RU97110284A - Емкостный датчик давления и способ его изготовления - Google Patents

Claims (21)

1. Емкостный датчик давления, содержащий: подложку, имеющую 1) электрод, расположенный на ней, 2) первую и вторую части, занимаемые этим электродом, и 3) изолирующий слой, расположенный над этим электродом только в первой части; диафрагменный узел на подложке, включающий рамочную конструкцию и разделительную перегородку, определяющие первую область, которая перекрыта диафрагмой, и вторую открытую область; и первую и вторую области, расположенные на подложке так, что 1) первая часть подложки съюстирована с первой областью и диафрагмой так, что диафрагма, подложка, разделительная перегородка и соответствующая рамочная конструкция, определяющие первую область, образуют вакуумированную полость, а 2) вторая часть подложки съюстирована со второй открытой областью для облегчения доступа к электроду, разделительную перегородку, обычно разделяющую первую и вторую области и контактирующую с изолирующим слоем на электроде в первой части, при этом указанные изолирующий слой и электрод имеют заданную толщину, и изолирующий слой, деформируясь и плотно облегая электрод, создает уплотнение и поддерживает вакуумное состояние в вакуумированной полости.

2. Датчик по п. 1, в котором размеры рамочной конструкции и разделительной перегородки выбираются так, чтобы датчик выдерживал большие внешние силы, давления и предельные температуры, обеспечивая тем самым стабильность.

3. Датчик по п. 1, в котором заданная толщина изолирующего слоя равняется приблизительно 0,3 - 3,0 мкм.

4. Датчик по п. 1, в котором заданная толщина электрода равняется приблизительно 0,1 - 0,3 мкм.

5. Датчик по п. 1, в котором вакуумированная полость обладает электрической емкостью.

6. Датчик по п. 5, в котором изменение электрической емкости зависит от давления, воздействующего на диафрагму.

7. Датчик по п. 6, в котором давление вынуждает диафрагму соприкасаться с изолирующим слоем.

8. Датчик по п. 1, в котором электрод состоит из хрома и платины, обеспечивая таким образом хорошую адгезию к изолирующему слою.

9. Датчик по п. 1, в котором диафрагма прогибается и соприкасается с изолирующим слоем в зависимости от давления, воздействующего на диафрагму, реализуя таким образом работу в сенсорном режиме.

10. Датчик по п. 9, в котором указанный датчик имеет линейный рабочий диапазон в сенсорном режиме.

11. Датчик по п. 10, в котором указанный датчик способен выдерживать избыточное давление за счет прогиба до соприкосновения с изолирующим слоем.

12. Датчик по п. 11, в котором выходное напряжение в нелинейной области подавлено так, что линейный рабочий режим соответствует необходимому диапазону давлений.

13. Способ изготовления емкостного датчика давления, включающий следующие операции: вытравливание первой и второй выемки на первой стороне кремниевой пластины, первая и вторая выемки отделены разделительной перегородкой; проведение процесса диффузии для формирования Р⁺ слоя в указанных выемках; осаждение металлического слоя в форме электрода и контактной площадки на поверхность подложки, указанная подложка имеет первую и вторую части, причем электрод расположен в первой и второй части, а контактная площадка расположена во второй части; напыление стеклянного покрытия на поверхность и электрод; деформирование стеклянного покрытия до плотного облегания электрода; соединение кремниевой пластины с подложкой так, что первая выемка съюстирована с первой частью подложки, а вторая выемка съюстирована со второй частью подложки, причем первая выемка и первая часть формируют полость; вытравливание второй поверхности, противоположной первой поверхности, пластины для формирования 1) диафрагмы, съюстированной с первой выемкой и первой частью, и 2) покрывающего слоя, съюстированного со второй выемкой и второй частью; и удаление покрывающего слоя и соответствующей части стеклянного покрытия на электроде для вскрытия электрода, при этом полость уплотняется в результате деформации стеклянного покрытия до плотного облегания электрода и соединения.

14. Способ по п. 13, включающий также операцию выбора толщины стеклянного покрытия, обеспечивающей деформацию стеклянного покрытия до плотного облегания электрода.

15. Способ по п. 14, в котором толщина изолирующего слоя лежит в диапазоне 0,3-3 мкм (Прим. пер.: ранее было 0,3 - 3,0).

16. Способ по п. 13, в котором вытравливание для формирования первой и второй выемки, диафрагмы и покрывающего слоя определяет рамочную конструкцию, размеры которой выбираются так, чтобы датчик выдерживал большие внешние силы и предельные температуры, обеспечивая тем самым стабильность.

17. Способ по п. 13, включающий также операцию по созданию вакуума в первой выемке во время соединения пластины с подложкой.

18. Способ по п. 13, в котором деформирование и соединение включают операцию по заданной термообработке подложки и кремниевой пластины.

19. Способ по п. 18, в котором операция по заданной термообработке состоит из: выдерживания стеклянной подложки, осажденного металлического электрода и напыленного стеклянного покрытия при первой температуре приблизительно в течение получаса; выдерживания стеклянной подложки, осажденного металлического электрода, напыленного стеклянного покрытия и кремниевой пластины при второй температуре приблизительно в течение получаса для соединения кремниевой пластины с подложкой; и медленного охлаждения подложки, осажденного металлического электрода, напыленного стеклянного покрытия и соединенной кремниевой пластины приблизительно в течение одного часа.

20. Способ по п. 19, в котором первая температура приблизительно равна 500^oС.

21. Способ по п. 19, в котором вторая температура лежит в диапазоне 350 - 400^oС для уменьшения остаточных напряжений в датчике.