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1、(10)申请公布号 CN 102257372 A (43)申请公布日 2011.11.23 CN 102257372 A *CN102257372A* (21)申请号 200880115289.4 (22)申请日 2008.11.07 102007053859.8 2007.11.09 DE G01L 9/00(2006.01) G01L 13/02(2006.01) (71)申请人 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 地址 德国毛尔堡 (72)发明人 伊戈尔格特曼 迪特尔施托尔塞 英图安塔姆 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 邹璐 樊卫民 (54) 发明名称。
2、 压力测量装置 (57) 摘要 公开了一种压力测量装置， 其具有基座 (13， 13 )、 由半导体制成的设置在基座 (13， 13 ) 上且 与基座(13， 13 )相连的中间件(15， 15 )、 和设置 在中间件 (15， 15 ) 上并与中间件 (15， 15 ) 相连 的半导体压力传感器 (17)， 该压力传感器具有支 座(19)和测量薄膜(21)。 压力测量装置可靠地保 护敏感的测量薄膜(21)抵抗机械应变。 在中间件 (15， 15 ) 中提供在中间件 (15， 15 ) 的内部延伸 的环形分布的凹口 (33)， 该凹口围绕中间件 (15， 15 ) 的第一圆柱区段 (35) 以。
3、及在基座侧与第一 圆柱区段邻接的第二圆柱区段 (37)。第二圆柱区 段 (37) 的外径比第一圆柱区段 (35) 的要大。凹 口向着中间件 (15， 15 ) 朝向基座 (13， 13 ) 的侧 面打开。第二圆柱区段 (37) 具有朝向基座 (13， 13 )且位于基座(13， 13 )暴露的端面上的端面， 该端面形成连接面， 中间件 (15， 15 ) 通过该连接 面与基座 (13， 13 ) 牢固地机械连接。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2010.05.07 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2008/065137 2008.11.07 (87)PCT申请。
4、的公布数据 WO2009/060069 DE 2009.05.14 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 3 页 CN 102257380 A1/2 页 2 1. 压力测量装置， 其具有 ： - 基座 (13， 13 )， - 由半导体制成的中间件 (15， 15 )， 其设置在所述基座 (13， 13 ) 上并且与所述基 座 (13， 13 ) 相连， 和 - 半导体压力传感器 (17)， 其设置在所述中间件 (15， 15 ) 上并且与所述中间件 (15， 15 ) 相连， 该半导体压力传感器具有支座 。
5、(19) 和测量薄膜 (21)， 其中， - 在所述中间件 (15， 15 ) 中提供在所述中间件 (15， 15 ) 的内部延伸的环形绕行 的凹口 (33)， 该凹口围绕所述中间件 (15， 15 ) 的第一圆柱区段 (35) 以及在基座侧邻接 该第一圆柱区段的第二圆柱区段 (37)， 其中所述第二圆柱区段的外径比所述第一圆柱区段 (35) 的大， 并且该凹口朝向所述中间件 (15， 15 ) 的面向所述基座 (13， 13 ) 的面打开， 并且 - 所述第二圆柱区段 (37) 具有朝向所述基座 (13， 13 ) 并位于所述基座 (13， 13 ) 的暴露端面上的端面， 第二圆柱区段的该端。
6、面形成连接面， 所述中间件 (15， 15 ) 通过该 连接面与所述基座 (13， 13 ) 牢固地机械连接。 2. 根据权利要求 1 所述的压力测量装置， 用于检测压力差或相对压力， 其中 - 在中间件 (15) 中提供设置在中央的孔 (29)， 该孔平行于中间件的纵轴 (L) 延伸并且 通到基座侧， - 孔 (29) 延伸贯穿中间件 (15) 并且通入在测量薄膜 (21) 之下由测量薄膜 (21)、 测量 薄膜的支座 (19) 以及中间件 (15) 封闭的压力测量腔 (31)， - 在基座 (13) 中提供设置在中央的另一孔 (30)， 该孔平行于基座的纵轴 (L) 延伸并且 与中间件 (。
