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WO1998009145A1 - Verfahren zur herstellung von drucksensoren - Google Patents

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WO1998009145A1
WO1998009145A1 PCT/DE1997/001800 DE9701800W WO9809145A1 WO 1998009145 A1 WO1998009145 A1 WO 1998009145A1 DE 9701800 W DE9701800 W DE 9701800W WO 9809145 A1 WO9809145 A1 WO 9809145A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure sensor
sensor elements
thin layer
resistive thin
benefit
Prior art date
Application number
PCT/DE1997/001800
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas MÖLKNER
Martin Mast
Jörg WOLF
Horst MÜNZEL
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7803794&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO1998009145(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to JP10511159A priority Critical patent/JP2000517052A/ja
Priority to US09/254,112 priority patent/US6189205B1/en
Publication of WO1998009145A1 publication Critical patent/WO1998009145A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
    • G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
    • G01L7/08—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49082—Resistor making
    • Y10T29/49099—Coating resistive material on a base

Definitions

  • the invention relates to a method for producing pressure sensor elements according to the preamble of claim 1.
  • pressure sensor elements are known. Because of their diverse possible uses and their suitability for a wide pressure range from, for example, 10 to 2000 bar, pressure sensor elements with a metal membrane and a resistive thin layer arranged thereon have proven to be particularly suitable. In the following we speak of a resistive thin layer, it being clear that this consists of a plurality of individual layers with different functions, which together form the resistive thin layer.
  • These pressure sensor elements have a base body that has a measuring opening that extends from the metal membrane (bottom of the measuring Opening) is spanned. By applying a pressure to the measuring opening, the metal membrane and thus the resistive thin layer applied to the metal membrane undergoes a deflection that can be detected by suitable evaluation means.
  • the pressure sensor elements In order to enable a more effective production of the pressure sensor elements, it is known to process a larger number of pressure sensor elements, for example 50 to 70 pieces, using the so-called carrier technology.
  • the previously individually rotated and polished base bodies having the bag openings are inserted into a carrier structure, for example a perforated plate, and these are subsequently provided with the resistive thin layer.
  • the support element is simultaneously contaminated by the layer deposition processes for applying the resistive thin layer, so that the carrier element must be subjected to extensive cleaning before it can be used again.
  • the carrier elements have to be equipped with the base bodies and then the finished processed pressure sensor elements are removed from the carrier element again Need to become.
  • Another disadvantage is that different carrier systems are also required for the different processes, such as coating and photolithography. The accuracy of the carriers goes directly into the geometric accuracy of the individual element.
  • the method according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that a large number of pressure sensors can be produced simultaneously in a simple manner.
  • a large number of pressure sensor elements are produced in one panel (multiple panels) of base bodies and that this is separated into the base body resulting from the application of the resistive thin layer in the pressure sensor elements makes it advantageously possible to produce the pressure sensor elements with high accuracy without complex additional aids . Additional work steps such as the insertion into and removal from a carrier element are completely eliminated.
  • the deposition processes of the resistive thin film can be mastered much more easily in terms of process technology, which is then separated into the pressure sensor elements.
  • the finished processed pressure sensor elements can be separated using highly precise techniques, preferably using laser cutting, water jet cutting or wire EDM, so that after the separation, Further processing of the pressure sensor elements is not necessary.
  • pressure sensor elements By optimizing the arrangement of the pressure sensor elements on the common use, the available space can be used as much as possible, so that only a minimal drop remains after separating the pressure sensor elements. Overall, pressure sensor elements can thus be produced very advantageously in a large number with a consistently high quality in a manner suitable for mass production.
  • Figure 1 is a plan view and a sectional view through a single pressure sensor element
  • FIG. 2 shows a plan view and a sectional illustration through a use for producing the pressure sensor elements according to the invention
  • FIG. 3 is a plan view of a benefit in a further embodiment and FIG. 4 shows a sectional view through a pressure sensor (pressure sensor element on pressure connection).
