DE69211504T2

DE69211504T2 - Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen

Info

Publication number: DE69211504T2
Application number: DE69211504T
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Kato
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2012-11-28
Also published as: EP0545319B1; JPH05149814A; DE69211504D1; US5335549A; EP0545319A2; EP0545319A3

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen, der eine doppelte Membranstruktur aufweist, um sicherzustellen, daß ein Fluid, dessen Druck gemessen werden soll, nicht in unmittelbare Berührung mit einer Halbleiter-Membran kommt, auf der ein Dehnungsmesser gebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In den Fällen, wo ein Halbleiter-Druckwandler zur Druckmessung einer Flüssigkeit verwendet wird, wie des Wasserdrucks und Öldrucks oder einer Mischung davon, wird im allgemeinen eine doppelte Membranstruktur verwendet, in der eine metallabgedichtete Membran an einem Druckeinführabschnitt angebracht ist, um die Verschlechterung der Charakteristik durch das Anhaften von Ablagerungen der Flüssigkeit an einer Halbleiter- Membran zu vermeiden, auf der ein Dehnungsmesser gebildet ist. Ein Beispiel eines Halbleiter-Druckwandlers, bei dem diese doppelte Membranstruktur angewendet ist, ist in Fig. 2A gezeigt. In einem Siliciumchip 1 ist in einem Mittelabschnitt davon durch Ätzen eine Membran gebildet, und vier Dehnungsmesser sind auf der Membran auf eine verteilte Weise gebildet und stellen eine Brückenschaltung dar. Dieser Siliciumchip ist an einem Behälter 3 über einen Sockel 2 befestigt, der aus Sihcium oder Glas zum Vermindern einer thermischen Spannung gebildet ist. Wie es in Fig. 28 gezeigt ist, sind ein Raum 100, der von dem Sockel 2 umgeben ist, und ein vertiefter Abschnitt, der sich in einer Oberfläche der Membran des Siliciumchips 1 befindet, in einem Vakuum abgedichtet. Eine obere Öffnung des Behälters 3 ist durch eine abgedichtete Membran 4 geschlossen, die aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, und deren Umfang luftdicht mit dem Behälter 3 verbunden ist, und ein Isolieröl 5, wie Silikonöl, ist in dem Inneren eines Raumes abgedichtet, der den Siliciumchip 1 und den Sockel 2 einschließt. Eine Abdeckung 6, die luftdicht mit dem Unfang des Behälters 3 verbunden ist, ist zu der Oberseite der abgedichteten Membran 4 entgegengesetzt, und ein Raum, der von der Abdeckung 6 und der abgedichteten Membran 4 umgeben ist, steht mit dem Äußeren über ein Loch 7 in der Abdeckung 6 in Verbindung. Eingangs/Ausgangsspannungen zu und von der Dehnungsmesserbrücke sind nach außerhalb des Behälters 3 über Drähte 8 und Anschlußleitungen 9 geführt und mit Drähten einer Schaltungskarte 40 verbunden. Ein Operationsverstärkerchip 41, ein Dickschichtwiderstand 42 und ähnliches sind auf der Schaltungskarte 40 angebracht, wodurch eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals der Dehnungsmesserbrücke und zum Durchführen des Temperaturausgleichs und der Einstellung der Charakteristik gebildet wird. Ein Ausgang dieser Schaltung wird durch eine Leitung 10 nach außerhalb geführt. Ein Hauptteil des Behälters 3 und die Schaltungskarte 40 sind zum Schutz mit einem gegossenen Kunstharz 43 überdeckt.
Druck, der gemessen werden soll, geht durch das Loch 7 der Abdeckung 6 hindurch und beaufschlagt die abgedichtete Membran 4 und wird weiter zu der Membran auf dem Siliciumchip 1 über das Isolieröl 5 übertragen. Dann erzeugt, wie es mit einer äquivalenten Schaltung in Fig. 3 gezeigt ist, die von den Widerständen RG1, RG2, RG3 und RG4 der Dehnungsmesser gebildete Brücke einen Unterschied zwischen einem Vakuum und einem Raum in dem vertieften Abschnitt des Chip 1, d. h. einen Ausgang, der einem absoluten Druck entspricht. Dieser Ausgang wird in ein Wandlersignal umgewandelt, das eine vorbestimmte Charakteristik aufweist, und wird von einem Anschluß Vaus ausgegeben. Demgemäß ist es notwendig, vier Anschlüsse herauszuführen, nämlich einen Anschluß 91 zum Anlegen einer Versorgungsspannung Vcc durch den Behälter 3 hindurch, einen Masseanschluß 92 zum Verbinden des Chips mit Masse und zwei Anschlüsse 93 und 94, die mit der Signalverarbeitungsschaltung 44 verbunden sind.
