RU2730890C1 - Pressure sensor with integral low energy consumption temperature transmitter - Google Patents
Pressure sensor with integral low energy consumption temperature transmitter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730890C1 RU2730890C1 RU2019118335A RU2019118335A RU2730890C1 RU 2730890 C1 RU2730890 C1 RU 2730890C1 RU 2019118335 A RU2019118335 A RU 2019118335A RU 2019118335 A RU2019118335 A RU 2019118335A RU 2730890 C1 RU2730890 C1 RU 2730890C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- aluminum
- integral
- temperature
- transducer
- Prior art date
Links
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 title description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 136
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 134
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 60
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 60
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 claims 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использовано в малогабаритных датчиках давления и температуры в электрический сигнал.The invention relates to the field of measuring technology and automation and can be used in small-sized pressure and temperature sensors in an electrical signal.
Известен интегральный чувствительный элемент преобразования давления с датчиком температуры, имеющий лицевую и оборотную механическую стороны, на оборотной механической стороне чувствительного элемента сформирована травлением квадратная кремниевая мембрана, толщина мембраны составляет от 20 мкм до половины толщины чувствительного элемента, мембрана имеет утолщенную и утоненную часть и жесткий центр, места соединения которых являются местами концентрации напряжений, на лицевой стороне сформированы четыре параллельных друг другу тензорезистора р-типа проводимости, при этом тензорезисторы располагаются в местах концентрации механических напряжений, тензорезисторы объединены токоведущими областями р+-типа проводимости и алюминиевыми металлизированными дорожками с алюминиевыми металлизированными контактными площадками в мостовую схему, при этом тензорезисторы являются плечами мостовой измерительной схемы, первое плечо соединяется с третьим плечом токоведущей областью р+-типа проводимости, второе плечо соединяется с четвертым плечом токоведущей областью р+-типа проводимости, первое плечо соединяется со вторым плечом последовательно токоведущей областью р+-типа проводимости первого плеча, алюминиевой металлизированной дорожкой и токоведущей областью р+-типа проводимости второго плеча, третье плечо соединяется с четвертым плечом последовательно токоведущей областью р+-типа проводимости третьего плеча, алюминиевой металлизированной дорожкой и токоведущей областью р+-типа проводимости четвертого плеча, сформированный на кристалле, имеющем эпитаксиальный слой, выполненный из кремния n-типа проводимости, и подложку, выполненную из кремния р+-типа проводимости, и дополнительно содержит температурный датчик, выполненный непосредственно в утолщенной части мембраны чувствительного элемента, при этом в утолщенной части мембраны сформированы три последовательно соединенных алюминиевыми металлизированными дорожками изолированных диода, созданных по планарной технологии в виде р-n перехода структурой «коллектор-база», где область «коллектора» диода сформирована из кремния n+-типа проводимости, область «базы» диода сформирована из кремния р-типа проводимости, к каждой области в отдельности подведены алюминиевые металлизированные дорожки с алюминиевыми металлизированными контактными площадками, диоды изолированы друг от друга разделительными областями, сформированными из кремния. р+-типа проводимости в эпитаксиальной области, где на разделительную область подается наименьший потенциал - «земля». Патент РФ на полезную модель №167464, МПК G01L 9/04, 10.01.2017) Данное техническое решение принято в качестве прототипа.Known is an integral pressure conversion sensing element with a temperature sensor, which has a front and a reverse mechanical side, a square silicon membrane is formed by etching on the reverse mechanical side of the sensitive element, the membrane thickness is from 20 microns to half the thickness of the sensitive element, the membrane has a thickened and thinned part and a rigid center , the junction points of which are the places of stress concentration, on the front side there are four p-type strain gages parallel to each other, while the strain gages are located in the places of mechanical stress concentration, the strain gages are united by current-carrying areas of the p + -type conductivity and aluminum metallized tracks with aluminum metallized contact sites in the bridge circuit, while the strain gauges are the arms of the bridge measuring circuit, the first arm is connected to the third arm by the current-carrying region of the p + -type conductivity and, the second arm is connected to the fourth arm by the current-carrying area of the p + -type of conductivity, the first arm is connected to the second arm by the sequentially current-carrying area of the p + -type of conductivity of the first arm, an aluminum metallized track and the current-carrying area of the p + -type of conductivity of the second arm, the third arm is connected with the fourth arm in series with the current-carrying region of the p + -type of conductivity of the third arm, an aluminum metallized track and the current-carrying region of the p + -type of conductivity of the fourth arm, formed on a crystal having an epitaxial layer made of n-type silicon and a substrate made of silicon p + -type of conductivity, and additionally contains a temperature sensor made directly in the thickened part of the membrane of the sensing element, while in the thickened part of the membrane there are three isolated diodes connected in series with aluminum metallized tracks, created by planar technology in the form of a pn junction with a "collector-base" structure, where the "collector" region of the diode is formed of n + -type silicon, the "base" region of the diode is formed of p-type silicon, aluminum metallized tracks are connected to each area separately with aluminum plated contact pads, the diodes are isolated from each other by separating regions formed of silicon. p + -type of conductivity in the epitaxial region, where the smallest potential - "ground" is applied to the separating region. RF patent for utility model No. 167464, IPC
Недостатком прототипа является высокое энергопотребление интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки, поскольку диоды, основанные на структуре p-n-перехода, имеют завышенные значения падения напряжения при прямом смещении.The disadvantage of the prototype is the high power consumption of an integral temperature transducer in the form of a Schottky diode, since diodes based on the p-n-junction structure have overestimated values of the voltage drop during forward bias.
Изобретение устраняет недостатки прототипа.The invention eliminates the disadvantages of the prototype.
Техническим результатом изобретения является снижение энергопотребления интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки.The technical result of the invention is to reduce the power consumption of an integral temperature transducer in the form of a Schottky diode.
Интегральный преобразователь температуры в виде диода Шоттки содержится в составе единой сборки в виде отдельного кристалла совместно с чувствительным элементом давления в корпусе датчика давления, что позволяет производить измерение температуры непосредственно в малогабаритном корпусе датчика давления, а также использовать для интегрального преобразователя давления любую требуемую рабочую кремниевую структуру вне зависимости от требований структуры для интегрального преобразователя температуры.An integral temperature transducer in the form of a Schottky diode is contained in a single assembly in the form of a separate crystal together with a pressure sensing element in the pressure sensor housing, which makes it possible to measure temperature directly in a small-sized pressure sensor housing, as well as to use any required working silicon structure for an integral pressure transducer regardless of the structure requirements for an integrated temperature transmitter.
