DE10127230A1 - Druckerfassungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Druckerfassungsvorrichtung mit einer runden, aus Metall hergestellten Membran, um den Druck aufzunehmen, und einem flachen und rechteckigen Sensorchip, der eine (100) Flächenorientierung aufweist. Der Sensorchip ist an der Membran angebracht. Eine Richtung jeder der (110) Kristallachsen auf dem Sensorchip ist mit einem Winkel von 15 bis 37 DEG bezüglich einer Linie parallel zur Seite des Sensorchips versetzt. Dehnmeßstreifenwiderstände sind in der Richtung der (110) Kristallachsen angeordnet. Die Dehnmeßstreifenwiderstände sind symmetrisch zum Mittelpunkt des Sensorchips angeordnet und haben einen Abstand von r vom Mittelpunkt des Sensorchips. Ein Verhältnis r/D1 liegt im Bereich von 0,2 bis 0,7, wobei D1 der Durchmesser der aus Metall hergestellten Membran ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckerfassungsvorrichtung, im Besonderen auf eine Druck­ erfassungsvorrichtung, die aus einer Metallmembran, um den Druck aufzunehmen, und einem Halbleitersensorchip der an die Metallmembran angebracht ist, zusammengebaut ist, erfaßt den Druck basierend auf einer Verformung des Sensorchips, wenn der Druck auf die Membran beaufschlagt wird, und wird vorzugsweise an das Einspritzdruckregel­ system eines Dieselverbrennungsmotors für ein Kraftfahr­ zeug angewendet.

Die oben beschriebene Druckerfassungsvorrichtung wird vorzugsweise zum Erfassen von Fluiden unter hohem Druck angewendet. Die japanische, offengelegte Anmeldung Nr. 11-94666 legt eine Druckerfassungsvorrichtung offen, die aus einer Metallmembran zur Aufnahme des Druckes und einem Halbleitersensorchip, der an die Metallmembran angebracht ist, zusammengesetzt ist. Der Halbleiter­ sensorchip hat eine (100) Flächenausrichtung und eine rechtwinklige Form. Außerdem sind <110< Kristallachsen (Richtungen) senkrecht aufeinander mit einem Winkel von θ 15° bis 37° bezüglich einer geraden Linie parallel zu einer Seite des Sensorchips versetzt.

Gemäß der Druckerfassungsvorrichtung wird, wegen der oben erwähnten Anordnung der Achsen, das Ausmaß der Temperaturnichtlinearität der Offset-Spannung (TNO) als Fehlerfaktor, der durch die thermische Spannung verursacht wird, auf ungefähr 2% FS (Skalenendwert) verringert.

Die Druckerfassungsvorrichtung soll eine höhere Erfassungsgenauigkeit aufweisen. Wenn die Vorrichtung zum Beispiel in einem Einspritzdruckregelsystem eines Diesel­ verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug angewendet wird, ist eine Fehlerkomponente der Vorrichtung für ungefähr 60% aller Fehler im System verantwortlich. Folglich ist es wünschenswert, daß die TNO auf einen Wert von unter etwa 1% FS verringert wird, d. h. die TNO sollte auf die Hälfte der TNO der herkömmlichen, oben beschriebenen Vorrichtung verringert werden.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nachfolgend beschriebene Probleme erkannt, um die oben erwähnten Anforderung zu erhalten. Die Erfinder simulierten die Verteilung der Fehler, die durch die thermische Spannung im Sensorchip der Vorrichtung verursacht wurden, durch die Verwendung von Finite Elemente Methoden (FEM). Ein Ergebnis der Simulation wird in Fig. 6 gezeigt.

Ein Sensorchip 30 hat eine (100) Flächenorientierung. Jede der Meßwiderstände 51 bis 54 wird entlang der <110< Kristallachse senkrecht aufeinander auf der (100) Ebene angeordnet. Die Meßwiderstände 51 bis 54 sind symethrisch zum Mittelpunkt K des Chips 30 angeordnet, d. h. einem Mittelpunkt der Membran 10, und sie sind vom Punkt K mit einem Abstand r angeordnet. Genauer gesagt sind die Meßwiderstände 51 und 54 symethrisch zum Mittelpunktes K angeordnet und voneinander in einem Abstand von 2r angeordnet, und die Meßwiderstände 52 und 53 sind symethrisch zum Mittelpunkt K angeordnet und voneinander mit einem Abstand von 2r angeordnet.