  • FIG. 1 shows a pressure sensor element 10 in a plan view and a sectional view.
  • the pressure sensor element 10 has a base body 12, which is circular, for example. According to other exemplary embodiments (not shown), the base body 12 can also have other geometrical shapes on it.
  • the base body 12 has a measuring opening 14 which is delimited on one side by a measuring membrane 16, so that there is a blind opening.
  • the measuring membrane 16 is formed by the bottom of the measuring opening 14, so that the base body 12 and the measuring membrane 16 are formed in one piece.
  • a resistive thin layer in the form of a Wheatstone bridge 18 is formed on the measuring membrane 16, the description of the layer deposition process to be carried out in order to achieve the resistive thin layer not to be discussed in more detail in the present description.
  • the base body 12 usually consist of a high-strength stainless steel.
  • the structure and mode of operation of the pressure sensor element 10 shown in FIG. 1 are generally known.
  • a pressure sensor element 10 is illustrated by way of example in FIG. This is arranged on a pressure connection 20, which has a through opening 24 in a housing 22, which with a medium to be measured, for example a gaseous or liquid medium.
  • the through opening 24 is closed by the pressure sensor element 10, the base body 12 being fastened on a mounting flange 26 of the housing 22.
  • the base body 12 can be glued, welded, soldered, etc. to the flange 22, the joining technology being based on the quality requirements of the measurement result obtained with the pressure sensor 10.
  • the measuring opening 14 is acted upon by a pressure or negative pressure via the passage opening 24, so that the measuring membrane 16 is deflected.
  • This deflection of the measuring membrane 16 can be evaluated using known methods, for example resistively (Wheatstone bridge).
  • the deflection of the measuring diaphragm 16 is proportional to the pressure conditions which arise in the measuring opening 14, so that it can be concluded that the pressure or negative pressure is present.
  • a square panel 28 is shown for this purpose in FIG. 3, which has an edge length a. having .
  • the panel 28 can of course also have a different geometric shape, for example a rectangular shape, circular shape, trapezoidal shape, etc.
  • the edge length a is chosen to be larger than ten times the diameter d of a pressure sensor element 10. This provides space for a total of 100 pressure sensor elements 10 on the panel 28.
  • the panel 28 is in the form of a flat plate 30 made of stainless steel with a thickness * ⁇ .
  • the plate 30 has 32 blind openings 34 (measuring openings 14) in a predetermined grid, so that the plate 30 is present as a one-sided perforated plate.
  • the grid 32 of the blind openings 34 is selected such that the distance between the center line of adjacent blind openings 34 is selected to be slightly larger than the diameter d of the later pressure sensor elements 10.
  • the process steps known per se for structuring a resistive thin layer 18 are subsequently carried out.
  • the surface 36 is optionally polished, the subsequent deposition of an insulation layer (in thin-film or thick-film technology), the deposition of a resistive thin layer, for example sputtering of polysilicon or metals, a photolithographic structuring, a deposition of a contact layer, a possible structuring of the contact layer and the subsequent application of a passivation layer.
  • the invention provides that the layer system is generated over the entire surface 36 of the panel 28.
  • the deposition of a resistive thin layer 18 on a single pressure sensor element 10 since, above all, only one exact adjustment per benefit 28, not per sensor element 10 as ⁇ on ⁇ t, has to be carried out.
  • the deposition of the individual layers on a larger, continuous panel 28, each with a uniform thickness is possible in a simple manner, so that tolerance differences between the individual pressure sensor elements 10 are reduced.
  • the position of the individual pressure sensor elements 10 is indicated in the plan view shown in FIG. 2.
  • a separation from the panel 28 then takes place.
  • high-precision cutting techniques for example laser cutting, wire EDM or water jet cutting, can be used.
  • a better utilization of the area of the benefit 28 can be achieved.
  • a benefit 28 with the same edge length a and pressure sensor elements 10 with the same diameter can be used d achieve an approximately 5% higher product yield due to the higher packing density.
