Тензометрический преобразователь давления и способ его изготовления

ЕН ия аой ми ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1294223, кл, 6 01 1 9/16, 1980,(54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение приразработке и изготовлении миниатюрныхпреобразователей давления в электрический сигнал, Преимущество преобразователя обеспечивается тем, что в нем полуп водниковая мембрана 1 соединена с кор сом 8 своей планарной стороной, а мет лизированные площадки 6 для соединен с внешними выводами выполняют на неп нарной стороне. Для соединения тензо зисторов 3, выполненных на планарн стороне мембраны, с металлизированны площадками 6 выполняют проводящие у стки о-типа проводимости с планарной непланарной стороны мембраны, а также боковой цилиндрической поверхности ме браны, для чего выполняют сквозные и моугольные отверстия и затем их вскр вают, 2 с.п.ф-лы, 7 ил.50 се 55 Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления.Цель изобретения - уменьшение габаритов преобразователя и упрощение технологии его изготовления.На фиг. 1-7 изображен тензометрический преобразователь давления.Тенэометрический датчик(фиг. 1) содержит мембрану 1 иэ кремния с мембранной областью 2. На планарной стороне мембраны сформированы тензореэисторы 3 и коммутационные участки 4 на поверхности со стороны тензорезисторов, а также на боковой цилиндрической поверхности 5 и на поверхности непланарной стороны мембраны. Коммутационные участки соединяют тенэореэисторы с металлизированными площадками 6, к которым присоединены внешние выводы 7. Корпус 8 преобразователя с отверстием 9 над мембраной соединен с мембраной со стороны тензорезисторов по области 10.Преобразователь работает следующим образом.Измеряемое давление, попадая в мембранную область, деформирует тензорезисторы и увеличивает выходное напряжение мостовой схемы, в которую замкнуты тензорезисторы.Наружный диаметр преобразователя определяется диаметром мембраны, т.е, отсутствует необходимость увеличения диаметра мембраны для размещения со стороны тензорезисторов контактных площадок при постоянной, необходимой для обеспечения прочности и герметичности соединения, площади стыковочной области 10.На фиг, 2 изображена исходная пластина кремния, на которой травлением сформированы мембраны 11 и сквозные отверстия 12 для соединения коммутационныхучастков с обеих сторон мембраны; на фиг. 3 - пластина после создания окон в окисле под коммутационные участки на планарной 13 и непланарной 14 поверхностях мембраны; на фиг, 4 - пластина после диффузии бора в коммутацйонные участки с обеих сторон кристалла 15 и 16 и в боковые стенки сквозных отверстий 17; на фиг. 5 - кристалл со сформированными тензорезисторами 18 и контактными площадками 19, созданными на непланарной поверхности по периферии кристалла через окна в окисле 20.Планарная и непланарная стороны мембраны преобразователя (фиг. 6.и 7) содержат тензорезисторы 21, коммутацион-. 5 10 15 20 25 30 35 40 ные участки 22, мембрану 23 и контактные площадки 24. Мембрана сформирована иэ кремния с ориентацией 100, тензорезисторы ориентированы вдоль направления 011, а линия выхода коммутационных участков на торец кристалла находится под углом 450 к направлению 011, что обеспечивает при, анизотропном травлении кремния перпендикулярность торцовых коммутационных участков плоскости кристалла,Сущность способа изготовления преобразователя заключается в следующем.На кремниевой пластине анизотропным травлением в растворе КОН при т 98 С формируют профили кристаллов и сквозные отверстия вне кристаллов 25. Маска под сквозные отверстия 26 располагается под углом 450 С к направлению (011) и на расстоянии, рассчитанном с учетом бокового травления кремния д и обеспечения пересечения поверхности кристалла с гранью отверстия на хорде 1, соответствующей ширине коммутационных участков. Методами двусторонней фотолитографии в окисле кремния на планарной и непланарной сторонах мембраны создают окна под коммутационные участки, в которые проводят диффузию бора при 1050-1150 С в течение 60-120 мин до получения легированного р-слоя с величиной удельного поверхностного сопротивления (В) 4-10 Ом/о . Формируют окна в окисле под тензорезисторы, в которые также проводят диффузию бора при 950- 1050 С в течение 30-60 мин до получения р-слоя с К 80-100 Омlи. На непланарной стороне мембраны вскрывают окна для контакта с металлизацией, напылением и фотолитографией создают алюминиевые контактные