Полупроводниковый датчик давления

 

1ПОЛУПГОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий установленный в корпусе полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембраны, на одной стороне которой размещена тензочувствительная схема в виде моста тензорезисторов с контактными площадками и слой защитного диэлектрика, нанесен-. ный на тензочувствительную схему, от л ичающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет снижения . температурной погрешности, в нем слой диэлектрика покрыт по меньшей мере двумя слоями металлических пленок, имеющих форму круга, причем слои вьтолнены из различного материала и. перекрывают мост тензорезисторов . 2.Датчик по п. 1, отличающий с я тем, что в нем на наружньш слой пленок по меньшей мере над одним из тензорезисторов нанесен дополнительный металлический слой, перекрьшающий площадь, занимаемую тензорезистором. 3.Датчик по п. I, о т л и ч а ю щ и й§ с я тем, что в слоях металлических пленок « по меньшей мере над одним из тензорезисто (О ров выполнено углубление, перекрьшающее площадь, занимаемую тензорезистором. О Ot) эо S1 4iib -sj

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

З(511 6 01 1. 9/ 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PGHGlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Л »» (21) 3520417/18-10 (22) 25.10.82 (46) 23.01.84. Бюл. У 3 (72) А. А. Цывин, М. М. Парфенов, В. Н. Горохов, Е. М. Мурашов и В. If. Аверьянова (53) 531.287 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 623374, кл. G 01 1 9/04, 1978.

2. Патент США У 4314226, кл. 338/4, кл. 6 01 1 1/22, 02.02.82 (прототип). (54) (57И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК

ДАВЛЕНИЯ, содержащий установленный в корпусе полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембраны, на одной стороне которой размещена тензочувствительная схема в виде. моста тензорезисторов с контактными площадками и слой защитного диэлектрика, нанесен.ный на тензочувствительную схему, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения эа счет снижения температурной погрешности, в нем слой диэлектрика покрыт по меньшей мере двумя слоями металлических пленок, имеющих форму круга, причем слои выполнены из различного материала и. перекрывают мост тензорезисторов.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в нем на наружный слой пленок по меньшей мере над одним из тенэореэисторов нанесен дополнительный металличес- кий слой, перекрывающий площадь, занимаемую тензорезистором.

3. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в слоях металлических пленок

llo меньшей мере над одним из тензорезисторов выполнено углубление, перекрывающее площадь, занимаемую тензорезистором.

1068747

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения давления полупроводниковыми датчиками повышенной точности.

Известен полупроводниковый датчик давления, содержащий размещенный в корпусе упругий чувствительный элемент, на одной стороне которого расположена тензочувствительная схема с резисторами, а на другой стороне нанесены металлические слои с различны- 1О ми температурными коэффициентами линейно.го расширения (1).

Недостатки устройства заключаются в том, что в нем не реализуются идентичные условия теплоотвода от всех резисторов схемы и не осуществляется защита тензочувствительной схемы от влияния внешней среды, что снижает тсчностпые характеристики датчика, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик давления, содержиций полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембраны с тензочувствительной схемой в виде моста, в котором тензочувствнтельная cx!:MR с тензорезисторами покрыта. защитным слоем диэлектрика или достигается стабильность параметров чувствительного элемента (2).

Однако известный датчик давления отличается неодинаковыми условиями теплоотвода от тензорсзисторов схемы, что обуславливает различие температур между тензорезисторами внут30 ри схемы, а также между тензорезисторами и увствительным элементом. Указанные причины, каждая независимо друг от друга, являются источниками температурного дрейфа нуля схемы с соответствующим снижением точности 35 измерения. Кроме того, температурный дрейф нуля у такого датчика обуславливается технологическим разбросом температурного коэффициента сопротивления резисторов.

Пель изобретения — повышение точности из-40 мерсний за счет снижения температурной погрецшости.

Указанная цель достигается тем, что в полупроводниковом датчике давления, содержащем установленный в корпусе полупроводни- 45 ковый чувствительный элемент в виде мембраны, на одной стороне которо& размещена тензочувствительная схема в виде моста тензорезисторов с контактными площадками и слой защитного диэлектрика, нанесенным на тензо- 50 чувствительную схему, слой защитного диэлектрика покрыт по меньшей мере двумя слоямн металлических пленок, имеющих форму круга, причем слои выполнены из различного материала и перекрывают мост тензорезпсторов.

При этом в датчике на наружный слой пле. нок по меньшей мере над одним из тензорезисторов может быть нанесен дополнительный металлический слой, перекрывающий площадь, занимаемую тензорезистором.

Кроме того, в слоях металлических пленок по меньшей мере над одним из тензорезисторов может быть выполнено углубление, перекрывающее площадь, занимаемую тензорезистором.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, общий вид; на фиг. 2 — чувствительный элемент, вид сверху, Полупроводниковый датчик давления состоит из корпуса 1, в котором установлен полупроводниковый чувствительный элемент в виде мембраны 2 с тензочувствительной схемой !

3 в виде моста тензорезисторов R< — R . Между соединениями 4 и контактными площадками 5 тензочувствительная схема 3 с тензорезисторами R4 — Rq. закрыта слоем защитного диэлектрика 6, например окисью кремния, толщиной 0,8 — 1 мкм.

На слой диэлектрика 6 методом напыления в вакууме или каким-либо другим способом осаждены и с помощью термической обработки атомарно связаны металлические слои 7, например из хрома и никеля соответственно толщиной 0,4 и 3 мкм. Припаянные к контактным площадкам токовыаоды 8 служат для питания мостовой схемы и передачи выходного сигнала.

Датчик работает следующим образом.

При воздействии давления на мембрану 2 она деформируется, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов R — В4 . Изменение сопротивления тензорезисторов обуславливает появление сигнала на выходе схемы, соответствующего измеряемому давлению. Металлические слои 7, расположенные над тензочувствительной схемой 3, улучшают и симметрируют условия тензоотвода от тензорезисторов, обеспечивая выполнение условия стабильности для всех тензорезисторов, и R Я р Д - 1 „) =соьз1 ., где ЬФ вЂ” изменение сопротивления тензорезисторов;

Р— сопротивление тензорезисторов при т„; (Ъ вЂ” температурный коэффициент изменения сопротивления тензорезисторов;

ТГ! — температура тензорезисторов в холостом режиме; — температура тензорезисторов в рабо2 чем режиме.

Это позволяет мю имизировать температурный дрейф нуля мостовой схемы и тем самым повысить точность измерения.

Составитель И. Панфилов

Техред М.Гергель Корректор А. Тяско

Редактор О. Бугир

Заказ 11450/35 Тираж 827 .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1068747 4

В том случае, когда мост тензореэисторов 7 выполняется углубление, перекрывающее имеет большую тепловую симметрию и не площадь, занимаемую тензорезистором. соблюдается условие AR"-Q J3(g-Ч ) соей для всех тензорезисторов, в зависимости от Такая конструкция полупроводникового .условий тепловой симметрии, по крайней ме- 5 датчика давления позволяет повысить точре над одним из тензорезисторов, например. ность измерения давления за счет обеспече-, R схемы, на металлический слой 7 нано- ния условия ь|Рер(1„васо сится дополнительный металлический слой 9, для всех тензорезисторов, где основными например из никеля, толщиной 3-5 мкм, переменными величинами (после изготовлеили над одним из тензорезисторов в слое tð ния) являются и Vg