7、15) 中的所述孔 (29) 相通， 以及 - 中间件 (15) 中的所述孔 (29) 和与其相连的在基座 (13) 中的所述孔 (30) 形成压力 供应管线 (28)。 3. 根据权利要求 1 所述的压力测量装置， 用于检测绝对压力， 具有 - 在测量薄膜 (21) 之下的真空腔 (61)， 该真空腔由测量薄膜 (21)、 测量薄膜的支座 (19) 和中间件 (15 ) 完全封闭， 以及 - 在中间件 (15 ) 中提供盲孔， 该盲孔平行于中间件的纵轴 (L) 延伸并且通到基座侧。 4. 根据前述任一权利要求所述的压力测量装置， 其中， 由凹口暴露的第一圆柱区段 (35) 的外径小于测量薄膜。
8、 (21) 的外径。 5. 根据前述任一权利要求所述的压力测量装置， 其中， - 半导体压力传感器 (17) 是基于硅的传感器， - 中间件 (15， 15 ) 由硅制成， 并且 - 基座 (13， 13 ) 由金属或陶瓷制成。 6. 根据前述任一权利要求所述的压力测量装置， 其中， 中间件 (15， 15 ) 和基座 (13， 13 ) 通过粘合剂或焊料彼此牢固地机械相连。 7. 用于制造根据前述任一权利要求所述的压力测量装置的方法， 其中所述中间件由第 一、 第二和第三硅片 (45， 45 ， 47， 49) 制成， 其中， - 将第一和第二硅片 (45， 45 ， 47) 平齐地彼此重叠。
9、并且通过压焊而彼此连接， - 将第二硅片 (47) 的与片中心同心设置的环形区域 (55) 蚀刻掉， 其中这个区域 (55) 权 利 要 求 书 CN 102257372 A CN 102257380 A2/2 页 3 的外径等于凹口 (33) 的外径， 并且这个区域的内径等于第一圆柱区段 (35) 的外径， - 将第三硅片 (49) 平齐地重叠在第二硅片 (47) 上并且通过压焊与第二硅片连接， - 将第三硅片 (49) 的与片中心同心设置的中空圆柱区域 (57) 蚀刻掉， 其中这个区域 (57)的外径等于凹口(33)的外径， 并且这个区域的内径等于第二圆柱区段(37)的外径， 以 及 - 。
10、将半导体压力传感器 (17) 固定在第一硅片 (45) 的背离第二硅片 (47) 的面上。 8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中， - 第一和 / 或第二硅片 (45， 47) 在一个或两个外侧面上具有氧化层 (51)， 并且第一和 第二硅片(45， 47)通过高温晶片压焊而彼此相连， 其中至少一个氧化层(51)位于第一和第 二硅片 (45， 47) 之间， 以及 - 第二和 / 或第三硅片 (47， 49) 在一个或两个外侧面上具有氧化层 (51)， 并且第二和 第三硅片(47， 49)通过高温晶片压焊而彼此相连， 其中至少一个氧化层(51)位于第二和第 三硅片 (47， 49) 之间。
11、。 9. 根据权利要求 7 所述的用于制造压力测量装置的方法， 其中， 以如下方式固定半导 体压力传感器 (17) ： - 特别是利用各向同性蚀刻， 化学抛光第一硅片 (45， 45 ) 的背离第二硅片 (47) 的面， 以及 - 利用低温硅直接压焊， 将半导体压力传感器 (17) 固定在经抛光的表面上。 10. 根据权利要求 7 所述的用于制造压力测量装置的方法， 其中， - 特别是利用各向同性蚀刻， 化学抛光第三硅片 (49) 的背离第二硅片 (47) 的面， 以及 - 利用硅橡胶将中间件 (15， 15 ) 粘附在基座 (13， 13 ) 上。 11. 根据权利要求 7 所述的用于制造压。
12、力测量装置的方法， 其中， 利用环氧树脂粘合剂 将中间件 (15， 15 ) 粘附在基座 (13， 13 ) 上。 权 利 要 求 书 CN 102257372 A CN 102257380 A1/9 页 4 压力测量装置 技术领域 0001 本发明涉及一种压力测量装置， 其具有安装在基座上的半导体压力传感器。压力 测量装置用于检测压力、 特别是绝对压力、 相对压力和压差， 并且用于工业测量技术中。 背景技术 0002 在压力测量技术中， 所谓的半导体压力传感器是很受欢迎的选择。半导体传感器 如今往往是基于硅制造的， 例如可以通过使用绝缘体硅 (SOI) 技术制造。其以压力传感器 芯片的形式实。
