SU1464055A1

SU1464055A1 - Pressure transducer

Info

Publication number: SU1464055A1
Application number: SU874283132A
Authority: SU
Inventors: Арнольд Васильевич Саблин; Александр Аполлонович Редкин
Original assignee: Предприятие П/Я А-1891
Priority date: 1987-07-13
Filing date: 1987-07-13
Publication date: 1989-03-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано при конструировании полупроводниковых датчиков давлени . Целью изобретени вл етс повышение точности , стабильности и расширение диапазона рабочих температур. Дп достижени цели между полупроводниковой мембраной 2 и полупроводниковым корпусом 8 размещены слой дизлектрика 5, поликристаллический слой полупроводника 6 и слой стекла 7, равный по толщине слою полупроводника 6. Из-за этого различие в термических коэффициентах линейного расширени стекла и полупроводника сказываетс минимально. 1 ил.The invention relates to a measurement technique and can be used in the design of semiconductor pressure sensors. The aim of the invention is to improve the accuracy, stability and expansion of the range of operating temperatures. In achieving the goal between the semiconductor membrane 2 and the semiconductor case 8, a dielectric layer 5, a polycrystalline layer of semiconductor 6 and a glass layer 7 equal in thickness to the semiconductor layer 6 are placed. Because of this, the difference in thermal coefficients of linear expansion of glass and semiconductor is minimal. 1 il.

Description

Изобретение относится к измери|тельной технике и может быть использовано при конструировании полупроводниковых датчиков давления.The invention relates to measuring equipment and can be used in the design of semiconductor pressure sensors.

Целью изобретения является повышение точности, стабильности и расширение диапазона рабочих температур.The aim of the invention is to improve the accuracy, stability and expansion of the range of operating temperatures.

На чертеже показан предлагаемый датчик.The drawing shows the proposed sensor.

Датчик давления содержит мембрану, состоящую из тонкой рабочей части 1 из полупроводника и массивного опорного кольца 2^ тензосхему 3, сформированную на рабочей части мембраны, контактные площадки 4. По периферии мембраны на опорном кольце нанесен слой 5 диэлектрика, на который, в свою очередь, нанесен поликристаллический слой 6 полупроводника, соединенный через слой 7 стекла с корпусом 8 датчика·, выполненного из того же полупроводника, что и мембрана. Для соединения с остальными элементами конструкции-датчика предусмотрен фланец 9 с контактными выводами 10, вплавленными через изолятор 11. К выводам 10 присоединены тонкие проводники 12. Присоединение кремниевого корпуса 8 осуществляется через стекло 13, вплавленное во фланец 9. Давление в замембранную полость подается через штуцер 14. Полупроводниковая мембрана 1 обычно выполняется из кремния и формируется известным^ методами, например анизотропным .Травлением, из массивной подложки, часть которой после разрезки образует опорное кольцо 2. Методами диффузии или Ионной имплантации на мембране формируется -тензосхема 3, выводы которой осуществляются через контактные площадки 4. При этом соединение между тензорезисторами и контактными площадками 4 осуществляется сильнолегированными слоями кремния, находящимися заподлицо с поверхностью мембраны. На опорном кольце 2 формируется диэлектрический слой 5 двуокиси кремния, при этом ему придается форма, соответствующая форме корпуса 8, обычно в виде кольца. На диэлектрический слой 5 напыляется слой 6 кремния, он имеет поликристаллическую структуру. Корпус 8 вырезается, например, на ультразву- , ковых станках из кремния того же типа, что и мембрана. Торцевые поверхности корпуса 8 шлифуются и поли руются до 14'класса и после этого соединяются электростатическим (анодным) методом со слоем 7. Стекло для слоя 7 выбирается с возможность близким по отношению кремния температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР).The pressure sensor contains a membrane, which consists of a thin working part 1 of a semiconductor and a massive support ring 2 ^ a tensor circuit 3 formed on the working part of the membrane, contact pads 4. A dielectric layer 5 is deposited on the support ring on the periphery of the membrane, on which, in turn, a polycrystalline semiconductor layer 6 is applied, connected through a glass layer 7 to the housing 8 of the sensor · made of the same semiconductor as the membrane. A flange 9 is provided for connection with other structural elements of the sensor, with contact leads 10 fused through an insulator 11. Thin conductors 12 are connected to leads 10. A silicon housing 8 is connected through a glass 13 fused into a flange 9. Pressure is supplied to the membrane cavity through a fitting 14. The semiconductor membrane 1 is usually made of silicon and is formed by known methods, for example anisotropic. Etching, from a massive substrate, part of which forms a support ring after cutting. odes diffusion or ion implantation is formed on the membrane -tenzoskhema 3, wherein conclusions are made through contact pads 4. In this case, the connection between the strain gauges and the contact pads 4 made heavily doped silicon layers located flush with the surface of the membrane. On the support ring 2, a dielectric layer 5 of silicon dioxide is formed, while it is given a shape corresponding to the shape of the housing 8, usually in the form of a ring. A silicon layer 6 is sprayed onto the dielectric layer 5; it has a polycrystalline structure. The housing 8 is cut out, for example, on ultrasound machines made of silicon of the same type as the membrane. The end surfaces of the housing 8 are ground and polished to the 14'class and then connected by the electrostatic (anode) method to layer 7. The glass for layer 7 is selected with the possibility of a temperature linear expansion coefficient (TEC) close to silicon.

