Мембранный блок датчика давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 152 С 01 , 9/04 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИ НИЕ ИЗ ТЕН ВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТВУ тин У 45 и В,И, ланов нованцовойней пл идетел 1 Е 9 ОК ДА соотно ров ме ленног ная ра) Изобретение может б ва измерения да н вышеннои точностью за счния влияния деформаций вругого элемента. С этой к ни3 тносится к иэмерии может быть исполь Изобретенительной техни Мембранныи составе полупр кремниевый, уп мембраны, в те ны тензочувств лок содерж 1 зовано при конструиводстве миниатюрныхвых датчиков неэлекнапример, датчиков давров движения,Целью изобретения явля проиэ- дникоровании полупро трическиодниковыи , напр угии элемент 1 в величин,параметкоторои сАормиров льные элементы 5,ления ся повышечет меньние точности измерения за с ущения влияния деформаций в заделкеупругого элемента,На фиг. 1 показан мембранный блов сборе; на фиг, 2 - упругий элеменна фиг. 3 - конструктивное исполнение упругого элемента с указанием бзовых размеров.Мембранный блок содержиэлемент 1, втулку-основаниляционный слой 3, контактную металлизацию 4, тензочувствительный элемент 5, выемку 6 под концентратор,перемычку 7 концентратора, буртик 8жесткий центр 9, внутреннюю кромку т упругий е 2, изонтис(21) 4396016/24-1(54) МЕМБРАННЫЙ Б ство СССР 04, 1984, ЧИКА ДАВЛЕть испольления с поет уменьшеэ аделк е,уп целью пласыполнена с буртиком по конту- утолщенная часть пластины - по у со скосом, причем втулка-осе выполнена полой и своей торповерхностью соединена с верхоскостью буртика. Представлены шения геометрических параметмбраны, Благодаря наличию утопо буртика осуществляется ползвязка тензочувствительных элеот деформацийв зоне затак и от самой втулки-основа- широком диапазоне температур. 10 буртика, кромку 11 концентратораплоскость 12 соединения,например тензорезисторы. К упругому элементу 1 присоединена полая втулка- основание 2, выполненная из материала с близким по ТКЛР с кремнием, например из стекла, ковара, кремния. Соединение упругого эпемента 1 с втулкой 2 может быть проведено электростатическим методом через клеевую прослойку. И в том и в другом случаях деформации, возникшие в плоскости 12 соединения локализуются только в зоне буртика 8 и не распространяются в зону расположения тензочувствительных элементов 5,Полупроводниковый упругий элеме (фиг. 2) изготавливается из монокрталлического материала. Конфигурация его (буртик 8, выемка 6, жесткийцентр 9, перемычка 7) задается методами микропрофилирования и кристал 5лографической ориентацией,1 етодами полупроводниковой технологии на упругом элемента 1 формируют тензочувствительные элементы 5 ввиде диффузионных или ионолегированных тензорезисторов, объединенных всхему с помощью контактной (например, алюминиевой) металлизации 4. Защита тензочувствительных элементовот внешних воздействий осуществляет 5ся путем нанесения на верхнюю плоскость мембраны изоляционного слоя 3(нитрид кремния Б 1 зМ или двуокиськремния 810 ).Диапазон измеренияопределяется толщиной Ь перемычкиконцентратора. Тензочувствительныеэлементы 5 для увеличения их чувствительности расположены у кромки 11концентратора. Концентраторы деформации образованы путем травления выемок 6 поп зоной расположения тензочувствительньгх элементов 5. В зонежес.ткого центра 9 деформации мембраны отсутствуют. Для заделки упругого элемента 1 в корпус датчика 6служит буртик 8, верхняя плоскостькоторого углублена по отношению кверхней плоскости упругого элементана величину 1, а внутренняя кромка10 буртика смещена по отношению ккромке 11 концентраторов (или, тожесамое, по отношению к тензочувствительным элементам) на величину Ь,Реличины 1 и Ь выбраны исходя из следующего.,При 1 с 2 Ь кольцевую втул ку-основание трудно Фиксировать в процессе ее соединения с упругим элементом (особенно для малых, меньше 10-30 мкм, перемычек) . При 12 Ь фикс.ация производится надежно дажеслучае наклонных стенок, и обеспечиваетс:я развязка от механичес.ких напряжений, Визуально такая ступенька видна невооруженным глазом. Все эти факторы особенно важны при автоматизированном изготовлении датчиков в условиях масс:ового производству.Величина Ь выбирается из условийразвязки тевзочувствительных элемен 55тов 5 от деформаций в зоне соединенияэлемента 1 и втулки 2 и складываетсяиз двух составляющих: 2 Н (при Ь С 2 Нпосле деформаций зоны соединения эахватывает цля малых Ь 5-10 мкм зону расположения тензорезисторов), на практике равной 300-600 мкм, и 2 Ь/ сс 6 - определяется добавкой на наклон граней.Мембранный блок работает с.ьедующим образом.При воздействии на упругий элемент измеряемого параметра, например давления Р, перемычки 7 деформируются, Деформация перемычек передается тензорезисторам 5, которые изменяют свое сопротивление К так, что йК пропорционально Р. Т".нзорезисторы включены в мост. Изменение сопротивления преобразуется мостовой схемой в изменении напряжения или тока. Этот сигнал чЕрез контактную металлизацию поступает во вторичную аппаратуру.Благодаря наличию утопленного буртика осуществляется полная развязка тензочувствительных элементов от деФормаций как в зоне заделки, так и от самой втулки-основания в широком диапазоне температур (что подтверждено в процессе испытаний), т,е. повышается точность измерения, так как исключаются такие составляющие основной погрешности измерения, как гистерезис и нелинейность, которые определяются динамикой наведенных деформационных полей.Конфигурация упругого элемента позволяет уменьшить габариты датчика и упростить изготовление, так как процесс сборки датчика очень прост.Конструкция технологична в изготовлении, что позволяет изготавливать такие датчики в массовом количестве и с высоким качеством.Формула и з о б р е т е н и яМембранный блок датчика давления, содержащий упругий элемент в виде полупроводниковой пластины с утолщенной частью, в которой выполнены утонченные участки с закрепленными на них тензоэлементами, и соединенную с пластиной втулку-основание, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения влияния деформаций в заделке упругого элемента и уменьшения габаритов, в нем пластина с буртиком по контуру, а утолщенная часть пластины по контуру - со скосом, причем втулка-основание выполнена полой своей торцовой поверхностью соедине( - угол скоса, равный показателю аниэотропии полупроводникового материала. на с верхней плоскостью буртика, а высота 1 скоса и расстояние 1. между началом буртика и крайним тенэоэлементом определяется иэ соотношений1 Ъ 211;51. Э 2 Н+ 2 Ь /тджх,Составитель О.СлюсаТехред Л,Сердюкова Го кто орректор М.Шароши Заказ 7503/47ВНИИПИ Государ ж 789 одписно по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС