Интегральный преобразователь давления Советский патент 1990 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике,.в частности к интегральным тензопреобразователям, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления.

Целью изобретения является упрощение конструкции преобразователя.

На фиг. 1 изображен интегральный преобразователь давления; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 о

Интегральный преобразователь давления представляет собой монокристалл кремния, в котором способом анизотропного травления выполнена квадратная мембрана 1 за одно целое с опорным основанием 2. Плоскость мембраны совпадает с основной кристаллографической плоскостью (001), а стороны мембраны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений 110 и 110. Тензорезисторы Р1, Р2, РЗ, Р4 р-типа проводимости сформированы диффузией бора и расположены в периферийных областях мембраны, причем тензорезис- торы с одинаковым знаком чувствительности расположены у противоположных сторон мембраны. Например, тензоре- зисторы Р1 и РЗ увеличиваются с увеличением давления, а тензорезисторы Р2 и Р4 уменьшаются с увеличением давления. Поверхнострое сопротивление тензорезисторов 100 Ом/квадрат. Для соединения тензорезисторов в замкнутую мостовую схему используют высоколегированные соединительные области 3 с поверхностным сопротивлением 11 Ом/квадрат.

d

оо

с©

Контактные площадки 4 выполнены из алюминия. Контактные.площадки при помощи гибких выводов соединены с источником напряжения и регистратором (не показаны).

Терморезистор 5 выполнен в виде прямоугольной резистивной полоски Для того, чтобы иметь полностью замкнутый мост с односторонним расположением соединительных областей, терморезистор расположен в одном из углов прямоугольной мембраны. Для исключения перенастройки координатографа и упрощения расчета топологии терморезистор расположен параллельно одному из направлений 110. Одна из меньших сторон терморезистора касается границы раздела мембраны и опорного основания для уменьшения длины соединительной области. Расстояние от границы раздела мембраны и опорного основания до ближайшей большей стороны терморезистора выбрано в соответствии с предлагаемым соотношением.

Интегральный преобразователь давления работает следующим образом.

Измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны, противоположной планарной, В мембране возникают напряжения и деформации. Тензорезисто- ры воспринимают деформации и их сопротивления изменяются пропорционально измеряемому давлению. Причем, так как сопротивления тензорезисторов R1 и R3 увеличиваются, а тензорезисторов R2 и R4 уменьшаются с увеличением давления, а тензорезисторы соединены в мостовую схему, то на выходе схемы формируется выходной сигнал, пропорциональный сумме изменений сопротивлений отдельных тензорезисторов о При изменении температуры окружающей среды терморезистор также изменяет свое сопротивление.

Включением терморезистора параллельно выходной диагонали моста можно добиться компенсации изменения выходного сигнала от температуры. Для большей точности компенсации изменения выходного сигнала могут быть использованы дополнительные подстраиваемые резисторы, включенные параллельно и последовательно терморезистору (не показаны).

Преимуществом изобретения является повышение технологичности за счет i

упрощения изготовления фотооригиналов и упрощения расчета топологии.

5

0

5

0

5

0

0

5

Так как предлагаемый терморезистор расположен в одном направлении с тензорезисторами, то при расчете топологии нет необходимости введения дополнительных угловых координат„ Изготовление фотооригиналов также упрощается, так как терморезистор выполняется координатографом без дополнительной поднастройки угла Кроме того, в конструкции повышается точность задания координат терморезистора за счет того, что при расчете топологии терморезистора не требуется пересчета из-за различного углового положения терморезистора и тензорезисторов относительно координатных осейо Точность выполнения координат терморезистора повышается также за счет того, что при выполнении фотооригинала на координатографе терморезистор и тензореэисторы выполняются при их одинаковом угловом положении. Другим преимуществом конструкции является то, что она позволяет изготавливать полностью замкнутые мостовые структуры с однослойным расположением межэлементных соединений, так как терморезистор расположен в одном из углов мембраны.

Формула изобретения

Интегральный преобразователь давления, содержащий квадратную мембрану из монокристаллического кремния р-ти- па проводимости, выполненную за одно целое с опорным основанием, плоскость которой совпадает с основной кристаллографической плоскостью (001), а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений (110), расположенные в периферийных областях мембраны тензорезисторы проводимости, соединенные в мостовую схему, и Терморезистор р-типа проводимости в виде прямоугольной полоски, расположенной в одном из углов мембраны параллельно одному из направлений (110), отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, одна из меньших сторон терморезистора расположена на линии границы раздела мембраны и опорного основания, а расстояние L от большей стороны терморезистора до ближайшей линии границы раздела мембраны и основания удовлетворяет соотношению

L 800 - 0,5Ь + 2,

515801906

где 1 - длина терморезистора;b - ширина терморезистора,

с - длина стороны мембраны;

11103

ч

А гад

Интегральный преобразователь давления предназначен для измерения давления, при этом включением терморезистора параллельно выходной диагонали моста можно добиться компенсации изменения выходного сигнала от температуры. Преимущественно изобретение является повышение технологичности за счет упрощения изготовления фотооригиналов и упрощения расчета топологии. В конструкции одна из меньших сторон терморезистора расположена на линии границы раздела мембраны и опорного основания. В связи с этим повышается точность задания координат терморезистора, т.к. при расчете топологии терморезистора не требуется пересчета угловых положений терморезистора и тензорезисторов относительно координатных осей. 3 ил.