen zwischen der ersten flexiblen Membran und der ersten oberen Seite sowie ein zweites ölgefülltes Volumen zwischen der zweiten flexiblen Membran und der ersten unteren Seite umfasst.