Датчик давления

 

э +

"в1еч- wi r„-„, а,i@i ивт М

gg fj217

Союз Советскив

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

/ (22) Заявлено 271077 (21) 2S37203/18-10 (51)М. КЛ.2

G 01 L 9/04 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 070780,.Бюллетень Йо 25

Дата опубликования описания 07,07,80 (53) УДК 531 787 (o88.8) (72) Авторы изобретен и я

Л.В.Беликов, В.И.Жуков и Ю.И.Рябов (71) Заявитель (54) дЛТЧИК дЛВЛЕНИЛ

Изобретение относится к технике измерения давления газообразных и жидких веществ.

Известен датчик давления с мембран-5 ной коробкой, образованной соединенными между собой монокристаллическими кремниевыми пластинами, одна из которых имеет образующее внутреннюю полость мембранной коробки углуб- 10 ление, расположенное на наружной поверхности мембраны,тензорезисторы, полученные введением примесей с помощью диффузии, и токопроводы, соединяющие тензорезисторы с другими эле- 15 ментами электрической схемы. Токопроводы выполнены частично в виде проводников, напыленных в вакууме и частично в виде проволочек, приваренных к контактным площадкам. При этом напыленные токопроводы защищены от воздействия измеряемой среды двумя слоями диэлектрического пленочного покрытия, а мембранная коробка закреплена на корпусе консоль- 25 но с помощью стойки И .

Известен также датчик, содержащий корпус, мембранную коробку, выполненную в виде балки, которая образована соединенными между собой моно- 3Q кристаллическими, например кремниевыми пластинами и консольно закреплена в опоре, по крайней мере, по одной из граней пластин, тензореэисторы, расположенные на наружной поверхности мембраны, а также токопроводы, соединяющие тензорезисторы с другими элементами электрической схемы (21 .

Однако наличие в этом датчике проволочных токопроводов, приваренных к контактным площадкам и незащищенных диэлектрическим покрытием, обуславливает недостаточную надеж ность датчика вследствие возможности обрыва проволочек измеряемой средой, особенно при измерении давления загрязненных или полярных сред.

Целью изобретения является повышение надежности датчика.

Укаэанная цель достигается тем, что в датчике, содержащем корпус, мембранную коробку, выполненную в виде балки, которая образована соединенными между собой монокристаллическими пластинами и консольно закреплена в опоре, по крайней мере, по одной из граней образующих ее .пластин, тензорезисторы, расположенные на поверхности мембраны, а

746217 также токопроводы, соединяющие тензорезисторы с другими элементами электрической схемы и защищенные диэлектрическим покрытием, тенэорезисторы и токопроводы сформированы на внутренней поверхности крайней пластины, на наружной поверхности которой выполнено углубление для образования мембраны, а на внутрен.ней поверхности прилегающей пластины расположено углубление, образующее полость мембранной коробки. t0

Кроме того, токопроводы выведены за пределы рабочих полостей по внутренней поверхности крайней пластины.

На фиг. 1 представлен датчик, общий вид; на фиг. 2 — разрез A-A, 15

Б-Б, В-В и Д-Д на фиг. 1.

Датчик состоит иэ корпуса, включаю-. щего основание 1, перегородки 2 и 3, которые разделяют датчик на рабочие полости 4 и 5 и промежуточную полость 1О

6, и соединенный с основанием и перегородками кожух 7, мембранной коробки в виде балки, образованной монокристаллическими кремниевыми п-типа проводимости пластинами 8 и 9, которые ориентированы по кристаллографической плоскости (100),и монтажных стоек 10. На пластине 8 имеется углубление 11,образующее мембрану,а на пластине 9 — углубление 12, образующее внутреннюю полость мембранной ЗО коробки,и канал 13, соединяющий ее с рабочей полостью 5. Углубления, канал и грани пластин выполнены с помощью анизотропного травления. На внутренней поверхности мембраны вве- 35 дением примесей с помощью диффузии, ионного легирования и т.п. сформированы тензорезисторы 14, которые с помощью напыленных токопроводов 15 и проволочный токопроводов 16 со- щ единены с электровыводами 17.

Тензорезисторы и напыленные токо проводы на всем протяжении до контактных площадок защищены диэлектрическим пленочным покрытием 18, например слоем пиролитической окиси кремния и слоем пиролитического нитрида кремния (на чертеже показано только в пределах площади мембраны). За пределами площади мембраны пластины

8 и 9 соединены с помощью слоя диэлектрической массы 19, например иэ легкоплавкого стекла. Мембранная коробка закреплена в перегородках

2 и 3 с помощью изоляторов 20, а электровыводы 17 закреплены в основа- 55 нии 1 с помощью изолятора 21. Измеряемые давления Р и Р подаются в рабочие полости датчика через патрубки 22. В промежуточную полость 6 при необходимости помещаются операционные усилители или другие элементы электрической схемы датчика (на рисунке не показаны), При изменении разности давлений

Р и Р происходит деформация мембранй, которая с помощью тензорезисторов преобразуется в электрический сигнал.

Использование изобретения позволит существенно повысить надежность датчика эа счет исключения основных причин обрыва проволочных и напыленных токопроводов. Кроме того, изменение конструкции мембранной коробки позволит повысить надежность датчика практически без увеличения его стоимости, так как при изготовлении мембранной коробки сохраняется возможность использования планарной технологии.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус,мембранную коробку, выполненную в виде балки, которая образована соединенными между собой монокристаллическими пластинами и консольно закреплена в опоре, по крайней мере, по одной из граней образующих ее пластин, тензорезисторы, расположенные на поверхности мембраны, а также токопроводы, соединяющие тензорезисторы с другими элементами электрической схемы и защищенные диэлектрическим покрытием, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности датчика, тензорезисторы и токопроводы сформированы на внутреней поверхности крайней пластины, на наружной поверхности которой выполнено углубление для образования мембраны, а на внутренней поверхности прилегающей пластины расположено углубление, образующее полость мембранной коробки.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что токопроводы выведены за пределы рабочих полостей по внутренней поверхности крайней пластины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. О. EEE Transactions on Electron

Devices. October, 1969, М 10, р.872.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2372950/18-10, кл. G 01 L 9/04, 1976 (прототип), ° ) .," >,i

° > В

746217 б -б

Д-А

B-В цниипи Заказ 4096/14 Тираж 1019 Подписное

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