Тензометрический преобразователь давления и способ его изготовления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при разработке и изготовлении миниатюрных преобразователей давления в электрический сигнал. Преимущественно преобразователя обеспечивается тем, что в нем полупроводниковая мембрана 1 соединена с корпусом 8 своей планарной стороной, а металлизированные площадки 6 для соединения с внешними выводами выполняют на непланарной стороне. Для соединения тензорезисторов 3, выполненных на планарной стороне мембраны, с металлизированными площадками 6 выполняют проводящие участки P-типа проводимости с планарной и непланарной стороны мембраны, а также по боковой цилиндрической поверхности мембраны, для чего выполняют сквозные прямоугольные отверстия и затем их вскрывают. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 1 9/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 10 7

ФР8, 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4655131/24-10 (22) 13.01.89 (46) 23.12.90. Бюл. ¹ 47 (72) С.А.Козин (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1294223, кл. G 01 1 9/16, 1980, (54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при разработке и изготовлении миниатюрных преобразователей давления в электрический сигнал. Преимущество преобразовате„„ Ц „„1615584 А1 ля обеспечивается тем, что в нем полупроводниковая мембрана 1 соединена с корпусом 8 своей планарной стороной, а металлизированные площадки 6 для соединения с внешними выводами выполняют на непланарной стороне. Для соединения тензорезисторов 3, выполненных на планарной стороне мембраны, с металлизированными площадками 6 выполняют проводящие участки р-типа проводимости с планарной и непланарной стороны мембраны, а также по боковой цилиндрической поверхности мембраны, для чего выполняют сквозные прямоугольные отверстия и затем их вскрывают. 2 с.п.ф-лы, 7 ил.

1615584 н

50 се

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 техноnorw 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 коммутационных участков 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-.

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 45О 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 45 С к направлению (011) и на расстоянии, рассчитанном с учетом бокового травления кремния d и обеспечения пересечения поверхности кристалла с гранью отверстия на хорде I, 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 (Rs) 4-10 Ом/о . Формируют окна в окисле под тензорезисторы, в которые также проводят диффузию бора при 9501050 С в течение 30-60 мин до получения р-слоя с 8> 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 27. Корпус из стекла методом анодной сварки при t 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 счетисключения пайки выводов в труднодоступных областях, а также повышение метрологических характеристик преобразователя

1615584 (чувствительности и точности измерений) за счет улучшения центрирования при сборке преобразователя кристалла и корпуса, имеющих одинаковые габаритные размеры.

Формула изобретения

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 соосно с 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 площадками и между собой, при этом контактные металлизированные площадки соединены проводниками с внешними выводами, отличающийся 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 íà боковой цилиндрической поверхности мембраны выполнены четыре грани, на каждой иэ которых сформированы проводящие участки р-типа проводимости, которые соединены с соответствующими проводящими участками р-типа 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 и корпуса равны.

2. Способ изготовления тензометрического преобразователя давления, включаю5 щий формирование методом травления профилированных мембран на пластине кремния и-типа проводимости, формирование на планарной стороне. мембран в поверхностном слое окисла окон, под тензореэи10 стором и проводящие участки методом фотолитографии, формирование в окнах тензорезисторов и проводящих участков р-типа проводимости методом диффузии бора, формирование методом напыления метал15 лизированных площадок, разрезание пластины на отдельные мембраны и соединение корпуса с планарной стороной мембраны, причем металлизированные площадки соединяют гибкими проводниками с внеш20 ними выводами корпуса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения изготовления, перед формированием тензорезисторов и проводящих участков в пластине на конце каждого окна под

25 проводящие участки выполняют сквозное отверстие прямоугольного сечения, одна из строн которого расположена по хорде диаметра мембраны, а длина хорды равна ширине окна под проводящий участок, затем

30 одновременно при формировании окон под проводящие участки на планарной стороне мембраны выполняют окна под проводящие участки на неплэнэрной стороне мембраны и одновременно при формировании подво35 дящих участков на плэнарной стороне формируют проводящие участки р-типа проводимости на неплэнэрной стороне мембрэ:tbl и нэ стенках прямоугольных о1верстий, flo сле чего формирование металлизированных

40 площадок производят на проводящих участках непланэрной стороны мембраны, а разрезание плэ"тины нэ отдельные мембраны производят с вскрытием сквозных отверстий в местах пересечения хорды с диамет45 ром мембраны, 1615584

Составитель О.Слюсарев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Пилипенко

Редактор Е.Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3981 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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