Полупроводниковый датчик абсолютного давления и способ его вакуумирования Советский патент 1991 года по МПК G01L9/04 G01L9/06 

ФигЛ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при изготовлении особо точных, высокочувствительных, миниатюрных датчиков абсолютного давления и вакуумируе- мых интегральных схем.

Целью изобретения является повышение точности измерения абсолютных давлений за счет снижения остаточного давления в опорной камере путем эффективной откачки остаточных газов.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого полупроводникового датчика абсолютного давления; на фиг. 2 - схема для осуществления способа.

Датчик содержит кремниевую мембрану 1 с выборкой 2 и те н зо резистора ми 3, изоляционную пленку 4, контактные площадки 5, коммутационную шину 6, перемычку 7, стеклянный колпачок 8, опорную камеру 9 со стенкой 10, на внешней поверхности которой выполнены кольцевые направляющие канавки 11, и пленку 12 геттерного материала.

На схеме (фиг. 2) изображены вакуумный бокс 13. источник 14 высокого напряжения, луч 15 лазера и фокусирующая система 16.

Полупроводниковый датчик абсолютного давления устроен следующим образом.

В кремниевой мембране 1 выполнена выборка 2, а в ее перемычке 7 сформированы тензореэисторы 3, соединенные с контактными площадками 5 коммутационными шинами 6. Защита тензосхемы от внешнего воздействия осуществляется с помощью изоляционной пленки 4. Кремниевая мембрана 1, герметично соединенная со стеклянным колпачком 8, образует вакуумируемую опорную камеру 9. На внутренней поверхности стенки 10 опорной камеры 9 нанесена пленка 12 геттерного материала, а на внешней поверхности стеклянного колпачка 8 выполнены направляющие кольцевые канавки 11, предназначенные для сканирования лазерного луча 15.

Датчик давления работает следующим образом.

При помещении датчика в измерительную среду воздействующее давление вызывает деформацию тонкой перемычки 7 и тензорезисторов 3, которые изменяют свое сопротивление пропорционально деформации. Тензорезисторы 3 объединены коммутационными шинами 6. в мост Уитстона, который преобразует изменения сопротивления в напряжение. Выходное напряжение через шины 6 и контактные площадки 5 передается для дальнейшей обработки. Напряжение питания на мостовую схему также

подается через площадки 5 и шины 6. Благодаря наличию в опорной камере 9 пленки 12 геттерного материала газы, десорбиро- ванные стенками камеры, поглощаются материалом пленки, обладающим геттерными свойствами. Таким образом, в процессе эксплуатации и хранения датчика поддерживается необходимое разрежение.

Вакуумирование опорной камеры 9 датчика и последующее ее обезгаживание с помощью геттерной пленки 12 осуществляется следующим образом.

После изготовления полупроводниковой мембраны 1 и стеклянного колпачка 8 их

помещают в вакуумный бокс 13, производят откачку воздуха до необходимой степени разрежения, накладывают стеклянный колпачок 8 на мембрану 1 и герметизируют вакуумируемый объем опорной камеры 9 путем нагрева сборки и подачи на нее высокого напряжения от источника 14 питания, при этом плюс подается на кремний, а минус - на стекло. В результате образуется прочное герметичное соединение с кольцевой

зоной 17 герметизации.

Дальнейшее снижение давления в ваку- умируемом объеме опорной камеры 9 производится путем локального нагрева лазерным лучом 15, который, сканируя по

направляющим канавкам 11, расположенным на внешней поверхности колпачка 8, через стекло системой 16 фокусировки, фокусируется на геттерной пленке 12. При этом в зависимости от энергии луча и длительности воздействия он может как нагревать пленку, так и испарять ее. В обоих случаях происходит практически мгновенная активация геттерного материала благодаря высокой температуре, возникающей в

зоне взаимодействия. Активированный геттер интенсивно начинает обезгаживать объем опорной камеры 9. Далее луч 15 лазера взаимодействует с пленкой 12 в другой точке, расположенной на направляющей канавке

11, и цикл повторяется.