  • the benefit 28 can be produced very advantageously, for example by means of a metal injection molding process or a sintering process. As a result, the benefit 28 can be produced without complex secondary processes, such as machining.
  • FIGS. 5 and 6 A round steel rod 100 is shown in FIG. 5, the diameter of which essentially corresponds to the size of the required benefit. It is essential to the round steel rod 100 that it was only rolled in the longitudinal direction during manufacture, as indicated by arrow 101. Such rolling is required to shape the round steel rod 100 and can also be used to influence the properties of the steel material.
  • the material for the round steel ang 100 is thought in particular of a stainless steel with spring properties. For example, a high-alloy stainless steel X 5 CrNiCuNb 17 4 with the DIN material number 1.4542 or 1.4548 is suitable. Such stainless steel materials have proven themselves for the production of pressure sensors.
  • Individual steel substrates 103 are then produced by sawing perpendicular to the longitudinal direction of the round steel rod 100, as is shown in FIG. 6. These individual steel substrates have a thickness of 5 mm, for example.
  • the individual stainless steel substrates are then ground, lapped and polished to achieve a high surface quality. For example, roughness depths of less than half a ⁇ m are achieved.
  • Usual dimensions of the semiconductor technology for example 4 inches or 6 inches, are expediently chosen as the diameter for the stainless steel substrates 103, so that the stainless steel substrates 103 can also be processed with the usual devices for silicon wafer processing.
  • blind openings 34 are then made on the back, as shown in cross-section, for example, in FIG.
  • the further processing then takes place in conventional devices for semiconductor processing.
  • a thin insulation layer for example silicon oxide, Silicon nitride or the like applied.
  • a resistive thin film for example polysilicon or metal thin films.
  • a photoresist layer is then applied and structured through a mask.
  • the photoresist layer structured in this way then serves as a mask for structuring the resistive thin layer.
  • the photoresist layer is then removed and a metal layer for contacting the resistive thin layer is applied.
  • This metal layer is then structured by a further structuring step using a photoresist layer.
  • a passivation layer is applied.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Drucksensorelementen, die eine Metallmembran und eine darauf angeordnete resistive Dünnschicht aufweisen, wobei in einen Grundkörper eine Sacköffnung eingebracht wird und auf einer der Sacköffnung abgewandten Seite des Grundkörpers die resistive Dünnschicht aufgebracht wird. Es ist vorgesehen, dass gleichzeitig eine Vielzahl von Drucksensorelementen (10) in einem Nutzen (28) hergestellt werden, wobei nach Aufbringen der resistiven Dünnschicht (18) auf den Nutzen (28) dieser zu den Drucksensorelementen (10) vereinzelt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Drucksensoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Drucksensorelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Drucksensorelemente der unterschiedlichsten Art sind bekannt. Aufgrund ihrer vielfältigen Einεatzmöglich- keiten und ihrer Eignung für einen weiten Druckbereich von beispielsweise 10 bis 2000 bar haben sich Drucksensorelemente mit einer Metallmembran und einer hierauf angeordneten resistiven Dünnschicht als besonders geeignet erwiesen. Nachfolgend wird von einer resistiven Dünnschicht gesprochen, wobei klar ist, daß diese aus einer Mehrzahl einzelner Schichten unterschiedlicher Funktion besteht, die gemeinsam die resistive Dünnschicht ergeben. Diese Drucksensorelemente besitzen einen Grundkörper, der eine Meßöffnung aufweist, die von der Metallmembran (Boden der Meß- Öffnung) überspannt wird. Durch Beaufschlagen der Meßöffnung mit einem zu messenden Druck erfährt die Metallmembran und somit die auf der Metallmembran aufgebrachte resistive Dünnschicht eine Auεlenkung, die über geeignete Auswertemittel detektierbar ist. Bekannt ist, derartige Drucksensorelemente in aufwendiger Einzelfertigung herzustellen. Hierbei werden die Grundkörper der Drucksensorelemente als Drehteile aus Metall gefertigt, diese mit einer Sacköffnung versehen, und anschließend wird die resistive Dunnschicht aufgebracht. Da diese Einzelfertigung sehr aufwendig ist, ist eine Herstellung in großen Stückzahlen nicht möglich.
