RU212797U1 - Датчик абсолютного давления с повышенной стабильностью - Google Patents
Датчик абсолютного давления с повышенной стабильностью Download PDFInfo
- Publication number
- RU212797U1 RU212797U1 RU2022109016U RU2022109016U RU212797U1 RU 212797 U1 RU212797 U1 RU 212797U1 RU 2022109016 U RU2022109016 U RU 2022109016U RU 2022109016 U RU2022109016 U RU 2022109016U RU 212797 U1 RU212797 U1 RU 212797U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- absolute pressure
- base
- pressure sensor
- housing
- pressure transducer
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims abstract description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 71
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 13
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 9
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 claims description 6
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и автоматики, представляет собой датчик абсолютного давления и может быть использована в малогабаритных преобразователях абсолютного давления в электрический сигнал. Датчик абсолютного давления содержит чувствительный элемент абсолютного давления, состоящий из кремниевого интегрального преобразователя давления, где по планарной технологии на лицевой стороне сформирована структура с электрической схемой в виде резистивного моста; на обратной стороне сформирована структура мембраны, состоящей из утолщенной части, утоненной части и трех жестких центров, где области между ними создают разные по знаку механические напряжения, изменяющие номиналы тензорезисторов при подаче давления на мембрану; кремниевого основания с верхней и нижней частью в виде прямоугольных правильных параллелепипедов, где длина ребра горизонтальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части основания и размеры горизонтальных граней верхней части основания равны размерам интегрального преобразователя давления. Герметичное соединение оборотной части интегрального преобразователя давления и основания слоем легкоплавкого стеклом между элементами образует вакуумную полость, позволяющую в дальнейшем измерять абсолютное давление при подаче потока рабочей среды на лицевую часть интегрального преобразователя давления. Благодаря малой площади соединения нижней части основания с корпусом датчика абсолютного давления и одного соединения в чувствительном элементе абсолютного давления с помощью слоя легкоплавкого стекла происходит сокращение погрешности по стабильности выходного сигнала интегрального преобразователя давления, связанного с временной релаксацией остаточных механических напряжений в сборочной конструкции. 5 ил.
Description
Полезная модель относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использовано в малогабаритных датчиках абсолютного давления в электрический сигнал.
Известен датчик давления с нормализованным или цифровым выходом, содержащий корпус и установленные в нем: чувствительный элемент давления (ЧЭД) с интегральным преобразователем давления (ИПД) и контактными площадками, кристалл интегральной микросхемы (ИС) преобразователя сигнала ИПД, защитную крышку, выходные контакты, средства электрических соединений ЧЭД, ИС и выходных контактов и по меньшей мере один канал, выполненный в корпусе, для подвода давления среды, при этом ЧЭД снабжен контактными площадками на защитной крышке за пределами соединения ИС и крышки, а крышка выполнена из кремния встроенной по технологии производства ИС и размещена на ИПД, кристалл ИС размещен на встроенной защитной крышке, все механические соединения ЧЭД и встроенной защитной крышки выполнены низкотемпературной пайкой стеклом, а ИС и ЧЭД - клеем-герметиком, по контурам механических соединений интегральных деталей ЧЭД выполнены защитные канавки, а электрические соединения - методами микроэлектронных технологий. Патент РФ на изобретение № 2564378, МПК G01L 9/04, 27.09.2015. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является низкая стабильность выходного сигнала датчика абсолютного давления.
Поскольку основание чувствительного элемента абсолютного давления имеет неэффективную конструкцию для снятия остаточных механических напряжений от корпуса датчика абсолютного давления.
Полезная модель устраняет недостатки прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления.
