(57)【要約】マイクロメカニカル構成エレメント（１０）であって、構成エレメント（１０）の横方向のひずみが、即ち、両主表面に対して平行な構成エレメント（１０）のひずみが、構成エレメント構造体の所定の領域に集中し、これにより、構成エレメント（１０）における横方向の応力と鉛直方向の応力とを分離することができるような、マイクロメカニカル構成エレメント（１０）が提案されている。本発明によれば、構成エレメント構造体が、このために少なくとも１つのベローズ状の構造体（１１）を有していて、このベローズ状の構造体（１１）に、構成エレメント（１０）の横方向のひずみが集中する。さらに、測定値を検出するためにこのようなマイクロメカニカル構成エレメントを備えた圧力センサが提案される。
2005504982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に組み付けるためのマイクロメカニカル構成エレメント（１０）において、
構成エレメント構造体が、少なくとも１つのベローズ状の構造体（１１）を有しており、該ベローズ状の構造体（１１）には、構成エレメント（１０）の横方向のひずみが集中する、即ち、両主表面に対して平行な構成エレメント（１０）のひずみが集中することを特徴とする、マイクロメカニカル構成エレメント（１０）。
【請求項２】
ベローズ状の構造体（１１）が、少なくとも１つの肉薄の区分（１２）を有しており、該肉薄の区分（１２）が、構成エレメント構造体のほぼ全厚さにわたって延びており、構成エレメント構造体に、互いにほぼ平行に配置された２つの切欠（１３，１４）の間に形成されており、一方の切欠（１３）が、構成エレメント（１０）の一方の主表面を起点として延びており、他方の切欠（１４）が、構成エレメント（１０）の他方の主表面を起点として延びており、これにより構成エレメント（１０）の横方向のひずみが、肉薄の区分（１２）の変形として実現される、請求項１記載の構成エレメント（１０）。
【請求項３】
ベローズ状の構造体（３１；４１）が、構成エレメント構造体のほぼ全厚さにわたって延びる少なくとも１つの波形のウエブ（３２，３３，４２，４３）を有しており、該ウエブ（３２，３３，４２，４３）が、構成エレメント構造体の２つの領域を互いに結合している、請求項１記載の構成エレメント（３０；４０）。
【請求項４】
構成エレメント構造体がシリコンで形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の構成エレメント。
【請求項５】
ベローズ状の構造体が、ソーイングまたは異方性エッチング、特にプラズマエッチング、トレンチエッチング、ＫＯＨエッチングによって形成されている、請求項４記載の構成エレメント。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル構成エレメントと、少なくとも１つのダイアフラム（１）とを備えた圧力センサにおいて、
（イ）構成エレメント（１０）が少なくとも部分的にダイアフラム（１）上に配置されていて、
（ロ）構成エレメント（１０）が、ダイアフラム（１）の変位に基づき、構成エレメント構造体のひずみを検出するための手段を有していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル構成エレメントを備えた圧力センサ。
【請求項７】
構成エレメント構造体が、少なくとも１つの変形領域（１７）を有しており、該変形領域（１７）が、構成エレメント構造体の他の部分と比較して肉薄に形成されていて、これにより、構成エレメント（１０）の鉛直方向のひずみ、即ち構成エレメント（１０）の両主表面に対して垂直なひずみが変形領域（１７）に集中する、請求項６記載の圧力センサ。
【請求項８】
変形領域（１７）が、構成エレメント（１０）の両主表面に対してほぼ平行に向けられたウエブとして、構成エレメント構造体に形成されている、請求項７記載の圧力センサ。
【請求項９】
構成エレメント（４０）の変形領域が、ベローズ状の構造体（４１）に組み込まれている、請求項７記載の圧力センサ。
【請求項１０】
請求項９記載の圧力センサであって、構成エレメント（４０）のベローズ状の構造体（４１）が、構成エレメント構造体のほぼ全厚にわたって延びる少なくとも１つの波形のウエブ（４２，４３）を有しており、該ウエブ（４２，４３）が、構成エレメント構造体の２つの領域を互いに結合している形式のものにおいて、