Технический результат достигается тем, что датчик давления с интегральным преобразователем температуры пониженногоThe technical result is achieved by the fact that a pressure sensor with an integrated temperature transducer of reduced
энергопотребления содержит интегральный чувствительный элемент преобразователя давления, имеющий лицевую и оборотную механическую стороны, на оборотной механической стороне чувствительного элемента сформирована травлением квадратная кремниевая мембрана, толщина утоненной части мембраны составляет от 20 мкм до половины толщины чувствительного элемента, мембрана имеет утолщенную и утоненную часть и жесткий центр, места соединения которых являются местами концентрации напряжений, на лицевой стороне сформированы четыре параллельных друг другу тензорезистора р-типа проводимости, при этом тензорезисторы располагаются в местах концентрации механических напряжений, тензорезисторы объединены токоведущими областями р+-типа проводимости и алюминиевыми металлизированными дорожками с алюминиевыми металлизированными контактными площадками в мостовую схему, и содержит температурный датчик, датчик давления в корпусе с выводами, штуцером для подачи номинального давления со стороны оборотной части интегрального преобразователя давления, где штуцер расположен соосно относительно чувствительного элемента давления, и верхним отверстием в корпусе для подачи номинального давления со стороны лицевой части интегрального преобразователя давления, где верхнее отверстие расположено соосно относительно чувствительного элемента давления, датчик давления содержит чувствительный элемент давления, соединенный с. корпусом высокотемпературным клеем и алюминиевыми контактными площадками с выводами корпуса алюминиевой проволокой в следующей последовательности соединения: первая алюминиевая контактная площадка первой алюминиевой проволокой с первым выводом, вторая алюминиевая контактная площадка второй алюминиевой проволокой с первым выводом, третья алюминиевая контактная площадка третьей алюминиевой проволокой со вторым выводом, четвертая алюминиевая контактная площадка четвертой алюминиевой проволокой с третьим выводом, пятая алюминиевая контактная площадка пятой алюминиевой проволокой с четвертым выводом, шестая алюминиевая контактная площадка шестой алюминиевой проволокой с пятым выводом, седьмая алюминиевая контактная площадка седьмой алюминиевой проволокой с шестым выводом и восьмая алюминиевая контактная площадка восьмой алюминиевой проволокой с шестым выводом; датчик давления содержит интегральный преобразователь давления, состоящий из кремния n-типа проводимости и на лицевой стороне которого сформированы тензорезисторы р-типа проводимости, средства электрических соединений и алюминиевые контактные площадки, объединенные в мостовую схему, и на оборотной стороне которого сформирована механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной с утолщенной частью, утоненной частью и с тремя жесткими центрами кремниевой мембраны; прокладку чувствительного элемента давления, жестко связанную с утолщенной частью кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления и с выполненной в нем полостью и сквозным отверстием для подвода давления измеряемой среды к утоненной части кремниевой мембраны; основание, имеющее отверстие для подвода давления измеряемой среды к утоненной части квадратной кремниевой мембраны; где все элементы чувствительного элемента давления сформированы из кремния и соединены слоями легкоплавкого стекла в вакууме последовательно между основанием, прокладкой и интегральным преобразователем давления в областях контакта соединения и расположены соосно; температурный датчик, выполненный в виде интегрального преобразователя температуры пониженногоenergy consumption contains an integral sensitive element of a pressure transducer having front and back mechanical sides, on the back mechanical side of the sensitive element a square silicon membrane is formed by etching, the thickness of the thinned part of the membrane is from 20 microns to half the thickness of the sensitive element, the membrane has a thickened and thinned part and a hard center , the junction points of which are the places of stress concentration, on the front side there are four p-type strain gages parallel to each other, while the strain gages are located in the places of mechanical stress concentration, the strain gages are united by current-carrying areas of the p + -type conductivity and aluminum metallized tracks with aluminum metallized contact pads into the bridge circuit, and contains a temperature sensor, a pressure sensor in a housing with leads, a fitting for supplying the nominal pressure from the reverse part of the int of the integral pressure transducer, where the nozzle is located coaxially with respect to the pressure sensing element, and the upper opening in the housing for supplying the nominal pressure from the side of the integral pressure transducer, where the upper opening is located coaxially with respect to the pressure sensing element, the pressure sensor contains a pressure sensing element connected to. casing with high-temperature glue and aluminum contact pads with casing leads with aluminum wire in the following sequence of connection: the first aluminum contact pad with the first aluminum wire with the first lead, the second aluminum contact pad with the second aluminum wire with the first lead, the third aluminum contact pad with the third aluminum wire with the second lead, the fourth aluminum pad with the fourth aluminum wire with the third pin, the fifth aluminum pad with the fifth aluminum wire with the fourth pin, the sixth aluminum pad with the sixth aluminum wire with the fifth pin, the seventh aluminum pad with the seventh aluminum wire with the eighth pin and the eighth aluminum pad wire with a sixth lead; the pressure sensor contains an integral pressure transducer, consisting of n-type silicon and on the front side of which p-type strain gages are formed, electrical connection means and aluminum contact pads combined into a bridge circuit, and on the back side of which a mechanical part with a thin flexible a symmetrically made square silicon membrane with a thickened part, a thinned part and three rigid centers of the silicon membrane; a pressure sensing element gasket, rigidly connected to the thickened part of the silicon membrane of the integrated pressure transducer and with a cavity and a through hole made therein for supplying the pressure of the measured medium to the thinned part of the silicon membrane; a base having an opening for supplying the pressure of the measured medium to the thinned part of the square silicon membrane; where all the elements of the pressure sensing element are formed of silicon and connected by layers of low-melting glass in a vacuum in series between the base, the gasket and the integral pressure transducer in the contact areas of the connection and are arranged coaxially; temperature sensor, made in the form of an integrated temperature transducer of reduced
энергопотребления в виде диода Шоттки, созданного отдельным кристаллом, имеющем эпитаксиальный слой, выполненный из кремния n-типа проводимости и покрытый диэлектрическим слоем оксида кремния, и подложку, выполненную из кремния n+-типа проводимости, с двумя алюминиевыми контактными площадками на лицевой стороне для катода со сформированной областью n+-типа проводимости для омического контакта с подложкой n+-типа проводимости и анода диода с структурой охранного кольца р+-типа проводимости, расположенного по периметру области анода, где алюминиевая контактная площадка катода диода Шоттки соединена с алюминиевой контактной площадкой с потенциалом «земля» интегрального преобразователя давления алюминиевыми проволоками на выводе корпуса датчика давления; интегральный преобразователь температуры соединен оборотной стороной с корпусом высокотемпературным клеем и на лицевой стороне девятой алюминиевой контактной площадкой девятой алюминиевой проволокой с четвертым вызодом и десятой алюминиевой контактной площадкой десятой алюминиевой проволокой с седьмым выводом.power consumption in the form of a Schottky diode, created by a separate crystal having an epitaxial layer made of n-type silicon and covered with a dielectric layer of silicon oxide, and a substrate made of n + -type silicon, with two aluminum contact pads on the face for the cathode with a formed region of n + -type of conductivity for ohmic contact with the substrate of n + -type of conductivity and anode of a diode with the structure of a guard ring of p + -type of conductivity, located along the perimeter of the anode region, where the aluminum contact pad of the cathode of the Schottky diode is connected to an aluminum contact pad with potential "ground" of the integral pressure transducer with aluminum wires at the output of the pressure sensor housing; the integral temperature transducer is connected with the back side to the housing with high-temperature glue and on the front side with the ninth aluminum contact pad with the ninth aluminum wire with the fourth pin and the tenth aluminum contact pad with the tenth aluminum wire with the seventh pin.