13、现， 通常具有支座和设置在支座上的测量薄膜。 在测量操作中， 第一压力提供 给测量薄膜的第一侧面。 0003 为了检测压力差， 测量薄膜的与第一侧面相对的第二侧面被供应第二压力。在第 一和第二压力之间存在的压力差使得测量薄膜依赖于待测压力差而偏移。 0004 为了检测相对压力， 向测量薄膜的第二侧面提供参考压力， 例如环境压力。 在第一 压力和参考压力之间存在的压力差使得测量薄膜依赖于待测相对压力而偏移。 0005 为了检测绝对压力， 通常在测量薄膜下在其背离第一侧面的第二侧面上提供密封 的真空腔。利用该真空腔， 作用于测量薄膜的第一侧面的第一压力使得测量薄膜依赖于待 测绝对压力而偏移。 00。
14、06 在所有三种情况中， 所得到的测量薄膜的偏移被通过设置在测量薄膜上的传感器 元件(例如， 压阻电阻器)而检测并且被转换为电子输出信号， 该输出信号可用于进一步处 理和 / 或分析。 0007 半导体压力传感器非常敏感并且因而应用于外壳中， 通过该外壳提供各个压力、 输出测量结果以及将压力测量装置安装在测量位置。 0008 在这种情况中， 半导体压力传感器例如安装在位于外壳中的基座上， 其中测量薄 膜的背离基座的第一侧面朝向位于外壳中的第一测量腔。这个第一测量腔接收第一压力。 在压差或相对压力传感器的情况中， 还通过在基座内部延伸的孔将第二压力或参考压力供 应至测量薄膜的第二侧面。 孔向着由。
15、在测量薄膜之下的测量薄膜支座封闭的第二测量腔打 开。在绝对压力测量装置的情况中， 位于测量薄膜之下的腔被密封并抽真空。第一和第二 压力是例如通过集成在外壳中或者连接在外壳之前并且被充满压力传递液体的压力传递 装置而供应的。参考压力例如是通过集成在外壳中的参考压力供应管道而供应的。 0009 基座例如是圆柱突起， 其实现为外壳的整体部件或者固定在外壳中的独立部件。 0010 为了保证足够高的机械稳定性， 外壳和基座由机械稳定的材料， 特别是金属制成。 0011 因而， 基座和半导体压力传感器不可避免地由不同材料制成， 它们具有非常不同 的物理特性， 特别是不同的热膨胀系数。 由于基座和半导体压力。
16、传感器之间的机械连接， 所 以会产生机械应力， 其影响测量薄膜的传递性能并且因而使得可实现的测量精度和可再现 性变坏。特别是在依赖于温度的应力的情况下， 是这样的。 0012 为了减小产生的应力， 通常将中间件插在基座和半导体压力传感器之间。中间件 由与半导体压力传感器相同的材料制成。 然而， 由于基座与中间件的不同的热膨胀系数， 还 说 明 书 CN 102257372 A CN 102257380 A2/9 页 5 是会发生特别是依赖于温度的机械变形， 其影响测量薄膜的传递性能。 0013 在 DE 34 36 440 中描述了这个问题， 其能够减少机械应力的不良影响。图 1 显示 了这种。
17、测量单元。其包括半导体压力传感器 1， 该传感器具有由支座 3 承载的测量薄膜 5。 支座 3 安装在设置在金属基座 9 上的中间件 7 上。提供孔， 其贯穿基座 9 和中间件 7 并且 进入在测量薄膜 5 之下封闭的测量腔。中间件 7 是圆盘状并且具有与半导体压力传感器 1 的外径相匹配的外径。基座 9 为中空圆柱并且包括明显更小的外径。为了减小机械应力， 在中间件 7 朝向基座 9 的底面上提供环形槽 11， 其直接邻接基座 9。槽 11 用于吸收由基座 9 和中间件 7 之间的连接引起的机械应力并且用于防止机械应力达到测量薄膜 5。 0014 然而， 这种测量装置的缺点是， 测量单元的机。
18、械稳定性受到基座9和中间件7之间 的连接的粘结强度限制。特别是在压差测量系统的情况中， 可以通过基座提供给测量薄膜 的最大压力受到限制。 0015 出于安全的原因， 这个连接必须保证在通过基座提供正压力时， 半导体压力传感 器保持在基座上。 0016 基座和中间支座之间的连接的粘结强度理论上能够通过增大在基座和中间件之 间的有效连接面积而提高。 然而， 这导致孔和环形槽之间的壁厚增加， 并且环形槽的位置径 向向外偏移。然而， 以这种方式， 环形槽失去了它在机械解耦方面的效果。这个效果特别是 在为较高压力测量范围设计的压力测量装置的情况中是很明显的， 因为这些压力测量装置 的半导体压力传感器通常。