Fig. 4 ist ein anderes Beispiel des Standes der Technik, und Teile, die mit jenen der Fig. 2 gemeinsam sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In diesem Fall wird der Druck, der gemessen werden soll, an eine Oberfläche auf der geätzten Seite der Membran angelegt. Der Siliciumchip 1 ist an dem Sockel 2 befestigt, wo sich ein Loch 11 zum Einführen des Drucks zu einem Mittelbereich befindet. Ferner ist der Sockel 2 an einem Substrat 12 befestigt, das mit dem Behälter 3 gekoppelt ist. Ein Loch 13 zum Einführen des Drucks zu einer Fortsetzung des Lochs 11 in dem Sockel 2 ist ebenfalls in diesem Substrat 12 vorgesehen. Das Isolieröl 5 ist in einem Raum abgedichtet, der von dem Siliciumchip 1, dem Substrat 12, dem zylindrischen Behälter 3 und der abgedichteten Membran 4 umgeben ist, deren Umfang luftdicht mit dem Behälter 3 gekoppelt ist. Der zu messende Druck wird durch das Loch 7, das in der Abdeckung 6 gebildet ist, eingeführt und wird zu der geätzten Oberfläche der Membran des Siliciumchips 1 mittels des Isolieröls 5 übertragen. Eine nicht geätzte Oberfläche des Siliciumchips 1 ist mit einer Abdeckung 14 überdeckt und ist zu der Atmosphäre durch ein Loch 15 hindurch offen, das in der Abdeckung 14 gebildet ist. Als ein Ergebnis arbeitet dieser Wandler als ein relativer Druckwandler. In derselben Weise, wie bei dem Beispiel nach dem Stand der Technik, das in Fig. 2 gezeigt ist, sind das Schaltungssubstrat 40 zum Ausgeben eines vorbestimmten Wandlersignals, indem eine Signalverarbeitung durchgeführt wird, sowie der geformte Kunstharz 43 zum Schutz an der Außenseite des Behälters 3 befestigt.
Um die oben beschriebenen Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen zu verbreiten, ist es notwendig, die Wandler in der Größe kompakt zu machen und eine Kostenverringerung durchzuführen. Für die kompakte Größe und verringerte Kosten ist eine Verringerung der Anzahl der Bauteile wirksam, die verwendet werden.
Der Artikel in Machine Design, Bd. 61, Nr. 9, Mai 1989, Cleveland, OH, US, Seiten 64-70, K.J. Korane "Silicon for High- Pressure Sensing" offenbart einen Absolutdruckwandler, der verteilte Dehnungsmeßwiderstände auf einem vertieften Abschnitt eines Siliciumwandlerchips angeordnet hat, und ferner sind elektrische Schaltungselemente ebenfalls auf dem Chip integriert. Eine elektrisch isolierende Schicht verhindert, daß die Einrichtung kurzgeschlossen wird. Eine isolierende Membran, die zwischen einem Druckmeßloch eines Druckverbinders aus rostfreiem Stahl und dem Halbleiterchip angeordnet ist, bildet auch eine Abdichtung für Silikonöl, das in den Hohlraum zwischen der Membran und dem Chip gefüllt ist. Drei äußere Verbindungsstifte sind zur Verbindung mit weiteren elektrischen Einrichtungen vorgesehen.
Die Europäische Patentanmeldung EP-A-0 115 074 offenbart einen Differenzdruckwandler mit zwei Membranen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die genannte Druckschrift beschreibt Dehnungsmesser, die an einem Mittelabschnitt eines Halbleiterwandlers gebildet sind, wodurch der Halbleiterwandler auf beiden Meßseiten von einer Flüssigkeit des Chips in seiner Lage und zwei Membranen zum Empfang der Drucke umgeben ist, die durch die Druckeinlaßlöcher übertragen werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, einen Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen, der eine geringe Anzahl verwendeterbauteile aufweist, im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände zu schaffen.