Сущность изобретения поясняется чертежами фиг. 1-9.The essence of the invention is illustrated by the drawings of FIG. 1-9.
На фиг. 1 представлен вид сбоку сборки датчика давления с интегральным преобразователем температуры в корпусе.FIG. 1 is a side view of a pressure sensor assembly with an integral temperature transmitter in a housing.
На фиг. 2 представлен вид сверху сборки датчика давления с интегральным преобразователем температуры в корпусе.FIG. 2 is a top view of a pressure sensor assembly with an integral temperature transducer in a housing.
На фиг. 3 представлен вид сбоку интегрального преобразователя давления.FIG. 3 is a side view of an integral pressure transducer.
На фиг. 4 представлен вид сверху с интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки.FIG. 4 shows a top view from an integral temperature transducer in the form of a Schottky diode.
На фиг. 5 представлен вид сбоку интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки.FIG. 5 is a side view of an integral temperature transducer in the form of a Schottky diode.
На фиг. 6 представлен график зависимости тока от напряжения при прямом смещении на диоде Шоттки в диапазоне тока от 0 до 10 мА.FIG. 6 shows a graph of current versus voltage for forward bias across a Schottky diode in the current range from 0 to 10 mA.
На фиг. 7 представлен график зависимости тока от напряжения при прямом смещении на диоде Шоттки в диапазоне тока от 10 мА до 1 А.FIG. 7 shows a plot of current versus voltage for forward bias across a Schottky diode in the current range from 10 mA to 1 A.
На фиг. 8 представлен график зависимости тока от напряжения при обратном смещении на диоде Шоттки.FIG. 8 is a graph of current versus voltage with reverse bias across a Schottky diode.
На фиг. 9 представлен график зависимости напряжения от температуры при прямом смещении на диоде Шоттки для двух номиналов прямого тока 1 и 10 мА.FIG. 9 shows a plot of voltage versus temperature for forward bias across a Schottky diode for two forward current ratings of 1 and 10 mA.
Цифрами на чертежах обозначены:The numbers in the drawings indicate:
1 - корпус датчика давления;1 - pressure sensor housing;
2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 - выводы корпуса датчика давления;2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 - pressure sensor body leads;
3 - чувствительный элемент давления;3 - pressure sensitive element;
4.1, 4.2 - высокотемпературный клей;4.1, 4.2 - high temperature glue;
5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, 5.10 - алюминиевые контактные площадки;5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, 5.10 - aluminum contact pads;
6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10 - алюминиевая проволока;6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10 - aluminum wire;
7 - интегральный преобразователь давления чувствительного элемента давления из кремния n-типа проводимости;7 - integral pressure transducer of a pressure sensitive element made of n-type silicon;
8 - прокладка чувствительного элемента давления;8 - gasket of the pressure sensitive element;
9 - основание чувствительного элемента давления;9 - base of the pressure sensitive element;
10 - лицевая сторона интегрального преобразователя давления;10 - front side of the integral pressure transducer;
11 - оборотная механическая сторона интегрального преобразователя давления в виде квадратной кремниевой мембраны;11 - reverse mechanical side of an integral pressure transducer in the form of a square silicon membrane;
12 - тензорезисторы интегрального преобразователя давления р-типа проводимости;12 - strain gages of the integral p-type pressure transducer;
13 - средства электрических соединений интегрального преобразователя давления;13 - means of electrical connections of the integral pressure transducer;
14 - утоненная часть квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления;14 - a thinned part of a square silicon membrane of an integral pressure transducer;
15 - утолщенная часть квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления;15 - thickened part of the square silicon membrane of the integral pressure transducer;
16.1, 16.2, 16.3 - жесткие центры квадратной кремниевой мембраны;16.1, 16.2, 16.3 - rigid centers of a square silicon membrane;
17 - полость прокладки чувствительного элемента давления;17 - cavity of the pressure sensing element gasket;
18 - отверстие прокладки чувствительного элемента давления;18 - hole for the gasket of the pressure sensing element;
19 - отверстие основания чувствительного элемента давления;19 - hole in the base of the pressure sensing element;
20.1, 20.2 - слои легкоплавкого стекла;20.1, 20.2 - layers of low-melting glass;
21 - интегральный преобразователь температуры в виде диода Шоттки;21 - integral temperature converter in the form of a Schottky diode;
22 - оборотная сторона интегрального преобразователя температуры;22 - reverse side of the integral temperature transducer;
23 - лицевая сторона интегрального преобразователя температуры;23 - front side of the integral temperature transducer;
24 - анод интегрального преобразователя температуры;24 - anode of the integral temperature transducer;
25 - катод интегрального преобразователя температуры;25 - cathode of the integral temperature converter;
26 - эпитаксиальный слой n-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;26 - epitaxial layer of n-type conductivity of the integrated temperature converter;
27 - подложка n+-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;27 - substrate of n + -type conductivity of the integrated temperature transducer;
28 - область для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой n+-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;28 - area for ohmic contact of n + -type of conductivity with a substrate of n + -type of conductivity of an integrated temperature transducer;
29 - охранное кольцо р+-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;29 - guard ring of р + -type of conductivity of the integral temperature transducer;
30 - диэлектрический слой оксида кремния;30 - dielectric layer of silicon oxide;
31 - верхнее отверстие в корпусе датчика давления;31 - upper hole in the pressure sensor housing;
32 - штуцер в корпусе датчика давления.32 - fitting in the pressure sensor housing.