19、具有带有直径较小的测量薄膜。 0017 作为替代或者补充， 可以增大中间件的厚度和 / 或加大槽的深度。然而， 更深的槽 导致断裂安全性降低。 反过来， 中间件的厚度增大导致制造成本增大， 特别是当中间件由硅 制成时。 发明内容 0018 本发明的一个目的是提供一种压力测量装置， 其具有安装在基座上的半导体压力 传感器并且为敏感的测量薄膜提供对于机械变形的可靠保护。 0019 为此， 本发明在于一种压力测量装置， 其具有 ： 0020 - 基座， 0021 - 由半导体制成的中间件， 其设置在基座上并且与基座相连， 和 0022 - 半导体压力传感器， 其设置在中间件上并且与中间件相连， 且具。
20、有 0023 - 支座和测量薄膜， 其中， 0024 - 在中间件中提供在中间件的内部延伸的环形绕行的凹口， 0025 - 该凹口围绕中间件的第一圆柱区段以及在基座侧邻接该第一圆柱区段的第二 圆柱区段， 其中第二圆柱区段的外径比第一圆柱区段的大， 并且 0026 - 该凹口朝向中间件的面向基座的面打开， 并且 0027 - 第二圆柱区段具有朝向基座并位于基座暴露端面上的端面， 该端面形成连接面， 中间件通过该连接面与基座牢固地机械连接。 0028 在本发明的第一实施例中， 压力测量装置用于检测压力差或相对压力， 0029 其中 0030 - 在中间件中提供设置在中央的孔， 其平行于中间件的纵轴。
21、延伸并且通到基座侧， 说 明 书 CN 102257372 A CN 102257380 A3/9 页 6 0031 - 孔延伸贯穿中间件并且通入在测量薄膜之下由测量薄膜、 测量薄膜的支座以及 中间件封闭的压力测量腔， 0032 - 在基座中提供设置在中央的另一孔， 其平行于基座的纵轴延伸并且与中间件中 的孔相通， 以及 0033 - 中间件中的孔和基座中与其相连的孔形成压力供应管线。 0034 在本发明的第二实施例中， 压力测量装置用于检测绝对压力。其具有在测量薄膜 之下的真空腔， 该真空腔由测量薄膜、 测量薄膜的支座和中间件完全封闭。另外， 在中间件 中提供盲孔， 其平行于中间件的纵轴延伸。
22、并且通到基座侧。 0035 在进一步发展中， 由凹口暴露的第一圆柱区段的外径小于测量薄膜的外径。 0036 在一个优选实施例中， 半导体压力传感器是基于硅的传感器。 中间件由硅制成， 基 座由金属或陶瓷制成。 0037 在另一实施例中， 中间件和基座通过粘合剂或焊料彼此机械牢固相连。 0038 进一步， 本发明在于一种用于制造本发明的压力测量装置的方法， 其中中间件由 第一、 第二和第三硅片制成， 其中， 0039 - 将第一和第二硅片平齐地彼此重叠并且通过压焊而彼此连接， 0040 - 将第二硅片的与片中心同心设置的环形区域蚀刻掉， 0041 - 其中这个区域的外径等于凹口的外径， 这个区域。
23、的内径等于中间件的第一圆柱 区段的外径， 0042 - 将第三硅片平齐地重叠在第二硅片上并且通过压焊与第二硅片连接， 0043 - 将第三硅片的与片中心同心设置的中空圆柱区域蚀刻掉， 0044 - 其中这个区域的外径等于凹口的外径， 这个区域的内径等于中间件的第二圆柱 区段的外径， 以及 0045 - 将半导体压力传感器固定在第一硅片的背离第二硅片的面上。 0046 在该方法的进一步发展中， 第一和 / 或第二硅片在一个或两个外表面上具有氧化 层， 并且第一和第二硅片通过高温晶片压焊而彼此相连， 其中至少一个氧化层位于第一和 第二硅片之间。同样， 第二和 / 或第三硅片在一个或两个外表面上具有。
24、氧化层， 并且第二和 第三硅片通过高温晶片压焊而彼此相连， 其中至少一个氧化层位于第二和第三硅片之间。 0047 在该方法的进一步发展中， 以如下方式固定半导体压力传感器 ： 0048 - 特别是利用各向同性蚀刻， 化学抛光第一硅片背离第二硅片的面， 以及 0049 - 利用低温硅直接压焊， 将半导体压力传感器固定在经抛光的表面上。 0050 在方法的第一变型中， 0051 - 特别是利用各向同性蚀刻， 化学抛光第三硅片背离第二硅片的面， 以及 0052 - 利用硅橡胶将中间件粘附在基座上。 0053 在方法的第二变型中， 利用环氧树脂粘合剂将中间件粘附在基座上。 0054 通过根据本发明形成。