変形領域が波形の結合ウエブ（４２，４３）の中央領域（４７）によって形成されて、該中央領域（４７）が、構成エレメント（４０）の横方向のひずみに対してニュートラルに挙動するが、構成エレメント（４０）の鉛直方向のひずみのもとでは最大の応力の場所となることを特徴とする、請求項９記載の圧力センサ。
【請求項１１】
変形を検出するための手段が、構成エレメント（１０）の変形領域（１７）に配置されている少なくとも１つのピエゾ抵抗体（３）または金属抵抗体または抵抗線歪みケージを有している、請求項６から１０までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１２】
変形領域に配置された抵抗体が、ホイートストンブリッジにおいて少なくとも１つの基準抵抗に接続されている、請求項１１記載の圧力センサ。
【請求項１３】
評価回路の少なくとも１つの部分が、構成エレメント（１０）の補強された領域（１９）に配置されている、請求項６から１２までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１４】
構成エレメント（１０）がブリッジとして形成されていて、この構成エレメント（１０）が、第１の結合個所（１５）を介してダイアフラム（１）の中央領域で、第２の結合個所（１６）を介してダイアフラム縁部（２）の領域で、ダイアフラム（１）に組み付けられていて、これによりベローズ状の構造体（１１）と変形領域（１７）とが、両結合個所（１５，１６）の間に配置されている、請求項６から１３までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１５】
構成エレメント（１０）のベローズ状の構造体（１１）が、ダイアフラム（１）の領域に配置されていて、変形領域（１７）が、第２の結合個所（１６）の近傍に配置されていて、ベローズ状の構造体（１１）と変形領域（１７）との間に補強された中央領域（１９）が形成されている、請求項１４記載の圧力センサ。
【請求項１６】
構成エレメント（１０）の補強された中央領域（１９）には、評価回路の少なくとも１つの部分が配置されている、請求項１５記載の圧力センサ。
【請求項１７】
少なくとも１つのコンタクトパッド（４）が、構成エレメント（１０）上に、第２の結合個所（１６）の上方に配置されている、請求項１４から１６までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、支持体上に組み付けるためのマイクロメカニカル構成エレメントと、このような構成エレメントを有した圧力センサとに関するものであり、この場合、圧力センサはダイアフラムを有しており、構成エレメントは少なくとも部分的にダイアフラム上に配置されている。
【０００２】
国際特許出願第９７３９３２０号パンフレットには、鋼ダイアフラムを有した圧力センサが記載されていて、この鋼ダイアフラムにはマイクロメカニカル構成エレメントがシリコンブリッジの形式で組み付けられている。ダイアフラムの変位は、シリコンブリッジに組み込まれているピエゾ抵抗による測定エレメントによって検出される。
【０００３】
国際特許出願第９７３９３２０号パンフレットに記載されたセンサのコンセプトでは、実際には、マイクロメカニカル構成エレメントと鋼ダイアフラムとの熱的な膨張係数が異なることが問題とされている。センサは通常は温度変動にさらされているので、シリコンブリッジにおいては横方向の機械的な応力が生じる。この応力により、センサの測定結果は極めて悪化される恐れがある。これを防止するために、国際特許出願第９７３９３２０号パンフレットでは、横方向の機械的な応力が補償される手間のかかる組み付けコンセプトが提案されている。
【０００４】
発明の効果
本発明によれば、横方向のひずみ（Ｖｅｒｓｐａｎｎｕｎｇ）、即ち、両主表面に対して平行な構成エレメントの応力が、構成エレメント構造体の所定の領域に集中するようなマイクロメカニカル構成エレメントが提案される。これにより、構成エレメントにおける横方向の応力および鉛直方向の応力の分離が可能となる。
【０００５】