После соединения слоя 7 стекла и корпуса 8 стекло шлифуется и полируется до толщины, равной толщине слоя 6 кремния. Обычно толщина должна составлять 1—2 мкм. Возможен и другой метод нанесения стеклянного слоя 7 путем напыления. Фланец 9 предназначен для установки сборки датчика в защитный кожух. Он изготавливается из ковара, в него вплавливаются через стекло 13 электрические выводы 10 и стеклянная шайба 13 из стекла, например, марки С35-1. Поверхность стеклянной шайбы 13 шлифуется и полируется до 14 класса и соединяется электростатическим (анодным) методом с корпусом 8.After connecting the layer 7 of the glass and the casing 8, the glass is ground and polished to a thickness equal to the thickness of the silicon layer 6. Typically, the thickness should be 1-2 microns. Another method for applying the glass layer 7 by spraying is also possible. Flange 9 is designed to install the sensor assembly in a protective casing. It is made of kovar, electrical leads 10 and a glass washer 13 of glass, for example, grade C35-1, are melted into it through glass 13. The surface of the glass washer 13 is ground and polished to grade 14 and is connected by an electrostatic (anode) method to the housing 8.

Возможно выполнение соединения мембраны и фланца 9 с корпусом 8 одновременно. Измеряемое давление подается на мембрану и вызывает ее прогиб, что приводит к появлению выходного сигнала. Со стороны штуцера 14 подается противодавление или поступает атмосферное давление. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению сопротивлений тёнзорезисторов. Вследствие различия их температурных коэффициентов сопротивления, наличия остаточных мозанических напряжений в мембране, (Возникших в процессе изготовления, а также влияния на эти напряжения присоединенного корпуса 8 начальный разбаланс изменяется при изменении температуры. Основная причина такого изменения заключается в различии ТКЛР материала мембраны и материала .корпуса 8. Вследствие большого момента сопротивления W_х трубчатого корпуса.8 изменение его линейных размеров вследствие температурного расширения приводит к деформации мембраны и изменениям начального разбаланса датчика. Выполнение корпуса 8 из того же материала, что и мембрана, полностью исключает появление температурных деформаций в мембране, наличие слоев 5-7 не изменяет момент сопротивления Wy кор1464055 пуса 8 из-за их незначительной толщины.It is possible to connect the membrane and flange 9 with the housing 8 at the same time. The measured pressure is supplied to the membrane and causes its deflection, which leads to the appearance of the output signal. From the nozzle 14, back pressure is applied or atmospheric pressure is supplied. A change in ambient temperature leads to a change in the resistance of the strain gauges. Due to the difference in their temperature coefficients of resistance, the presence of residual brain stresses in the membrane (arising during the manufacturing process, as well as the influence of the connected housing 8 on these stresses, the initial imbalance changes with temperature. The main reason for this change is the difference in the thermal expansion coefficient of the membrane material and the body material. 8. Due to the large moment of resistance W _{x of the} tubular body. 8 a change in its linear dimensions due to thermal expansion leads to deformation membranes and changes in the initial imbalance of the sensor: the execution of the housing 8 from the same material as the membrane completely eliminates the appearance of temperature deformations in the membrane, the presence of layers 5-7 does not change the moment of resistance Wy core1464055 of pus 8 due to their insignificant thickness.

В предлагаемом полупроводниковом датчике давления улучшаются технические характеристики, а именно.точность измерения в 10-15 раз, температурная стабильность начального разбаланса в 10 раз, а также расширяется диапазон рабочих температур датчика в 2 раза.In the proposed semiconductor pressure sensor, technical characteristics are improved, namely, the measurement accuracy is 10-15 times, the temperature stability of the initial imbalance is 10 times, and the operating temperature range of the sensor is expanded 2 times.

Claims

Claim

A pressure sensor comprising a membrane of a semiconductor material with a strain gauge, a support ₍ ring with a dielectric layer and a semiconductor layer applied to it connected to the housing, characterized in that, in order to increase the accuracy, stability and expand the range of working temperatures in it a glass layer is introduced, equal in thickness to the semiconductor layer and placed between the semiconductor layer and the body, the body being made of the same semiconductor material as the membrane.