Diese Zielsetzung wird durch einen Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die vorliegende Erfindung schafft einen Halbleiter-Druckwandler, bei dem Dehnungsmesser, die eine Brücke bilden, in einem Membranabschnitt vorgesehen sind, der durch Bilden eines vertieften Abschnitts in einer Oberfläche eines Halbleiterchips gebildet ist, eine Flüssigkeit in einen geschlossenen Raum gefüllt ist, der zwischen der Oberfläche des Membranabschnitts und einer abgedichteten Membran vorhanden ist, deren Umfang luftdicht mit einem Behälter zur Aufnahme des Halbleiterchips gekoppelt ist, und ein Ausgang einer Dehnungsmesserbrücke, die als eine Oberfläche der abgedichteten Membran erzeugt ist, die von einer Halbleiterchipseite davon fortweisend angeordnet ist, ist zu einer Behälterabdeckung mit einem Loch zum Einführen von Druck entgegengesetzt, wird in ein Ausgangssignal durch eine Signalverarbeitungsschaltung umgewandelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente, die die Signalverarbeitungsschaltung bilden, in dem Halbleiterchip und auf einer Oberfläche davon vorgesehen sind, und drei Anschlüsse, die eine Ausgangsanschlußverbindung von der Signalverarbeitungsschaltung, einen Anschluß zum Anlegen einer Versorgungsspannung und einen Anschluß zum An-Masse-Legen des Halbleiterchips einschließen, den Behälter durchdringen. Um wirksam zu sein, ist der Raum, der dadurch geschlossen ist, daß er von dem vertieften Abschnitt des Halbleiterchips und dem Behälter umgeben ist, ein Vakuum, und der Druck, der auf eine Oberfläche der abgedichteten Membran aufgebracht wird, die von deren Oberfläche auf der Flüssigkeitsseite fortweisend angeordnet ist, ist der zu messende Druck. Ferner ist, um wirksam zu sein, der Halbleiterchip an einem Substrat befestigt, das ein Loch hat, das mit dem vertieften Abschnitt davon in Verbindung steht, und das luftdicht mit dem Behälter gekoppelt ist, wobei eine erste, abgedichtete Membran zu einer Seite des Substrats entgegengesetzt ist, die von deren Halbleiterchipseite fort angeordnet ist, eine zweite, abgedichtete Membran ist zu Seiten des Substrats und des Halbleiterchips gegenüberliegend, die sich von den Seiten der ersten, abgedichteten Membran fortweisend befinden, und Oberflächen der ersten und zweiten, abgedichteten Membran, die sich von deren flüssigkeitsseitigen Oberflächen fort befinden, sind jeweils zu Behälterabdeckungen entgegengesetzt, die Löcher zum Einführen des Drucks aufweisen, der gemessen werden soll, bzw. des von dem verschiedenen Druck, wobei die Dicken und Flächen der ersten und zweiten, abgedichteten Membran gleich sind, die in die jeweiligen daran angrenzenden Räume gefüllten Flüssigkeiten identisch sind, und die Volumina der entsprechenden Räume gleich sind.
Da alle Funktionen des Wandlers, d. h., die Dehnungsmesser und die Schaltungselemente der Signalverarbeitungsschaltung auf einem Siliciumchip integriert sind, ist es möglich, eine Schaltungskarte, die außerhalb des Behälters angeordnet ist, und ein gegossenes Kunstharz zum Schutz der Schaltungskarte fortzulassen, ohne die Wandlerfunktion zu beeinträchtigen. Außerdem werden nur ein Versorgungseingangsanschluß, ein Signalausgangsanschluß und ein Masseanschluß, die ein notwendiges Minimum sind, als die Anschlüsse verwendet, die den Behälter durchdringen, so daß es möglich ist, einen kompakten Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen in einfacher Bauweise herzustellen. Ferner ist es möglich, die Zuverlässigkeit zu verbessern, indem die Anzahl der verwendeten Bauteile verringert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B zeigen einen Siliciumchip, der bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei Fig. 1A eine Draufsicht und Fig. 1B eine Schnittansicht ist;
Fig. 2A ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Druckwandlers zum Erfassen des Absolutdrucks, und Fig. 28 ist eine vergrößerte Ansicht des Siliciumchips und des Sockels;
Fig. 3 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des in Fig. 2 gezeigten Wandlers;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Druckwandlers zum Erfassen des Relativdrucks;
Fig. 5A und 5B zeigen einen Druckwandler zum Erfassen eines Absolutdrucks, wobei Fig. 5A eine Querschnittsansicht und Fig. 5B eine Unteransicht ist;
Fig. 6 ist ein Druckkennliniendiagramm vor und nach dem Abdichten von Isolieröl;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Druckwandlers zum Erfassen eines Relativdrucks; und
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines Druckwandlers zum Erfassen eines Differenzdrucks gemäß der vorliegenden Erfindung,

Kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1A und 1B zeigen einen Siliciumchip, der bei dem Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei Fig. 1A eine Draufsicht ist, während Fig. 1B eine Querschnittsansicht ist. Ein Membranabschnitt 16 ist in einem Mittelabschnitt eines Siliciumchips 1 durch Ätzen gebildet. Dehnungsmesser 17 sind auf dieser Oberfläche auf eine verteilte Weise durch ein Diffusionsverfahren angeordnet. Eine Signalverarbeitungsschaltung ist in einem umgebenden Bereich des Siliciumchips mittels eines Verfahrens für integrierte Schaltungen gebildet. Ein Schaltungselement 18 ist ein Operationsverstärker Das Bezugszeichen 19 bezeichnet einen Dünnschichtwiderstand, und sein Widerstandswert kann durch Lasertrimmen oder ähnliches eingestellt werden. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet einen diffundierten Widerstand, der eine große, positive Temperaturabhängigkeit aufweist und in der Ausgleichsschaltung für die Temperaturkennlinie verwendet wird. Die Dehnungsmesser 17 sind als eine Brücke auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform nach dem Stand der Technik angeordnet, die in Fig. 3 gezeigt ist, und werden von der Versorgungsspannung Vcc angesteuert. Die Lage der Dehnungsmesser wird derart bestimmt, daß eine Operationsausgangsspannung erzeugt wird, wenn Druck auf den Membranabschnitt 16 ausgeübt wird. Die Operationsausgangsspannung der Brücke wird einer Verstärkung, einem Ausgleich nach der Temperaturkennlinie und einer Einstellung der Kennlinie durch die Signalverarbeitungsschaltung unterzogen und wird zu einem vorbestimmten Wandlerausgangssignal umgewandelt, bevor es ausgegeben wird. Die Zufuhr der Versorgungsspannung, die Verbindung mit einem Massepotential und der Ausgang des Wandlersignals werden mittels Aluminiumdrähten ausgeführt, die mit drei Aluminiumanschlußflächen 21, 22 und 23 verbunden sind, die auf der Oberfläche des Siliciumchips 1 vorgesehen sind.
Fig. 5A und 5B zeigen einen Druckwandler zum Erfasssen eines Absolutdrucks, der den Siliciumchip 1 verwendet, der in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 5A ist eine Querschnittsansicht, und Fig. 5B ist eine Unteransicht, und Abschnitte, die mit denen der Fig. 2 gemein sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Siliciumchip 1, auf dem die Signalverarbeitungsschaltung integriert ist, in einem Vakuum mit einem Sockel 2 verbunden, der aus Silicium oder Glas gebildet ist, und ein Raum, der von dem Sockel umgeben ist, und der vertiefte Abschnitt unterhalb des Membranabschnitts 16 sind abgedichtet, um ein Vakuum zu bilden. Aufgrund dieser Vakuumkammer arbeitet dieser Wandler als ein Wandler um Erfassen des Absolutdrucks. Dieser Sockel 2 ist an einer unteren Oberfläche eines Behälters 3 befestigt. Eine Öffnung dieses Behälters ist durch eine abgedichtete Membran 4 geschlossen, die aus einem Metall, wie rostfreiem Stahl, gebildet und daran durch Schweißen oder Kleben in einem Zustand angebracht ist, in dem die Luftdichtigkeit aufrechterhalten wird. Ein Raum, der von der abgedichteten Membran 4 und dem Behälter 3 umgeben ist, ist mit einem Isolieröl 5, wie Silikonöl, gefüllt. Um die abgedichtete Membran 4 zu schützen, ist eine Behälterabdeckung 6 daran auf eine solche Weise angebracht, daß die abgedichtete Membran 4 überdeckt wird.
Der Druck, der gemessen werden soll, wird durch ein Loch 7, das in der Abdeckung 6 gebildet ist, auf den Membranabschnitt 16 über die abgedichtete Membran 4 und das Isolieröl 5 angewendet und wird in ein elektrisches Signal entsprechend dem Absolutdruck umgewandelt. Ferner wird das elektrische Signal einer Verstärkung, einem Ausgleich der Temperatureigenschaften und einer Einstellung der Charakteristik in der Signalverarbeitungsschaltung unterzogen und als eine Wandlerausgangsspannung über einen Aluminiumdraht 8, wobei die Aluminiumanschlußfläche 23 verwendet wird, sowie einen Leitungsanschluß 93 ausgegeben, der den Behälter 3 durchdringt. Man sollte beachten, daß ein Leitungsanschluß 91 zum Zuführen der Versorgungsspannung Vcc von außerhalb ist, während ein Leitungsanschluß 92 zum Erden der Wandlerschaltung ist.