このことは本発明によれば、構成エレメント構造体が、少なくとも１つのベローズ状の構造体を有しており、該ベローズ状の構造体には、構成エレメントの横方向のひずみが集中することにより得られる。
【０００６】
本発明によれば、ベローズ状の構造体は、マイクロメカニカル構成エレメントにおいても簡単に形成することができ、運動方向を相応に方向付けた場合、ひずみを極めて良好に吸収することができる。したがってベローズ状の構造体は、有利には、熱に基づく、および組み付けに関するひずみを補償するために有利に利用することができる。
【０００７】
基本的には、本発明によるマイクロメカニカル構成エレメントと、特にベローズ状の構造体の実現のためには種々様々な可能性がある。
【０００８】
第１の有利な構成では、ベローズ状の構造体が、少なくとも１つの肉薄の区分を有しており、該肉薄の区分が、構成エレメント構造体のほぼ全厚さにわたって延びている、即ち、構成エレメントの両主表面に対して垂直に方向付けられている。この肉薄の区分は、構成エレメント構造体に、互いにほぼ平行に配置された２つの切欠の間に形成されており、一方の切欠が、構成エレメントの一方の主表面を起点として延びており、他方の切欠が、構成エレメントの他方の主表面を起点として延びている。肉薄の区分は、構成エレメントの横方向のひずみに屈し易く、鉛直方向のひずみ、即ち、構成エレメントの両主表面に対して垂直のひずみは良好に構成エレメント構造体に伝えることができる。
【０００９】
有利な第２の構成では、ベローズ状の構造体が、構成エレメント構造体のほぼ全厚さにわたって延びる少なくとも１つの波形のウエブを有しており、該ウエブが、構成エレメント構造体の２つの領域を互いに結合している。波形のウエブが長いほど、もしくはウエブがループをたくさん有しているほど、横方向のひずみを良好に吸収することができる。鉛直方向のひずみは、この場合も、構成エレメント構造体にほぼ伝えられる。何故ならばウエブは、構成エレメント構造体の全厚さにわたって延びているからである。
【００１０】
本発明による構成エレメント構造体は、簡単に、即ち、マイクロマシニング技術の標準的な方法によってシリコンで形成することができる。従って、前記第１の変化実施例のベローズ状の構造体は、ソーイングによっても、例えばプラズマエッチング、トレンチエッチング、ＫＯＨ（水酸化カリウム）エッチングのような異方性エッチングによっても形成することができる。この場合、異方性エッチングによって、構造の、比較的大きな精度、位置、深さが得られる。上記第２の変化実施例のベローズ状の構造体は、難なくソーイングによって形成できるものではない。このためにはまず第１に異方性エッチング技術を用いることができる。
【００１１】
本発明によればさらに、本発明によるマイクロメカニカル構成エレメントを備えた圧力センサが提案される。この圧力センサはダイアフラムを有していて、このダイアフラム上には構成エレメントが少なくとも部分的に配置されている。構成エレメントは、構成エレメントの横方向のひずみが集中するベローズ状の構造体の他に、ダイアフラムの変位に基づく変形を検出するための手段、即ち、構成エレメントにおける鉛直方向のひずみを検出するための手段を有している。本発明による構成エレメントにおける横方向および鉛直方向の応力は分離されているので、構成エレメントの、熱的に誘導されるひずみは、ダイアフラムに対して圧力測定の結果への影響を与えない。
【００１２】
本発明の圧力センサの有利な構成では、構成エレメント構造体に少なくとも１つの変形領域が形成されていて、この変形領域には構成エレメントの鉛直方向のひずみが、即ち、ダイアフラムの変位により生じるひずみが集中する。このような変形領域の構成は、構成エレメントにおける横方向の応力と鉛直方向の応力の分離を助成する。変形領域は、構成エレメント構造の別の部分に比べて肉薄に形成されていて、例えば、構成エレメントの両主表面に対してほぼ平行に向けられたウエブとして構成エレメント構造体に形成することができる。
【００１３】
しかしながら本発明による圧力センサの範囲内で使用される構成エレメントでは、変形領域をベローズ状の構造体に組み込むこともできる。例えばこの関係では、構成エレメント構造体のほぼ全厚さにわたって延びる、構成エレメント構造体の２つの領域を互いに結合させる少なくとも１つの波形のウエブを有したベローズ状の構造体が挙げられる。ウエブの全長にわたって延びる、波形の結合ウエブの中央領域は、構成エレメントの横方向のひずみに対してニュートラルに挙動するが、構成エレメントの鉛直方向のひずみが生じる場合には、最大の応力の場所となる。これによりこの中央領域は、この実施例では変形領域を形成する。