Fig. 6 zeigt ein Simulationsergebnis, wenn der Winkel θ auf 31° gesetzt wird. Die Verteilung eines Fehlers D_sN, der durch die thermische Spannung verursacht wird, tritt im Sensorchip 30, wie in Fig. 6 gezeigt, auf. Wenn z. B. die Vorrichtung einen Druck von 100 MPa als maximalen Wert erfaßt, entspricht ein Bereich des Fehlers D_sN innerhalb von ± 2 MPa einem Bereich der TNO innerhalb von 2% FS. Folglich kann die Anordnung der Meßwiderstände 51 bis 54, wie in Fig. 6 gezeigt, eine TNO innerhalb von 2% FS erreichen, was aber über 1% FS hinausgeht.

Um die TNO z. B. auf 1% FS zu verringern, sollten die Meßwiderstände 51 bis 54, wie aus Fig. 6 ersichtlich, an einem Ort näher zum Punkt K angeordnet werden.

Aber wenn die Meßwiderstände 51 bis 54 an einem Ort näher zum Punkt K angeordnet werden, fällt die Empfind­ lichkeit der Meßwiderstände ab. Dadurch begründet, daß die Empfindlichkeit von der Differenz zwischen den Spannungen abhängt, die in den <110< Kristallachsen erzeugt werden. Folglich verschlechtert sich das Signal- Rausch Verhältnis (S/N) der Vorrichtung, wodurch es schwierig ist, den Druck genau zu erfassen.

Die vorliegende Erfindung ersinnt die obigen Probleme zu lösen, und hat die Aufgabe eine Druckerfassungs­ vorrichtung mit niedriger TNO bereitzustellen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung hat die Druckerfassungsvorrichtung eine metallische Membran und einen Sensorchip, der an die metallische Membran angebracht ist, der wiederum Meßwiderstände aufweist. Wenn der Durchmesser der Membran mit D1 bezeichnet wird, der Abstand zwischen jedem Meßwiderstand und dem Mittelpunkt des Sensorchips r ist, ist das Verhältnis r/D1 in einem Bereich von 0,2 bis 07.

Es ist wünschenswert, daß das Verhältnis r/D1 in einem Bereich von 0,25 bis 0,45 liegt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist, wenn die Länge einer Seite des Sensorchips mit D2 bezeichnet wird, das Verhältnis r/D2 in einem Bereich von 0,17 bis 0,5 liegt.

Es ist wünschenswert, daß das Verhältnis r/D2 in einem Bereich von 0,2 bis 0,28 liegt.

Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden einfacher ersichtlich durch ein besseres Verständnis der vorteilhaften Ausführungsformen, die weiter unten mit Bezug auf die folgende Zeichnung be­ schrieben werden.

Fig. 1a ist eine Draufsicht auf einen Drucksensor der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1b ist eine Querschnittsansicht entlang des Drucksensors, entlang der Y-Achse der Fig. 1a;

Fig. 2 ist ein schematischer Schaltplan des Druck­ sensors;

Fig. 3a bis 3c sind schematische Querschnittsansich­ ten des Sensorchips, welche die Herstellverfahrens­ schritte der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 4 ist ein Graph, der die TNO hinsichtlich r/D1 zeigt;

Fig. 5 ist ein Graph, der die TNO hinsichtlich r/D2 zeigt; und

Fig. 6 ist ein Simulationsergebnis, das die Verteil­ ung des Fehlers zeigt, der durch die thermische Spannung im Sensorchip verursacht wird.

Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in welcher die gleichen oder ähnliche Bau­ teile mit dem selben oder einem ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet werden.