25、凹口， 保证了测量薄膜的可靠机械解耦。 特别地， 在很大程度 上避免了由基座和中间件之间的连接引起的机械变形对于测量薄膜的测量特性的影响。 0055 本发明的压力测量装置的一个基本优点是， 它保证了较高的机械稳定性。通过 根据本发明将中间件中的凹口细分为围绕较薄第一圆柱区段的凹口和在基座侧与其邻接 且围绕较厚第二圆柱区段的槽， 在基座侧有较大的连接面可用于将中间件机械固定在基座 说 明 书 CN 102257372 A CN 102257380 A4/9 页 7 上。 同时， 通过凹口在基座侧的敞开以及相对较薄的第一圆柱区段， 构成了测量薄膜的可靠 解耦。 由基座和中间件之间的连接引起的机械变。
26、形因而不再影响测量薄膜的传输特性和测 量性能。相应地， 以较高的长期稳定性和更大的可再现性保证了可实现的测量精度。 附图说明 0056 现在根据附图详细解释本发明及其优点， 附图中显示了两个实施例。相同的元件 在图中具有相同的附图标记。附图中 ： 0057 图 1 是由现有技术已知的压力测量装置的截面 ； 0058 图 2 是本发明的用于检测相对压力或压差的压力测量装置的截面 ； 0059 图 3 是用于制造本发明的压力测量装置且具有中间孔的硅片， 其在两侧均被氧 化 ； 0060 图 4 是第一硅片和与其连接的第二硅片 ； 0061 图 5 显示了图 4 中示出的复合结构， 其中已经在第二硅。
27、片中蚀刻出凹口 ； 0062 图 6 显示了图 5 的复合结构， 其上施加了第三硅片 ； 0063 图 7 显示了图 6 的复合结构， 在第三硅片中蚀刻出了槽 ； 0064 图 8 显示了图 7 的复合结构， 其中已经移除了外部的两个氧化层 ； 0065 图 9 是图 2 所示的压力测量装置的中间件， 其上安装了半导体压力传感器 ； 0066 图 10 是本发明的用于检测绝对压力的压力测量装置 ； 和 0067 图 11 是图 10 的压力测量装置的中间件， 以及其上安装的半导体压力传感器。 具体实施方式 0068 图 2 显示了本发明的压力测量装置的第一实施例的截面。这里显示的本发明的变 型。
28、适用于检测压力差以及检测相对压力。这个压力测量装置包括金属基座 13、 设置在基座 13 上并且与基座 13 相连的由半导体制成的中间件 15、 和设置在中间件 15 上并且与中间件 15 相连的半导体压力传感器 17。中间件 15 优选地由用于制造半导体压力传感器 17 的材 料， 特别是硅， 制成。 0069 基座 13 例如由金属或陶瓷制成， 并且用于将半导体压力传感器 17 安装在仅部分 示出的外壳 18 内。基座 13 例如是圆柱台或底座， 其能够构造为外壳 18 的整体部件或者固 定在外壳 18 中的独立部件。 0070 半导体压力传感器 17 是基于硅的压力传感器芯片， 其具有支。
29、座 19 和由支座 19 承 载的测量薄膜 21。支座 19 具有圆盘状端面， 该端面位于中间件 15 的相同形状的外边缘上 并且与该外边缘牢固相连。 0071 在测量操作中， 第一压力 p1 被供应至测量薄膜 21 的第一侧面。第二压力 p2 被供 应至测量薄膜 21 的与第一侧面相对的第二侧面。在相对压力测量的情况中， 第一压力 p1 对应于待测压力并且第二压力 p2 对应于参考压力， 待测压力以该参考压力为基准。在压差 测量的情况中， 第一和第二压力 p1、 p2 是压力差待测的两个压力。在第一和第二压力 p1、 p2 之间存在的压力差 p p1-p2 使得测量薄膜 21 依赖于待测压力。
30、差或者待测相对压力 而偏移， 偏移通过设置在测量薄膜 21 上的传感器元件 23( 例如， 压阻电阻器 ) 得到检测并 且被转换为电子输出信号。然后， 输出信号可以通过连接至传感器元件 21 的连接线 25 而 说 明 书 CN 102257372 A CN 102257380 A5/9 页 8 用于进一步处理和 / 或分析。 0072 第一压力 p1 被从外部供应至测量薄膜 21 的第一侧面。这可以以多种方式实现。 在所示的例子中， 半导体压力传感器 17 安装在位于外壳 18 中的基座 13 上， 使得测量薄膜 21 的背离基座 13 的第一侧面约束一个位于外壳 18 中的内部空间 27，。