Технический результат достигается тем, что датчик абсолютного давления с повышенной стабильностью содержит корпус и установленные в нем: чувствительный элемент абсолютного давления с интегральным преобразователем давления и контактными площадками, средства электрических соединений чувствительного элемента абсолютного давления и один канал, выполненный в корпусе, для подвода давления среды, механическое соединение интегрального преобразователя давления и основания выполнено слоем легкоплавкого стекла и чувствительного элемента абсолютного давления с корпусом выполнено клеем-герметиком, электрические соединения чувствительного элемента абсолютного давления выполнены методами микроэлектронных технологий, имеется вакуумированная полость для чувствительного элемента абсолютного давления и антикоррозионная защита выполнена в виде коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия поверхности полости корпуса, датчик абсолютного давления в корпусе с выводами содержит штуцер для подачи номинального давления со стороны лицевой части интегрального преобразователя давления, расположенным между первым и седьмым выводом корпуса по периметру корпуса, содержит чувствительный элемент абсолютного давления, соединенный алюминиевыми контактными площадками с выводами корпуса алюминиевой проволокой в следующей последовательности соединения: третья алюминиевая контактная площадка первой алюминиевой проволокой со вторым выводом, четвертая алюминиевая контактная площадка второй алюминиевой проволокой с третьим выводом, пятая алюминиевая контактная площадка третьей алюминиевой проволокой со четвертым выводом, шестая алюминиевая контактная площадка четвертой алюминиевой проволокой с пятым выводом и седьмая алюминиевая контактная площадка пятой алюминиевой проволокой с шестым выводом; чувствительный элемент абсолютного давления содержит интегральный преобразователь давления, состоящий из кремния n-типа проводимости и на лицевой стороне которого сформированы тензорезисторы p-типа проводимости, средства электрических соединений и алюминиевые контактные площадки, объединенные в мостовую схему, и на оборотной стороне которого сформирована травлением механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной с утолщенной частью, утоненной частью, где толщина утоненной части мембраны составляет от 10 мкм до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя давления, и с тремя жесткими центрами кремниевой мембраны, места соединения которых являются местами концентрации механических напряжений; основание чувствительного элемента абсолютного давления выполнено из единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса, содержащего верхнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части основания и размеры горизонтальных граней верхней части основания равны размерам интегрального преобразователя давления; где интегральный преобразователь давления и основание чувствительного элемента абсолютного давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла в областях контакта соединения, где образована вакуумированная полость между оборотной механической стороной интегрального преобразователя давления и основанием чувствительного элемента абсолютного давления для дальнейшего измерения абсолютного давления.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-5.
На фиг. 1 представлен вид сбоку сборки датчика абсолютного давления.
На фиг. 2 представлен вид сверху сборки датчика абсолютного давления.
На фиг. 3 представлен вид сбоку интегрального преобразователя давления.
На фиг. 4 представлен вид снизу основания чувствительного элемента абсолютного давления.
На фиг. 5 представлен график зависимости по экспериментальным данным для изменения погрешности по стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления от времени.
Цифрами на чертежах обозначены:
1 - корпус датчика абсолютного давления;
2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 - выводы корпуса датчика абсолютного давления;
3 - чувствительный элемент абсолютного давления;
4 - клей-герметик;
5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 - алюминиевые контактные площадки;
6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 - алюминиевая проволока;
7 - интегральный преобразователь давления чувствительного элемента абсолютного давления из кремния n-типа проводимости;
8 - основание чувствительного элемента абсолютного давления;
9 - лицевая сторона интегрального преобразователя давления;
10 - оборотная механическая сторона интегрального преобразователя давления в виде квадратной кремниевой мембраны;
11 - тензорезисторы интегрального преобразователя давления p-типа проводимости;
12 - средства электрических соединений интегрального преобразователя давления;
13 - утоненная часть квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления;
14 - утолщенная часть квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления;
15.1, 15.2, 15.3 - жесткие центры квадратной кремниевой мембраны;
16 - слой легкоплавкого стекла;
17 - штуцер в корпусе датчика абсолютного давления;
18 - коррозионностойкое кремнийорганическое защитное покрытие;
19 - вакуумированная полость;
20.1, 20.2 - верхняя и нижняя часть основания чувствительного элемента абсолютного давления.