【００１４】
変形領域に構成エレメントの鉛直方向のひずみが集中するので、変形を検出するための手段がこの変形領域に配置されている、少なくとも１つのピエゾ抵抗体または金属抵抗体または抵抗線歪みケージを有していると有利である。このような抵抗は有利には、ホイートストンブリッジにおいて基準抵抗に接続することができる。
【００１５】
本発明による圧力センサの構成エレメントの構成エレメント構造体は、構成エレメントの横方向のひずみを吸収するベローズ状の構造体と、鉛直方向のひずみが集中する変形領域の他に、ひずみが生じない領域も有している。このような構成エレメント構造体の補強された領域には有利には評価回路の少なくとも一部が配置されている。
【００１６】
本発明による圧力センサの考え得る実施例では、構成エレメントがブリッジの形状で形成されていて、この構成エレメントが、第１の結合個所を介してダイアフラムの中央領域で、第２の結合個所を介してダイアフラム縁部の領域で、ダイアフラムに組み付けられている。これによりベローズ状の構造体と変形領域とが、両結合個所の間に配置されている。変形領域がベローズ状の構造体に組み込まれていないならば、ベローズ状の構造体は有利にはダイアフラムの領域に配置されており、変形領域は、第２の結合個所の近傍に配置されている。ベローズ状の構造体と変形領域との間にはこの場合、補強された中央領域を形成することができ、この中央領域には例えば評価回路の部分を配置することができる。この関係で、構成エレメントが、例えばシリコン基板のような適当な基板に形成されているならば、変形領域に配置される抵抗体と、評価回路の部分とを、マイクロメカニカル構成エレメントに組み込むことができる。
【００１７】
図面
既に詳しく説明したように、本発明の教示を有利に構成し、さらに改良する種々様々な可能性がある。これは一方では請求項１と６に従属する請求項に記載されていて、他方では、以下の図面につき示した本発明の複数の実施例に記載されている。
【００１８】
図１ａは、圧力負荷状態における本発明の第１実施例のマイクロメカニカル構成エレメントを備えた圧力センサを示す断面図であって、
図１ｂは、熱誘導された機械的な応力がかけられた状態で示した図１ａの圧力センサの断面図であって、
図２は、図１ａおよび図１ｂに示したマイクロメカニカル構成エレメントの平面図であって、
図３ａは、本発明のマイクロメカニカル構成エレメントの第２の実施例を示す平面図であって、
図３ｂは、図３ａに示したマイクロメカニカル構成エレメントを有した圧力センサの断面図であって、
図４ａは、本発明によるマイクロメカニカル構成エレメントの第３の実施例を示す平面図であって、
図４ｂは、横方向に圧縮された状態で、図４ａに示したマイクロメカニカル構成エレメントのベローズ状の構造の一部を示す平面図であって、
図４ｃは、構成エレメントが鉛直方向のひずみを受けた状態で、図４ａに示したマイクロメカニカル構成エレメントのベローズ状の構造体の一部を示す断面図であって、
図５は、導体路を備えた本発明の構成エレメントの第４実施例におけるベローズ状の構造体を示した平面図であって、
図６ａは、導体路を備えた本発明の構成エレメントの第５実施例におけるベローズ状の構造体を示した平面図であって、
図６ｂは、図６ａに示した構成エレメントの断面図であって、
図７は、ダイアフラム縁部の領域における本発明の構成エレメントの結合個所の断面図である。
【００１９】
実施例の説明
既に説明したように、図１ａと図１ｂとには圧力センサもしくは圧力センサのダイアフラム１の部分が示されている。ダイアフラム縁部２を有したダイアフラム１は、ここでは鋼から製造されている。このダイアフラム１上には、マイクロメカニカル構成エレメント１０が配置されている。このマイクロメカニカル構成エレメント１０は、図示した実施例ではシリコンから形成されている。この構成エレメント１０の構成エレメント構造は、本発明によれば、ベローズ状の構造体１１を有している。このベローズ状の構造体１１は、構成エレメント１０の横方向のひずみを、ベローズ状の構造体１１内に集中させるように形成されている。構成エレメント１０の両主表面およびダイアフラム１に対して平行なこのようなひずみは、例えば、マイクロメカニカル構成エレメント１０の材料とダイアフラム１の材料とが異なる熱膨張係数を有している場合に、温度の変動の際に生じる。