31、 第一压力 p1 供应至 该内部空间。 0073 第二压力 p2 通过压力供应管线 28 供应至测量薄膜 21 的第二侧面， 该压力供应管 线延伸贯穿基座 13 和中间件 15 并且通入在测量薄膜 21 之下由支座 19 和中间件 15 封闭 的密闭压力测量腔 31。压力供应管线 28 是由中间件 15 中的孔 29 和基座 13 中与孔 29 邻 接的另一孔 30 形成的。孔 29 设置在中间件 15 中央。它平行于中间件 15 的纵轴 L 延伸并 且通到基座侧。孔 29 延伸贯穿中间件 15 并且通入在测量薄膜 21 之下由支座 19 和中间件 15 封闭的密闭压力测量腔 31。另一孔 3。
32、0 延伸穿过基座 13。它设置在基座 13 中央， 平行于 基座 13 的纵轴 L 延伸， 并且通入中间件 15 中的孔 29 中。两个孔 29、 30 都沿着各自的部件 的纵轴 L 延伸， 该纵轴与测量装置的纵轴 L 一致并且优选地贯穿测量薄膜 21 的中央。 0074 根据本发明， 中间件15具有在中间件15的内部延伸的环形环绕的凹口33， 其朝向 中间件 15 面向基座 13 的面敞开。图 8 详细显示了图 2 所示实施例的中间件 15。通过凹口 33， 在凹口 33 的内部形成中间件 15 的第一圆柱区段 35 和在基座侧与第一圆柱区段邻接的 第二圆柱区段 37。第二圆柱区段 37 的。
33、外径比第一圆柱区段 35 的外径大。凹口 33 围绕较 薄的第一圆柱区段35和在基座侧与第一圆柱区段邻接的较厚的第二圆柱区段37。 为此， 凹 口 33 是由同心地围绕孔 29 的圆柱状槽 39 以及在槽 39 背离基座 13 的面上邻接槽 39 的中 空圆柱状凹口 41 形成的， 凹口 41 的外径等于槽 39 的外径， 其内径小于槽 39 的内径。相应 地， 由凹口 33 暴露的第一区段 35 的外径小于由凹口 33 暴露的第二圆柱区段 37 的外径。 0075 第二区段37具有圆盘状端面43， 其朝向基座13并且位于基座13的暴露的相同形 状的端面上。端面 43 形成连接面， 中间件 1。
34、5 通过该连接面与基座 13 牢固地机械连接。连 接优选地是利用粘合剂或焊料实现的。这里， 基座 13 的外径优选地等于第二区段 37 的外 径， 从而凹口33由于槽39通到基座侧而向下打开。 通过凹口33， 外部的在基座侧暴露的部 分区段 40 与第一和第二区段 35、 37 分离。 0076 通过本发明的凹口 33 的形状， 实现了基座侧第二区段 37 的外径大小可以独立于 第一区段 35 的外径。这里， 较薄的第一区段 35 与凹口 33 的基座侧开口一起， 实现了测量 薄膜 21 与由中间件 15 和基座 13 的机械连接引起的机械应力可靠解耦。优选地， 第一区段 35 的外径小于测量。
35、薄膜 21 的外径。 0077 第二区段 37 的较大外径保证了有较大的连接面可用于基座 13 和中间件 15 之间 的机械连接。 0078 本发明的压力测量装置优选地通过使用 MEMS 技术中的处理而制造。现在首先基 于图 2 所示的用于测量压力差或相对压力的压力测量装置， 详细解释本发明的制造过程。 0079 这里， 最令人关注的是中间件 15 的制造。中间件 15 优选地由三个相同形状的硅 片 45、 47、 49 构成。硅片 45、 47、 49 的基面匹配半导体压力传感器 17 的几何形状。也就是， 结合具有矩形基面的半导体压力传感器 17， 应用具有矩形基面的硅片 45、 47、 。
36、49 ； 而结合具 有圆形基面的半导体压力传感器17， 相应地使用具有圆形基面的硅片。 硅片45、 47、 49例如 直径或边长约为 100mm 且厚度约为 500m。 说 明 书 CN 102257372 A CN 102257380 A6/9 页 9 0080 在这里描述的实施例中， 所有硅片 45、 47、 49 在两侧都被氧化， 从而在硅片的两个 圆盘状外侧面上各自具有一个氧化层 51。然而， 这并不是绝对需要的。 0081 然后， 向每一硅片 45、 47、 49 提供中心孔 53。图 3 中显示了这种状态。中心孔 53 可以机械制造。然而， 优选地， 它们是通过干法化学蚀刻处理而制。