Устройство содержит корпус 1 и установленные в нем: чувствительный элемент 3 абсолютного давления с кристаллом интегрального преобразователя 7 давления и контактными площадками 5, средства 12 электрических соединений чувствительного элемента 3 абсолютного давления и один канал, выполненный в корпусе 1, для подвода давления среды, механическое соединение интегрального преобразователя 7 давления и основания 8 выполнено слоем легкоплавкого стекла 16 и чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 выполнено клеем-герметиком 4, электрические соединения чувствительного элемента 3 абсолютного давления выполнены методами микроэлектронных технологий, имеется вакуумированная полость 19 для чувствительного элемента 3 абсолютного давления и антикоррозионная защита выполнена в виде коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия 18 поверхности полости корпуса 1, датчик абсолютного давления в корпусе 1 с выводами 2 содержит штуцер 17 для подачи номинального давления со стороны лицевой части 9 интегрального преобразователя 7 давления, расположенным между первым 2.1 и седьмым 2.7 выводом корпуса 1 по периметру корпуса 1, содержит чувствительный элемент 3 абсолютного давления, соединенный алюминиевыми контактными площадками 5 с выводами 2 корпуса алюминиевой проволокой 6 в следующей последовательности соединения: третья алюминиевая контактная площадка 5.3 первой алюминиевой проволокой 6.1 со вторым выводом 2.2, четвертая алюминиевая контактная площадка 5.4 второй алюминиевой проволокой 6.2 с третьим выводом 2.3, пятая алюминиевая контактная площадка 5.5 третьей алюминиевой проволокой 6.3 с четвертым выводом 2.4, шестая алюминиевая контактная площадка 5.6 четвертой алюминиевой проволокой 6.4 с пятым выводом 2.5 и седьмая алюминиевая контактная площадка 5.7 пятой алюминиевой проволокой 6.5 с шестым выводом 2.6; чувствительный элемент 3 абсолютного давления содержит интегральный преобразователь 7 давления, состоящий из кремния n-типа проводимости и на лицевой стороне 9 которого сформированы тензорезисторы 11 p-типа проводимости, средства электрических соединений 12 и алюминиевые контактные площадки 5, объединенные в мостовую схему, и на оборотной стороне 10 которого сформирована травлением механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной с утолщенной частью 14, утоненной частью 13, где толщина утоненной части 13 мембраны составляет от 10 мкм до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 7 давления, и с тремя жесткими центрами 15 кремниевой мембраны, места соединения которых являются местами концентрации механических напряжений; основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления выполнено из единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса 1, содержащего верхнюю часть 20.1 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8 и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания 8 и размеры горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 равны размерам интегрального преобразователя 7 давления; где интегральный преобразователь 7 давления и основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла 16 в областях контакта соединения, где образована вакуумированная полость 19 между оборотной механической стороной 10 интегрального преобразователя давления и основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления для дальнейшего измерения абсолютного давления.
Датчик абсолютного давления с повышенной стабильностью содержит корпус 1 датчика абсолютного давления, имеющий круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху, с семью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления, имеющими круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху, расположенными по периметру корпуса 1 датчика абсолютного давления и высота выводов 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 при рассмотрении вида сбоку не регламентирована, но является не больше высоты внутренней части корпуса 1 датчика абсолютного давления, а также взаимное расположение которых также может быть любым и, в частности симметричным; штуцер 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления для подачи номинального давления на чувствительный элемент 3 абсолютного давления с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления, расположенным по периметру корпуса 1 датчика абсолютного давления совместно с семью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления между и первым 2.1 и седьмым 2.7 выводами корпуса 1 датчика абсолютного давления и имеющего круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху. В корпусе 1 датчика абсолютного давления расположен чувствительный элемент 3 абсолютного давления, соединенный с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4 и алюминиевыми контактными площадками 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 с выводами 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, например, в следующей последовательности соединения: третья алюминиевая контактная площадка 5.3 первой алюминиевой проволокой 6.1 со вторым выводом 2.2, четвертая алюминиевая контактная площадка 5.4 второй алюминиевой проволокой 6.2 с третьим выводом 2.3, пятая алюминиевая контактная площадка 5.5 третьей алюминиевой проволокой 6.3 с четвертым выводом 2.4, шестая алюминиевая контактная площадка 5.6 четвертой алюминиевой проволокой 6.4 с пятым выводом 2.5 и седьмая алюминиевая контактная площадка 5.7 пятой алюминиевой проволокой 6.5 с шестым выводом 2.6; состоящий из интегрального преобразователя 7 давления квадратной формы любых размеров в пределах габаритных размеров корпуса 1 датчика абсолютного давления (вид сверху), и основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления из единого материала из кремния, содержащего верхнюю часть 20.1 основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания и размеры горизонтальных граней верхней части 20.1 основания равны размерам интегрального преобразователя 7 давления (вид сверху). Конструкция корпуса 1 датчика абсолютного давления со всеми составляющими представлена на фиг. 1 и 2.
