Полупроводниковый датчик абсолютного давления и способ его вакуумирования

(51 ПИСА ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОЧУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский институт физических измерений(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГОВАКУУМИ РОВАН ИЯ(57) Изобретение относится к полупроводниковым датчикам абсолютного давления иможет быть использовано при изготовленииминиатюрных датчиков с интегральнымисхемами. Целью изобретения является повышение точности измерения абсолютныхдавлений за счет снижения остаточного давления в опорной камере датчика путем эффективной откачки остальных газов. Датчиксодержит кремниевую мембрану 1 с тенэореэисторами 3, соединенными с контактными площадками 5, коммутационными шинами 6, Мембрана 1, герметично соединенная со стеклянным колпачком 8, образует с ним вакуумируемую опорную камеру 9.На внутренней поверхности стенки 10 опорной камеры 9 нанесена пленка 12 геттерного 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, десорбированные стенками камеры, поглощают-ся 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 обеэгаживать камеру 9. Далее луч лазера взаимодействует с пленкой 12 в другой точке и цикл (Ь повторяется. 2 с.п.ф-лы, 2 ил, 00Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при изготовлении особо точных, высокочувствительных, миниатюрных датчиков абсолютного давления и вакуумируемых 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 тензорезисторами 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 Зсоединенные 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 помещенли датчика в измерительную среду воздействующее давление вызывает деформацию тонкой перемычки 7 и тензорезисторов 3, которые изменяют свое сопротивление пропорционально деформации, Тенэореэисторы 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 такжеподается через площадки 5 и шины 6. Благодаря наличию в опорной камере 9 пленки 12 геттерного материала газы, десорбированные 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 10 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 высоко 20 го 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 вакуумируемом объеме опорной камеры 9 про 25 изводится путем локального нагрева лазерным лучом 15, который, сканируя по 30 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 длислучаях происходит практически мгновенная активация геттернаго материала благодаря высокой температуре, возникающей в зоне взаимодействия, Активированный геттер интенсивно начинает обеэгаживать объем опорной камеры 9. Далее луч 15 лазера взаимодействует с пленкой 12 в другой точке, расположенной на направляющей канавке 40 11, и цикл повторяется,Количество взаимодействий, необходимое для обезгаживания, определяется экспериментально и контролируется по выходному сигналу с датчика давления, на 50 груженному эталонным давлением. В процессе эксплуатации и хранения датчика циклы обезгаживания могут быть возобновлены путем повторного взаимодействия лазерного луча с неактивированной геттерной 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 пара 35 тельности воздействия он может как нагревать пленку, так и испарять ее. В обоих1686319 Составитель О. Пол Техред М.Моргентал Редактор А. Шан Подписное ета по изобретениям и открытЗаказ 3592 ВНИИПИ Гос Тираж венного ком 113035, Мос при ГКНТ С гарина, 101 тельский комбинат "Патент", г. Уж оизводствен метров. Регистрация измеряемого малого абсолютного давления при этом обеспечивалась с погрешностью не более 0,6.Технико-экономическими преимуществами предложенного технического решения 5 являются следующие:повышается точность измерения в 1,5-2 раза эа счет снижения давления остаточных газов в опорной камере датчика на порядок (вакуум в опорной камере достигает величи ны 10 4-10мм рт. ст.);обеспечиваются минимальные габариты прибора;обеспечивается воэможность многократной активации геттерного материала; 15повышается производительность труда при вакуумировании датчика. ф о р мул а из о 6 рете н и я1. Полупроводниковый датчик абсолют ного давления, содержащий кремниевую мембрану с утолщенной периферийной частью, сформированную на поверхности мембраны тензосхему и защитный стеклянный колпачок, закрепленный на периферийной 25 части мембраны, образующий опорную вакуумируемую камеру, отл и ч а ю щи й ся тем, что, с целью повышения точности измерения абсолютных давлений за счет снижения остаточного давления в опорной амере, в нем на внутренней поверхности стеклянного колпачка нанесена пленка материала, обладающего геттерными свойствами, а на его внешней поверхности выполнены кольцевые канавки.2. Способ вакуумированияполупроводникового датчика абсолютного давления, заключающийся в помещении датчика в вакуумный бокс, откачке воздуха иэ опорной вакуумируемой камеры и герметизации опорной камеры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности откачки остальных газов в опорной камере, дополнительно производят обеэгаживание опорной камеры путем нагрева пленки, нанесенной на внутреннюю поверхность стеклянного колпачка, лазерным лучом, который сканируют вдоль кольцевых канавок, выполненных на внешней поверхности стеклянного колпачка,орректор М, Максимишине