【００２０】
ベローズ状の構造体１１は、構成エレメント１０の両主表面に対して垂直に向けられた肉薄の区分１２を有している。この区分１２は、構成エレメント構造体のほぼ全厚さにわたって延びていて、構成エレメント構造体の２つの互いに平行に配置された切欠１３，１４の間に形成されている。切欠１３は、構成エレメント１０の、ダイアフラム１に面した他方の主表面を起点としていて、切欠１４は構成エレメント１０、ダイアフラム１とは反対側の主表面を起点としている。構成エレメント１０の横方向のひずみ、特に、熱誘導された機械的な応力は、ベローズ状の構造体１１によって吸収され、図１ｂに示されているように、肉薄にされた区分１２の変形を引き起こす。これとは逆に、ダイアフラム１の圧力負荷により引き起こされる構成エレメント１０の鉛直方向のひずみ、特に機械的な応力は、極めて良好に引き続き導入される。これについては後で詳しく説明する。
【００２１】
マイクロメカニカル構成エレメント１０は、ここではブリッジの形状で形成されている。構成エレメント１０は、第１の結合個所１５を介してのみダイアフラム１の中央領域においてダイアフラム１に結合されていて、第２の結合個所１６を介してダイアフラム縁部２の領域においてダイアフラム縁部２に結合されている。
【００２２】
ここに示した実施例では、構成エレメント構造体に変形領域１７が形成されている。この変形領域には、構成エレメント１０の鉛直方向のひずみ、即ち、構成エレメント１０の両主表面に対して垂直方向に向けられていて、例えばダイアフラム１の変位によって生じるひずみが集中する。変形領域１７は、この場合、ウエブの形状で実現されていて、このウエブは、構成エレメント構造体に設けられた第３の切欠１８によって形成されている。このような切欠１８は、構成エレメント１０の、ダイアフラム１に面した主表面を起点としていて、ベローズ状の構造体１１に設けられた切欠１３，１４よりも深く形成されている。これにより、ウエブ１７は、構成エレメント構造体の他の部分と比較して肉薄に形成されている。ウエブ１７には少なくとも１つのピエゾ抵抗体３が組み込まれていて、このピエゾ抵抗体３を介して、ウエブ１７に集中する、構成エレメント構造体のひずみが検出される。
【００２３】
ベローズ状の構造体１１と変形領域１７とは、両結合個所１５，１６の間に配置されている。ベローズ状の構造体１１は、ダイアフラム１の領域で、第１の結合個所１５の側方に配置されており、変形領域１７は、ダイアフラム縁部２の領域で第２の結合個所１６の側方に配置されている。ベローズ状の構造体１１と変形領域１７との間には、補強された中央領域１９が形成されている。この中央領域１９は、ダイアフラム１が圧力負荷される際に機械的な応力を、変形領域１７に設けられたピエゾ抵抗体３に伝え、熱的に誘導された応力を、ベローズ状の構造体１１の肉薄の区分１２に伝える。中央領域１９は実際には変形されないので、ここには評価回路の少なくとも一部が配置され、場合によっては組み込まれても良い。これによりチップ面のこの部分も使用することができる。
【００２４】
第２の結合個所１６の上方に、ピエゾ抵抗体３と、場合によっては設けられている評価回路の接続用のワイヤ５のためのコンタクトパッド４が位置している。このような配置は、特に、ワイヤ５がコンタクトパッド４に堅固に押し付けられるワイヤボンディング過程中において有利である。何故ならばワイヤボンディング過程で、第２の結合個所１６の領域で生じる力が、不動のダイアフラム縁部２によって吸収されるからである。
【００２５】
図１ａに矢印６で示したようにダイアフラム１の圧力負荷により、ダイアフラム１の中央領域１９が上方に向かって変位する。この場合、第１の結合個所１５、ひいては、構成エレメント１０の左側の縁部が上方に向かって押され、構成エレメント１０の右側の縁部は、第２の結合個所１６を介して堅固にダイアフラム縁部２に結合されている。これにより、構成エレメント１０の鉛直方向の応力が生じる。この応力は、構成エレメント構造体の、鉛直方向で最も肉薄の領域の変形により生じる。この領域は、ピエゾ抵抗体３を有した変形領域１７である。このような関連で、ベローズ状の構造体１１の肉薄にされた区分１２は引張負荷をかけられ、これにより応力は良好にピエゾ抵抗体３に伝えられることが有利であるとわかる。ダイアフラム１の圧力負荷の程度は、ピエゾ抵抗体３の抵抗値の圧力に依存した変化により検出される。
【００２６】
図１ｂには、熱的に誘導された応力が発生した際の構成エレメント１０の挙動が示されている。温度変化の際のシリコン構成エレメント１０の膨張が、鋼基板の膨張と異なる場合、横方向の機械的な応力が生じる。何故ならば、シリコン構成エレメント１０は、鋼基板に結合していることに基づき、温度変化に応じて膨張できないからである。このような横方向の応力は、横方向で、構成エレメント構造体の最も肉薄の領域、即ち、ベローズ状の構造体１１の肉薄にされた区分１２に集中する。ここでは、横方向の応力を減衰させる変形が生じる。これにより、構成エレメント１０が鉛直方向で撓むことが防止される。この場合に、構成エレメント１０が鉛直方向で撓むならば、ダイアフラム１が圧力負荷されることなしに、ピエゾ抵抗体３の抵抗変化を引き起こすだろう。
【００２７】
図１ａと図１ｂとに示された構成エレメント１０は種々様々な方法で製造することができる。ベローズ状の構造体１１の切欠１３，１４と、変形領域１７の切欠１８とは、例えば構成エレメント１０を個別化する前にソーイングすることにより形成され得る。別の手段は、プラズマエッチング、高アスペクト比トレンチエッチング、ＫＯＨエッチングのような異方性エッチング技術を使用することにある。このような異方性エッチングにより、切欠の位置と深さに関して高い精度が得られる。この場合、構成エレメントチップの個別化のために、例えばパーフォレーションの形状で目標個所を形成することもできる。
【００２８】
図２には、図１ａおよび図１ｂに示した構成エレメント１０の構成が平面図で示されている。左から右へと、構成エレメント１０を鋼ダイアフラムの中央領域１９に固定する第１の結合個所１５、ベローズ状の構造体１１、評価回路の部分のためのスペースを備えた補強された中央領域１９、ピエゾ抵抗体３が配置されている変形領域１７、コンタクトパッドのための領域を備えた第２の結合個所１６が示されている。この場合、第２の結合個所１６は、ダイアフラム縁部２の上方に配置されている。
【００２９】
この個所では、本発明による構成エレメントに形成された抵抗体の数と配置を変化させることができることがわかる。有利な構成では、２つのピエゾ抵抗体３が変形領域１７に配置されている。変形領域１７側方に、さらに、ピエゾ効果を有さない２つの抵抗体が基準抵抗体として配置されている。ピエゾ抵抗体３と基準抵抗体とは、簡単にホイートストンブリッジを形成するように接続することができる。しかしながら、構成エレメント１０の鉛直方向のひずみは、有利には、変形領域１７において互いに垂直に配置された２つのピエゾ抵抗体３によっても検出される。別の可能性としては、長手方向に方向づけされている２つのピエゾ抵抗体と、これに対して４５°の角度をなして方向付けられた、ピエゾ作用を有さない２つの基準抵抗体とが変形領域１７に配置されている。
【００３０】
図３ａおよび図３ｂに示した、本発明による圧力センサの実施例でも、構成エレメント３０はブリッジ状に形成されていて、図１ａおよび図１ｂに示したのと同様にダイアフラム１もしくはダイアフラム縁部２上に組み付けられている。図３ａおよび図３ｂに示した構成エレメント３０は、図１ａおよび図１ｂおよび図２に示した構成エレメント１０とは、基本的に、ベローズ状の構造体３１の構成だけが異なっている。ベローズ状の構造体３１は、ここでは、２つの波形の結合ウエブ３２，３３として実現されている。これらの波形の結合ウエブ３２，３３は、第１の結合領域１５を、補強された中央領域１９に結合している。波形の結合ウエブ３２，３３は鉛直方向で延びていて、即ち、構成エレメント構造体の厚さ全体にわたって、構成エレメント３０の両主表面に対して垂直方向で延びている。これにより、波形の結合ウエブ３２，３３は、構成エレメント構造体の鉛直方向のひずみが変形領域１７に伝えられる間に、横方向のひずみを吸収することができる。変形領域１７にはこの実施例では、測定値を検出するための２つのピエゾ抵抗体３が配置されている。
【００３１】