Bezugnehmend auf Fig. 1a und Fig. 1b weist eine Druckerfassungsvorrichtung 1 einen metallischen Schaft 20 auf, der eine kreisförmige Membran 10 mit dem Durchmesser D1 aufweist, einen Sensorchip 30, der auf die Fläche 11 der Membran 10 über eine Fläche 31 des Chips angebracht ist, die aus einem Einkristallhalbleiter zusammengesetzt ist, und weist eine flache und quadratische Form auf, in welcher die Länge einer Seite D2 ist. Das Druckmedium (Gas, Flüssigkeit oder Ähnliches) wird entsprechend dem Benzineinspritzdruck eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug auf die Fläche 12 der metallischen Membran 10 eingeführt. Die Vorrichtung 1 erfaßt den Druck basierend auf die Verformung der Membran 10 und des Sensorchips 30.

Der metallische Schaft 20 hat eine zylindrische Form und darin einen hohlen Abschnitt, der durch spannende Bearbeitung oder Ähnliches ausgebildet wird. Außerdem wird der Metallschaft 20 aus Covar oder Ähnlichem hergestellt, welches aus einer Fi-Ni-Co-System Legierung zusammengesetzt ist, daß einen Wärmeausdehnungskoeffi­ zient gleich dem von Glas aufweist. Die Membran 10 wird an einem Ende des metallischen Schafts 20 ausgebildet, und ein Öffnungsabschnitt (nicht dargestellt) wird auf der anderen Seite ausgebildet. Der Druck wird von dem Öffnungsabschnitt in einer Richtung eingeführt, wie durch den Pfeil in Fig. 1B dargestellt, und die Fläche 12 der Membran 10 nimmt den Druck auf.

Die Abmessung des metallischen Schafts 20 werden nachfolgend beschrieben. Der Außendurchmesser des Zylinders des metallischen Schafts wird auf 6,5 mm gesetzt, und der Innendurchmesser des Zylinders wird auf 2,5 mm gesetzt. Die Dicke der Membran 10 wird auf 0,65 mm gesetzt, um 20 MPa zu messen, und 1,40 mm um 200 MPa zu messen.

Der Sensorchip 30 hat eine (100) Flächenorientierung und ist aus einem Einkristallsiliziumsubstrat gebildet, das eine flache Form und eine einheitliche Stärke aufweist. Die Fläche 31 des Chips 30 ist auf der Fläche 11 der Membran 10 befestigt, trotz einer Glasschicht 40, die aus einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt oder Ähnlichem gebildet ist. Im Folgenden werden die Abmessungen des Sensortyps 30 beschrieben. Der Typ 30 hat eine quadratische Form von 3,56 mm × 3,56 mm, und eine Stärke von 0,2 mm. Im übrigen is die Stärke der Glasschicht 40 0,06 mm.

Der Sensorchip 30 weist <110< Kristallachsen auf, die senkrecht aufeinander stehen, und im wesentlichen parallel mit einer ihrer Flächen sind. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist der Chip 30 so angeordnet, daß jede der Achsen einen Winkel θ von 15° bis 37° mit einer gestrichelten Linie A oder B einschliesst, die parallel zu einer Seite des Sensorchips 30 verläuft. Mit anderen Worten wird jeder der Achsen mit einem Winkel θ bezüglich der gestrichelten Linie A oder B gedreht. Hier wird die Richtung von einer der <110< Kristallachsen, die den Winkel θ mit der gestrichelten Linie A bilden, als X- Richtung bezeichnet, und eine Richtung der anderen Achsen, die den Winkel θ mit der gestrichelten Linie B ausbilden, werden als Y-Richtung bezeichnet. Im übrigen verlaufen die <110< Kristallachsen durch den Mittelpunkt K des Sensorchips 30.

Die Dehnmeßstreifenwiderstände 51 bis 54 sind auf einer anderen Fläche 32 des Sensorchips 30 als vier piezoresistive Elemente ausgebildet, und jede der Dehnmeßstreifenwiderstände 51 bis 54 weist eine rechteckige Form auf. Jeweils zwei der Dehnmeßstreifenwiderstände 51 bis 54 sind in X- und Y- Richtung angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Jede der Dehnmeßstreifenwiderstände ist mit dem Abstand r vom Mittelpunkt K des Sensorchips 30 angeordnet, und symetrisch bezüglich des Mittelpunkts K angeordnet.

