Датчик давления и способ его изготовления
Формула | Описание | Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Формула
1. Датчик давления, содержащий опорное основание с мембраной, выполненные за одно целое из полупроводникового материала, причем на мембране размещены тензорезисторы, подключенные с помощью коммутационных участков к периферийным контактным площадкам, размещенным на опорном основании, соединенное с кольцом-держателем, и компенсационные резисторы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения технологичности, он снабжен дополнительными контактными площадками, размещенными по периферии кольца-держателя в области коммутационных участков, а компенсационные резисторы выполнены в виде резистивных пленок с пленочными токоведущими проводниками, нанесенными на внешнюю поверхность кольца-держателя, причем проводники соединены перемычками из припоя с дополнительными контактными площадками.
2. Способ изготовления датчика давления, включающий формирование на полупроводниковой мембране тензорезисторов, а на основании коммутационных участков и контактных площадок, соединение основания с кольцом-держателем, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, перед соединением на наружной поверхности кольца-держателя формируют пленочные компенсационные резисторы и пленочные токоведущие проводники, наносят слой припоя на концевые участки токоведущих проводников, проводят совмещение кольца-держателя и основания, соединяют кольцо-держатель с основанием, припаивают концевые участки проводников к контактным площадкам, подключают датчик давления к измерительной аппаратуре, измеряют его характеристики и в случае необходимости настраивают путем испарения лучом лазера участков компенсационных резисторов.
Описание
Известен электромеханический преобразователь, содержащий полупроводниковую мембрану, корпус-держатель, соединенный с мембраной, и электрические выводы, проходящие внутри корпуса-держателя.
Недостатками устройства являются увеличенные габариты и малая технологичность из-за наличия дополнительных контактных площадок и электрических выводов.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является тензометрический преобразователь давления, содержащий кристалл из полупроводникового материала с мембранной областью, на которой сформированы тензорезисторы и коммутационные участки, соединенные с периферийными контактными площадками, кольцо-держатель, соединенный с кристаллом.
Недостатками устройства являются:
увеличенные габариты и малая технологичность из-за необходимости монтажа внешних подгоночных элементов, размещаемых в корпусе или кабельной перемычке датчика.
Известен способ изготовления тензометрического преобразователя, включающий изготовление полупроводникового профилированного чувствительного элемента, его закрепление в корпус-держатель, монтаж электрических выводов и подгоночных пленочных резисторов, подгоняемых лазером.
Недостатками способа являются повышенная трудоемкость и нетехнологичность из-за дополнительных операций по монтажу и разварке подгоночных элементов-резисторов.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ изготовления преобразователя давления, включающий формирование на полупроводниковой мембране тензорезисторов, коммутационных участков и контактных площадок, соединение основания с кольцом-держателем.
К недостаткам способа можно отнести низкую технологичность изготовления (монтаж навесных элементов), которая не позволяет автоматизировать процесс сборки и настройки преобразователей.
Целью изобретения является уменьшение габаритов и повышение технологичности изготовления.
Поставленная цель в устройстве достигается тем, что датчик давления, содержащий опорное основание с мембраной, выполненные как одно целое из полупроводникового материала, причем на мембране размещены тензорезисторы, подключенные с помощью коммутационных участков к периферийным контактным площадкам, размещенным на опорном основании, соединенном с кольцом-держателем, и компенсационные резисторы, снабжен дополнительными контактными площадками, размещенными по периферии кольца-держателя в области коммутационных участков, а компенсационные резисторы выполнены в виде резистивных пленок с пленочными токоведущими проводниками, нанесенными на внешнюю поверхность кольца-держателя, причем проводники соединены перемычками из припоя с дополнительными контактными площадками.
Поставленная цель достигается также тем, что в способе изготовления датчика давления, включающем формирование на полупроводниковой мембране тензорезисторов, а также на основании коммутационных участков и контактных площадок, соединение основания с кольцом-держателем, перед соединением на наружной поверхности кольца-держателя формируют пленочные компенсационные резисторы и пленочные токоведущие проводники, наносят слой припоя на концевые участки токоведущих проводников, проводят совмещение кольца-держателя и основания, соединяют кольцо-держатель с основанием, припаивают концевые участки проводников к контактным площадкам, подключают датчик к измерительной аппаратуре, измеряют его характеристики и, в случае необходимости, настраивают путем испарения лучом лазера участков компенсационных резисторов.
На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 то же, разрез; на фиг. 3 вид по стрелке А на фиг. 1.
