Полупроводниковый преобразователь давления

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий мембранный чувствительный элемент в виде профилированной монокристаллической кремневой пластины, на планарной стороне которой в площади мембраны выполнены тензорезисторы, соединенные токопроводящими областями с контактными площадками, размещенными за пределами мембраны, внешние выводы и держатель в виде пластины из того же материала, соединенный с профилированной стороной чувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет исключения контакта внешних выводов с измеряемой средой, на профилированной стороне чувствительного элемента выполнены лунки, на дне которых размещены контактные площадки, электрически соединенные с внешними выводами, жестко зафиксированными в держателе.

Изобретение относится к приборостроению, в частности, к полупроводниковым преобразователям давления, предназначенным для использования во всех областях науки и техники, связанных с измерением давлений.
Известен полупроводниковый преобразователь давления, содержащий держатель из низкотемпературного стекла и герметично присоединенный к нему своей планарной стороной чувствительный элемент, представляющий собой кристалл монокристаллического кремния, в котором сформирована круглая мембрана с расположенными на ней четырьмя тензочувствительными компонентами - тензорезисторами. На планарной стороне кристалла чувствительного элемента сформированы также токопроводящие области сильно легированного кремния, служащие для объединения тензорезисторов в мостовую схему и электрического соединения узлов моста с металлическими контактными площадками, расположенными на периферии кристалла. Под мембраной находится полость зталонного давления, образованная планарной стороной кристалла чувствительного элемента и углублением в держателе, а на поверхности держателя сформированы металлические контактные полоски, к концам которых примыкают контактные площадки, расположенные на кристалле чувствительного элемента. К противоположным концам полосок присоединены внешние проволочные выводы.
В этом преобразователе недостатком устройства является то, что измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны профилированной поверхности кристалла чувствительного элемента, что приводит к ограничению диапазона линейного преобразования, так как обусловленный двухслойной структурой мембраны (кремний-двуокись кремния) ее начальный прогиб в отсутствии разностного давления эквивалентен подаче избыточного давления на профилированную сторону упругого элемента. При измерении давления в потоке жидкости или газа возникают дополнительные инструментальные погрешности, связанные с завихрениями потока на микрорельефе.
Известно техническое решение, содержащее полупроводниковый преобразователь, включающий мембранный чувствительный элемент в виде профилированной монокристаллической кремневой пластины, на планарной стороне которой в площади мембраны выполнены тензорезисторы, соединенные токопроводящими областями с контактными площадками, размещенными за пределами мембраны, внешние выводы и держатель в виде пластины из того же материала, соединенный с профилированной стороной чувствительного элемента.
Недостатком известного устройства является низкая надежность вследствие контакта внешних выводов с измеряемой средой.
Целью изобретения является повышение надежности устройства.
Указанная цель достигается тем, что на профилированной стороне чувствительного элемента выполнены лунки, на дне которых размещены контактные площадки, электрически соединенные с внешними выводами, жестко зафиксированными в держателе.
На чертеже изображен общий вид полупроводникового преобразователя давления в разрезе.
Полупроводниковый преобразователь давления содержит держатель 1, герметично присоединенный к нему чувствительный элемент из монокристаллического кремния 2 и внешние проволочные выводы 3.
В кристалле чувствительного элемента сформирована мембрана 4, на которой расположены тензорезисторы 5, электрически соединенные при помощи токопроводящих областей сильно легированного кремния 6 с металлическими контактными площадками 7, которые находятся на дне созданных на профилированной стороне кристалла чувствительного элемента лунок 8.
Держатель 1 представляет собой плоскую непрофилированную пластину, в которой жестко закреплены внешние проволочные выводы 3. Концы внешних выводов выступают над поверхностью держателя, входят в лунки 8 на кристалле чувствительного элемента и электрически соединены с контактными площадками 7 при помощи находящегося в лунках токопроводящего материала 9.
Под мембраной 4 преобразователя находится полость эталонного давления 10, образованная плоской поверхностью держателя и углублением под мембраной в кристалле чувствительного элемента.
Образование полости эталонного давления плоской поверхностью держателя и углублением под мембраной в кристалле чувствительного элемента исключает необходимость создания углубления в держателе и точного совмещения с этим углублением мембраны, что ведет к упрощению технологического цикла изготовления преобразователя. У упрощению технологии изготовления преобразователя приводит также то обстоятельство, что входящие в лунки на кристалле чувствительного элемента концы внешних проволочных выводов автоматически обеспечивают жесткую фиксацию внешних выводов относительно контактных площадок, а также тот факт, что присоединение всех внешних выводов происходит одновременно (групповым способом).
Отсутствие на поверхности чувствительного элемента металлических контактных полосок для присоединения внешних выводов приводит к уменьшению геометрических размеров преобразователя и повышению надежности. (56) Патент США N 3918019, кл. 338/42, 06.07.75.