Um eine effektivere Herstellung der Drucksensorelemente zu ermöglichen, ist bekannt, eine größere Anzahl von Drucksensorelementen, beispielsweise 50 bis 70 Stück, mit der sogenannten Carrier-Technik zu prozessieren. Hierzu werden die zuvor einzeln gedrehten und polierten, die Sackδffnungen aufweisenden Grundkörper in eine Trägerεtruktur, beispielsweise ein Lochblech, eingesetzt und diese gemeinsam nachfolgend mit der resistiven Dünnschicht versehen. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß durch die Schicht- abscheideprozesse zum Aufbringen der resistiven Dünnschicht gleichzeitig das Trägerelement verschmutzt wird, so daß vor Weiterverwendung des Trägerele enteε dieses einer aufwendigen Reinigung unterzogen werden muß. Darüber hinaus ist nachteilig, daß die Trägerelemente mit den Grundkörpern bestückt werden müsεen und anschließend die fertig prozessierten Drucksensorelemente aus dem Trägerelement wieder entnommen werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist, daß für die unterschiedlichen Prozesse, wie zum Beispiel Beschichten und Fotolithographie, auch unterschiedliche Carriersyεteme benötigt werden. Die Genauigkeit der Carrier geht direkt in die geometrische Genauigkeit des Einzelelementes ein.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungεge äße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß sich in einfacher Weise gleichzeitig eine Vielzahl von Drucksenεorele enten herstellen lassen. Dadurch, daß gleichzeitig eine Vielzahl von Drucksensorelementen in einem Nutzen (Mehrfachnutzen) von Grundkörpern hergestellt werden und dieser nach Aufbringen der resistiven Dünnschicht in die Druckεen- sorelemente ergebende Grundkörper vereinzelt wird, ist es vorteilhaft möglich, ohne aufwendige zusätzliche Hilfsmittel die Druckεensorelemente mit hoher Genauigkeit herzustellen. Zusätzliche Arbeitsschritte wie das Einbringen in ein Trägerelement und das Entnehmen hieraus entfallen vollkommen. Darüber hinaus lassen sich die Abscheideprozesse der resistiven Dünnschicht über einen großen Nutzen, der anschließend zu den Drucksensorelementen vereinzelt wird, prozeßtechnisch sehr viel einfacher beherrschen. Die Vereinzelung der fertig prozessierten Drucksenεorele- ente kann mittels hochgenauer Techniken, Vorzugs- weiεe mittelε Laserschneiden, Wasserstrahlεchneiden oder Drahterodieren erfolgen, so daß nach der Verein- zelung eine weitere Bearbeitung der Drucksenεorele- mente nicht notwendig ist.
Durch Optimierung der Anordnung der Druckεensorele- ente auf dem gemeinsamen Nutzen kann der zur Verfügung stehende Platz größtmöglichst ausgenutzt werden, so daß nach Vereinzeln der Drucksensorelemente nur ein minimaler Abfall verbleibt. Insgesamt lassen sich so εehr vorteilhaft in für eine Maεsenfertigung geeigneter Weise Drucksenεorelemente in großer Anzahl mit gleichbleibend hoher Qualität erzeugen.
Vorteilhafte Auεgeεtaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei- εpielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung durch ein einzelnes Drucksensorelement;
Figur 2 eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung durch einen Nutzen zur erfindungsgemäßen Herstellung der Drucksensorelemente;
Figur 3 eine Draufsicht auf einen Nutzen in einer weiteren Ausführungsvariante und Figur 4 eine Schnittdarεtellung durch einen Drucksenεor {Drucksensorelement auf Druckanschluß) .