Интегральный преобразователь 7 давления, представленный на фиг. 2 и 3, состоит из кремния n-типа проводимости и содержит лицевую сторону 9, на которой сформирована по планарной технологии электрическая мостовая схема и оборотную механическую сторону 10 в виде квадратной кремниевой мембраны, способной деформироваться при подаче давления. Лицевая сторона 9 содержит совокупность электрически связанных компонентов, состоящих из тензорезисторов 11 p-типа проводимости, средств 12 электрических соединений и алюминиевых контактных площадок 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, изготовленных в едином технологическом процессе на единой полупроводниковой подложке, при этом тензорезисторы 11 являются плечами мостовой измерительной схемы, где, например, первое плечо расположено между пятой 5.5 и шестой 5.6 алюминиевыми металлизированными контактными площадками, второе плечо расположено между шестой 5.6 и седьмой 5.7 алюминиевыми металлизированными контактными площадками, третье плечо расположено между четвертой 5.4 и третьей 5.3 алюминиевыми металлизированными контактными площадками и четвертое плечо расположено между третьей 5.3 и седьмой 5.7 алюминиевыми металлизированными контактными площадками. Первое плечо соединяется со вторым плечом средствами 12 электрических соединений, проходящих через шестую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.6, второе плечо соединяется с третьим плечом средствами 12 электрических соединений, проходящих через седьмую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.7, третье плечо соединяется с четвертым плечом средствами 12 электрических соединений, проходящих через третью алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.3, первое плечо и третье плечо не соединяются в корпусе 1 датчика абсолютного давления и разъединены на пятую 5.5 и четвертую 5.4 алюминиевые металлизированные контактные площадки, соответственно.
В пределах подачи номинального давления с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя давления происходит деформация квадратной кремниевой мембраны в пределах геометрии вакуумированной полости 19 и, как следствие, меняется сопротивление тензорезисторов 11, расположенных на лицевой стороне 9 интегрального преобразователя 7 давления, приводящее к изменению электрического сигнала, снимаемого с алюминиевых контактных площадок 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 интегрального преобразователя 7 давления. Квадратная кремниевая мембрана на оборотной стороне 10 интегрального преобразователя 7 давления имеет утоненную часть 13, утолщенную часть 14 и три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3. Оборотная сторона 10 интегрального преобразователя 7 давления в виде квадратной кремниевой мембраны создается анизотропным травлением. Три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны могут иметь как квадратное, так и другое сечение, любых геометрических размеров в зависимости от требований к элементу. Исходя из экспериментальных результатов, толщина утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны в зависимости от номинального преобразуемого давления может варьироваться от 10 мкм до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 7 давления. Чем выше номинальное преобразуемое давление, тем должна быть толще утоненная часть 13 квадратной кремниевой мембраны. Изготовление утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны толщиной менее 10 мкм приводит к ее разрушению, а при изготовлении очень толстой утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны существенно падает чувствительность интегрального преобразователя 7 давления. Три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3 и утолщенная часть 14 квадратной кремниевой мембраны, грани пересечения трех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 и утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны с утоненной частью 13 квадратной кремниевой мембраны, расположенные параллельно, образуют области механических напряжений. В областях механических напряжений с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления расположены тензорезисторы 11.
Интегральный преобразователь 7 давления и основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, высота которого при рассмотрении вида сбоку не регламентирована, но является не больше высоты внутренней части корпуса 1 датчика абсолютного давления, изготовлены из единого материала, в качестве которого используется кремний, и жестко связаны между собой в местах контакта соединения в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления слоем легкоплавкого стекла 16 при помощи технологии пайки элементов в вакууме. Герметичное соединение слоем легкоплавкого стекла 16 оборотной стороны 10 интегрального преобразователя 7 давления и основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления сохраняет состояние вакуума в вакуумированной полости 19 между элементами чувствительного элемента 3 абсолютного давления, что позволяет измерять абсолютное давление, то есть давление, подаваемое потоком рабочей среды на лицевую сторону 9 интегрального преобразователя 7 давления относительно вакуума. Свободный ход квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя 7 давления до основания 8 чувствительного элемента абсолютного давления при подаче номинального преобразуемого давления достигается за счет толщины слоя легкоплавкого стекла 16. Форма и размеры вакуумированной полости 19 могут быть любыми и, в частности, они ограничены объемом между оборотной стороной 10 интегрального преобразователя 7 давления, основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления и слоем легкоплавкого стекла 16.
