Интегральный преобразователь давления Советский патент 1983 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относитвя к измерительной технике, в частности к первичным измерительным преобразователям давления.

Известны интегральные преобразователи давления, изготовленные из глонокристаллического кремния. Упругим элементом является кремниевая мембрана, в теле которой сформированы тензочувствительные элементы тензорезисторы. С одной стороны мембраны имеется полость эталонного давления, образованная профилированной крышкой. Внешние электрические выводы присоединены к металлизированньом контактным площадкгдм, расположенным на периферии кристалла преобразователя вдоль одной его стороны 1 .

Недостатком преобразователей является невозможность уменьшения геометрических размеров кристалла преобразователя, а именно области, занимаемой контактными площадками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интегральный преобразователь давления, содержащий прямоугольнуюполупроводниковую пластину, изготовленную из монокристаллического кремния п -типа с ориентацией поверхности в кристаллографической плоскости (100 ). В кристалле анизотропным травлением сформирована мембрана, на которой изготовлена мостовая схема интегральных тензорезисторов р -типа. Преобразователь содержит также кремниевую крышку, герметично соединенную с кристаллом, которая образует с одной стороны мембраны (со стороны изготовленных тензострутур )полость. Внешние электрические выводы присоединены к металлизированным контактным площадкам, расположенным на периферии кристалла, вдоль его короткой стороны 2 J.

Недостатком известного преобразователя является невозможность уменьшения габаритного размера кристалла преобразователя, а именно его ширины. Это объясняется тем, чт при расположении контактных площадок вдоль одной стороны кристалла минимальный размер этой стороны ограничен размером контактных площадок и промежутков между ними. В свою очередь расстояние между KOH-I тактными площадками в данной конструкции обеспечивает воздушную взаимную изоляцию контактных.площадок с присоединенными к ним электрическиь1и выводами и поэтому должно .быть достаточно большим, чтобы исключить С1«икание последних в процессе микропайки.

Цель изобретения - уменьшение поперечных габаритов преобраэовател

Поставленная цель достигается тем, что на поверхности крышки, прилегающей к пластине, со стороны наружной боковой поверхности выполнены глухие канавки соответственно числу контактных площадок с выводами, причем полости канавок заполнены связующим материалом.

В предлагаемой конструкции минимальное расстояние между краями соседних контактных площадок определяется минимальной толщиной стенок крышки, разделяющих полости, и может составлять всего несколько да- , сятков микрон. Это позволяет уменьшить ширину кристалла преобразователя. Разделительные стенки крышки обеспечивают также механическое разделение полостей, что препятствует растеканию контактного материала,

Q осуществляющего электрическое соединение выводов с контактными площадками. Это позволяет отказаться . от специализированного оборудования для микропайки. Заполнение полостей

5 с выводами связующим веществом увеличивает механическую прочность скрепления выводов с кристаллом и крышкой благодаря увеличению площади поверхности скрепленных элемен.тов.

0

На фиг. 1 изображен предлагаелфлй интегральный преобразователь давления, продольный разрез, на фиг. 2 преобразователь с крышкой из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в кристаллографической плоскости (100), поперечный разрез/ на фиг. 3 - преобразователь с крышкой из кремния, ориентированного в плоскости (110, поперечный

0 разрез.

Интегральный преобразователь давления содержит прямоугольную-полупроводниковую пластину 1 с мембраной 2 и крышкой 3, скрепленной с пластиной с помощьн) соединительного слоя 4. Крышка выполнена таким обра-: зом, что образует над мембраной 2 полость 5 эталонного давления, а

П над металлизирова:нными контактньми площадками б - изолированные одна от другой полости 7. Электрическое соединение внешних электрических выводов 8, размещенных в полостях 7, с контактными площадками 6 осуществляется с помощью контактного материала 9 (например припой, токопроводящий клей и T.n.J. Полости 7 заполнены связующим веществом 10, обеспечивающим дополнительное механическое скрепление выводов 8.с крышкой и пластиной.

Крышка преобразователя (фиг. 2) имеет канавки с V-образным профилем. Такая крышка, например, может

5 быть получена с помощью анизотропного травления кремниевой пластинки, ориентированной в плоскости (100. При этом продольное направление канавок совпадает с кристйллографическим направлением семейства -ji 100 на плоскости крьжики. В преобразователе (фиг. 3) крьоцка из монокристаллического кремния имеет канавки с вертикальными стенками. Плоскость крышки совпадает с кристаллографической плоскостью (110 }i а продольное направление канавок с кристаллографическим направлением семейства . 112 .,

Преобразователь работает следующим образрй.

Измеряемое давление действует на мембрану 2, изменяется сопротивление тензорезисторов и на выходе измерительной схемы снимается необходимый сигнал.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет уменьшить поперечный габаритный размер преобразователя, что дает возможность создавать сверхминиатюрные измерительные преобразователи для различных областей науки и техники.

Фиг. 3