本發(fā)明涉及一種傳感器組件以及一種用于傳感器組件的制造方法。

背景技術(shù)：

1、由現(xiàn)有技術(shù)已知傳感器組件，其具有微機(jī)械傳感器元件，該微機(jī)械傳感器元件布置在載體上，并通過該載體裝配在例如金屬基座或殼體上。微機(jī)械傳感器元件具有膜，所述膜橫跨空穴，所述空穴帶有后側(cè)的開口。載體具有貫穿開口，并借助于所述貫穿開口與傳感器元件的后側(cè)連接，從而使貫穿開口通到空穴的后側(cè)開口中。這樣的傳感器組件可以適用于檢測高壓。

2、目前用于檢測高壓(10-70bar)的微機(jī)械(mms)或微電子機(jī)械(mems)壓力傳感器是基于微機(jī)械傳感器元件的傳感器組件，該微機(jī)械傳感器元件布置在玻璃基座上，并通過所述玻璃基座裝配在金屬基座上或殼體中。傳感器元件在其后側(cè)具有空穴，該空穴限定了傳感器元件的膜。玻璃基座又具有貫穿開口，該貫穿開口與傳感器元件的空穴連接，使得要感應(yīng)的壓力介質(zhì)穿過玻璃基座的貫穿開口導(dǎo)入膜的后側(cè)上。德國公開文獻(xiàn)de?10?2004006199a1中對這種傳感器組件在原理上進(jìn)行了說明。在硅傳感器元件的借助于溝槽蝕刻暴露的膜上，壓電電阻位于其前側(cè)，所述壓電電阻實(shí)現(xiàn)了當(dāng)膜偏轉(zhuǎn)時的信號檢測。硅傳感器元件鍵合在玻璃載體上。其金屬化背側(cè)可在此又釬焊到金屬載體上。玻璃基座用于減少溫度變化時對硅傳感器元件造成的機(jī)械應(yīng)力。在檢測高壓時，由于整個傳感器組件的特別的應(yīng)力負(fù)荷，因此過載安全尤為重要。

3、已經(jīng)示出，由于玻璃和硅材料的不同的斷裂強(qiáng)度，以及傳感器組件的給定的幾何形狀，空穴邊緣與玻璃載體表面的接觸點(diǎn)承受最大的應(yīng)力負(fù)荷。由于玻璃貫穿開口的側(cè)壁中存在取決于制造的微缺陷，因此在負(fù)載情況下，該處更容易出現(xiàn)裂紋。玻璃載體的上側(cè)又最大程度不存在此類微缺陷，因此實(shí)現(xiàn)了傳感器組件的更高的所希望的抗過載能力。因此有利的是，選擇玻璃貫穿開口的直徑小于背側(cè)的空穴開口。

4、公開文獻(xiàn)de?10?2009?002?004?a1中示出了對這種傳感器組件的抗壓性的可能改進(jìn)，其中提出了環(huán)形挖深部，該環(huán)形挖深部布置在玻璃載體的貫穿開口的邊緣區(qū)域上，從而使硅傳感器元件和玻璃載體之間的連接面永不會貼靠到貫穿開口的邊緣上。然而，在給定壓力下，由于大的面積，扔有大的力作用到硅傳感器元件和玻璃基板的對于抗過載能力關(guān)鍵的接觸點(diǎn)上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)是提供一種改進(jìn)的傳感器裝置。本發(fā)明的另一任務(wù)是為這種改進(jìn)的傳感器裝置提供一種制造方法。與迄今的現(xiàn)有技術(shù)中描述的傳感器組件相比，改進(jìn)的傳感器組件尤其應(yīng)適用于更高的壓力。這些任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題得以解決。從屬權(quán)利要求中給出了有利的擴(kuò)展方案。

2、根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種帶有微機(jī)械傳感器元件和玻璃基座的傳感器組件。微機(jī)械傳感器元件具有本體、空穴和橫跨所述空穴的膜。本體、空穴和膜由一種材料制成。玻璃基座具有貫穿開口。微機(jī)械傳感器元件緊固在玻璃基座上，使得空穴與貫穿開口相連。微機(jī)械傳感器元件在銜接到玻璃基座上的過渡區(qū)域中具有卸載結(jié)構(gòu)。卸載結(jié)構(gòu)包含本體的凹空。卸載結(jié)構(gòu)的幾何形狀選擇為，使得降低玻璃基座和本體之間的機(jī)械應(yīng)力。

3、尤其是，微機(jī)械傳感器元件可以借助于玻璃基座裝配在金屬基座上，或者裝配在殼體中。要感應(yīng)的壓力介質(zhì)可以通過玻璃基座的貫穿開口引導(dǎo)到膜上。由此產(chǎn)生膜隨壓力的偏轉(zhuǎn)，然后對所述偏轉(zhuǎn)進(jìn)行評估。為了讀出膜的偏轉(zhuǎn)可以設(shè)置，將壓電元件集成到膜中或?qū)弘娫贾迷谀ど?，所述壓電元件將膜的機(jī)械偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為壓電電壓，其中，在此可以對壓電電壓進(jìn)行相應(yīng)評估。如果將壓電元件集成到膜中，微機(jī)械傳感器元件也可稱為微電子機(jī)械傳感器元件。

