P10.2 - Driftstabile Hochtemperaturtaugliche Piezoresistive Drucksensorsysteme auf Siliziumbasis

Abstract

Die Erschließung neuer Anwendungsfelder und der Drang zur Größenreduktion von hoch stabilen Druckmesssystemen macht die Erweiterung der Einsatztemperaturbereiche der MEMS Primärsensoren nötig. Es wurden daher piezoresistive Drucksensorsysteme für einen deutlich erweiterten Temperaturbereich entwickelt. Die Leckströme der Sensoren konnten im Bereich bis 300°C um 5 Größenordnungen gesenkt werden. Der Einfluss von allseitigen statischen Drücken konnte unter Anderem durch die Anwendung des Niedertemperatur-Silizium-Direktbondens im Mittel auf Werte kleiner 0,007%FS/100bar gesenkt werden. Die entwickelten piezoresistiven Sensoren auf Siliziumbasis zeichnen sich durch eine hohe Montagespannungsresistenz aus. Die Nullpunktabweichungen nach dem zero-und first-level Packaging betragen weniger als 0,01%FS/24h bei Temperaturen von über 200°C.

Innovative Silicon-Ceramic (SiCer) Technology for High-Strength Pressure Sensor Applications Using Different Manufacturing Methods

“…This method does not require an intermediate layer to create a stable connection. [2], [3] For glass frit (GF) bonding, a low melting glass paste is applied as an intermediate layer to a wafer via screen printing and bonded to a second wafer at temperatures of up to 400 -600°C. During the bonding process, the glass paste is heated until it is liquid and the wafers are pressed together.…”

“…Various processes such as lithography, etching and implantation are performed on the front side to achieve the functionality of the sensor (2). The later interface side is structured by etching with Potassium hydroxide solution (KOH) to generate 800 µm x 800 µm cavities with a membrane thickness of around 50 µm (3). Black silicon can be applied additionally onto the interface-side to enhance the bond strength [6].…”

“…Induced pressure through the channel results in a deformation of the membrane and the corresponding bending can be electrically evaluated via the measuring bridge. The connection of the wafer with the back plate can be achieved with various technologies, such as anodic bonding [1], [2] or silicon direct bonding [2], [3]. These methods are well established and easily accessible.…”