Ein Paar der Dehnmeßstreifenwiderstände 51 und 54 ist derart angeordnet, daß deren lange Seite parallel mit der X-Richtung ausgerichtet ist, und ein anderes Paar von Dehnmeßstreifenwiderständen 51 und 54 wird derart ausgerichtet, daß deren langen Seite parallel mit der Y- Richtung ausgerichtet ist.

Ferner wird in dieser Ausführungsform ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser D1 der Membran 10 und dem Abstand r, das als r/D1 bezeichnet wird, auf einen Wert im Bereich von 0,2 bis 0,7 gesetzt (vorzugsweise 0,25 bis 0,4). Außerdem wird ein Verhältnis zwischen der Länge D2 der Seite des Sensorchips 30 und dem Abstand r durch r/D2 ausgedrückt, auf einen Wert im Bereich von 0,17 bis 0,5 gesetzt (vorzugsweise 0,2 bis 0,28). Der Grund warum die Verhältnisse wie oben beschrieben gesetzt werden, wird weiter unten erläutert.

Die Dehnmeßstreifenwiderstände 51 bis 54 werden miteinander, wie in Fig. 2 gezeigt, verbunden, um eine Wheatston'sche Brückenschaltung zu bilden. Außerdem werden Verdrahtungen und Kontaktflächen auf dem Sensor­ chip 30 ausgebildet, um die Wheatston'sche Brückenschal­ tung mit einer externen Schaltung zu verbinden. Ferner wird eine Passivierungsschicht auf dem Sensorchip 30 ausgebildet. Diese sind nicht in den Fig. 1A und 1B aber in den Fig. 3A bis 3C dargestellt, welche die Herstellungsverfahrensschritte des Sensorchips 30 zeigen.

Als nächstes werden die wichtigsten Herstellungs­ verfahrensschritte mit Bezug auf die Fig. 3A bis 3C beschrieben. Diese Figuren zeigen Querschnittsansichten entsprechend der Querschnittsansicht von Fig. 1B. Nachdem eine Struktur auf einem n-Typ leitenden Wafer 60 durch Fotolithographie ausgebildet ist, wie in Fig. 3A gezeigt, werden, wie in Fig. 3B gezeigt, P+ Bereiche 61 auf dem Wafer 60 durch Diffusion von Bor oder Ähnlichem in den Wafer 60 ausgebildet. Die P+ Bereiche 61 entsprechen den Dehnmeßstreifenwiderständen 52 und 53 als piezoresistive Elemente. Im übrigen zeigen Fig. 3A bis 3C nur einen Sensorchip des Wafers 60 aber eigentlich werden eine Vielzahl von Sensorchips auf dem Wafer 60 ausgebildet.

Im übrigen wird der Wafer 60 mit einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Abdeckung zur Ausbildung der Anreißlinien gedreht, während der Wafer optisch erfaßt wird, um den Winkel θ von 15° bis 37° zwischen den <110< Kristallachsen und der gestrichelten Linie A oder B parallel mit der Seite des Sensorchips 30 auszubilden, wenn Anreißlinien entsprechend der Seiten des Sensorchips 30 auf dem Wafer 60 in einem Fotolithograpieverfahrens­ schritt ausgebildet werden.

Dann wird nacheinander eine Oxidschicht 30, Verdrahtungsbauteile und Kontaktflächen 62, und eine Passivierungsschicht 64 ausgebildet. Die Passivierungs­ schicht 64, die auf den Kontaktflächen 62 ausgebildet ist, wird entfernt. Danach wird der Sensorchip 30 aus dem Wafer 60 herausgeschnitten beim Verfahrensschritt des in Chips zerschneidens. Schließlich wird die Druckerfas­ sungsvorrichung 1 fertiggestellt, indem der Sensorchip 30 auf die Membran 10 mit dem Niederschmelzpunktglas befestigt wird. Wenn in dieser Vorrichtung 1 Druck in Richtung des Pfeils, wie in Fig. 1B gezeigt wird, beaufschlagt wird, verformen sich die Membran 10 und der Sensorchip 30 aufgrund des Drucks. Zu diesem Zeitpunkt verursacht die Deformierung des Sensorchips 30 Veränderungen im Widerstand der Dehnmeßstreifenwider­ stände 51 bis 54, unter der Bedingung, daß ein konstanter Gleichstrom V an die Eingangsanschlüsse Ia und Ib der Wheatston'schen Brückenschaltung angelegt wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Daher wird einen Spannung Vout entspre­ chend dem zu erfassenden Druck von den Ausgangsan­ schlüssen Pa und Pb ausgegeben, so daß der Druck erfaßt ist.