Поверхность интегрального преобразователя 7 давления, входящего в состав поверхности полости корпуса, защищается с помощью коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия 18 от воздействия коррозии.
Основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления из единого материала кремния, где вид сверху представлен на фиг. 4, как и интегральный преобразователь 7 давления, имеет актуальное применение в составе чувствительного элемента 3 абсолютного давления для снятия остаточных механических напряжений от корпуса 1 датчика абсолютного давления из-за их релаксации во времени, которые являются одной из главных причин высокой погрешности стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления. В отличии от чувствительного элемента 3 абсолютного давления, содержащего интегральный преобразователь 7 давления, где механическая развязка от корпуса 1 датчика абсолютного давления до интегрального преобразователя 7 давления происходит с помощью основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления с большей площадью соединения с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4 и прокладки чувствительного элемента 3 абсолютного давления, а также двумя соединениями слоями легкоплавкого стекла 16 последовательно между основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления и прокладкой чувствительного элемента 3 абсолютного давления в области контакта соединения и между прокладкой чувствительного элемента 3 абсолютного давления и интегральным преобразователем 7 давления чувствительного элемента 3 абсолютного давления в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления, а также существует дополнительная механическая развязка между интегральным преобразователем 7 давления и защитной крышкой чувствительного элемента 3 абсолютного давления, соединенных слоем легкоплавкого стекла 16 на лицевой стороне 9 интегрального преобразователя 7 давления для создания вакуумированной полости 19; предлагаемый вид чувствительного элемента 3 абсолютного давления благодаря меньшей площади горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, представленного на фиг. 5, в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания; верхняя часть 20.1 основания и нижняя часть 20.1 основания расположены соосно друг другу; вертикальные грани верхней части 20.1 основания, вертикальные грани нижней части 20.2 основания и грани паза в корпусе 1 датчика абсолютного давления попарно параллельны друг другу; основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления нигде не соприкасается с корпусом 1 датчика абсолютного давления кроме соединения нижней части 20.2 основания с корпусом 1 датчика абсолютного давления с помощью клея-герметика 4 и область между основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления и корпусом 1 датчика абсолютного давления может быть любой формы и размеров; основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет меньшую площадь соединения нижней части 20.2 основания с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4 и одним соединением в местах контакта соединения в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления слоем легкоплавкого стекла 16 с верхней частью 20.1 основания для создания вакуумированной полости 19 имеет меньшее влияние остаточных механических напряжений из-за их релаксации во времени, оказывающих влияние на интегральный преобразователь 7 давления.
Устройство работает следующим образом.
Датчик давления, содержащий в корпусе 1 датчика абсолютного давления чувствительный элемент 3 абсолютного давления способный измерять абсолютное давление, то есть давление, подаваемое потоком рабочей среды на лицевую сторону 9 интегрального преобразователя 7 давления с алюминиевыми контактными площадками 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, тензорезисторами 11 и средствами 12 электрических соединений относительно вакуума.
При подаче номинального давления потоком рабочей среды на чувствительный элемент 3 абсолютного давления, размещенного в корпусе 1 датчика абсолютного давления с семью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления и соединенного с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4 и алюминиевыми контактными площадками 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 с выводами 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 и имеющего вакуумированную полость 19 между интегральным преобразователем 7 давления и основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, жестко связанные слоем легкоплавкого стекла 16 в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления, с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления через штуцер 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления для подвода давления, происходит перемещение утоненной части 13 и трёх жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны в вакуумированной полости 19 чувствительного элемента давления 3, где толщина слоя легкоплавкого стекла 16 между оборотной стороной 10 интегрального преобразователя 7 давления и основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления позволяет иметь свободный ход мембраны, приводящие к изменению сопротивления тензорезисторов 11 p-типа проводимости, объединенных в мостовую схему средствами 12 электрических соединений и алюминиевыми контактными площадками 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 интегрального преобразователя 7 давления, сформированных на лицевой стороне 9 интегрального преобразователя 7 давления. Подача напряжения питания и снятие выходного сигнала с чувствительного элемента давления происходит через алюминиевые контактные площадки 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, соединенные с выводами 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5.