Устройство содержит корпус 1 датчика давления, имеющий круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху, с восемью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 корпуса 1, имеющими круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху и высота выводов при рассмотрении вида сбоку не регламентирована, но является не больше высоты внутренней части корпуса 1 датчика давления, а также взаимное расположение которых также может быть любым и, в частности, симметричным; верхним отверстием 31 в корпусе 1 для подачи номинального давления на чувствительный элемент давления 3 с лицевой стороны 10 интегрального преобразователя 7 давления, отверстие 31 расположено соосно относительно чувствительного элемента давления 3 и имеет любую форму и размеры, не превышающие ширины корпуса 1 датчика давления, и штуцером 32 в корпусе 1 для подачи номинального давления на чувствительный элемент давления 3 с оборотной стороны 11 интегрального преобразователя 7 давления, штуцер 32 расположен соосно относительно чувствительного элемента давления 3 и имеет любую форму и размеры, не превышающие ширины основания 9 чувствительного элемента давления. Вывод 2.8 корпуса 1 датчика давления необходим для обозначения «ключа». В корпусе 1 датчика давления расположен чувствительный элемент давления 3, соединенный с корпусом 1 высокотемпературным клеем 4.1 и алюминиевыми контактными площадками 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 с выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, например, в следующей последовательности соединения: первая алюминиевая контактная площадка 5.1 первой алюминиевой проволокой 6.1 с первым выводом 2.1, вторая алюминиевая контактная площадка 5.2 второй алюминиевой проволокой 6.2 с первым выводом 2.1, третья алюминиевая контактная площадка 5.3 третьей алюминиевой проволокой 6.3 со вторым выводом 2.2, четвертая алюминиевая контактная площадка 5.4 четвертой алюминиевой проволокой 6.4 с третьим выводом 2.3, пятая алюминиевая контактная площадка 5.5 пятой алюминиевой проволокой 6.5 с четвертым выводом 2.4, шестая алюминиевая контактнс1Я площадка 5.6 шестой алюминиевой проволокой 6.6 с пятым выводом 2.5, седьмая алюминиевая контактная площадка 5.7 седьмой алюминиевой проволокой 6.7 с шестым выводом 2.6 и восьмая алюминиевая контактная площадка 5.8 восьмой алюминиевой проволокой 6.8 с шестым выводом 2.6; состоящий из интегрального преобразователя 7 давления квадратной формы любых размеров в пределах габаритных размеров корпуса 1 датчика давления (вид сверху), прокладки 8 квадратной формы с габаритами равными габаритным размерам интегрального преобразователя 7 давления (вид сверху) и основания 9 квадратной формы любых размеров меньших, чем размеры интегрального преобразователя 7 давления (вид сверху), где все выше упомянутые, элементы чувствительного элемента давления 3 расположены соосно. Конструкция корпуса 1 датчика давления с всеми составляющими представлена на фиг. 1 и 2.The device contains a
Интегральный преобразователь 7 давления, представленный на фиг. 2 и 3, состоит из кремния n-типа проводимости и содержит лицевую сторону 10, на которой сформирована по планарной технологии электрическая мостовая схема и оборотную механическую сторону 11 в виде квадратной кремниевой мембраны, способной деформироваться при подаче давления. Лицевая сторона 10 содержит совокупность электрически связанных компонентов, состоящих из тензорезисторов 12 р-типа проводимости, средств электрических соединений 13 и алюминиевых контактных площадок 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, изготовленных в едином технологическом процессе на единой полупроводниковой подложке, при этом тензорезисторы 12 являются плечами мостовой измерительной схемы, где, например, первое плечо расположено между третьей 5.3 и восьмой 5.8 алюминиевыми металлизированными контактными площадками, второе плечо расположено между третьей 5.3 и четвертой 5.4 алюминиевыми металлизированными контактными площадками, третье плечо расположено между шестой 5.6 и восьмой 5.8 алюминиевыми металлизированными контактными площадками и четвертое плечо расположено между пятой 5.5 и шестой 5.6 алюминиевыми металлизированными контактными площадками. Первое плечо соединяется с третьим плечом средствами электрических соединений 13, проходящих через восьмую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.8, первое плечо соединяется со вторым плечом средствами электрических соединений 13, проходящих через третью алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.3, третье плечо соединяется с четвертым плечом средствами электрических соединений 13, проходящих через шестую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.6, второе плечо и четвертое плечо не соединяются в корпусе 1 датчика давления и разъединены на четвертую 5.4 и пятую 5.5 алюминиевые металлизированные контактные площадки, соответственно.The
В пределах подачи номинального давления происходит деформация квадратной кремниевой мембраны и, как следствие, меняется сопротивление тензорезисторов 12, расположенных на лицевой стороне 10 интегрального преобразователя 7 давления, приводящее к изменению электрического сигнала, снимаемого с алюминиевых контактных площадок 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 интегрального преобразователя 7 давления. Квадратная кремниевая мембрана имеет утоненную часть 14, утолщенную часть 15 и три жестких центра 16.1, 16.2, 16.3. Оборотная сторона 11 интегрального преобразователя 7 давления в виде квадратной кремниевой мембраны создается анизотропным травлением. Три жестких центра 16.1, 16.2, 16.3 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 14 квадратной кремниевой мембраны в зависимости от номинального преобразуемого давления может варьироваться от 20 мкм до значения, разного половине толщины интегрального преобразователя 7 давления. Чем выше номинальное преобразуемое давление, тем должна быть толще утоненная часть 14 квадратной кремниевой мембраны. Изготовление утоненной части 14 квадратной кремниевой мембраны толщиной менее 20 мкм приводит к ее разрушению, а при изготовлении очень толстой утоненной части 14 квадратной кремниевой мембраны существенно падает чувствительность интегрального преобразователя 7 давления. Три жестких центра 16.1, 16.2, 16.3 и утолщенная часть 15 квадратной кремниевой мембраны, грани пересечения трех жестких центров 16.1, 16.2, 16.3 и утолщенной части 15 квадратной кремниевой мембраны с утоненной частью 14 квадратной кремниевой мембраны, расположенные параллельно, образуют области механических напряжений. В областях механических напряжений с лицевой стороны 10 интегрального преобразователя 7 давления расположены тензорезисторы 12.Within the nominal pressure supply, the square silicon membrane is deformed and, as a result, the resistance of the
Прокладка 8 чувствительного элемента давления 1 квадратной формы с габаритами равными габаритным размерам интегрального преобразователя 7 давления (вид сверху) имеет полость 17 квадратной формы с габаритами меньшими, чем габариты интегрального преобразователя 7 давления (вид сверху) и отверстие 18 для подвода давления измеряемой среды с оборотной стороны 11 интегрального преобразователя 7 давления, имеющее, например, квадратную форму с габаритами меньшими, чем габариты полости 17 прокладки 8 (вид сверху). Отверстие 18 прокладки 8 может иметь также и иную форму (вид сверху). Основание 9 имеет отверстие 19, например, круглой формы с диаметром равным длине стороны сквозного отверстия 18 прокладки 8 для подвода давления измеряемой среды с оборотной стороны 11 интегрального преобразователя 7 давления. Отверстие 19 основания 9 может иметь также и иную форму (вид сверху).The
Все элементы чувствительного элемента давления 3, высота которого при рассмотрении вида сбоку не регламентирована, но является не больше высоты внутренней части корпуса 1 датчика давления, изготовлены из единого материала, в качестве которого используется кремний, и жестко связаны слоями легкоплавкого стекла 20.1, 20.2 в вакууме последовательно между основанием 9 и прокладкой 8 чувствительного элемента давления 1 в области контакта соединения и между прокладкой 8 чувствительного элемента давления и интегральным преобразователем 7 давления чувствительного элемента давления 1 в области утолщенной части 15 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления.All elements of the pressure
