EP0140992B1

Transducer element, method for its manufacture and its use in a pressure pick-up device

Abstract

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EP0140992B1, drawing sheet 1
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Expired 10 November 2003, 22.9 years ago.

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18 claims: 11 independent, 7 dependent

  1. 1
    Wandlerelement mit einer wenigstens einen Membranbereich aufweisenden Membranplatte (1) aus Halbleitermaterial mit wenigstens einem Piezowiderstand und einer isolierenden Platte (2), auf der die Membranplatte (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Membranplatte (1) abgewandten Oberfläche der isolierenden Platte (2) eine Basisplatte (3) befestigt ist, die einen im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie die Membranplatte (1) hat und deren Abmessungen auf die Abmessungen der Membranplatte (1) so abgestimmt sind, daß bei Temperaturänderung die von der Membran- und Basisplatte (1, 2) auf die isolierende Platte (2) ausgeübten Verformungskräfte zur Erzielung eines spannungssymmetrischen Zustandes im wesentlichen gleich sind.
  2. 2
    Wandlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (3) und die Membranplatte (1) aus gleichen Materialien bestehen.
  3. 3
    Wandlerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranplatte (1) und die Basisplatte (3) aus Siliziummaterial insbesondere Silizium-Einkristall bestehen.
  4. 4
    Wandlerelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Platte aus Glasmaterial besteht.
  5. 5
    Wandlerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine anodische Verbindung zwischen der Membranplatte (1) und der isolierenden Platte (2) und einer Glasfrittenverbindung zwischen der isolierenden Platte (2) und der Basisplatte (3).
  6. 6
    Wandlerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet, durch eine anodische Verbindung zwischen der Membranplatte (1) und der isolierenden Platte (2) sowie gleichzeitig durchgeführten Glasfrittenverbindungen zwischen der isolierenden Platte (2) und der Basisplatte (3) sowie der Basisplatte (3) und einer Unterlage (7, 9).
  7. 7
    Wandlerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet, durch anodische Verbindungen zwischen der Membranplatte (1), der isolierenden Platte (2) und der Basisplatte (3).
  8. 8
    Wandlerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch einen an der der isolierenden Platte (2) abgewandten Oberfläche der Basisplatte (3) befestigten Zwischenträger (9) aus einem Material mit im wesentlichen gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die isolierende Platte (2).
  9. 9
    Wandlerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein die Basisplatte (3) und die isolierende Platte (2) in Ausrichtung zum Membranbereich der Membranplatte (1) durchsetzendes Loch (6).
  10. 10
    Verfahren zum Herstellen eines Wandlerelementes, bei dem eine wenigstens einen Membranbereich aufweisende Membranplatte (1) aus Halbleitermaterial mit wenigstens einem Piezowiderstand auf einer Platte (2) aus isolierendem Material auf anodischem Wege befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man einen eine Vielzahl von Membranbereichen aufweisenden Wafer (18) auf dem Halbleitermaterial und ein Plattensubstrat (17) aus dem isolierenden Material anodisch miteinander verbindet, das gebildete Laminat zu Einheiten mit jeweils wenigstens einem Membranbereich schneidet, Basisplatten (3) aus einem Material mit im wesentlichen dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie die Membranplatte (1) und einer auf die Membranplatte (1) jeder Einheit abgestimmten Abmessung vorfertigt, und auf der isolierenden Platte (2) jeder Einheit eine vorgefertigte Basisplatte befestigt, wonach bei Temperaturänderung die von der Basisplatte (3) und Membranplatte (1) auf die isolierende Platte (2) ausgeübten Ver f ormungs- kräfte zur Erzielung eines spannungssymmetrischen Zustandes im wesentlichen gleich sind.
  11. 11
    Verfahren zum Herstellen eines Wandlerelementes, bei dem eine wenigstens einen Membranbereich aufweisende Membranplatte (1) aus Halbleitermaterial mit wenigstens einem Piezowiderstand auf einer Platte (2) aus isolierendem Material auf anodischem Wege befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Plattensubstrat (17) aus dem isolierenden Material zwischen einem eine Vielzahl von Membranbereichen aufweisenden Wafer (18) aus dem Halbleitermaterial und einem Basiswafer (20) anordnet und anodisch mit den Wafern verbindet, wobei der Basiswafer (20) aus einem Material mit im wesentlichen gleichem Wärmeausdehnungskoeffizient wie der Membranwafer (18) besteht und eine auf den Membranwafer abgestimmte Abmessung hat, und das so gebildete Laminat zu Einheiten mit wenigstens einem Membranbereich schneidet, wonach bei Temperaturänderung die von der Membran- und Basisplatte (1, 3) jeder Einheit auf die isolierende Platte (2) ausgeübten Verformungskräfte zur Erzielung eines spannungssymmetrischen Zustandes im wesentlichen gleich sind.
  12. 12
    Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß man in Ausrichtung zu dem Membranbereichen des Membranwafers (18) jeweils das isolierende Plattensubstrat (17) und den Basiswafer (20) durchsetzende Löcher (15) einbringt.
  13. 13
    Druckaufnehmer mit einem Wandlerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement (8) direkt oder über einen an der Basisplatte (3) befestigten Zwischenträger (9) an einer im Aufnehmergehäuse (32, 33, 39, 53) angeordneten Halterung (7) befestigt ist.
  14. 14
    Druckaufnehmer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (7) im wesentlichen plattenförmig ausgebildet und dehnungselastisch mit dem Aufnehmergehäuse (33, 39, 53) verbunden ist.
  15. 15
    Druckaufnehmer nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (7) über ein rohrförmiges Teil (30) mit dem Aufnehmergehäuse (33, 39, 53) verbunden ist.
  16. 16
    Druckaufnehmer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich das rohrförmige Teil (30) von der gleichen Seite der Halterung (7) wie das Wandlerelement (8) erstreckt.
  17. 17
    Druckaufnehmer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich das rohrförmige Teil (30) von der dem Wandlerelement (8) abgewandten Seite der Halterung (7) erstreckt.
  18. 18
    Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur Druckbeaufschlagung des Wandlerlementes (8) ein Druckübertragungsmedium (25) im Aufnehmer durch eine Membran (28) hermetisch abgedichtet ist.
Independent claims18