Genauer gesagt wird Spannung durch die Verformung des Sensorchips 30 wegen dem Druck verursacht. Die Spannung wird in X-Richtung und in Y-Richtung parallel zu der <110< Kristallachse erzeugt. Folglich wird ein Wert proportional zur Größe der Differenz zwischen _sxx und _syy als Spannung Vout erfaßt, wenn Spannung, die in X- Richtung erzeugt wurde, auf _sxx gesetzt wird, und Spannung, die in Y-Richtung erzeugt wurde auf _syy gesetzt wird.

Als nächstes wird der Grund, warum die Verhältnisse von r/D1 und r/D2 wie oben beschrieben gesetzt werden, mit Bezug zu den Fig. 4 bis 6 beschrieben. In dieser Ausführungsform tritt auch die Verteilung eines Fehlers D _sN auf, der durch thermischen Spannung verursacht wird, d. h. eine Temperaturnichtlinearität der Offsetspannung (TNO), wie in Fig. 6 gezeigt wird.

Die TNO, die im Sensorchip 30 erzeugt wird, wird durch Finite Elemente Methoden (FEM) analysiert, wobei die Anordnung der Dehnmeßstreifenwiderstände 51 bis 54, die Form und die Abmessung des Sensorchips 30 und die Membran 10 berücksichtigt wird. Wenn die Verhältnisse von r/D1 und r/D2 wie oben beschrieben gesetzt werden, wird als Ergebnis die Größe der TNO auf die Hälfte im Vergleich zum Stand der Technik verringert, bei einem Betriebstemperaturbereich der Vorrichtung (z. B. -40°C bis 140°C). Beispiele der Untersuchung der TNO werden in Fig. 4 und 5 gezeigt.

Eine Beziehung zwischen dem Verhältnis r/D1 und der Größe der TNO und eine Beziehung zwischen dem Verhältnis r/D2 und der Größe der TNO werden durch die FEM offengelegt, basierend auf dem Beispiel einer Membran 10, dem metallischen Stamm 20 und dem Sensorchip 30, welche die oben beschriebenen Materialien und Abmessungen aufweisen. Außerdem wird der Winkel θ auf 31° gesetzt, d. h. die Studie wurde mit der Vorrichtung geleitet, welche die in Fig. 6 gezeigte Verteilung der TNO aufweist. Hier wird die TNO durch folgende Gleichung ausgedrückt:
TNO = [{(Voffset (HT) - Voffset (RT))/FS}
-((Voffset (LT) - Voffset (RT))/FS}].100,
wobei Voffset (T) eine Nullpunktausgangsspannung bei einer Temperatur T ist, RT die Raumtemperatur, HT die höchste Temperatur innerhalb eines Schwankungsbereichs der Temperatur (in dieser Ausführungsform 140°C), LT die niedrigste Temperatur innerhalb eines Schwankungsbereichs der Temperatur und FS ein Skalenendwertausgangsspannungs­ bereich ist.

Fig. 4 zeigt das Ergebnis, das durch die Simulation der Beziehung zwischen dem Verhältnis r/D1 und der Größe der TNO mittels FEM erhalten wird. Um die Größe der TNO auf die Hälfte (innerhalb 1% Fs) des Standes der Technik innerhalb eines Betriebstemperaturbereiches zu ver­ ringern, sollte das Verhältnis r/D1 auf einen Wert im Bereich von 0,2 bis 0,7 gesetzt werden. Vorzugsweise sollte das Verhältnis r/D1 auf einen Wert im Bereich von 0,25 und 0,4 gesetzt werden, da ein Höchstwert unter 1% FS in diesem Bereich auftritt.

