Микроэлектронный датчик

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к конструкциям тензодатчиков. Цель изобретения - повышение стабильности и уменьшение дополнительной температурной погрешности. Датчик содержит корпус, кристалл чувствительного элемента с тензосхемой и промежуточный элемент с центральным отверстием, соединенный в переферийной части своими первой и второй поверхностями с кристаллом и корпусом соответственно. Промежуточный и чувствительный элементы выполнены из монокристаллического кремния. Промежуточный элемент состоит из нескольких пар плоских кристаллов. Соединение между парами кристаллов осуществляется через соединительные слои в центральной области. Соединительные области в центральной и периферийных частях промежуточного элемента не перекрываются друг с другом и расположены на максимальном удалении друг от друга. На поверхностях отделочных кристаллов промежуточного элемента выполнены канавки, охватывающие область соединения кристаллов между собой. Число кристаллов промежуточного элемента равно по меньшей мере двум, а контуры канавок на разных поверхностях кристалла одного и того же не перекрываются между собой и расположены вне соединительных областей. Конструкция промежуточного элемента обеспечивает термомеханическую развязку тензосхемы от корпуса. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, при конструировании датчиков давления. Цель изобретения - повышение стабильности и уменьшения дополнительной температурной погрешности. На фиг. 1-5 изображены разрезы микроэлектронных датчиков. Микроэлектронный датчик (фиг. 1) содержит корпус 1, внутри которого расположен кристалл чувствительного элемента 2 с внешними проволочными выводами 3, соединяющими контактные площадки 4 с внешними выводами корпуса, и преобразующие компоненты, например тензорезисторы 5, составляющие интегральную схему. Кристалл чувствительного элемента 2 скреплен с корпусом 1 через промежуточный элемент 6, который состоит из двух кристаллов 7 и 8, скрепленных между собой в центральной части с помощью области соединения 9. Кристалл 7 скреплен с кристаллом чувствительного элемента 2 с помощью области соединения 10, а кристалл 8 скреплен с корпусом 1 датчика с помощью области соединения 11. Область соединения 9 кристаллов промежуточного элемента между собой (фиг. 2) может быть отделена от остальной части кристаллов канавками 12. Области соединения 10 и 11 первого и второго поверхностей промежуточного элемента с чувствительным элементом и корпусом (фиг. 3) могут быть дополнительно отделены канавками 13. На фиг. 4 показана конструкция датчика, у которого на внутренних и внешних поверхностях кристаллов промежуточного элемента выполнена система канавок 12 и 13, последовательно охватывающих друг друга и расположенных поочередно через одну на внутренних и внешних поверхностях кристаллов 8 и 7. Стрелками обозначено направление подачи давления. На фиг. 5 представлена конструкция датчика, в котором промежуточный элемент 6, соединенный своими первой и второй поверхностями с чувствительным элементом и корпусом областями соединения 10 и 11 соответственно, состоит из нескольких кристаллов 7 и 8. Кристаллы попарно соединены между собой областями соединения 9 в центральной части. По периферии пары кристаллов 7 и 8 скреплены между собой областями соединения 14. Выполнение промежуточного элемента 6 датчика, выполняющего роль термомеханической развязки из нескольких соединенных между собой кристаллов из кремния, обеспечивает существенное уменьшение уровня передачи механических и термомеханических напряжений от корпуса 1 к чувствительному элементу и соответственно преобразующим компонентам. Дополнительное улучшение развязки обеспечивается системой выполненных на кристаллах канавок, которые могут иметь разную форму и расположение относительно друг друга и областью соединения. Введение развязок описанного типа повышает стабильность, уменьшает дополнительную температурную погрешность и соответственно повышает точность измерения. Описанный датчик давления изготавливается с использованием стандартных процессов, применяемых при изготовлении полупроводниковых микросхем, известных способов микропрофилирования и соединения кремниевых деталей. (56) Заявка Японии N 62-22467, кл. Н 01 L 29/84, 1987. Патент США 3236796, кл. Н 03 К 23/22, 1974.

Формула изобретения

1. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК, содержащий выполненный из монокристаллического кремния кристалл чувствительного элемента с интегральной схемой, соединенный по периметру в периферийной области с первой поверхностью промежуточного элемента, выполненного из того же материала, с центральным отверстием и корпус, соединенный с второй поверхностью промежуточного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и уменьшения температурной погрешности, датчик дополнительно снабжен по крайней мере еще одним промежуточным элементом, при этом каждый из промежуточных элементов выполнен в виде двух кремниевых кристаллов, соединенных между собой поверхностями в центральной области, а корпус соединен с второй поверхностью последнего промежуточного элемента в периферийной области промежуточного элемента, причем центральная и периферийная области соединения элементов не перекрываются между собой и максимально возможно удалены друг от друга. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что на соединяемых поверхностях кристаллов промежуточного элемента, обращенных друг к другу, выполнено вне областей соединения по меньшей мере по одной канавке, охватывающей область соединения кристаллов между собой. 3. Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на наружных поверхностях промежуточного элемента дополнительно выполнено по меньшей мере по одной канавке, охватывающей область соединения кристаллов промежуточного элемента между собой, расположенной вне областей соединения кристаллов с чувствительным элементом, корпусом и контура канавок, расположенных на соединяемых друг с другом поверхностях кристаллов промежуточного элемента, при этом канавки, расположенные на соединяемых между собой поверхностях кристаллов промежуточного элемента и на наружных поверхностях промежуточного элемента, выполнены чередующимися на каждом кристалле промежуточного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5