4、卸載結(jié)構(gòu)可降低玻璃基座與本體之間的機(jī)械應(yīng)力，與現(xiàn)有技術(shù)中的已知的實(shí)施方案相比，通過所述卸載結(jié)構(gòu)，傳感器組件可被加載更高的壓力。迄今從現(xiàn)有技術(shù)已知的傳感器組件設(shè)計(jì)用于直至70bar的壓力，并且在存在120至150bar的范圍內(nèi)的壓力時就會被破壞。通過所述卸載結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)在大約200或在大約300bar的情況下才發(fā)生破壞，并且因此傳感器組件可設(shè)計(jì)用于直至100或必要時也直至140bar的壓力。

5、根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種帶有根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的傳感器系統(tǒng)。該傳感器系統(tǒng)還具有讀出裝置。借助于讀出裝置可以評估和輸出膜的機(jī)械運(yùn)動。例如，讀出裝置可以包括已經(jīng)提到的壓電元件，所述壓電元件可以將膜的機(jī)械偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成壓電電壓。此外，還可以輸出壓電電壓，或輸出從壓電電壓求取的壓力值。這在此可以分別作為模擬值或作為數(shù)字值實(shí)現(xiàn)并且由讀出裝置實(shí)施。

6、根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種用于制造傳感器組件的方法。在此產(chǎn)生一種微機(jī)械傳感器元件，其具有本體、空穴和橫跨所述空穴的膜。此外，在過渡區(qū)域中產(chǎn)生卸載結(jié)構(gòu)，其中，卸載結(jié)構(gòu)包含本體的凹空。必要時，這可在產(chǎn)生微機(jī)械傳感器元件的同一步驟中完成。接著，將玻璃基座安裝在微機(jī)械傳感器元件上，其中，所述玻璃基座具有貫穿開口。微機(jī)械傳感器元件緊固在玻璃基座上，使得空穴與貫穿開口連接。玻璃基座還安裝在微機(jī)械傳感器元件上，使得過渡區(qū)鄰接到玻璃基座上。卸載結(jié)構(gòu)的幾何形狀可以選擇為，使得降低玻璃基座和本體之間的機(jī)械應(yīng)力。

7、例如，微機(jī)械傳感器元件可以由硅或由其他半導(dǎo)體材料制成。帶有本體、空穴和膜的微機(jī)械傳感器元件的產(chǎn)生以及卸載結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，在此尤其可以采用對于硅或?qū)τ谄渌雽?dǎo)體材料已知的技術(shù)進(jìn)行。尤其是，可以借助于蝕刻工藝來產(chǎn)生空穴、膜和卸載結(jié)構(gòu)。

8、在傳感器組件的一個實(shí)施方案中，卸載結(jié)構(gòu)與空穴壁之間的角在六十度到一百二十度之間。這實(shí)現(xiàn)了有利的力接收，并且因此提高傳感器組件的穩(wěn)定性。

9、在傳感器組件的一個實(shí)施方案中，卸載結(jié)構(gòu)具有至少一個與空穴相連的板片。尤其可以設(shè)置多個與空穴相連的板片。例如，一個或多個板片可以垂直于空穴壁。板片的堆積，尤其是垂直板片，可以以下述方式結(jié)構(gòu)化到空穴壁中，使得在最小的有效面積情況下從空穴壁結(jié)構(gòu)化出多個本體體積。在此可以設(shè)置，如果微機(jī)械傳感器元件的產(chǎn)生是借助于蝕刻工藝實(shí)現(xiàn)的，則可以借助溝槽蝕刻工藝產(chǎn)生空穴和一個或多個板片。在此，由于arde效應(yīng)(高寬比相關(guān)蝕刻效應(yīng)，aspect?ratio?dependent?etching)，在膜的方向上會出現(xiàn)與開口相關(guān)的板片深度自我限制。這尤其實(shí)現(xiàn)了在一次蝕刻過程中產(chǎn)生空穴和一個或多個板片。替代地，一個或多個板片也可以借助于雙掩膜光刻工藝來產(chǎn)生。在此，首先產(chǎn)生空穴，并且接著產(chǎn)生一個或多個板片。

10、在傳感器組件的一個實(shí)施方案中，卸載結(jié)構(gòu)具有至少一個與板片相連的橫向板片。橫向板片在此尤其可以平行于空穴壁或平行于空穴壁的切線地取向。橫向板片可在與板片相同的步驟中產(chǎn)生。

11、在傳感器組件的一個實(shí)施方案中，卸載結(jié)構(gòu)包括至少一個與空穴分隔的空腔。尤其是，卸載結(jié)構(gòu)可以包括多個空腔。所述空腔明顯增加本體的材料在拉伸載荷區(qū)域中的延展性，而不會明顯妨害本體的穩(wěn)定性。在這種布置情況下，可以降低較大的垂直面構(gòu)成垂直膜的可能性，所述垂直膜在壓力載荷下會向外彎曲，從而會在本體中引入附加的機(jī)械應(yīng)力。

12、在傳感器組件的一個實(shí)施方案中，多個空腔呈六邊形布置。由此可以進(jìn)一步降低本體中的機(jī)械應(yīng)力。尤其是，可以在與空穴壁平行或與空穴壁的切線平行的直線中布置多個空腔，并在所述空腔后面布置更多另外的空腔。

13、在傳感器組件的一個實(shí)施方案中，至少一個空腔具有圓形橫截面。所述空腔在此尤其可以設(shè)計(jì)成空腔錐形或空腔柱形。

14、在傳感器組件的一個實(shí)施方案中，至少一個空腔具有梯形橫截面。梯形橫截面的兩個平行側(cè)平行于空穴壁和/或平行于空穴壁的切線地布置。尤其是，在這個構(gòu)型中，梯形橫截面的平行側(cè)的較短的一側(cè)比梯形橫截面的平行側(cè)的較長的一側(cè)更靠近空穴壁地布置。