Интегральный преобразователь давления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

О ВМЛ Р

РЕСПУБЛИН

3GD 01L 9 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3411402/18-10 (22) 17;03.82 (46) 07.07.83. Бюл. 925 (72) В.И. Ваганов и В.В. Беклемишев (71) Московский ордена Трудового

Красного .Знамени инженерно-физический институт (53) 531.787(088.8 ) (56) 1. Патент США Р 3968466, кл. 338/42, 1973.

2. Патент ClttA В 4023562, - кл. 128/2.05, 1974 (прототип ). (54)(57 ) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий выполненную в прямоугольной полупроводниковой пластине мембрану с раэмещенны„„Я()„„1027549 A ми на ней тензореэисторами, контакт ные площадки, выводы которых размещены на пластине вдоль короткой ее стороны, причем мембрана со стороны тенэореэисторов закрыта ди- . электрической крышкой, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения поперечных габаритов преобразователя, на поверхности крышки, прилегающей к пластине, со стороны наружной боковой .поверхности выполнены глухие .канавки соответственно по числу контактных площадок с выводами, причем полости канавок заполнены связующим материалом.

1027549

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к первичным измерительным преобразователям давления.

Известны интегральные преобразователи давления, изготовленные из монокристаллического кремния. упругим элементом является кремниевая мембрана, в теле которой сформированы тензочувствительные элементы— тензорезисторы. С одной стороны мембраны имеется полость эталонного давления, образованная профилированной крышкой. Внешние электрические выводы присоединены к металлиэированным контактным площадкам, расположенным на периферии кристалла преобразователя вдоль одной его стороны t 1 1.

Недостатком преобразователей является невозможность уменьшения геометрических размеров кристалла преобразователя, а именно области, занимаемой контактными площадками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является . интегральный преобразователь давления, содержащий прямоугольную полупроводниковую пластину, изготовленную из монокристаллического кремния и -типа с ориентацией поверхности в кристаллографической плоскости (100 ). В кристалле анизотропным травлением сформирована мембрана, на которой изготовлена мостовая схема интегральных тенэорезисторов р -типа . Преобразователь содержит также кремниевую крышку, герметично соединенную с кристаллом, которая образует с одной стороны мембраны (со стороны изготовленных тензострук. тур ) полость. Внешние электрические выводы присоединены к металлиэированным контактным площадкам, расположенным на периферии кристалла, вдоль его короткой стороны (2 ).

Недостатком известного преобразователя является невозможность уменьшения габаритного размера кристалла преобразователя, а именно его ширины. Это объясняется тем, что при расположении контактных площадок вдоль одной стороны кристалла минимальный размер этой стороны ограничен размером контактных площадок и промежутков между ними.

В свою очередь расстояние между кон-i тактными площадками в данной конструкции обеспечивает-воздушную взаимную изоляцию контактных.площадок с присоединенными к ним электрическими выводами и поэтому должно ,быть достаточно большим, чтобы исключить смыкание последних в процессе микропайки °

Цель изобретения — уменьшение пьперечных габаритов преобразователя

Поставленная цель достигается тем, что на поверхности крышки, прилегающей к пластине, со стороны наружной боковой поверхности выполнены глухие канавки соответственно числу контактных плоцадок с выводами, причем полости канавок заполнены связующим материалом.

В предлагаемой конструкции минимальное расстояние между краями со10 седних контактных площадок определяется минимальной толщиной стенок крышки, разделяющих полости, и может составлять всего несколько де-, сятков микрон. Это позволяет умень15 шить ширину кристалла преобразователя. Разделительные стенки крышки обеспечивают также механическое разделение полостей, что препятствует растеканию контактного материала, Z0 осуцествляюцего электрическое соединение выводов с контактными площадками. Это позволяет отказаться от специализиренанного оборудования для микропайки. Заполнение полостей

25 с выводами связующим веществом увеличивает механическую прочность скрепления выводов с кристаллом и крышкой благодаря увеличению площади поверхности скрепленных элементов.

На фиг. 1 изображен предлагаемый интегральный преобразователь давления, продольный разрез; на фиг. 2 преобразователь с крышкой из монокристаллического кремния с ориента-. цией поверхности в кристаллографической плоскости (100), поперечный разрез; на фиг. 3 — преобразователь с крышкой из кремния, ориентированного в плоскости (110), поперечный

40 разрез.

Интегральный преобразователь давления содержит прямоугольную. полупроводниковую пластину 1 с мембраной 2 и крышкой 3, скрепленной с пластиной с помоцью соединительного слоя 4. Крышка выполнена таким обра-, зом, что образует над мембраной 2 полость 5 эталонного давления, а над металлизированными контактными площадками б — изолированные одна от другой полости 7. Электрическое соединение внешних электрических выводов 8, размещенных в полостях

7, с контактными площадками б осуцествляется с помощью контактного материала 9 (например припой, токопроводяций клей и т.п..). Полости

7 заполнены связующим веществом 10, обеспечивающим дополнительное механическое скрепление выводов 8 ° с крышкой и пластиной.

Крышка преобразователя {фиг. 2) имеет канавки с V -образным профилем. Такая крышка, например, может быть получена с помощью анизотроп 1027549

Составитель В. Казаков

Техред Т.Фанта

Редактор A. Kypax

Корректор A.Ôåðåíö

Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4725/45

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул Проектная, 4 ного травления кремниевой пластинки, ориентированной в плоскости (100). При этом продольное направление канавок совпадает с кристаллографическим направлением семейства с 100 /» на плоскости крымски. В преобразователе (фиг. 3) крымска из монокристаллического кремния имеет канавки с вертикальныни стенками. Плоскость крышки совпадает с кристаллографической плоскостью (110 ), а продольное направление канавок с кристаллографическим направлением семейства с 112>, Преобразователь работает следующим образом .

Измеряемое давление действует на мембрану 2, изменяется сопротивление тензорезисторов и на выходе измерительной схемы снимается необходимый сигнал.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет уменьшить поперечный габаритный размер преобраэо10 вателя, что дает возможность создавать сверхминиатюрные измерительные преобразОватели для различных областей науки и техники.