Als nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens gegeben, um die Einstellung der Charakteristik vorzunehmen. Die Einstellung der Schaltung wird mittels eines Lasertrimmverfahrens oder ähnlichem in einem Zustand ausgeführt, bei dem der Siliciumchip vor der Befestigung der abgedichteten Membran 4 und dem dichten Einschließen des Isolieröls 5 freiliegt. Hier wird die Einstellung vorgenommen, indem im voraus eine Änderungsgröße der Charakteristik aufgrund des dichten Einschließens des Isolieröls 5 und der Befestigung der abgedichteten Membran 4 bei nachfolgenden Vorgängen angenommen wird. Die Empfindlichkeit des Wandlers in bezug auf den Druck nimmt wegen der Federkraft der abgedichteten Membran nach der Befestigung der abgedichteten Membran ab. Ferner steigt in einem Fall, wo das Abdichten der abgedichteten Membran beispielsweise durch Schweißen ausgeführt wird, eine Versetzung eines Wandlerausgangs etwas aufgrund der Volumenschrumpfung in dem Raum an, in den das Isolieröl 5 während des Schweißens eingefüllt ist. Demgemäß wird, wenn angenommen wird, daß die Charakteristik unmittelbar nach der Einstellung
Vaus aP + b
ist, die Charakteristik nach dem dichten Einschließen der abgedichteten Membran 4 wie folgt:
Vaus = (a - δ)P + b +δb
Wenn die Dicke der abgedichteten Membran und die Volumenschrumpfung während des Schweißens aureichend gleichförmig sind, können die Werte 8a und 8b jeweils als fester Wert betrachtet werden. Daher reicht es in einem Fall aus, wo eine gezielte Charakteristik des Wandlers verlangt wird, die die folgende Charakteristik ist, die durch die unterbrochene Linie in Fig. 6 ausgedrückt ist:
Vaus = AP + B,
wenn die Empfindlichkeit und die Versetzung in bezug auf den Druck auf eine solche Weise eingestellt werden, daß die Charakteristik unmittelbar nach der Einstellung die folgende Charakteristik wird, die durch die durchgezogene Linie in Fig. 6 ausgedrückt ist:
Vaus = (A + δa)P + b - δb
Ferner tritt, wenn das Isolieröl durch die abgedichtete Membran dicht eingeschlossen ist, eine Neigung auf, daß der Wandlerausgang wegen eines Temperaturanstiegs aufgrund des Einflusses der Wärmeausdehnung des Isolieröls ansteigt. Jedoch ist es, indem im voraus eine negative Temperaturcharakteristik entsprechend dieser positiven Temperaturcharakteristik in der Schaltkreiseinstellung geschaffen wird, möglich, den Einfluß der Wärmeausdehnung des Isolieröls zu verschieben. Wie man aus den Zeichnungen sehen kann, ist dieser Wandler äußerst kompakt hergestellt, verglichen mit dem Wandler in Fig. 2.
Fig. 7 zeigt einen Druckwandler zum Erfassen eines Relativdrucks, der den Siliciumchip 1 verwendet, in dem die Signalverarbeitungsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist, in einem von der Membran verschiedenen Abschnitt integriert ist, wobei Bereiche, die mit denjenigen der Fig. 4 gemeinsam sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Eine bei diesem Wandler vorgesehene Schaltungsausgestaltung ist derart, daß ein Wandlerausgang normalerweise aufgrund der Druckausübung von der Oberfläche der Membran auf der Seite des vertieften Abschnitts ansteigt. Der Siliciumchip 1 ist an dem Sockel 2 befestigt, wo sich ein Loch 11 zum Einführen von Druck in einen mittleren Abschnitt befindet. Ferner ist der Sockel 2 an einem Substrat 12 befestigt. Ein Loch 13 zum Einführen des Drucks zu einer Fortsetzung des Lochs 11 in dem Sockel 2 ist ebenfalls in diesem Substrat 12 vorgesehen. Das Isolieröl 5 ist in einem Raum abgedichtet, der von der dem Loch 13 