Количество взаимодействий, необходимое для обезгаживания, определяется экспериментально и контролируется по выходному сигналу с датчика давления, на0 груженному эталонным давлением. В процессе эксплуатации и хранения датчика циклы обезгаживания могут быть возобновлены путем повторного взаимодействия лазерного луча с неактивированной геттерной

5 пленкой. После повторной активации геттера достигается первоначальное разрежение в вакуумированной полости.

Датчик абсолютного давления был испытан в жестких условиях работы одной из

телеметрических систем измерения параметров. Регистрация измеряемого малого абсолютного давления при этом обеспечивалась с погрешностью не более 0,6%.

Технико-экономическими преимуществами предложенного технического решения являются следующие:

повышается точность измерения в 1,5-2 раза за счет снижения давления остаточных газов в опорной камере датчика на порядок (вакуум в опорной камере достигает величи- ны 10 -10 5 мм рт. ст.);

обеспечиваются минимальные габариты прибора;

обеспечивается возможность многократной активации геттерного материала;

повышается производительность труда при вакуумировании датчика.

Формула изобретения 1. Полупроводниковый датчик абсолют- ного давления, содержащий кремниевую мембрану с утолщенной периферийной частью, сформированную на поверхности мембраны тензосхему и защитный стеклянный колпачок, закрепленный на периферийной

части мембраны, образующий опорную ва- куумируемую камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения абсолютных давлений за счет снижения остаточного давления в опорной камере, в нем на внутренней поверхности стеклянного колпачка нанесена пленка материала, обладающего геттерными свойствами, а на его внешней поверхности выполнены кольцевые канавки.

2. Способ вакуумирования полупроводникового датчика абсолютного давления, заключающийся в помещении датчика в вакуумный бокс, откачке воздуха из опорной вакуумируемой камеры и герметизации опорной камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности откачки остальных газов в опорной камере, дополнительно производят обезгаживание опорной камеры путем нагрева пленки, нанесенной на внутреннюю поверхность стеклянного колпачка, лазерным лучом, который сканируют вдоль кольцевых канавок, выполненных на внешней поверхности стеклянного колпачка.

Изобретение относится к полупроводниковым датчикам абсолютного давления и может быть использовано при изготовлении миниатюрных датчиков с интегральными схемами. Целью изобретения является повышение точности измерения абсолютных давлений за счет снижения остаточного давления в опорной камере датчика путем эффективной откачки остальных газов. Датчик содержит кремниевую мембрану 1 с тензо- резисторами 3, соединенными с контактными площадками 5, коммутационными шинами 6. Мембрана 1, герметично соедифиеев АБГО одя и нии ми поых авэфчик зо- ными диненная со стеклянным колпачком 8, образует с ним вакуумируемую опорную камеру 9. На внутренней поверхности стенки 10 опорной камеры 9 нанесена пленка 12 геттерно- го материала, а на внешней поверхности колпачка 8 выполнены направляющие кольцевые канавки 11, предназначенные для сканирования лазерного луча. Измеряемое давление вызывает деформацию мембраны и тензорезисторов 3, которые изменяют свое сопротивление пропорционально деформации. Благодаря наличию в опорной камере 9 геттерной пленки 12 газы, десор- бированные стенками камеры, поглощаются материалом пленки 12. Дальнейшее снижение давления в камере 9 производится путем локального нагрева пленки 12 лазерным лучом, который, сканируя по направляющим канавкам 11, через стекло фокусируется на геттерной пленке 12. Происходит активация геттерного материала, который начинает интенсивно обезгажи- вать камеру 9. Далее луч лазера взаимодействует с пленкой 12 в другой точке и цикл повторяется. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. 77 3 8 .Ю I /.// ON 00 С GO Ю