Fig. 5 zeigt das Ergebnis, das durch die Simulation der Beziehung zwischen dem Verhältnis r/D2 und der Größe der TNO mittels FEM erhalten wird. Um die Größe der TNO auf die Hälfte des Standes der Technik innerhalb des Betriebstemperaturbereiches zu reduzieren, sollte das Verhältnis r/D2 auf einen Wert im Bereich von 0,17 und 0,5 gesetzt werden. Vorzugsweise sollte das Verhältnis r/D2 auf einen Wert im Bereich von 0,2 und 0,28 gesetzt werden, da ein Höchstwert unter 1% FS in diesem Bereich auftritt.

Im übrigen werden dieselben Ergebnisse wie in Fig. 4 und 5 gezeigt durch Simulation erhalten, wenn der Winkel θ auf einen Wert zwischen 15° und 37° gesetzt wird, mit Ausnahme von 31°. Infolgedessen wird die Größe der TNO auf die Hälfte des aus dem Stand der Technik bekannten innerhalb eines Betriebstemperaturbereiches verringert, wenn das Verhältnis von r/D1 und r/D2 auf einen Wert innerhalb des oben beschriebenen Bereiches in der Druckerfassungsvorrichtung gesetzt wird, die einen Sensortyp 30 aufweist, der auf eine metallische Membran 10 aufgebracht wird, und in welchem der Winkel θ auf einen Wert im Bereich von 15 bis 37° gesetzt wird.

Im übrigen ist es in dieser Ausführungsform vorzuziehen, daß der Winkel A auf 31° gesetzt wird, da die TNO im Sensorchip 30, wie in Fig. 6 gezeigt, auftritt. Das ist dadurch begründet, daß ein Bereich in welchem der Fehler D_sN, der durch die thermische Spannung verursacht wird, innerhalb der Grenzen ± 1% FS liegt, sich vornehmlich in Richtung der <110< Kristallachsen ausdehnt, wenn der Winkel θ auf einen Wert von 31° gesetzt wird, wie in Fig. 6 gezeigt.

Mit anderen Worten die Verteilung des Fehlers D_sN, der durch die thermische Spannung im Sensorchip 30 verursacht wird, der wiederum eine rechteckige und flache Form aufweist, hängt von der relativen Position zwischen der Seite des Sensorchips 30 und der Richtung der <110< Kristallachsen ab. Wenn daher der Winkel θ an einer anderen Position als bei 31° angeordnet wird, wird der Bereich in welchem der Fehler D_sN, der durch die thermische Spannung verursacht wird, innerhalb ± 1%Fs liegt in einer Richtung entlang der <110< Kristallachsen eng, so daß dessen Grenzlinie nahe an den Mittelpunkt K des Sensorchips 30 kommt.

Wie oben beschrieben ist die Ausgabe der Druck­ erfassungsvorrichtung 1 proportional zur Größe der Differenz zwischen der Spannung _sxx und der Spannung _syy, die in den X- und Y-Richtungen der zwei <110< Kristallachsen erzeugt wird. Außerdem vergrößert sich die Größe der Differenz, wenn jeder Abstand der Dehnmeßstrei­ fenwiderstände 51 bis 54 vom Mittelpunkt K des Sensor­ chips 30 vergrößert wird. Wenn folglich der Winkel θ auf einen Wert von 31° gesetzt wird, können die Dehnmeßstreifenwiderstände 51 bis 54 an der entferntesten Position vom Mittelpunkt K auf dem Sensorchip 30 angeordnet werden, in einem Bereich, wo die TNO innerhalb 1% FS liegt, wobei die vorteilhafteste Anordnung der Dehnmeßstreifenwiderstände 51 bis 54 in Form von sowohl Verbesserung der Empfindlichkeit und der Verringerung des Fehlers, der durch thermische Spannung verursacht wird, erreicht werden kann.

Im übrigen weicht der Winkel θ, der in den Herstell­ ungsverfahrensschritten gesetzt wird, unweigerlich von der gewünschten Position ab, aufgrund von Fehlern im Ausrichtungsverfahrensschritt der Abdeckung oder beim Verfahrensschritt des in Chips Zerschneiden des Wafers oder Ähnlichem. Die Fehler in den Herstellungsverfahrens­ schritten werden mit ± 2° bezüglich dem vorbestimmten Winkel θ berücksichtigt. Folglich sollte der Winkel A einen Winkel von ± 2° als Toleranzbereich beinhalten. Zum Beispiel, der Winkel θ hat einen Wert im Bereich von 31° ± 2°.