gegenüberliegenden, abgedichteten Membran 4, dem zylindrischen Behälter 3 und dem Substrat 12 umgeben ist. Der zu messende Druck wird durch das Loch 7 eingeführt, das in der Abdeckung 6 gebildet ist, und wird auf die auf die Oberfläche auf der Seite mit dem vertieften Abschnitt des Membranabschnitts 16 des Siliciumchip 1 über das Isolieröl 5 übertragen. Eine nicht geätzte Oberfläche des Siliciumchip 1 ist mit einer Abdeckung 14 überdeckt und ist zu der Atmosphäre durch ein Loch 15 offen, das in der Abdeckung gebildet ist. Als ein Ergebnis arbeitet dieser Wandler als ein Wandler für einen relativen Druck. Der auf die Membran übertragene Druck wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das dem relativen Druck entspricht, wird einer Verstärkung, einem Ausgleich des Temperaturgangs und einer Einstellung der Charakteristik in der Signalverarbeitungsschaltung unterzogen, und wird von dem Leitungsanschluß 93 als ein vorbestimmtes Wandlerausgangssignal ausgegeben. In diesem Fall ist es ebenso möglich, eine zufriedenstellende Druckkennlinie und Temperaturkennlinie zu erhalten, indem die Wirkungen verschoben werden, die auf die Kennlinie durch die abgedichtete Membran und das Isolieröl ausgeübt werden, wobei das gleiche Verfahren wie das für die Ausführungsform verwendet wird, die in Fig. 1 gezeigt ist. Wie man aus der Zeichnung sehen kann, ist dieser Wandler sehr kompakt verglichen mit dem in Fig. 4 gezeigten hergestellt.
Fig. 8 zeigt einen Druckwandler gemäß der Erfindung zum Erfassen des Differenzdrucks von zwei Druckarten, indem der Siliciumchip 1 verwendet wird, der in Fig. 1 gezeigt ist, wobei den Fig. 5 und 7 gemeinsame Bereiche mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, sind die abgedichteten Membranen 4 mit dem dazwischen angeordneten Siliciumchip angeordnet. Auf die gleiche Weise wie bei dem in Fig. 5 gezeigten Wandler ist ein Raum, der durch eine abgedichtete Membran 4 unterteilt ist, und mit dem Isolieröl 5 gefüllt ist, einer Oberfläche des Membranabschnitts 16 des Siliciumchips 1 zugewandt, wo die Dehnungsmesser 17 gebildet sind, während ein Raum, der durch die andere abgedichtete Membran 4 abgeteilt ist und auf ähnliche Weise mit dem Isolieröl 5 gefüllt ist, zu der Seite des Membranabschnitts 16 mit dem vertieften Abschnitt auf die gleiche Weise zugewandt ist, wie bei dem Wandler, der in Fig. 7 gezeigt ist. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Differenzdruck von zwei Druckarten zu erfassen, die auf die zwei abgedichteten Membranen 4 über das Isolieröl übertragen werden, das darin abgedichtet ist. Hier ist es, wenn die Flächen und die Dicken der zwei abgedichteten Membranen 4, sowie die Volumina der zwei mit dem Isolieröl 5 gefüllten Räume gleichgemacht sind, möglich, gegenseitig die wirkungen des Isolieröls 5 in den zwei Räumen zu verschieben, wodurch diese ausgeglichen werden.
Wie aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich ist, ist es, da alle Schaltkreiselemente in und auf einem Halbleiterchip integriert sind, auf dem eine Membran gebildet ist, möglich, eine Schaltungskarte und einzelne Einrichtungen, die einer äußeren Seite eines Behälters hinzugefügt worden sind, der den Halbleiterchip einschließt, sowie das Kunstharz oder ähnliches zu seinem Schutz in dem Fall der herkömmlichen Technik fortzulassen. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Größe des Behälters auf eine Größe zu verringern, um einen Halbleiterchip von mehreren Quadratmillimetern vorzusehen. Da ferner die Anschlüsse, die den Behälter durchdringen, als drei Anschlüsse ausgebildet sind, die einen Versorgungsanschluß, einen Masseanschluß und einen Ausgangsanschluß einschließen, die das notwendige Minimum sind, ist es möglich, einen Halbleiter-Druckwandler mit zwei Membranen von kompakter Größe und einfacher, zusammengebauter Struktur zu erhalten.