Beschreibung der Ausführungsbeiεpiele
Figur 1 zeigt ein Drucksensorelement 10 in einer Draufsicht und einer Schnittdarstellung. Das Druck- εensorelement 10 beεitzt einen Grundkörper 12, der beispielsweise kreisrund ausgebildet ist. Nach anderen - nicht dargestellten - Au≤führungsbeispielen kann der Grundkörper 12 auch andere geometriεche Formen auf eiεen. Der Grundkörper 12 weiεt eine Meßöffnung 14 auf, die an einer Seite von einer Meßmembran 16 begrenzt wird, so daß sich eine Sacköffnung ergibt. Die Meßmembran 16 wird von dem Boden der Meßöffnung 14 gebildet, so daß Grundkörper 12 und Meßmembran 16 einstückig ausgebildet sind. Auf der Meßmembran 16 wird eine resistive Dünnschicht in Form einer Wheatstone-Brücke 18 ausgebildet, wobei in der vorliegenden Beschreibung auf die durchzuführenden Schichtabscheideprozeεεe zur Erzielung der resistiven Dünnschicht nicht näher eingegangen werden soll . Die Grundkörper 12 bestehen üblicherweise aus einem hochfesten Edelstahl. Der Aufbau und die Funktionsweise des in Figur 1 gezeigten Drucksensorelementes 10 sind allgemein bekann .
In Figur 4 ist beispielhaft der Einsatz eines Drucksensorelementes 10 verdeutlicht. Dieser wird auf einem Druckanschluß 20 angeordnet, der in einem Gehäuse 22 eine Durchgangsöffnung 24 aufweist, die mit einem zu messenden Medium, beispielsweise einem gasförmigen oder flüssigen Medium, in Verbindung steht. Die Durchgangsöffnung 24 wird durch das Druckεensor- element 10 verschloεεen, wobei der Grundkörper 12 auf einem Montageflansch 26 des Gehäuses 22 befestigt iεt. Zur Erzielung einer hinreichend festen und sicheren Verbindung kann der Grundkδrper 12 mit dem Flansch 22 verklebt, verschweißt, verlötet usw. sein, wobei εich die Fügetechnik nach den Qualitätsansprüchen des mit dem Drucksenεor 10 erzielten Meßergebnisses richtet. Im Betrieb wird die Meßöffnung 14 über die Durchgangεöffnung 24 mit einem Druck beziehungεweiεe Unterdruck beaufschlagt, so daß die Meßmembran 16 eine Auslenkung erfährt. Diese Auslenkung der Meßmembran 16 kann mittels bekannter Verfahren, beispielεweise resiεtiv, (Wheatstone Brücke) , auεgewertet werden. Die Auslenkung der Meßmembran 16 ist proportional den sich einstellenden Druckverhältnissen in der Meßöffnung 14, so daß auf den anliegenden Druck beziehungsweise Unterdruck geschlossen werden kann.
Nachfolgend soll auf die erfindungsgemäße Herstellung der Drucksensorelemente 10 eingegangen werden. In Figur 3 ist hierzu ein quadratischer Nutzen 28 gezeigt, der eine Kantenlänge a . aufweist . Nach weiteren - nicht dargestellten - Ausführungsbeispielen kann der Nutzen 28 selbstverständlich auch eine andere geometrische Form, beispielsweise eine rechteckige Form, kreisförmige Form, _ trapezförmige Form usw. besitzen. Im gezeigten Beispiel in Figur 2 iεt die Kantenlänge a größer gewählt als der zehnfache Durchmesser d eines Drucksensorelementes 10. Hierdurch finden auf dem Nutzen 28 insgesamt 100 Drucksensorelemente 10 Platz. Im Ausgangszustand liegt der Nutzen 28 als ebene Platte 30 aus Edelstahl mit einer Dicke* ε vor. Die Platte 30 besitzt in einem vorgegebenen Raster 32 Sacköffnungen 34 (Meßöffnungen 14), so daß die Platte 30 quasi als einseitigeε Lochblech vorliegt. Das Raster 32 der Sacköffnungen 34 ist so gewählt, daß der Abstand der Mittellinie benachbarter Sacköffnungen 34 geringfügig größer gewählt iεt als der Durchmeεser d der späteren Drucksensorelemente 10.