Перечень позиций: 1 кристалл, 2 изоляционное кольцо, 3 тензорезистор, 4 коммутационный участок, 5 периферийная контактная площадка, 6 дополнительная контактная площадка, 7 изоляционный слой, 8 мембранная область, 9 компенсационный резистор, 10 перемычка, 11 токоведущий проводник, 12 концевой участок дорожки, 13 электрический вывод, 14 луч лазера, 15 объектив, 16 дорожка.
Измерительный преобразователь устроен следующим образом: полупроводниковый кристалл 1 содержит в утоньшенной мембранной области 8 диффузионные тензорезисторы 3, объединенные в мост Уинстона. За активной частью кристалла, на его периферии, расположены контактные площадки 5 и 6, соединенные коммутационными участками 4 с мостовой схемой. Защита тензосхемы от воздействия влаги и агрессивных сред осуществляется изоляционным слоем 7. С кристаллом соединено изоляционное кольцо-держатель 2, изготовленное из керамики или стекла. На наружной поверхности кольца располагаются компенсационные элементы резистор 9, выполненный тонко- или толстопленочным, и металлизация в виде токоведущих проводников 11, на концевых участках 12 которых нанесен припой в виде перемычки 10 на нижней, а в виде пленки на верхней. К верхнему концевому участку металлизации припаяны электрические выводы 13.
Кристалл может быть выполнен из кремния, изоляционное кольцо из щелочного стекла ЛК-5, перемычка из припоя ПОСМ или ПОС-61, тензорезисторы и коммутационные участки диффузионные Р-типа, контактные площадки из Al-периферийные и многослойные на основе Al-V-Ni-пленок. Резисторы на кольце изготовлены из резистивного сплава РС 3710 или из керметаК50-С, металлизация на основе пленок Al-V-Ni. Работа преобразователя состоит в том, что при подаче измеряемого давления Рх, мембранная область 8 деформируется, изменяется сопротивление тензорезисторов 3 на величину


На кремниевой пластине анизотропным травлением в растворе едкого калия при температуре 98оС формируют мембранные области 8 кристаллов 1. Методами двухсторонней фотолитографии на планарной стороне создают окна под терморезисторы 3 и коммутационные области 4, в которые проводят диффузию бора коммутации при температуре 1050-1150оС в течение 60-120 мин, а для тензорезисторов при 950-1050оС 30-60 мин, в результате чего формируются коммутационные диффузионные слои с удельным сопротивлением Rs 4-10 Ом/Ом/


Технико-экономическими преимуществами датчика давления и способа его изготовления по сравнению с известными являются:
возможность соединения микроминиатюрных преобразователей диаметром до 3-4 мм и высотой 6-8 мм за счет исключения навесных подгоночных элементов;
достижение высокой степени автоматизации изготовления;
повышение эксплуатационной надежности за счет исключения промежуточного монтажа и навесных проводников;
повышение метрологических характеристик преобразователя за счет выравнивания температурных режимов тензорезисторов и компенсационных элементов.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам давления и способам его изготовления. Целью изобретения является уменьшение габаритов и повышение технологичности. Датчик давления содержит полупроводниковый кристалл 1 с мембраной 8 и диффузионными тензорезисторами 3. На периферии кристалла 1 расположены контактные площадки 5 и 6, соединенные коммутационными участками 4 с мостовой схемой. На наружной поверхности кольца держателя 2 располагаются компенсационные элементы резистор 9 и металлизация в виде токоведущих проводников 11, на кольцевых участках 12 которых нанесен припой в виде перемычки 10 на нижней, и в виде пленки на верхней. К верхнему концевому участку металлизации припаяны электрические выводы 13. В процессе изготовления датчика на поверхности изоляционного кольца формируют пленочные резисторы и токоведущие пленочные проводники, наносят слой припоя, соединяют кольцо и кристалл, замеряют характеристики датчика и настраивают его путем избирательного испарения лучом лазера участков резисторов, сформированных на кольце. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.
Рисунки
Заявка
4805171/10, 23.03.1990
Научно-исследовательский институт физических измерений
Михайлов П. Г, Козин С. А, Андреев Е. И, Белозубов Е. М
МПК / Метки
МПК: G01L 9/04
Опубликовано: 20.12.1995
Код ссылки
<a href="https://patents.su/0-1771272-datchik-davleniya-i-sposob-ego-izgotovleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Датчик давления и способ его изготовления</a>
Предыдущий патент: Мастика для крепления радиодеталей
Следующий патент: Устройство для режуще-деформирующей обработки валов
Случайный патент: Дифференциальный манипулятор