本发明专利技术涉及压力传感器.压力传感器(10)具有载体芯片(20)，载体芯片其内和/或者其上集成了至少一个传感器元件(30)，传感器元件的测量信号取决于载体芯片(20)中的机械应力.载体芯片(20)在其背面以平坦和材料锁定的形式连接到固体主体(50)，固体主体的弹性模量与载体芯片(20)的弹性模量不同.载体芯片(20)具有至少两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)，在凹槽之间布置有传感器元件(30a，30b).所述压力传感器具有偏压电路(40)并用于共轨喷射系统中。
【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月24日提交的德国专利申请No.102015104410.2“Drucksensor”的优先权和权益，其公开的内容在此通过引用全部并入本文。
本专利技术涉及一种压力传感器，其具有固体主体和连接到固体主体的载体芯片，以及至少一个传感器元件。
技术介绍
例如从德国专利申请No.DE19963786A1已知压力传感器。该文件中公开的压力传感器具有矩形的半导体芯片，芯片整个背面通过阳极接合连接的方式连接到由硼硅酸盐玻璃制成的立方固体主体。半导体芯片和硼硅酸盐玻璃的材料具有不同的弹性模量。从2013年4月MarcBaumann在DerAndereVerlag，ISBN978-3-86247-354-0的学位论文“RobustPiezoresistiveCMOSSensorMicrosystems”，这种压力传感器进一步被公开。德国专利申请文件No.DE4137624进一步教导了在功率传感器中使用的硅芯片。该芯片具有在上面引入的两个凹槽，两个压阻元件布置在凹槽之间。例如从德国专利文件No.DE19963786、美国专利申请No.US2006/0144153、美国专利No.5095762、国际专利申请No.WO2009/028283A1、欧洲专利No.EP0548907B1、欧洲专利No.EP0793082B1、美国专利No.US7290453以及德国专利申请No.DE102013200106A1已知其它的压力传感器。
技术实现思路
在本文件中描述例如在机动车的共轨喷射系统中使用的压力传感器。该压力传感器包括固体主体和连接到固体主体的载体芯片。载体芯片的表面中存在至少两个凹槽并且在两个凹槽之间布置有传感器元件。所述两个凹槽互相独立并以纵向的方式构建。所述传感器元件具有连接到一个或数个传感器元件的至少一个偏压电路。一旦对所述压力传感器施加过压或真空，机械应力通过纵向凹槽集中到载体芯片内。该压力传感器因此更为灵敏。偏压电路还允许调整传感器元件的供给电压，例如为了补偿压力传感器中的温度变化。在压力传感器的一个方面中，两个传感器元件互相平行布置。为了提供余度，在另一方面，传感器元件中的两个或更多个可以布置在两个纵向凹槽之间。另外，在载体芯片的表面中可以提供多于一对纵向凹槽。传感器元件例如通过惠斯顿桥形成，其中惠斯顿桥的臂由电阻器或者由场效应晶体管形成。使用场效应晶体管减少传感器元件的温度灵敏度。载体芯片具有与固体主体的弹性模量不同的弹性模量。由于这些不同的弹性模量，在载体芯片中产生机械应力。这些机械应力引起载体芯片表面中的压阻电阻器或者场效应晶体管的电阻变化，并因此提供压力的测量结果。载体芯片的厚度越小，载体芯片就越灵敏，并且由此压力传感器由更薄的载体芯片形成。一方面载体芯片具有小于100μm的厚度，而另一方面具有小于50μm的厚度。压力传感器能够应用在例如燃料喷射系统中并在燃料喷射系统中承受大的温度变化。因为这个原因，传感器元件的供给电压是可控的，其利用偏压电路以减少由于温度效应引起的测量变化。利用热敏电阻、电路或其它控制方式的帮助来控制这种温度依赖的偏压。在本专利技术的一个方面中，栅电压可以单独施加到场效应晶体管中的一个或数个并且因此可以单独控制。可替代地，另外的电源可以用于温度依赖的供给电压，其控制用于惠斯顿桥中的所有元件的供给电压。在进一步的实施例中，所述传感器不具有任何纵向的凹槽并且传感器元件主要对称地围绕中心附着在芯片上。附图说明附图1是压力传感器的第一示范性实施例，该压力传感器具有其中集成有压阻电阻器的CMOS半导体芯片。附图2A、2B示出了附图1中示出的压力传感器的半导体芯片的顶视图，可以看到在载体芯片的表面中存在两个纵向凹槽。附图2C示出了在载体芯片表面中有两对纵向凹槽的压力传感器的实施例。附图3示出压力传感器的第二示范性实施例，其中纵向凹槽相对于第一示范性实施例在载体芯片平面中旋转了45°。附图4示出了附图3中示出的压力传感器的半导体芯片的顶视图。附图5A-5E示出了制造压力传感器的方法步骤。附图6A-6H示出了每种情况中的具有偏压电路的一个惠斯顿桥，其中具有偏压电路的惠斯顿桥具有多种布置方式。附图7示出了具有压力传感器的共轨喷射系统。具体实施方式附图1到4中的一致以标记10指定的压力传感器，其用于测量作用在压力传感器10上的液体静压力，其具有配置为带有单晶硅衬底的半导体芯片的载体芯片20。至少一个传感器元件30集成在载体芯片20中。至少一个传感器元件30的输出信号取决于载体芯片20的正面表面20u上或中的机械应力，并因此取决于施加在所述至少一个传感器元件30上的压力。集成在载体芯片20中的传感器元件30应理解为是指嵌入载体芯片20的表面20u中和/或应用到表面20u上的传感器元件30。传感器元件30可以包括金属应变度量条、压阻电阻器和/或压阻场效应晶体管。在该非限制性的方面，载体芯片20具有基本上方形的底面。基本上方形底面的边长在附图1、2A和2B中以字母B指定。载体芯片20的硅衬底具有沿载体芯片20的载体芯片平面的x轴方向延伸的第一外边缘区域或第一边缘。术语“载体芯片平面”在上下文中理解为指代载体芯片20的主(顶)表面中的平面。