Auf der den Sacköffnungen 34 abgewandten Seite liegenden Oberfläche 36 der Platte 30 werden nachfolgend die an sich bekannten Prozeßεchritte zur Strukturierung einer reεiεtiven Dünnεchicht 18 durchgeführt. Hierzu erfolgt gegebenenfallε ein Polieren der Oberfläche 36, das anschließende Abscheiden einer Isolationsschicht (in Dünnschicht- oder Dickschichttechnik) , das Abscheiden einer reεiεtiven Dünnschicht, beispielsweise Sputtern von Polysilizium oder Metallen, eine photolithographische Strukturierung, ein Abscheiden einer Kontaktschicht, eine eventuelle Strukturierung der Kontaktschicht und das anschließende Aufbringen einer Passivierungsschicht . Das Erzeugen derartiger Schichtεysteme ist allgemein bekannt und soll deshalb nicht detailliert beschrieben werde .
Entscheidend ist, daß erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß das Erzeugen des Schichtsyεtems über die gesamte Oberfläche 36 des Nutzens 28 erfolgt. Hierdurch bieten sich verfahrenstechniεch gegenüber dem Abscheiden einer resistiven Dünnεchicht 18 auf einem einzelnen Drucksenεorelement 10 erhebliche Vorteile, da vor allem nur eine exakte Justierung pro Nutzen 28, nicht pro Senεorelement 10 wie εonεt, erfolgen muß. Darüber hinauε iεt das Abscheiden der einzelnen Schichten auf einem größeren, durchgehenden Nutzen 28 mit jeweils gleichmäßiger Stärke in einfacher Weise möglich, so daß sich Toleranzunterschiede zwischen den einzelnen Druckεensorelementen 10 reduzieren.
In der in Figur 2 gezeigten Draufsicht ist die Lage der einzelnen Drucksensorelemente 10 jeweils angedeutet. Entεprechend der gewählten Geometrie der Drucksensorelemente 10, beispielsweise entsprechend des Durchmeεεers d, erfolgt anschließend eine Vereinzelung aus dem Nutzen 28. Hierzu können hochpräzise Schneidtechniken, beispielsweise Laεerεchneiden, Drahterodieren oder Wasserstrahlschneiden, eingesetzt werden.
Insgesamt läßt sich also mittels einfacher Verfahrensschritte gleichzeitig eine Vielzahl von Drucksensorelementen 10 erzeugen, die sich durch hohe Genauigkeit und geringe Toleranzunterεchiede auszeichnen. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in für eine Massenherstellung von beispielsweise mehreren Millionen Stück pro Jahr in einfacher Weise kosten- günεtig realiεieren.
Durch die Vereinzelung deε mit der resiεtiven Dünnεchicht 18 versehenen Nutzens 28 zu den einzelnen Drucksensorelementen 10 erfolgt keine Verschmutzung von hilfsweiεe vorgeεehenen Trägerelementen, εo daß bei der Herεtellung Hilfεverfahren, wie beispielsweise Bestücken der Trägerelemente, Entnehmen der fertigen Drucksensorelemente 10, sowie Reinigen der Trägerelemente vollkommen entfallen. Die nach Vereinzelung der Drucksenεoren 10 verbleibenden Reste des Nutzens 28 können beispielεweiεe geεammelt, recycelt und einer anderen Verwendung zugeführt werden.