Температурный датчик, представленный на фиг. 4 и 5 и выполненный в виде интегрального преобразователя температуры интегральный преобразователь 21 температуры в виде отдельного кристалла диода Шоттки с пониженным энергопотреблением, соединен оборотной стороной 22 с корпусом 1 высокотемпературным клеем 4.2 и на лицевой стороне 23 алюминиевыми контактными площадками 5.9, 5.10 для катода 25 и анода 24 диода Шоттки с выводами 2.4, 2.7 корпуса алюминиевой проволокой 6.9, 6.10, соответственно. Интегральный преобразователь 21 температуры в виде отдельного кристалла диода Шоттки может иметь любое расположение на корпусе 1 датчика давления и, в частности, в предлагаемой области размещения между выводами 2.5 и 2.6 корпуса 1. Высота интегрального преобразователя 21 температуры не регламентирована.The temperature sensor shown in FIG. 4 and 5 and made in the form of an integral temperature converter, an
Интегральный преобразователь 21 температуры имеет актуальное применение совместно с чувствительным элементом давления 3 в едином корпусе 1 поскольку данные элементы расположены непосредственно рядом друг с другом и интегральный преобразователь 21 температуры может предоставлять данные о температуре, как в качестве датчика температуры, так и в качестве источника информации о температуре для более прецизионной компенсации температурной погрешности чувствительного элемента давления внешней схемой обработки выходного сигнала. Интегральный преобразователь 21 температуры в виде диода Шоттки используемый совместно с чувствительным элементом давления 3 способен понизить энергопотребление при функционировании всей системы датчика давления.The
В отличии от датчика температуры, созданного непосредственно в утолщенной части мембраны чувствительного элемента, имеющем эпитаксиальный слой, выполненный из кремния n-типа проводимости, и подложку, выполненную из кремния р+-типа проводимости, при этом в утолщенной части мембраны сформированы три последовательно соединенных алюминиевыми металлизированными дорожками изолированных структур диода с p-n-переходом, созданных по планарной технологии в виде р-n перехода структурой «коллектор-база», где область «коллектора» диода сформирована из кремния n+-типа проводимости, область «базы» диода сформирована из кремния р-типа проводимости, к каждой области в отдельности подведены алюминиевые металлизированные дорожки с алюминиевыми металлизированными контактными площадками, диоды изолированы друг от друга разделительными областями, сформированными из кремния р+-типа проводимости в эпитаксиальной области, где на разделительную область подается наименьший потенциал - «земля», предлагаемый вид интегрального преобразователя 21 температуры не накладывает условие на выбор структуры кремния, т.к. создается в виде отдельного элемента. Интегральный преобразователя 7 давления в чувствительном элементе давления 3 может быть получен в монокристаллической структуре кремния n-типа проводимости.In contrast to the temperature sensor, created directly in the thickened part of the membrane of the sensing element, which has an epitaxial layer made of n-type silicon and a substrate made of p + -type silicon, while in the thickened part of the membrane, three series-connected aluminum metallized tracks of isolated structures of a diode with a pn-junction, created by planar technology in the form of a pn junction with a "collector-base" structure, where the "collector" region of the diode is formed of n + -type silicon, the "base" region of the diode is formed of silicon p-type conductivity, aluminum metallized tracks with aluminum metallized contact pads are separately connected to each area, the diodes are isolated from each other by separating regions formed from silicon of p + -type conductivity in the epitaxial region, where the smallest potential is applied to the separating region - "ground "Offered the form of the
Интегральный преобразователь 21 температуры, сформирован на кристалле, имеющем эпитаксиальный слой 2 6, выполненный из кремния n-типа проводимости и покрытый диэлектрическим слоем 30 оксида кремния, и подложку 27, выполненную из кремния n+-типа проводимости. На лицевой стороне 23 интегрального преобразователя 21 температуры с помощью диффузионных процессов дополнительно создаются две области. Для создания катода 25 на лицевой стороне 23 интегрального преобразователя 21 температуры формируется область 2 8 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 27 n+-типа проводимости, где поверх области 28 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 27 n+-типа проводимости напыляется алюминий для создания девятой алюминиевой контактной площадки 5.9. Область 28 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 27 n+-типа проводимости окружает область контакта к аноду 24 интегрального преобразователя 21 температуры с равным зазором между ними, чтобы создать эквипотенциальное состояние для протекающего заряда. Для создания анода 24 на лицевой стороне 23 интегрального преобразователя 21 температуры формируется область для контакта в виде барьера Шоттки между эпитаксиальным слоем 2 6 n-типа проводимости и напыленным алюминием, являющимся также десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10. По периметру области контакта к аноду 24 интегрального преобразователя 21 температуры формируется охранное кольцо 29 р+-типа проводимости, необходимое для повышения пробивного обратного напряжения в структуре интегрального преобразователя 21 температуры при обратном смещении. Область контакта к аноду 24, охранное кольцо 29 р+-типа проводимости и десятая алюминиевая контактная площадка 5.10 интегрального преобразователя 21 температуры имеют форму прямоугольника с закругленными углами, что также необходимо для повышения пробивного обратного напряжения. Девятая алюминиевая контактная площадка 5.9 катода 25 интегрального преобразователя 21 температуры соединена, например, с пятой алюминиевой контактной площадкой 5.5 с потенциалом «земля» интегрального преобразователя 7 давления через пятую 6.5 и девятую 6.9 алюминиевые проволоки, соединенные с четвертым выводом 2.4 корпуса 1 датчика давления. Десятая алюминиевая контактная площадка 5.10 анода 24 интегрального преобразователя 21 температуры соединена, например, через десятую алюминиевую проволоку 6.10 с седьмым выводом 2.7 корпуса 1 датчика давления.An
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Датчик давления, содержащий в корпусе 1 чувствительный элемент давления 3 и интегральный преобразователь 21 температуры пониженного энергопотребления, способен одновременно измерять дифференциальное давление и температуру исследуемой среды.A pressure sensor containing a
При подаче номинального давления на чувствительный элемент давления 3, размещенного в корпусе 1 с восьмью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 корпуса 1 и соединенного с корпусом 1 высокотемпературным клеем 4.1 и алюминиевыми контактными площадками 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 с выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, с оборотной механической стороны 11 интегрального преобразователя 7 давления через штуцер 32 в корпусе 1 датчика давления для подвода давления, жестко связанного высокотемпературным клеем 4.1 между корпусом 1 и чувствительным элементом давления 3 датчика давления, отверстие 19 для подвода давления в основании 9 чувствительного элемента давления 3, жестко связанного слоями легкоплавкого стекла 20.2 между основанием 9 и прокладкой 8 чувствительного элемента давления 3 в области контакта соединения, а также отверстие 18 для подвода давления на прокладке 8 чувствительного элемента давления 3, жестко связанного слоями легкоплавкого стекла 20.1 в области утолщенной части 15 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления, состоящего из кремния n-типа проводимости, происходит перемещение утоненной части 14 и трех жестких центров 16.1, 16.2, 16.3 квадратной кремниевой мембраны в полости 17 прокладки 8 чувствительного элемента давления 3, приводящие к изменению сопротивления тензорезисторов 12 р-типа проводимости, объединенных в мостовую схему средствами электрических соединений 13 и алюминиевыми контактными площадками 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 интегрального преобразователя 7 давления, сформированных на лицевой стороне 10 интегрального преобразователя 7 давления. При подаче номинального давления на чувствительный элемент давления 3 со лицевой стороны 10 интегрального преобразователя 7 давления через верхнее отверстие 31 в корпусе 1 датчика давления для подвода давления происходит перемещение утоненной части 14 и трех жестких центров 16.1, 16.2, 16.3 квадратной кремниевой мембраны в полости 17 прокладки 8 чувствительного элемента давления 3, приводящие к изменению сопротивления тензорезисторов 12, объединенных в мостовую схему средствами электрических соединений 13 и алюминиевыми контактными площадками 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 интегрального преобразователя 7 давления, сформированных на лицевой стороне 