DE4201634A1 - Halbleiter-druckaufnahmevorrichtung - Google Patents

Halbleiter-druckaufnahmevorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Druckaufnahmevorrich­ tung, die insbesondere den Druck eines Hochdruckmediums mes­ sen und klein und kostengünstig gebaut werden kann.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer konventionellen Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung wie beispielsweise eines Drucksensors. Dabei hat ein Halbleiterchip 5 auf seiner Ober­ fläche eine Membran 3, um den Druck von Öl oder dergleichen in mechanische Spannung umzuwandeln, wobei das Öl oder der­ gleichen ein Medium (Druckmedium) ist, dessen Druck zu messen ist. Ferner hat der Halbleiterchip 5 eine Dehnungsmeßeinrich­ tung 4, die die mechanische Spannung der Membran 3 in ein elektrisches Signal umformt. Der Halbleiterchip 5 ist auf einem Rahmen 7 angeordnet, der auf den Halbleiterchip 5 auf­ gebrachte äußere Belastungen absorbiert und an einem Metall­ fuß 8 abgestützt ist.
Das elektrische Signal, das aus der mechanischen Spannung der Membran 3 durch die Dehnungsmeßeinrichtung 4 umgeformt wurde, wird von einer Zuleitung 9 über einen Verbindungsdraht 10 ab­ genommen, der mit dem Halbleiterchip 5 elektrisch verbunden ist. Die genannte Zuleitung 9 ist an dem Fuß 8 mit Glas 11 hermetisch befestigt. Der Halbleiterchip 5 ist mit einem Deckel 13 abgedeckt, der mit dem Fuß 8 verbunden ist, so daß eine Referenzdruckkammer 6, beispielsweise eine Vakuumkammer, gebildet wird. Ein Gehäuse 2, in dem das zu messende Medium 1 enthalten ist, ist mit einer Leitung 14 verbunden, die am zentralen Teil des Fußes 8 angeordnet ist.
Die konventionelle Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung ist in der beschriebenen Weise aufgebaut, so daß der Druck des zu messenden Mediums 1 die Membran 3 durch die Leitung 14 beauf­ schlagt. Die Membran 3 wird entsprechend der Differenz zwi­ schen dem Druck des zu messenden Mediums 1 und dem Druck in der Referenzdruckkammer 6 verformt, so daß in der Dehnungs­ meßeinrichtung 4 eine Widerstandsänderung erfolgt. Die Wider­ standsänderung kann als eine Spannungsänderung abgenommen werden, und zwar über eine Konstruktion, die beispielsweise aus vier Dehnungsmeßstreifen 4 in Form einer Wheatstone- Brücke besteht. Die an die Dehnungsmeßeinrichtung 4 angelegte Spannung bzw. die während der Widerstandsänderung in der Deh­ nungsmeßeinrichtung 4 auftretende Spannungsänderung erfolgt von außen und wird über den Draht 10 und die Zuleitung 9 her­ ausgeführt.
Wenn das zu messende Medium 1 eine Flüssigkeit wie etwa Öl ist, tritt bei einer Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung der eingangs beschriebenen Art das Problem auf, daß das flüssige Medium nicht bis zu einer Position unmittelbar unter der Mem­ bran 3 eingeschlossen werden kann. Ferner muß für den Fuß 8 eine Leitung 14 vorgesehen sein, damit das zu messende Medium 1 zugeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist, daß ein Substrat oder dergleichen vorgesehen sein muß, um die Zulei­ tung 9 anzubringen, da sie zum Herausführen des elektrischen Signals auf der gleichen Seite wie die Leitung 14 und der Fuß 8 angeordnet ist. Infolgedessen kann die Größe der Vorrich­ tung nicht verringert werden. Wenn ferner das zu messende Medium 1 ein Hochdruckmedium ist, muß die Leitung 14 mit dem Gehäuse 2 verschweißt werden, was sehr schwierig und aufwen­ dig ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung, bei der ein zu messendes Medium in einfacher Weise eingeschlossen werden kann, ein Schweißvorgang am Gehäuse ohne weiteres durchführbar ist und die Größe der Vorrichtung verringert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Halbleiter-Druck­ aufnahmevorrichtung angegeben, die folgendes aufweist: einen Halbleiterchip, auf dem eine Membran und eine Dehnungsmeßein­ richtung gebildet sind; einen Rahmen, auf dem der Halbleiter­ chip angeordnet ist; einen Fuß zur Abstützung des Rahmens; einen mit dem Halbleiterchip verbundenen Draht; eine mit dem Draht verbundene Zuleitung, die so gehaltert ist, daß sie durch den Fuß geht; und ein Formteil, das den Draht, die Zu­ leitung oberhalb des Fußes und den Rahmen abdeckt und das den Halbleiterchip in solcher Weise abdeckt, daß die Membran in dem zu messenden Medium liegt, und das auf dem Fuß vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 einen Querschnitt, der ein Ausführungsbeispiel der Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung nach der Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt, der ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung nach der Erfindung zeigt; und
Fig. 3 einen Querschnitt, der eine konventionelle Halb­ leiter-Druckaufnahmevorrichtung zeigt.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel der Halb­ leiter-Druckaufnahmevorrichtung, die beispielsweise ein Drucksensor ist. Dabei sind gleiche oder äquivalente Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der konventionellen Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung nach Fig. 3 bezeichnet. Ein Halbleiterchip 5 liegt auf einem Rahmen 7, und der Rahmen 7 ist auf einem Fuß 8 abgestützt. Ein Draht 10, der mit dem Halbleiterchip 5 elektrisch verbunden ist, ist mit einer Zu­ leitung 9 verbunden, die an dem Fuß 8 mit Glas 11 befestigt ist. Ein Formteil 12 ist an dem Fuß 8 in solcher Weise ge­ formt, daß der Halbleiterchip 5, der Rahmen 7, die Zuleitung 9 und der Draht 10 von dem Formteil 12 überdeckt sind, so daß die Membran 3 in dem zu messenden Medium 1 liegt. Das Form­ teil 12 ist zum mechanischen Schutz des Halbleiterchips 5, der Zuleitung 9 und des Drahts 10 vorgesehen, und es besteht aus Epoxidharz oder dergleichen.
Da die oben beschriebene Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung so ausgelegt ist, daß die Membran 3 in einer Öffnung 12a des Formteils 12 liegt, gelangt das zu messende Medium 1 ohne weiteres in Kontakt mit der Membran 3. Wenn ferner der Fuß 8 mit dem Gehäuse 2 einer Einrichtung (nicht gezeigt) ver­ schweißt ist, deren Druck zu messen ist, kann der Druck des Mediums 1 auch dann gemessen werden, wenn er relativ hoch ist und beispielsweise 200-300 Bar beträgt, denn das Formteil 12 kann nicht verformt werden und/oder zerbrechen, wenn das zu messende Medium 1 ein Hochdruckmedium ist. Infolgedessen können der Draht 10 und dergleichen ebenfalls nicht brechen.
Da außerdem keine (Rohr-)Leitung wie bei der Anordnung in Fig. 3 verwendet wird und die Zuleitung 9 und das zu messende Medium 1 daher auf entgegengesetzten Seiten liegen, kann die Zuleitung 9 ohne weiteres in gewünschter Weise angeschlossen werden. Somit kann die Größe der Halbleiter-Druckaufnahmevor­ richtung verringert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird zwar eine Referenzdruckkammer 6 verwendet, es kann aber zur Erzie­ lung eines gleichartigen Effekts auch eine andere Konstruk­ tion verwendet werden, die so ausgelegt ist, daß gemäß Fig. 2 ein Durchgangsloch 13 in dem Rahmen 7 und dem Fuß 8 vorgese­ hen ist, so daß der Atmosphärendruck als Referenzdruck dient. Es wird zwar vorstehend ein Halbleiterchip 5 beschrieben, der mit einer Dehnungsmeßeinrichtung 4 arbeitet, aber zur Erzie­ lung eines gleichartigen Effekts kann auch eine andere Kon­ struktion verwendet werden. Bei dieser anderen Bauweise ist diese Konstruktion so ausgebildet, daß für die Membran 3 und den Rahmen 7 jeweils eine Elektrode vorgesehen ist, um eine Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen diesen Elektroden zu erfassen.