площадки, Разделяют пластину на отдельные кристаллы электроэроэионным способом по окружности 2% Корпус иэ стекла методом анодной сварки при 1 450 С и напряжении 1,0 кВ присоединяют к кристаллу со стороны тензосхемы, а в качестве внешних выводов используют гибкую контактную пластину на основе полиимидной пленки с алюминиевыми пленочными проводниками, присоединяемую к жестким внешним выводам, закрепленным на корпуПреимуществами преобразователя и способа его изготовления являются возможность создания микроминиатюрных преобразовател ей давления диаметром до 2 мм за счет уменьшения площади мембраны, упрощение процесса сборки преобразователя и присоединения внешних выводов за счет исключения пайки выводов в труднодоступных областях, а также повышение метрологических характеристик преобразователя(чувствительности и точности измерений) засчет улучшения центрирования при сборкепреобразователя кристалла и корпуса, имеющих одинаковые габаритные размеры,Формула и за бретен ия 1. Тензометрический преобразователь давления, содержащий корпус с осевым отверстием и наружной боковой цилиндрической поверхностью, кремниевую и-типа проводимости мембрану с утоненной центральной частью и периферийной частью, по которой мембрана своей планарной стороной закреплена сооснос корпусом, причем на планарной стороне мембраны на ее центральной утоненной части над осевым отверстием корпуса сформированы четыре тензорезистора р-типа проводимости, которые проводящими участками р-типа проводимости соединены соответственно с четырьмя контактными. металлизированными площэдками и между собой, при этом контактные металлизированные площадки соединены проводниками с внешними выводами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения габаритов, в нем контактные металлизированные площадки выполнены на непланарной периферийной части мембраны, на этой же части мембраны выполнены проводящие участки р-типа проводимости и соединены с контактными металлизированными площадками, при этом на боковой цилиндрической поверхности мембраны выполнены четыре грани, на каждой иэ которых сформированы проводящие участки р-типа проводимости, которые соединены с соответствующими проводящими участками р-типэ проводимости на планарной и неплэнарной сторонах мембраны, причем на боковой цилиндрической поверхности корпуса закреплены внешние выводы, а проводники выполнены пружинными в виде полиэмидной пленки, на которую нанесено алюминиевое пленочное покрытие, при. этом диаметры наружной боковой цилиндрической поверхности мембраны икорпуса равны.2. Способ изготовления тензометрического преобразователя давления, включаю 5 щий формирование методом травленияпрофилированных мембран на пластинекремния и-типа проводимости, формирование на планарной стороне. мембран в поверхностном слое окисла окон, под тензореэи 10 стором и проводящие участки методом фотолитографии, формирование в окнах тензорезисторов и проводящих участков р-типапроводимости методом диффузии бора,формирование методом напыления метал 15 лизированных площадок, разрезание пластины на отдельные мембраны и соединение корпуса с планарной стороной мембраны, причем металлизированные площадкисоединяют гибкими проводниками с внеш 20 ними выводами корпуса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения габаритови упрощения изготовления, перед формированием тензорезисторов и проводящих участков в пластине на конце каждого окна под25 проводящие участки выполняют сквозноеотверстие прямоугольного сечения, одна изстрон которого расположена по хорде диаметра мембраны, а длина хорды равна ширине окна под проводящий участок, затем30 одновременно при формировании окон подпроводящие участки на планарной сторонемембраны выполняют окна под проводящиеучастки на неплэнэрной стороне мембраныи одновременно при формировании подво 35 дящих участков на плэнэрной стороне формируют проводящие участки р-типэ проводимости на неплэнэрной стороне мембрэ:лыи нэ стенках прямоугольных отверстий, после чего формирование металлизированных40 площадок производят на проводящих участках непланэрной стороны мембраны, а разрезание пластины нэ отдельные мембраныпроизводят с вскрытием сквозных отверстий в местах пересечения хорды с диамет 45 ром мембраны,.б Фиг 7 Фи оставитель О,Слюсарехред М.Моргентал орректор Л.Пилип ктор Е.Пап оизводственн ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аз 3981 Тираж 466 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5