10 интегрального преобразователя 7 давления. Подача напряжения питания и снятие выходного сигнала с чувствительного элемента давления происходит через алюминиевые контактные площадки 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, соединенными с выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8.When the nominal pressure is applied to the pressure sensing element 3, located in housing 1 with eight terminals 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 of housing 1 and connected to housing 1 with high-temperature glue 4.1 and aluminum contact pads 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 with leads 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 of housing 1 with aluminum wire 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, from the reverse mechanical side 11 integral pressure transducer 7 through the fitting 32 in the pressure sensor housing 1 for supplying pressure rigidly bound by high-temperature glue 4.1 between the housing 1 and the pressure sensor 3 of the pressure sensor, a hole 19 for supplying pressure at the base 9 of the pressure sensor 3, rigidly connected by layers of low-melting glass 20.2 between the base 9 and the gasket 8 of the pressure sensor 3 in the contact area of the connection, as well as the hole 18 for supplying pressure on the gasket 8 of the pressure sensor 3, rigidly bonded by layers of low-melting glass 20.1 in the region of the thickened part 15 of the square silicon membrane of the integral pressure transducer 7, consisting of n-type silicon, the thinned part 14 and three rigid centers 16.1, 16.2, 16.3 of the square silicon membrane move in the cavity 17 gaskets 8 of the pressure sensitive element 3, leading to a change in the resistance of strain gages 12 of p-type conductivity, combined into a bridge circuit by means of electrical connections 13 and aluminum contact pads 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 of the integral pressure transducer 7, formed on the front side 10 of the integral pressure transducer 7. When the nominal pressure is applied to the
При измерении температуры среды интегральным преобразователем 21 температуры, созданного в виде отдельного кристалла диода Шоттки, имеющем эпитаксиальный слой 2 6, выполненный из кремния n-типа проводимости и покрытый диэлектрическим слоем 30 оксида кремния, и подложку 27, выполненную из кремния n+-типа проводимости, и размещенного в корпусе 1 с восьмью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 корпуса 1 и соединенного оборотной стороной 22 интегрального преобразователя 21 температуры с корпусом 1 высокотемпературным клеем 4.2 и алюминиевыми контактными площадками 5.9, 5.10 на лицевой стороне 23 интегрального преобразователя 21 температуры с выводами 2.4, 2.7 корпуса 1 алюминиевой проволокой 6.9, 6.10, на алюминиевую контактную площадку 5.9 катода 25 интегрального преобразователя 21 температуры подается потенциал «земля», как и на алюминиевую контактную площадку 5.5 интегрального преобразователя 7 давления, с помощью вывода 2.4 корпуса 1 датчика давления и алюминиевой проволоки 6.9 и на алюминиевую контактную площадку 5.10 анода 24 интегрального преобразователя 21 температуры подается постоянный ток с помощью вывода 2.7 корпуса 1 датчика давления и алюминиевой проволоки 6.10. Номинал значения подаваемого постоянного тока может варьироваться от 0,1 мА до 1,0 А. Зависимости падения напряжения при прямом смещении от тока на интегральном преобразователе 21 температуры представлены на фиг. 6 и 7.When measuring the temperature of the medium with an
При подаче постоянного тока между десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10 анода 24, структура которого сформирована на лицевой стороне 23 интегрального преобразователя 21 температуры из области для контакта в виде барьера Шоттки между эпитаксиальным слоем 26 n-типа проводимости и напыленным алюминием, являющимся также десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10, где по периметру области контакта к аноду 24 интегрального преобразователя 21 температуры формируется охранное кольцо 29 р+-типа проводимости с толщиной охранного кольца 29 существенно меньше толщины эпитаксиального слоя 26, необходимой для достаточного распространения области пространственного заряда и, как следствие, повышения пробивного обратного напряжения в структуре интегрального преобразователя 21 температуры при обратном смещении; и девятой алюминиевой контактной площадкой 5.9 катода 25 интегрального преобразователя 21 температуры, структура которого сформирована на лицевой стороне 23 интегрального преобразователя 21 температуры из области 28 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 27 n+-типа проводимости, где поверх области 28 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 27 n+-типа проводимости напыляется алюминий для создания девятой алюминиевой контактной площадки 5.9; при прямом смещении происходит определенное падение напряжения, являющееся по номиналу ниже, чем падение напряжения при прямом смещении у структур диодов с p-n-переходом, что позволяет использовать интегральный преобразователь 21 температуры при меньшем энергопотреблении датчика давления в целом.When direct current is applied between the tenth aluminum contact pad 5.10 of the anode 24, the structure of which is formed on the front side 23 of the integrated temperature transducer 21 from the area for contact in the form of a Schottky barrier between the epitaxial layer 26 of n-type conductivity and sprayed aluminum, which is also the tenth aluminum contact pad 5.10, where along the perimeter of the contact area to the anode 24 of the integral temperature transducer 21, a guard ring 29 of the p + -type of conductivity is formed with the thickness of the guard ring 29 being significantly less than the thickness of the epitaxial layer 26, which is necessary for sufficient propagation of the space charge region and, as a consequence, an increase in voltage in the structure of the integrated transducer 21 temperature at reverse bias; and the ninth aluminum contact pad 5.9 of the cathode 25 of the integrated temperature transducer 21, the structure of which is formed on the front side 23 of the integrated temperature transducer 21 from the region 28 for the ohmic contact of the n + -type conductivity with the substrate 27 of the n + -type conductivity, where over the region 28 for the ohmic contact n + -type conductivity substrate 27 with n + type conductivity is deposited aluminum to create an aluminum contact pad ninth 5.9; with forward bias, a certain voltage drop occurs, which is at nominal lower than the voltage drop during forward bias of diode structures with a pn junction, which makes it possible to use an integrated temperature converter 21 with less power consumption of the pressure sensor as a whole.
Благодаря повышенному значению пробивного обратного напряжения интегрального преобразователя 21 температуры, характеристика которого представлена на фиг 8, девятая алюминиевая контактная площадка 5.9 катода 25 интегрального преобразователя 21 температуры может быть соединена с пятой алюминиевой контактной площадкой 5.5 с потенциалом «земля» интегрального преобразователя 7 давления через пятую 6.5 и девятую 6.9 алюминиевые проволоки, соединенные с четвертым выводом 2.4 корпуса 1 датчика давления. Увеличение пробивного обратного напряжения интегрального преобразователя 21 температуры необходимо, чтобы при повышении температуры измеряемой среду токи утечки интегрального преобразователя 21 температуры не оказывали влияние на характеристики чувствительного элемента давления 3.Due to the increased value of the breakdown reverse voltage of the
При подаче постоянного тока между десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10 анода 24 и девятой алюминиевой контактной площадкой 5.9 катода 25 интегрального преобразователя 21 температуры и изменении температуры происходит линейное изменение падения напряжения при прямом смещении, характеристика которого представлена на фиг. 9.When direct current is applied between the tenth aluminum contact pad 5.10 of the
Таким образом, достигается указанный технический результат, а. именно снижение энергопотребления интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки, содержащегося в составе единой сборки в виде отдельного кристалла совместно с чувствительным элементом давления в корпусе датчика давления.Thus, the specified technical result is achieved, and. namely, the reduction in power consumption of an integral temperature transducer in the form of a Schottky diode contained in a single assembly in the form of a separate crystal together with a pressure sensing element in the pressure sensor housing.