図４ａには、本発明による構成エレメント４０の別の実施例が平面図で示されている。この平面図では、変形領域がベローズ状の構造体４１に組み込まれている。ベローズ状の構造体４１はこの場合、それぞれ４つのループを有した２つの波形の結合ウエブ４２，４３の形状で実現されている。この２つの波形の結合ウエブ４２，４３は、第１の結合領域１５を第２の結合領域１６に結合している。このような構成エレメント構造体は、即ち補強された中央領域を有しておらず、中間ビーム４４によってのみ安定化されている。この場合も、波形の結合ウエブ４２，４３は、鉛直方向で構成エレメント構造体の厚さ全体にわたって延びている。肉薄の結合ウエブ４２，４３には、ピエゾ抵抗体４５，４６が配置されている。これらのピエゾ抵抗体４５，４６は、その配置に基づき、構成エレメント構造体に対して垂直なひずみの場合にのみ抵抗変化を受け、構成エレメント構造体における横方向の応力の際は受けない。このことは以下に図４ｂおよび図４ｃにつき詳しく説明する。
【００３２】
図４ｂの矢印７，８は、結合ウエブ４２の例において、機械的な応力を示している。この機械的な応力は、ベローズ状の構造体４１における構成エレメント４０の横方向のひずみの際に生じる。ベローズ状の構造体４１が押し合わされると、結合ウエブ４２の一方の面は、引張負荷（矢印７）を受け、他方の面では、圧縮負荷（矢印８）が生じる。結合ウエブ４２の真ん中には、応力に対してほぼ中立的な領域が位置しており、従って、ニュートラルファイバ４７と記載する。ここにはピエゾ抵抗体４５が配置されているので、ピエゾ抵抗体４５は、構成エレメント構造体の横方向のひずみの際には抵抗変化を受けない。しかし構成エレメント４０は、ベローズ状の構造体４１の運動方向に対して垂直にひずみが生じると、ベローズ状の構造体４１の下面側に引張負荷が生じ、上面側には圧縮負荷が生じる。このことは図４ｃにおいて矢印７，８で示されている。結合ウエブ４２の上面側に配置されているピエゾ抵抗体４５は、この場合、最大の応力の場所に位置していて、相応の抵抗変化も受ける。
【００３３】
図５および図６ａおよび図６ｂには、本発明による構成エレメント５０もしくは６０におけるベローズ状の構造体５１，６１を実現するための２つの可能性が示されている。この場合、導体路５２もしくは６２が、ベローズ状の構造体５１，６１の上方でガイドされていなければならない。この両実施例では、ベローズ状の構造体５１，６１は、構成エレメント構造体に設けられた２つの切欠１３，１４によって形成されている。これらの切欠１３，１４は、構成エレメント構造体の互いに反対側の両主表面を起点としている。
【００３４】
図５に示されたベローズ状の構造体５１は、構成エレメント５０の全幅にわたって延びる切欠１３を有している。この切欠１３は、構成エレメント構造体の下面を起点としている。これに対して平行に、構成エレメント構造体の上面を起点とする第１の切欠１４が配置されていて、この切欠１４は、真ん中で中断されていて、導体路５２を案内するためのウエブ５３が残されている。このウエブ５３は、第１の切欠１４の深さ全体にわたって延びていて、切欠１３，１４に対して垂直に方向付けられている。第１の切欠１４に対して平行に、構成エレメント構造体の上面を起点とする第２の切欠１４が配置されている。この第２の切欠１４は、構成エレメント５０の全幅にわたって延びてはおらず、両縁部領域にウエブ５４を残している。このウエブ５４で導体路を案内することができる。図５に示した実施例では、２つの導体路５２が、構成エレメント上面の左側の領域から、切欠１３と、第１の切欠１４を橋絡するウエブ５３とを介して、第１の切欠１４と第２の切欠１４との間に残されたウエブ５５へと案内されている。このウエブ５５上では、導体路が、両切欠１４の間で外方に向かって、ウエブ５４を介して、構成エレメント５０の補強された中央領域１９へと案内されている。
【００３５】
図６ａおよび図６ｂに示したベローズ状の構造体６１も、構成エレメント構造体の下面を起点として構成エレメント６０の全幅にわたって延びる切欠１３を有している。これに平行して、図５に示した実施例とは異なり、構成エレメント構造体の上面を起点とした切欠１４が１つだけが配置されている。この場合も、ベローズ状の構造体６１は、導体路６２を案内するためのウエブ６３を有している。このウエブ６３は波形に形成されていて、切欠１４の中央領域に配置されていて、切欠１４の深さ全体にわたって延びている。図６ａおよび図６ｂに示したでは、導体路６２は、構成エレメント表面の左側の領域から切欠１３と、切欠１４を橋絡する波状のウエブ６３とを介して構成エレメント６０の補強された中央領域１９へと案内される。