Durch Optimierung des Rasters 32, wie dies in Figur 3 gezeigt ist, wobei gleiche Teile wie in Figur 2 mit gleichen Bezugεzeichen versehen und nicht nochmals erläutert sind, läßt sich eine bessere Ausnutzung der Fläche deε Nutzenε 28 erreichen. Hierdurch verbleibt nach dem Vereinzeln der Drucksenεorelemente 10 ein geringerer, nicht für die Herstellung der • Drucksensorelemente 10 verwertbarer Rest deε Nutzenε 28. Gegenüber dem in Figur 2 gezeigten Auεführungεbei- spiel läßt sich bei einem Nutzen 28 mit gleicher Kantenlänge a und Drucksenεorelementen 10 mit gleichen Durchmessern d eine um zirka 5 % höhere Produktausbeute aufgrund der höheren Packungsdichte erzielen. Der Nutzen 28 kann sehr vorteilhaft bei- εpielεweiεe mittelε eines Metallspritzgußverfahrenε (metal injection moulding) beziehungsweise eines Sinterverfahrenε hergestellt werden. Hierdurch kann der Nutzen 28 ohne aufwendige Nebenverfahren, wie beispielsweise Zerspanen, hergestellt werden. Darüber hinaus ist mittelε dieser Verfahren eine einfache Formgebung mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig geringem Abfall möglich. Ein besonders vorteilhaf es Verfahren wird nun anhand der Figuren 5 und 6 erläuter . In der Figur 5 wird eine Rundstahlstange 100 gezeigt, deren Durchmesser im wesentlichen der Größe des benötigten Nutzen entspricht. Wesentlich an der RundstahlStange 100 ist, daß sie bei der Herstellung nur in Längsrichtung gewalzt wurde, wie dies durch den Pfeil 101 angedeutet wird. Ein derartiges Walzen ist zur Formgebung der Rundstahlstange 100 erforderlich und kann weiterhin zur Beeinflussung der Eigenschaf en des Stahlmaterialε verwendet werden. Als Material für die Rundstahls ange 100 wird hier insbesondere an einen Edelstahl mit Federeigenschaften gedacht. Geeignet ist beispielsweise ein hochlegierter Edelstahl X 5 CrNiCuNb 17 4 mit der DIN-Werkstoffnummer 1.4542 oder 1.4548. Derartige Edelεtahlmaterialien haben sich zur Herstellung von Drucksensoren bewährt . Durch Sägen senkrecht zur Längsrichtung der Rundstahlstange 100 werden dann einzelne Stahlsubstrate 103 gefertigt wie dies in der Figur 6 gezeigt wird. Diese Einzelstahlsubstrate weisen beispielsweise eine Dicke von 5mm auf . Zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität werden die einzelnen Edelstahlsubstrate dann geschliffen, geläppt und und poliert. Dabei werden beispielsweise Rauhtiefen von weniger als einem halben μm erreicht. Als Durchmesser für die EdelstahlSubstrate 103 werden zweckmäßigerweise übliche Abmessungen der Halbleitertechnik beispielsweise 4 Zoll oder 6 Zoll gewählt, so daß die Edelstahlsubstrate 103 mit den üblichen Vorrichtungen für die Siliziumwaferbearbeitung ebenfalls bearbeitet werden können. Durch Fräsen, Bohren, Erodieren Ätzen oder andere Bearbeitungsmethoden werden dann auf der Rückseite Sacköffnungen 34 eingebracht wie diese beispielsweise in der Figur 2 im Querschnitt gezeigt wurden. Die weitere Bearbeitung erfolgt dann in üblichen Vorrichtungen zur Halbleiterbearbeitung. Es wird zunächst eine dünne Isolationsschicht, beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen aufgebracht. Darauf folgt dann die Abscheidung einer resistiven Dünnschicht beispielsweise Polysilizium oder Metalldünnschichten. Es wird dann eine Fotolackschicht aufgebracht und durch eine Maske hindurch strukturiert. Die so strukturierte Fotolackschicht dient dann als Maske zur Strukturierung der resistiven Dünnschicht. Die Fotolackschicht wird dann entfernt und eine Metallschicht zur Kontaktierung der resistiven Dünnschicht wird aufgebracht. Durch einen weiteren Strukturierungsschritt mittelε einer Fotolackschicht wird dann diese Metallεchicht strukturiert. Anschließend wird noch eine Passivierungsschicht aufgebracht. Wesentlich ist hierbei, daß alle aus der Dünnschichttechnik oder Halbleitertechnik bekannten Vorrichtungen und Verfahren genutzt werden können, die parallel und gleichzeitig bei einer Vielzahl von Drucksensoren angewandt werden. Es können so eine Vielzahl von Drucksensoren parallel gefertigt werden. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt dann ein Zerteilen des Sdelstahlεubstratε, um die einzelnen Drucksensoren zu gewinnen, beispielsweise durch Drahterodieren. Dabei können beispielsweise computergesteuerte Drahterodiermaschinen verwendet werden, so daß das Herausteilen der einzelnen Drucksensoren aus dem Nutzen kostengünstig erfolgt.
