[发明专利]力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的力传感器。

背景技术

在DE 41 37 624中公开了一种具有压阻元件的力传感器。在此，尤其是公开了一种翼形布置，其中力导入设置在翼部的支座附近。此外，集成电路设置在翼部的外端部上。借助于支座附近的力导入试图使集成电路尽可能没有机械应力。

发明内容

在所述背景下，本发明的任务在于提出一种装置，所述装置改进了现有技术。

所述任务通过具有权利要求1的特征的力传感器来解决。本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的主题公开了一种力传感器，其具有载体和半导体本体和第一翼部，所述载体具有前侧和背侧，所述半导体本体具有表面和背面和构造在半导体本体的表面上的压阻元件，其中半导体本体与载体力锁合地连接，所述第一翼部构造在半导体本体的表面上并且具有上侧和下侧，其中翼部可基本上沿着半导体表面的法向量弹性运动，并且翼部与半导体本体力锁合地连接以及半导体本体在翼部运动时构造为支座，并且在翼部上构造有第一力导入区域，其中与第一翼部相对置地设置的第二翼部构造有第二力导入区域，并且压阻元件设置在第一翼部与第二翼部之间，并且设置有与第一力导入区域和第二力导入区域力锁合地连接的、桥状构造的力分布装置，其中所述力分布装置具有与半导体本体的表面背离的第一面，所述第一面具有第三力导入区域。应注意的是，力导入区域设置在第一翼部和第二翼部的外端部上是有利的。外端部在此理解为翼部的与相应翼部的支座相对置地设置的那个端部。应注意的是，在翼部偏转时由压阻元件产生电压。

根据本发明的装置的优点是，可以使用由CMOS制造构成的已知工艺步骤用于制造力传感器。由此可以容易地将力传感器集成到集成电路的制造过程中。通过借助于桥状的力分布装置同时压到两个翼部上并且使两个翼部弹性偏转以及压阻元件设置在这两个翼部之间，所述力传感器具有比迄今的单翼力传感器更高的灵敏度。此外，可测量的力范围扩宽。试验已经表明：所述力传感器对力分布装置的调节误差不敏感，尤其是力分布装置在翼部的纵轴线的方向上的横向移动仅仅较小地作用于力传感器的灵敏度。此外，第三力导入区域可以沿着力分布装置的纵轴线移动，其中力传感器的灵敏度仅仅受到较小的影响。

在一个实施方式中，至少部分在载体的前侧与半导体本体的背面之间存在材料锁合的连接。优选的是，载体实施为玻璃体或玻璃板。此外优选的是，半导体本体由硅实施。

在一个扩展方案中，第三力导入区域居中地构造在第一力导入区域与第二力导入区域之间。由此可以实现力在两个翼部上非常对称的分布。在一个有利的实施方式中，力导入区域具有一个用于容纳力导入装置的成形部（Ausformung）。借助优选构造为空腔、最优选地构造为截锥状的孔的成形部可以预给定第三力导入区域的位置。在一个优选的扩展方案中，力导入装置球形地构造并且优选由钢制造。

此外优选的是，力分布装置的抗弯强度大于第一翼部的抗弯强度和第二翼部的抗弯强度。由此确保了至翼部的最佳力传递并且提高了力传感器的灵敏度。优选地，力分布装置具有梁状构造的区域。借助梁状的成形部通过简单的方式提高了刚性。优选地，力分布装置包括硅。

根据另一实施方式，在力分布装置与第一力导入区和第二力导入区域之间分别构造有一个中间件。中间件也可以称作间隔件。由此，可以调节或提高力分布装置的中部区域与压阻元件的距离。在翼部由于力导入而弯曲时，尤其是可以借助于间隔件来防止力分布装置的中部区域在翼部弯曲较大时也触碰到压阻元件的表面或半导体表面上。

根据一个优选的实施方式，半导体本体的位于第一翼部与第二翼部之间的部分被构造为无支承的板状结构并且容纳压阻传感器。优选的是，板状结构在两个彼此对置的侧上与设置在无支承的结构外部的半导体本体连接，并且第一翼部和第二翼部以及无支承的结构构成十字形布置。为了构造无支承的结构可以在载体的前侧上在翼部下方构造空腔。

在另一实施方式中，在载体与半导体本体之间插入有间距件，使得用于形成至少一个空腔的结构化既不在载体的前侧上进行也不在半导体本体的背面上进行。

根据一个替代的实施方式，第一翼部和第二翼部位于载体上。优点在于，在翼部放置于载体上时优选可以测量非常大的力。此外优选的是，在此第一翼部和第二翼部材料锁合地与载体连接。此外，根据一个特别优选的扩展方案，半导体本体的容纳压阻元件的部分位于载体上。如果现在借助翼部将力传递到载体上，则通过翼部使载体凸地变形并且在压阻元件中感应电压。