【００３６】
図７には、圧力センサのダイアフラム縁部２上に本発明による構成エレメント１０の第２の結合領域１６を形成するための有利な可能性が示されている。構成エレメント１０の下面にはここでは、結合領域１６にスペーサ２１が形成されている。このスペーサ２１は、例えばエッチング技術または幅広の扁平なソーイング裁断によって形成することができる。例えば、ろうのような結合材料２３が、スペーサ２１の間の切欠２２内に配置されている。
【００３７】
抵抗体、リード線、接続パッドは掘り下げて形成することもできる。このことは特に、本発明による構成エレメントの組み付け時に有利である。何故ならば構成エレメントは、このように形成されると、敏感な領域を掻き傷または押し込みにより損傷することなしに支持体上に極めて扁平に押し付けることができるからである。
【００３８】
構成エレメントとダイアフラムとの間の間隔を高めるために、ダイアフラムに溝を設けることができる。この溝は、構成エレメントの真ん中の載置点に対して中央対称的に形成されている。
【００３９】
上述した実施例に加えてさらに付言すると、本発明による構成エレメントは、上述したように非対称的に形成されるだけではなく、例えば真ん中に配置された載置点とこの載置点の左右に配置されたベローズ状の構造体を有するように対称的に形成されてもよい。例えば、円形のベローズ状の構造体と、ピエゾ抵抗体の場所に機械的な応力を集中させるための円形の切欠とを有した円形の形状でもよい。
【００４０】
本発明による構成エレメントと本発明による圧力センサのさらなる利点は次のようにまとめられる。即ち、
（イ）本発明による構成エレメントにより、本発明の圧力センサにおいて熱的に誘導される付加的な機械的応力は補償される。同時に、センサダイアフラムの圧力負荷により引き起こされる機械的な応力の良好な伝達が保証されている。
【００４１】
（ロ）本発明による圧力センサの製造のために必要な構成技術と、結合技術とが単純なものである。構成エレメントの製造の際に、高いチップの生産量が期待される。さらに、センサダイアフラムの表面への要求が僅かでしかない。したがって本発明による圧力センサは極めて安価に製造することができる。
【００４２】
（ハ）本発明による構成エレメントのサイズは小さいにも関わらず、評価装置を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
圧力負荷状態における本発明の第１実施例のマイクロメカニカル構成エレメントを備えた圧力センサを示す断面図である。
【図１ｂ】
熱誘導された機械的な応力がかけられた状態で示した図１ａの圧力センサの断面図である。
【図２】
図１ａおよび図１ｂに示したマイクロメカニカル構成エレメントの平面図である。
【図３ａ】
本発明のマイクロメカニカル構成エレメントの第２の実施例を示す平面図である。
【図３ｂ】
図３ａに示したマイクロメカニカル構成エレメントを有した圧力センサの断面図である。
【図４ａ】
本発明によるマイクロメカニカル構成エレメントの第３の実施例を示す平面図である。
【図４ｂ】
横方向に圧縮された状態で、図４ａに示したマイクロメカニカル構成エレメントのベローズ状の構造の一部を示す平面図である。
【図４ｃ】
構成エレメントが鉛直方向のひずみを受けた状態で、図４ａに示したマイクロメカニカル構成エレメントのベローズ状の構造体の一部を示す断面図である。
【図５】
導体路を備えた本発明の構成エレメントの第４実施例におけるベローズ状の構造体を示した平面図である。
【図６ａ】
導体路を備えた本発明の構成エレメントの第５実施例におけるベローズ状の構造体を示した平面図である。
【図６ｂ】
図６ａに示した構成エレメントの断面図である。
【図７】
ダイアフラム縁部の領域における本発明の構成エレメントの結合個所の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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