Der Vorteil derartiger Stahlsubstrate 103, die aus einer Rundstahlstange 100 gewonnen wurde, die nur in Längsrichtung 101 gewalzt wurde, liegt darin, daß derartige Edelstahlsubstrate in sich besonders spannungsarm sind. In der Regel werden nämlich Stahlbleche, die im Handel erhältlich sind, parallel zur Oberfläche gewalzt. Dieses Walzen hinterläßt jedoch innere mechanische Spannungen im Material, welches bei den nachfolgenden
Bearbeitungsschritten zu Verzügen und Verspannungen führt. Die inneren Spannungen in Stahlmembranen, die parallel zur Oberfläche gewalzt wurden, können dabei so groß sein, daß sie zu einer nennenswerten Verfälschung des Meßsignals eines so gefertigten Drucksensors führen. Dies wird durch die Verwendung von Stahlsubεtraten 103, die aus einem längsgewalzten Rundstahl 100 gewonnen wurden, vermieden. Derartige Sensoren sind daher qualitativ besonders hochwertig. Neben einem Rundstahl können natürlich auch anderen Formen von längsgewalzten Stahlstangen verwendet werden, z.B. eine rechteckige Stahlstange.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Drucksensorelementen, die eine Metallmembran und eine darauf angeordnete resistive Dünnschicht aufweisen, wobei in einen Grundkörper eine Sackδffnung eingebracht wird und auf einer der Sackδffnung abgewandten Seite des Grundkörpers die resistive Dünnschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig eine Vielzahl von Drucksensorelementen (10) in einem Nutzen (28) hergestellt werden, wobei nach Aufbringen der resistiven Dünnschicht (18) auf den Nutzen (28) dieser zu den Drucksensorelementen (10) vereinzelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Nutzenε (28) eine Platte (30) mit einer Vielzahl von Sackδffnungen (34) versehen wird, die in einem Raster (32) , das der späteren Ver-
1 .
einzelung :u den Drucksensorelementen (10) entspricht, angeordnet sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sacköffnungen
(34) abgewandte Seite der Platte (30) liegende Oberfläche (36) komplett mit der resistiven Dünnschicht (18) versehen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anεprύche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinzelung der Drucksensorelemente (10) über eine hochpraziεe Schneidtechnik, insbesondere ein Laserschneiden, Drahterodieren oder Waεserstrahlschneiden, erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzen (28) mittelε eines Metallεpritzgußverfahrenε oder Sinterverfahrens hergestellt wird.
6. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Nutzen (28) eine Stahlstange (100) , insbesondere eine Runds ahlstange (100), vorgesehen wird, daß die Stahlstange (100) eine Längsachse (101) aufweist, daß die Stahlstange (100) nur in Längsrichtung (101) gewalzt wurde, und daß durch Zerteilen der Stahlstange (100) senkrecht zur Längsrichtung (101) Edelstahlsubstrate (103) gewonnen werden.
7. verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Stahlmaterial ein Federεtahl verwendet wird.
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