37、造的。 0082 随后， 将硅片中的两个 ( 这里是第一硅片 45 和第二硅片 47) 齐平地彼此重叠并且 通过压焊而彼此连接。这在图 4 中显示。这里， 优选地， 两个硅片 45、 47 的对齐是通过两个 硅片 45、 47 的中心孔 53 实现的。 0083 压焊连接优选地是利用在高温， 特别是 1000 1100温度的晶片直接压焊而 实现的， 其中至少一个氧化层 51 位于第一和第二硅片 45、 47 之间。 0084 在随后的处理步骤中， 蚀刻掉第二硅片 47 的与硅片中央同中心设置的环形区域 55。图 4 中以虚线显示了区域 55。它的外径等于凹口 33 的外径， 内径等于中间件 1。
38、5 的较 薄的第一圆柱区段 35 的外径。 0085 为了除去区域 55， 优选地利用光刻法将在第二硅片 47 的背离第一硅片 45 的面上 存在的外部氧化层 51 结构化， 并且利用干法化学深浸蚀除去区域 55。这样的优点是， 外部 的氧化层 51 可以用作随后的干法深浸蚀的掩膜。另一个优点是， 由于在硅和氧化硅之间较 高的蚀刻选择性， 在第一和第二硅片 45、 47 之间封闭的氧化层 51 形成有效的蚀刻止挡。 0086 通过除去区域 55， 出现了图 5 所示的环形凹口 41， 其在最终状态中围绕第一圆柱 区段 35。 0087 然后， 第三硅片 49 平齐地叠加在第二硅片 47 上， 。
39、如图 6 所示。于是， 第三硅片 49 位于第二硅片 47 背离第一硅片 45 的面上。这里， 第三硅片 49 相对于另两个硅片 45、 47 的 复合结构的对齐优选地通过硅片 45、 47、 49 的中心孔 53 实现。第三硅片 49 接下来通过压 焊与第二硅片 47 相连。这里， 压焊连接也优选地是利用高温 ( 特别是 1000 1100的 温度 ) 下的晶片直接压焊实现的， 其中至少氧化层 51 位于第二和第三硅片 47、 49 之间。以 这种方式形成的晶片复合结构的总厚度现在达到例如约 1.5mm。 0088 在随后的加工过程中， 蚀刻掉第三硅片 49 的与硅片中心同中心设置的中空圆柱。
40、 区域 57。图 6 中以虚线示出区域 57。区域 57 的外径等于凹口 33 的外径， 内径等于第二圆 柱区段 37 的外径。 0089 为了除去区域 57， 优选地利用光刻法将在第三硅片 49 的背离第二硅片 47 的面上 存在的外部氧化层 51 结构化， 并且利用干法化学深浸蚀除去区域 57。这样的优点是， 外部 氧化层 51 可以用作随后的干法深浸蚀的掩膜。 0090 通过除去区域 57， 出现了图 7 所示的圆柱槽 39， 其在最终状态中围绕中间件 15 的 第二圆柱区段 37。圆柱槽 39 与邻接的环形凹口 41 一起形成凹口 33。 0091 孔 29 是通过硅片 45、 47、。
41、 49 的在最终状态中彼此邻接的中央孔 53 形成的。孔 29 的直径优选地至少为 0.8mm， 并且围绕孔 29 的第一和第二圆柱区段 35、 37 的壁厚优选至少 为 2mm。 0092 然后， 将半导体压差传感器 17 固定在第一硅片 45 的背离第二硅片 47 的面上。为 此， 优选使用压焊方法。这里， 方法的选择依赖于半导体压力传感器 17 的耐高温性。如果 半导体压力传感器 17 在这个制造阶段是已经完全结构化并金属化的芯片， 那么连接优选 地利用低温硅直接压焊进行。为此， 位于第一硅片 45 的背离第二硅片 47 的面上的氧化层 说 明 书 CN 102257372 A CN 1。
42、02257380 A7/9 页 10 51 被除去， 并且第一硅片 45 的背离第二硅片 47 的面被化学抛光。这优选地是利用连续各 向同性湿法或干法化学蚀刻进行的。 0093 然后， 利用低于 400温度的低温硅直接压焊将半导体压力传感器 17 固定在抛光 的表面上。 0094 相反， 如果半导体压力传感器 17 也可以在固定在中间件 15 上之后才被结构化及 金属化， 那么连接优选地是利用高温晶片压焊实现的， 其中， 为此要在第一硅片 45 朝向半 导体压力传感器17的面上提供氧化层51。 这个方法的优点是， 连接面不必满足直接压焊所 需的较高需求， 并且实现了更牢固的连接。 0095 然。