Claims (5)

1. Halbleiter-Druckaufnahmevorrichtung, gekennzeichnet durch
  • - einen Halbleiterchip (5), auf dem eine Membran (3) und eine Dehnungsmeßeinrichtung (4) gebildet sind;
  • - einen Rahmen (7), auf dem der Halbleiterchip (5) ange­ ordnet ist;
  • - einen Fuß (8) zur Abstützung des Rahmens (7);
  • - einen mit dem Halbleiterchip (5) verbundenen Draht (10);
  • - eine Zuleitung (9), die mit dem Draht (10) verbunden und so gehaltert (11) ist, daß sie den Fuß (8) durch­ setzt; und
  • - ein Formteil (12), das den Draht (10), die Zuleitung (9) oberhalb des Fußes (8) und den Rahmen (7) abdeckt und das den Halbleiterchip (5) so abdeckt, daß die Mem­ bran (3) in dem zu messenden Medium (1) liegt, und das auf dem Fuß (8) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (2) mit dem Fuß (8) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchgangsloch (13) durch den Rahmen (7) und den Fuß (8) geht und bis zur Rückseite der Membran (3) reicht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (12) aus Epoxidharz besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterchip (5) und dem Rahmen (7) eine Referenzdruckkammer (6) gebildet ist.
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