Im übrigen müssen die Verhältnisse r/D1 und r/D2 nicht notwendigerweise gleichzeitig in den oben erwähnten Bereichen liegen. Die Druckerfassungsvorrichtung kann ebenso für eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fluids unter Hochdruck angewendet werden, zusätzlich zu einem Sensor, der den Einspritzdruck eines Einspritzdruckregel­ systems eines Dieselverbrennungsmotors für ein Kraftfahr­ zeug erfaßt.

Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, daß Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne vom Bereich der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.

Claims (7)

1. Eine Druckerfassungsvorrichtung mit,
einer aus Metall hergestellten, runde Membran (10), um den Druck aufzunehmen;
einem rechteckigen Sensorchip (30), der an die Membran angebracht wird, und aus einem Einkristallhalb­ leiter mit einer (100) Flächenorientierung hergestellt ist, dem Sensorchip, der eine Seite aufweist, die einen Winkel von 15° bis 37° mit einer <110< Kristallachse des Einkristallhalbleiters einschließt; und
vier Dehnmeßstreifen (51 bis 54), die punktsym­ metrisch am Sensorchip bezüglich des Mittelpunkts (K) des Sensorchips angeordnet sind, um den Druck basierend auf den Verformungen des Sensorchips und der Membran und des Sensorchips zu erfassen, die vier Dehnmeßstreifen sind aus einem ersten Paar von Dehnmeßstreifen, das an einer Achse parallel zur <110< Kristallachse angeordnet ist und einem zweiten Paar von Dehnmeßstreifen, das an einer zweiten Achse senkrecht auf die erste Achse angeordnet ist, zusammengesetzt, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Verhältnis r/D1 in einem Bereich von 0,2 bis 0,7 liegt, wobei r der Abstand von jedem der Dehnmeßstreifen vom Mittelpunkt ist, und D1 der Durchmesser der Membran ist.

2. Die Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis r/D1 in einem Bereich von 0,25 bis 0,4 liegt.

3. Eine Druckerfassungsvorrichtung mit,
einer aus Metall hergestellten, runde Membran (10), um den Druck aufzunehmen;
einem rechteckigen Sensorchip (30), der an die Membran angebracht wird, und aus einem Einkristall­ halbleiter mit einer (100) Flächenorientierung herge­ stellt ist, dem Sensorchip, der eine Seite aufweist, die einen Winkel von 15° bis 37° mit einer <110< Kristall­ achse des Einkristallhalbleiters einschließt; und
vier Dehnmeßstreifen (51 bis 54), die punktsym­ metrisch am Sensorchip bezüglich des Mittelpunkts (K) des Sensorchips angeordnet sind, um den Druck basierend auf den Verformungen des Sensorchips und der Membran und des Sensorchips zu erfassen, die vier Dehnmeßstreifen sind aus einem ersten Paar von Dehnmeßstreifen, das an einer Achse parallel zur <110< Kristallachse angeordnet ist und einem zweiten Paar von Dehnmeßstreifen, das an einer zweiten Achse senkrecht auf die erste Achse angeordnet ist, zusammengesetzt, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Verhältnis r/D2 in einem Bereich von 0,17 bis 0,5 liegt wobei r der Abstand jedes Dehnmeßstreifens vom Mittelpunkt ist, und D2 die Länge der Seite des Sensorchips.

4. Die Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis r/D2 in einem Bereich von 0,2 bis 0,28 liegt.

5. Die Druckerfassungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 3 und 4, wobei ein Verhältnis r/D1 in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,7 liegt, wobei r der Abstand von jedem Dehnmeßstreifen vom Mittelpunkt ist und D1 der Durchmesser der Membran ist.

6. Die Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Verhältnis r/D1 in einem Bereich zwischen 0,25 und 0,4 liegt.

7. Die Druckerfassungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, wobei der Winkel θ in einem Bereich zwischen 31° ± 2° liegt.