43、后， 将中间件 15 粘附或焊接在基座 13 上。粘附可以例如利用环氧树脂粘合剂 实现。为此， 在第三硅片 49 背离第二硅片 47 的面上可能存在的氧化层 51 被除去， 并且中 间件 15 被环氧树脂粘附在基座 13 上。氧化层 51 可以例如利用蚀刻步骤而除去。这里， 优 选地选择一种产生粗糙表面的蚀刻方法， 因为环氧树脂在粗糙表面上粘附地更好。 0096 然而， 粘附也可以利用硅橡胶实现。为此， 在第三硅片 49 背离第二硅片 47 的面上 可能存在的氧化层 51 被除去， 并且第三硅片 49 背离第二硅片 47 的面被化学抛光。两种处 理优选地在一个加工过程中利用连续湿法或干法化学各。
44、向同性蚀刻进行。然后， 将中间件 15 利用硅橡胶粘附在基座 13 上。 0097 硅橡胶优选地用于检测小于 100mbar 压力的压力测量装置。相反， 环氧树脂粘合 剂还可用于较高的压力测量范围。 0098 如果图 7 所示复合结构的两个外侧面上现在都有要除去的氧化层 51， 那么优选地 在施加半导体压力传感器 17 之前， 在一个加工过程中除去两个氧化层 51。图 8 显示了结 果。 0099 本发明并不限于检测压力差或相对压力的压力测量装置。 它还可以类似的方式应 用于检测绝对压力的压力测量装置。图 10 显示了本发明的用于检测绝对压力的压力测量 装置的一个实施例。由于在很大程度上与之前。
45、描述的实施例相同， 下面仅仅详细解释不同 之处。 0100 基本结构与图 2 中示出的结构相同。相应地， 图 10 所示的用于检测绝对压力的压 力测量装置包括基座 13 、 设置在基座 13 上且与基座 13 相连的由半导体制成的中间件 15 、 和半导体压力传感器 17， 该半导体压力传感器设置在中间件 15 上并与中间件 15 相 连且具有支座 19 和测量薄膜 21。 0101 与之前描述的实施例不同， 只有待测压力 p 供应至测量薄膜 21。这与前面实施例 中供应压力 p1 的方式相同。相应地， 不再需要贯穿基座 13 和中间件 15 通入压力测量腔 31 的压力供应管线 28。作为替。
46、代， 在测量薄膜 21 之下有由测量薄膜 21、 测量薄膜的支座 19 和中间件 15 完全密封的真空腔 61。压力供应不再需要中间件 15 中的孔。然而， 由于 孔增强了机械解耦， 所以在绝对压力测量装置的情况中也可以提供中间件 15 中的孔。与 孔 29 不同， 这个孔在这里是在通到基座侧的盲孔 59。 0102 为了将测量薄膜 21 与依赖于温度的形变 ( 正如可能由于基座 13 和中间件 15 之间的机械连接而引起的形变那样 ) 机械解耦， 这里根据本发明在中间件 15 中提供在中 间件 15 的内部中延伸的环形环绕的凹口 33， 其这样成形， 使得产生较薄的第一圆柱区段 35 和在基。
47、座侧与第一圆柱区段邻接的较厚的第二圆柱区段 37。凹口 33 围绕两个区段 35、 说 明 书 CN 102257372 A CN 102257380 A8/9 页 11 37 并且朝向中间件 15 的面向基座 13 的面敞开。基座 13 和中间件 15 以之前根据图 2 所示实施例描述的方式彼此牢固地机械连接。与之前描述的实施例不同， 可以省略在之前 实施例中在基座 13 中提供的孔 30。 0103 制造过程与之前对于图 2 所示压力测量装置所描述的制造过程类似。唯一的不同 是， 代替第一硅片45， 使用在两侧都具有氧化层51的第一硅片45 ， 其不具有中心孔53。 这 个硅片 45 形成。
48、中间件 15 中的盲孔 59 的后壁并且在基座侧完全封闭腔 61。图 11 中显示 了所得到的形成中间件 15 的层复合结构以及设置于其上的半导体压力传感器 17。 0104 附图标记 0105 1 半导体压力传感器 0106 3 支座 0107 5 测量薄膜 0108 7 中间件 0109 9 基座 0110 11 环形槽 0111 13， 13 基座 0112 15， 15 中间件 0113 17 半导体压力传感器 0114 18 外壳 0115 19 支座 0116 21 测量薄膜 0117 23 传感器元件 0118 25 连接线 0119 27 内部空间 0120 28 压力供应管线 0121 29 孔 0122 30 孔 0123 31 压力测量腔 0124 33 凹口 0125 35 第一圆柱区段 0126 37 第二圆柱区段 0127 39 槽 0128 40 中间件的中空圆柱暴露部分区段 0129 41 中空圆柱状凹口 013。