При измерении погрешности по стабильности датчика абсолютного давления геометрия сборочной конструкции чувствительного элемента 3 абсолютного давления с использованием основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления из единого материала из кремния, содержащего верхнюю часть 20.1 основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания и размеры горизонтальных граней верхней части 20.1 основания равны размерам интегрального преобразователя 7 давления, достигается возможность сокращения остаточных механических напряжений от корпуса 1 датчика абсолютного давления из-за их релаксации во времени, являющихся одной из главных причин роста погрешности по стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления. Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания менее чем в 2 раза меньше относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания, то эффект распределения остаточных механический напряжений будет незначительным. Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания более чем в 5 раз больше относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания, то чувствительный элемент 3 абсолютного давления не соединится методами микроэлектронных технологий с корпусом 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 в связи с недостаточной жесткостью связи клеем-герметиком 4 основания 8 чувствительный элемент 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления. Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания более чем в 5 раз больше относительно длины ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания, то эффект распределения остаточных механический напряжений будет незначительным. Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания менее чем в 2 раза меньше относительно длины ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания, то чувствительный элемент 3 абсолютного давления не соединится методами микроэлектронных технологий с корпусом 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 в связи с недостаточной жесткостью связи клеем-герметиком 4 основания 8 чувствительный элемент 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления. Стабильность выходного сигнала датчика абсолютного давления повышается за счет меньшей площади соединения нижней части 20.2 основания с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4 и одним соединением в местах контакта соединения в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления слоем легкоплавкого стекла 16 с верхней частью 20.1 основания для создания вакуумированной полости 19, которые оказывают влияние на интегральный преобразователь 7 давления.
Для минимизации влияния от воздействий коррозии, вызывающих увеличение погрешности по стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления поверхность интегрального преобразователя 7 давления, входящего в состав поверхности полости корпуса, защищается с помощью коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия 18.
Таким образом, достигается указанный технический результат, а повышение стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления, связанной с наличием остаточных механических напряжений от соединения одним слоем 16 легкоплавкого стекла внутри чувствительного элемента абсолютного давления и предложенным видом соединения чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления.
Claims (1)
- Датчик абсолютного давления с повышенной стабильностью, содержащий корпус и установленные в нем: чувствительный элемент абсолютного давления с интегральным преобразователем давления и контактными площадками, средства электрических соединений чувствительного элемента абсолютного давления и один канал, выполненный в корпусе, для подвода давления среды, механическое соединение интегрального преобразователя давления и основания выполнено слоем легкоплавкого стекла и чувствительного элемента абсолютного давления с корпусом выполнено клеем-герметиком, электрические соединения чувствительного элемента абсолютного давления выполнены методами микроэлектронных технологий, имеется вакуумированная полость для чувствительного элемента абсолютного давления и антикоррозионная защита выполнена в виде коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия поверхности полости корпуса, отличающийся тем, что датчик абсолютного давления в корпусе с выводами содержит штуцер для подачи номинального давления со стороны лицевой части интегрального преобразователя давления, расположенного между первым и седьмым выводом корпуса по периметру корпуса, содержит чувствительный элемент абсолютного давления, соединенный алюминиевыми контактными площадками с выводами корпуса алюминиевой проволокой в следующей последовательности соединения: третья алюминиевая контактная площадка первой алюминиевой проволокой со вторым выводом, четвертая алюминиевая контактная площадка второй алюминиевой проволокой с третьим выводом, пятая алюминиевая контактная площадка третьей алюминиевой проволокой с четвертым выводом, шестая алюминиевая контактная площадка четвертой алюминиевой проволокой с пятым выводом и седьмая алюминиевая контактная площадка пятой алюминиевой проволокой с шестым выводом; чувствительный элемент абсолютного давления содержит интегральный преобразователь давления, состоящий из кремния n-типа проводимости, и на лицевой стороне которого сформированы тензорезисторы p-типа проводимости, средства электрических соединений и алюминиевые контактные площадки, объединенные в мостовую схему, и на оборотной стороне которого сформирована травлением механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной с утолщенной частью, утоненной частью, где толщина утоненной части мембраны составляет от 10 мкм до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя давления, и с тремя жесткими центрами кремниевой мембраны, места соединения которых являются местами концентрации механических напряжений, основание чувствительного элемента абсолютного давления выполнено из единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса, содержащего верхнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части основания и размеры горизонтальных граней верхней части основания равны размерам интегрального преобразователя давления, где интегральный преобразователь давления и основание чувствительного элемента абсолютного давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла в областях контакта соединения, где образована вакуумированная полость между оборотной механической стороной интегрального преобразователя давления и основанием чувствительного элемента абсолютного давления для дальнейшего измерения абсолютного давления.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU212797U1 true RU212797U1 (ru) | 2022-08-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU219402U1 (ru) * | 2023-05-03 | 2023-07-14 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Датчик абсолютного давления с повышенной механической прочностью |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2172477C1 (ru) * | 1999-11-22 | 2001-08-20 | Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики | Датчик давления с частотным выходом |
| JP2002214057A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-07-31 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力センサ |
| EP1555517A3 (en) * | 2004-01-16 | 2008-12-31 | Alps Electric Co., Ltd. | Capacitive pressure sensor |
| DE10152882B4 (de) * | 2000-10-27 | 2010-04-01 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Halbleiterdrucksensor mit Signalprozessorschaltkreis |
| RU2507490C1 (ru) * | 2012-10-22 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Датчик абсолютного давления повышенной точности на основе полупроводникового чувствительного элемента с жестким центром |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2172477C1 (ru) * | 1999-11-22 | 2001-08-20 | Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики | Датчик давления с частотным выходом |
| DE10152882B4 (de) * | 2000-10-27 | 2010-04-01 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Halbleiterdrucksensor mit Signalprozessorschaltkreis |
| JP2002214057A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-07-31 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力センサ |
| EP1555517A3 (en) * | 2004-01-16 | 2008-12-31 | Alps Electric Co., Ltd. | Capacitive pressure sensor |
| RU2507490C1 (ru) * | 2012-10-22 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Датчик абсолютного давления повышенной точности на основе полупроводникового чувствительного элемента с жестким центром |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU219402U1 (ru) * | 2023-05-03 | 2023-07-14 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Датчик абсолютного давления с повышенной механической прочностью |
| RU219932U1 (ru) * | 2023-05-03 | 2023-08-15 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Датчик абсолютного давления с модернизированной структурой основания для повышения стабильности |
| RU224499U1 (ru) * | 2024-01-16 | 2024-03-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Датчик абсолютного давления со стабилизирующим вакуум слоем геттера |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2189773B1 (en) | Design of wet/wet differential pressure sensor based on microelectronic packaging process | |
| US6874367B2 (en) | Pressure sensor | |
| US8171800B1 (en) | Differential pressure sensor using dual backside absolute pressure sensing | |
| US9470593B2 (en) | Media isolated pressure sensor | |
| US9846095B2 (en) | 3D stacked piezoresistive pressure sensor | |
| US8631707B2 (en) | Differential temperature and acceleration compensated pressure transducer | |
| US6272928B1 (en) | Hermetically sealed absolute and differential pressure transducer | |
| US8466523B2 (en) | Differential pressure sensor device | |
| EP2279398A2 (en) | Media isolated differential pressure sensor with cap | |
| US7882744B2 (en) | Flat planner pressure transducer | |
| JP2001255225A (ja) | 静電容量型真空センサ | |
| KR20160088111A (ko) | 복합 센서와 이를 구비하는 패키지 및 그 제조 방법 | |
| EP3515858B1 (en) | Method of manufacturing a sensor using anodic bonding | |
| US20050205950A1 (en) | Compact pressure sensor with high corrosion resistance and high accuracy | |
| RU212797U1 (ru) | Датчик абсолютного давления с повышенной стабильностью | |
| US10732057B2 (en) | Low cost overmolded leadframe force sensor with multiple mounting positions | |
| RU219402U1 (ru) | Датчик абсолютного давления с повышенной механической прочностью | |
| CN215893878U (zh) | 一种耐高温充油压力检测装置 | |
| RU219932U1 (ru) | Датчик абсолютного давления с модернизированной структурой основания для повышения стабильности | |
| CN107490337B (zh) | 应变检测器及其制造方法 | |
| CN108024731B (zh) | 压力脉搏波传感器以及生物体信息测定装置 | |
| CN113624368A (zh) | 一种耐高温充油soi压力传感器 | |
| RU224499U1 (ru) | Датчик абсолютного давления со стабилизирующим вакуум слоем геттера | |
| RU2730890C1 (ru) | Датчик давления с интегральным преобразователем температуры пониженного энергопотребления | |
| RU223684U1 (ru) | Механически сверхвысокопрочный датчик абсолютного давления |