Claims

1. Halbleiterdruckwandler zur Detektion eines Druckunterschiedes mit:

einem Halbleiterchip (1), der erste und zweite Flächen aufweist, wobei die erste Fläche einen Aussparungsabschnitt aufweist, und der Halbleiterchip (1) weiterhin mehrere Dehnungsmesser (17) aufweist, die in dem Aussparungsabschnitt ausgebildet sind;

einem Substrat (12), das erste und zweite Flächen und eine sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstreckende Öffnung (13) aufweist, wobei die erste Fläche des Halbleiterchips (1) zur Abdeckung der Öffnung in dem Substrat (12) luftdicht mit der ersten Fläche des Substrates gekoppelt ist;

einer ersten Behälterwand (3), die erste und zweite Enden aufweist;

einer ersten dichten Membran (4), deren Rand luftdicht mit dem zweiten Ende der ersten Behälterwand (3) gekoppelt ist und gegenüberliegend zur zweiten Fläche des Halbleiterchips (1) angeordnet ist;

einem ersten abgschlossenen Raum;

einer ersten Flüssigkeit (5), die den ersten abgeschlossenen Raum ausfüllt;

einer ersten Behälterabdeckung (6), deren Rand luftdicht mit den Wandbereichen der ersten dichten Membran (4) gekoppelt ist, wobei die erste Behälterabdeckung (6) eine Öffnung (7) aufweist, so daß ein erster Druck an der ersten dichten Membran (4) ansteht;

einer zweiten Membran (4), deren Rand luftdicht abgeschlossen und gegenüber der ersten Fläche des Halbleiterchips (1) angeordnet ist;

einem zweiten abgeschlossenen Raum;

einer zweiten Flüssigkeit (5), die den zweiten abgeschlossenen Raum ausfüllt; und

einer zweiten Behälterabdeckung (6), deren Rand luftdicht mit dem Rand der zweiten dichten Membran (4) gekoppelt ist, wobei die zweite Behälterabdeckung eine Öffnung (7) aufweist, damit ein zweiter Druck an der zweiten Membran (4) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende der ersten Behälterwand (3) luftdicht mit dem Rand der ersten Fläche des Substrates (12) gekoppelt ist;

daß der erste abgeschlossene Raum durch die zweite Fläche des Halbleiterchips (1), die erste Fläche des Substrats (12), die erste Behälterwand (3) und die erste dichte Membran (4) begrenzt ist;

daß eine zweite Behälterwand vorgesehen ist, die erste und zweite Enden aufweist, wobei das erste Ende luftdicht mit dem Rand der ersten Fläche des Substrates (12) verbunden ist;

daß der Rand der zweiten dichten Membran (4) luftdicht mit dem zweiten Ende der zweiten Behälterwand (3) gekoppelt ist;

daß der zweite abgeschlossene Raum durch die erste Fläche des Halbleiterchips (1), die zweite Fläche des Substrates (12), die zweite Behälterwand (3) und die zweite dichte Membran (4) begrenzt ist; und

daß die Dehnungsmesser (17) eine Brückenschaltung bilden und der Halbleiterchip (1) Schaltkreiselernente eines Signalverarbeitungsschaltkreises aufweist.

2. Halbleiterdruckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite dichte Membran (4) in der Dicke und der Fläche gleich sind.

3. Halbleiterdruckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Flüssigkeiten (5) die gleiche Zusammensetzung haben und der erste und zweite Raum gleiche Volumina haben.