Claims (1)
Датчик давления с интегральным преобразователем температуры пониженного энергопотребления содержит интегральный чувствительный элемент преобразователя давления, имеющий лицевую и оборотную механическую стороны, на оборотной механической стороне чувствительного элемента сформирована травлением квадратная кремниевая мембрана, толщина утоненной части мембраны составляет от 20 мкм до половины толщины чувствительного элемента, мембрана имеет утолщённую и утоненную часть и жесткий центр, места соединения которых являются местами концентрации напряжений, на лицевой стороне сформированы четыре параллельных друг другу тензорезистора p-типа проводимости, при этом тензорезисторы располагаются в местах концентрации механических напряжений, тензорезисторы объединены токоведущими областями p+-типа проводимости и алюминиевыми металлизированными дорожками с алюминиевыми металлизированными контактными площадками в мостовую схему, и содержит температурный датчик, отличающийся тем, что датчик давления заключен в корпус с выводами и оснащен штуцером для подачи номинального давления со стороны оборотной части интегрального преобразователя давления, где штуцер расположен соосно относительно чувствительного элемента давления, и верхним отверстием в корпусе для подачи номинального давления со стороны лицевой части интегрального преобразователя давления, где верхнее отверстие расположено соосно относительно чувствительного элемента давления, датчик давления содержит чувствительный элемент давления, соединенный с корпусом высокотемпературным клеем и алюминиевыми контактными площадками с выводами корпуса алюминиевой проволокой в следующей последовательности соединения: первая алюминиевая контактная площадка первой алюминиевой проволокой с первым выводом, вторая алюминиевая контактная площадка второй алюминиевой проволокой с первым выводом, третья алюминиевая контактная площадка третьей алюминиевой проволокой со вторым выводом, четвертая алюминиевая контактная площадка четвертой алюминиевой проволокой с третьим выводом, пятая алюминиевая контактная площадка пятой алюминиевой проволокой с четвертым выводом, шестая алюминиевая контактная площадка шестой алюминиевой проволокой с пятым выводом, седьмая алюминиевая контактная площадка седьмой алюминиевой проволокой с шестым выводом и восьмая алюминиевая контактная площадка восьмой алюминиевой проволокой с шестым выводом; датчик 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 механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной с утолщенной частью, утоненной частью и с тремя жесткими центрами кремниевой мембраны; прокладку чувствительного элемента давления, жестко связанную с утолщенной частью кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления и с выполненной в нем полостью и сквозным отверстием для подвода давления измеряемой среды к утоненной части кремниевой мембраны; основание, имеющее отверстие для подвода давления измеряемой среды к утоненной части квадратной кремниевой мембраны; где все элементы чувствительного элемента давления сформированы из кремния и соединены слоями легкоплавкого стекла в вакууме последовательно между основанием, прокладкой и интегральным преобразователем давления в областях контакта соединения и расположены соосно; температурный датчик, выполненный в виде интегрального преобразователя температуры пониженного энергопотребления в виде диода Шоттки, созданного отдельным кристаллом, имеющим эпитаксиальный слой, выполненный из кремния n-типа проводимости и покрытый диэлектрическим слоем оксида кремния, и подложку, выполненную из кремния n+-типа проводимости, с двумя алюминиевыми контактными площадками на лицевой стороне для катода со сформированной областью n+-типа проводимости для омического контакта с подложкой n+-типа проводимости и анода диода с структурой охранного кольца p+-типа проводимости, расположенного по периметру области анода, где алюминиевая контактная площадка катода диода Шоттки соединена с алюминиевой контактной площадкой с потенциалом «земля» интегрального преобразователя давления алюминиевыми проволоками на выводе корпуса датчика давления; интегральный преобразователь температуры соединен оборотной стороной с корпусом высокотемпературным клеем и на лицевой стороне девятой алюминиевой контактной площадкой девятой алюминиевой проволокой с четвертым выводом и десятой алюминиевой контактной площадкой десятой алюминиевой проволокой с седьмым выводом.
A pressure sensor with an integrated temperature transducer of reduced power consumption contains an integral sensing element of a pressure transducer having a front and a reverse mechanical side, on the reverse mechanical side of the sensing element a square silicon membrane is formed by etching, the thickness of the thinned part of the membrane is from 20 μm to half the thickness of the sensing element, the membrane has a thickened and thinned part and a rigid center, the junction points of which are places of stress concentration, on the front side four parallel p-type strain gages are formed, while strain gages are located in places of mechanical stress concentration, strain gages are united by current-carrying regions of p + -type conductivity and aluminum metallized tracks with aluminum metallized contact pads in the bridge circuit, and contains a temperature sensor, characterized in that the pressure sensor is enclosed in a housing with leads and is equipped with a nipple for supplying the nominal pressure from the reverse side of the integral pressure transducer, where the nipple is located coaxially with respect to the pressure sensing element, and an upper hole in the housing for supplying the nominal pressure from the front of the integral pressure transducer, where the upper hole is located coaxially with respect to the pressure sensing element, the pressure sensor contains a pressure sensing element connected to the body by high-temperature glue and aluminum contact pads with the body leads with an aluminum wire in the following connection sequence: the first aluminum contact pad with the first aluminum wire with the first lead, the second aluminum contact pad with the second aluminum wire with the first lead, the third aluminum contact pad with the third aluminum wire with the second lead, the fourth aluminum contact pad with the fourth aluminum wire with the third pin, the fifth aluminum pad with the fifth aluminum wire with the fourth pin, the sixth aluminum pad with the sixth aluminum wire with the fifth pin, the seventh aluminum pad with the seventh aluminum wire with the sixth pin and the eighth aluminum pad with the eighth aluminum wire with the sixth pin; the pressure sensor contains an integral pressure transducer, consisting of n-type silicon and on the front side of which p-type strain gauges, electrical connection means and aluminum contact pads are combined into a bridge circuit, and on the reverse side of which a mechanical part with a thin flexible a symmetrically made square silicon membrane with a thickened part, a thinned part and three rigid centers of the silicon membrane; a pressure sensing element gasket rigidly connected to the thickened part of the silicon membrane of the integrated pressure transducer and with a cavity and a through hole made therein for supplying the pressure of the measured medium to the thinned part of the silicon membrane; a base having an opening for supplying the pressure of the measured medium to the thinned part of the square silicon membrane; where all the elements of the pressure sensing element are formed of silicon and connected by layers of low-melting glass in a vacuum in series between the base, the gasket and the integral pressure transducer in the contact areas of the connection and are arranged coaxially; a temperature sensor made in the form of an integrated temperature converter of reduced power consumption in the form of a Schottky diode created by a separate crystal having an epitaxial layer made of n-type silicon and covered with a dielectric layer of silicon oxide, and a substrate made of n + -type silicon, with two aluminum contact pads on the front side for a cathode with a formed n + -type conductivity region for ohmic contact with an n + -type conductivity substrate and a diode anode with a p + -type guard ring structure located along the perimeter of the anode region, where the aluminum contact the cathode area of the Schottky diode is connected to the aluminum contact area with the ground potential of the integral pressure transducer by aluminum wires at the output of the pressure sensor housing; the integral temperature transducer is connected with the back side to the housing by high-temperature glue and on the front side with the ninth aluminum contact pad with the ninth aluminum wire with the fourth lead and the tenth aluminum contact pad with the tenth aluminum wire with the seventh lead.