该载体芯片平面平行于附图2A和2B中的绘图平面延伸。在附图1、2A和3中只示出了一个传感器元件30。附图2B示出了具有两个传感器元件30a和30b的方面。本专利技术不限于特定数量的传感器元件30、30a、30b。载体芯片20的第二外边缘区域或第二边缘定位为载体芯片平面的y轴方向。在附图2A和2B中可以看到，y轴布置在载体芯片平面中正交于x轴。该x轴和该y轴由此形成笛卡尔坐标系。附图1的传感器元件30具有集成在硅衬底的表面20u中的四个压阻电阻器，其在附图6A-6C中详细示出并通过导体路径(未示出)互连到集成在载体芯片20中的惠斯顿桥。在附图1中的示范性实施例中，压阻电阻器被配置为围绕通孔80a和80b的中心对称布置的电阻器路径，并且与通孔80a、80b以及载体芯片20的外边缘间隔开。两个导体路径中的每个具有布置成彼此成90°角度的两个压阻电阻器。固体主体50背对载体芯片20的背面501可以连接到承载板55。电连接触点布置在承载板55上，其经由接合线(未示出)连接到传感器元件30的连接件。传感器元件30的两个供给连接件经由另外的导体路径(未示出)连接到电压源。电压源通过所述另外的导体路径向传感器元件30供给恒定的电压，例如5伏特。传感器元件30的两个测量连接件用来获得测量电压。在惠斯顿桥中，第一测量信号连接件例如经由第一压阻电阻器连接到第一供给连接件，以及经由第二压阻电阻器连接到第二供给连接件。第二测量信号连接件经由第三压阻电阻器连接到第一供给连接件，以及经由第四压阻电阻器连接到第二供给连接件。附图6A-6C和6F示出了具有电阻器的惠斯顿桥的不同方面，以及附图6D-6E和6H示出了具有场效应晶体管的不同方面。这些附图下面会进行更详细的解释。载体芯片20在其背面201经由阳极接合连接的方式连接到固体主体50。在压力传感器10的一个方面中，固体主体50的材料被选择为使得固体主体50的材料具有与载体芯片20的材料大致相同的热膨胀系数。于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压力传感器(10)，包括：固体主体(50)；载体芯片(20)，连接到所述固体主体并具有至少两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)；至少一个传感器元件(30a，30b)，布置在所述两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)之间；以及至少一个偏压电路(40)，连接到所述至少一个传感器元件(30a，30b)或连接到所述传感器元件(30a，30b)中的数个传感器元件.
【技术特征摘要】
2015.03.24 DE 102015104410.21.一种压力传感器(10)，包括：固体主体(50)；载体芯片(20)，连接到所述固体主体并具有至少两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)；至少一个传感器元件(30a，30b)，布置在所述两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)之间；以及至少一个偏压电路(40)，连接到所述至少一个传感器元件(30a，30b)或连接到所述传感器元件(30a，30b)中的数个传感器元件.2.如权利要求1所述的压力传感器(10)，其中两个传感器元件(30a，30b)布置在所述至少两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)之间.3.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述至少两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)基本上平行布置.4.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述至少一个传感器元件(30a，30b)形成/包括惠斯顿桥.5.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述载体芯片(20)具有与所述固体主体(50)的弹性模量不同的弹性模量.6.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述至少两个独立且纵向的凹槽(80a，80b)中的至少一个延伸直到所述载体芯片(20)的外边缘(25).7.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述载体芯片(20)具有小于100μm的厚度(S).8.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述偏压电路(40)生成温度依赖的偏压.9.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述偏压电路(40)具有热敏电阻(42)，所述热敏电阻(42)具有负温度系数.10.如权利要求1或2所述的压力传感器(10)，其中所述至少一个传感器元件(20)由场效应晶体管(37a-d)形成或者包括场效应晶体管(37a-d).11.如权利要求10所述的压...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·鲍曼，
申请(专利权)人：迈克纳斯公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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