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118335A RU2730890C1 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Pressure sensor with integral low energy consumption temperature transmitter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118335A RU2730890C1 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Pressure sensor with integral low energy consumption temperature transmitter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2730890C1 true RU2730890C1 (en) | 2020-08-26 |
Family
ID=72237918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019118335A RU2730890C1 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Pressure sensor with integral low energy consumption temperature transmitter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2730890C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204992U1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-06-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pressure sensor with integrated temperature transducer with reduced power consumption and high breakdown reverse voltage |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1224625A1 (en) * | 1984-07-04 | 1986-04-15 | Предприятие П/Я А-1209 | Frequency pressure transducer |
| RU2186438C1 (en) * | 2001-06-21 | 2002-07-27 | Бонцаенко Вячеслав Евдокимович | Integrated pressure transducer |
| RU92955U1 (en) * | 2009-12-25 | 2010-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма ПЕРСЕЙ" | ABSOLUTE PRESSURE CONVERTER BASED ON KNS STRUCTURES |
| RU2478193C1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-03-27 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр "МИЭТ" | Manufacturing method of sensitive element of pressure transducer on ndc-structure |
| WO2015049598A1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-04-09 | Elektrotechnický Ústav Sav | Mems pressure sensor with a high electron mobility transistor and a production method thereof |
| GB2521163A (en) * | 2013-12-11 | 2015-06-17 | Melexis Technologies Nv | Semiconductor pressure sensor |
| CN108474703A (en) * | 2015-12-15 | 2018-08-31 | 恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司 | The operating method of pressure sensor and pressure sensor |
| US20180335359A1 (en) * | 2017-05-17 | 2018-11-22 | Infineon Technologies Ag | Pressure sensors and method for forming a mems pressure sensor |
| US10180370B2 (en) * | 2014-03-13 | 2019-01-15 | Robert Bosch Gmbh | Pressure sensor and method for producing the pressure sensor |
| RU2690699C1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальное конструкторское техническое бюро электроники, приборостроения и автоматизации", ООО "СКТБ ЭлПА" | Frequency resonant differential pressure sensor and frequency resonance differential pressure sensor |
-
2019
- 2019-06-13 RU RU2019118335A patent/RU2730890C1/en active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1224625A1 (en) * | 1984-07-04 | 1986-04-15 | Предприятие П/Я А-1209 | Frequency pressure transducer |
| RU2186438C1 (en) * | 2001-06-21 | 2002-07-27 | Бонцаенко Вячеслав Евдокимович | Integrated pressure transducer |
| RU92955U1 (en) * | 2009-12-25 | 2010-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма ПЕРСЕЙ" | ABSOLUTE PRESSURE CONVERTER BASED ON KNS STRUCTURES |
| RU2478193C1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-03-27 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр "МИЭТ" | Manufacturing method of sensitive element of pressure transducer on ndc-structure |
| WO2015049598A1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-04-09 | Elektrotechnický Ústav Sav | Mems pressure sensor with a high electron mobility transistor and a production method thereof |
| GB2521163A (en) * | 2013-12-11 | 2015-06-17 | Melexis Technologies Nv | Semiconductor pressure sensor |
| US10180370B2 (en) * | 2014-03-13 | 2019-01-15 | Robert Bosch Gmbh | Pressure sensor and method for producing the pressure sensor |
| CN108474703A (en) * | 2015-12-15 | 2018-08-31 | 恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司 | The operating method of pressure sensor and pressure sensor |
| US20180335359A1 (en) * | 2017-05-17 | 2018-11-22 | Infineon Technologies Ag | Pressure sensors and method for forming a mems pressure sensor |
| RU2690699C1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальное конструкторское техническое бюро электроники, приборостроения и автоматизации", ООО "СКТБ ЭлПА" | Frequency resonant differential pressure sensor and frequency resonance differential pressure sensor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204992U1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-06-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pressure sensor with integrated temperature transducer with reduced power consumption and high breakdown reverse voltage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU167464U1 (en) | INTEGRAL SENSITIVE PRESSURE TRANSDUCER ELEMENT WITH TEMPERATURE SENSOR | |
| US10215781B2 (en) | Current sensor | |
| US8169045B2 (en) | System and method for constructing shielded seebeck temperature difference sensor | |
| JPH01251763A (en) | Vertical hall element and integrated magnetic sensor | |
| US11901355B2 (en) | Semiconductor device having a main transistor, a sense transistor, and a bypass diode structure | |
| RU2730890C1 (en) | Pressure sensor with integral low energy consumption temperature transmitter | |
| RU174159U1 (en) | Integral sensor element of a pressure transducer based on a bipolar transistor | |
| JPS6326501A (en) | Position sensor-assembly and manufacture thereof | |
| RU204992U1 (en) | Pressure sensor with integrated temperature transducer with reduced power consumption and high breakdown reverse voltage | |
| RU202558U1 (en) | Ultra-low power consumption integral temperature transmitter pressure transmitter | |
| US3323358A (en) | Solid state pressure transducer | |
| JPS60253279A (en) | Measuring instrument for strain in semiconductor | |
| RU187746U1 (en) | Integrated sensor element of a pressure transducer based on a bipolar transistor with thermal compensation | |
| CN216410458U (en) | Pressure sensor | |
| KR102560056B1 (en) | Strain gauge and strain measurement assembly | |
| RU212796U1 (en) | Absolute pressure transmitter with integral temperature transmitter | |
| RU187760U1 (en) | Integrated highly sensitive element of a pressure transducer based on a bipolar transistor | |
| CN112002756B (en) | Semiconductor device with IGBT cell and current-voltage sensing and control unit | |
| RU2278447C2 (en) | Integrated pressure transducer | |
| JP5407438B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN219658695U (en) | Detachable diode structure | |
| CN114121946A (en) | Semiconductor integrated chip and IGBT module | |
| JP3431326B2 (en) | Hall element and electric quantity measuring device | |
| CN219714593U (en) | Piezoresistive pressure chip | |
| RU195159U1 (en) | Integrated highly sensitive element of a pressure transducer based on a vertical bipolar transistor |