SU1582035A1

SU1582035A1 - Pressure transducer

Info

Publication number: SU1582035A1
Application number: SU874274042A
Authority: SU
Inventors: Валерий Викторович Иванов; Алексей Сергеевич Плешивцев; Александр Александрович Смирнов
Original assignee: Организация П/Я В-8466
Priority date: 1987-07-01
Filing date: 1987-07-01
Publication date: 1990-07-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к полупроводниковым датчикам давлени . Целью изобретени вл етс повышение надежности. Датчик содержит мембрану 2, выполненную в полупроводниковом кристалле 1, который установлен на опоре 5. На мембране установлены тензоэлементы. При действии давлени на мембрану 2 с тензоэлементов снимаетс сигнал, пропорциональный давлению. Мембрана покрыта эластичным защитным покрытием, а кристалл 1 закреплен на опоре 5 с помощью эластичного материала. Мембрана 2 выполнена переменной толщины, ступенчатого профил , что повышает ее прочность при действии избыточного давлени . 1 ил.The invention relates to a measurement technique, namely semiconductor pressure sensors. The aim of the invention is to increase reliability. The sensor contains a membrane 2, made in the semiconductor crystal 1, which is mounted on the support 5. The membrane is equipped with strain gauges. Under the action of pressure on the membrane 2, the strain gauges receive a signal proportional to the pressure. The membrane is covered with an elastic protective coating, and the crystal 1 is fixed on the support 5 with the help of an elastic material. The membrane 2 is made of a variable thickness, stepped profile, which increases its strength under the action of overpressure. 1 il.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности' к полупроводниковым преобразователям давления, и предназначено для измерения давления, усилия, перемещения.The invention relates to measuring equipment, in particular, to semiconductor pressure transducers, and is intended for measuring pressure, force, displacement.

Целью изобретения является повышение надежности.The aim of the invention is to increase reliability.

На чертеже изображен полупроводниковый датчик давления, общий вид, раз: рез,The drawing shows a semiconductor pressure sensor, General view, times: cut,

Полупроводниковый датчик давления (содержит полупроводниковый кристалл i 1, имеющий мембрану 2, металлические выводы 3, присоединенные к контактным площадкам 4 кристаллами опору 5, к которой присоединен кристалл. Мембрана имеет ступенчатый профиль 6. На .поверхность кристалла нанесено эластичное полимерное покрытие 7. Опора 5 :имеет выступ 8, фиксирующий положение кристалла относительно опоры. Со;единение кристалла с опорой выполнено jиз эластичного полимерного материа.~а 8.Semiconductor pressure sensor (contains a semiconductor crystal i 1 having a membrane 2, metal leads 3 connected to the contact pads 4 by crystals of a support 5 to which the crystal is attached. The membrane has a step profile 6. An elastic polymer coating is applied to the surface of the crystal 7. Support 5 : has a protrusion 8, fixing the position of the crystal relative to the support. Co; the crystal is joined with the support made of elastic polymeric material. ~ a 8.

. Датчик давления работает следующим j образом.. The pressure sensor operates as follows j as follows.

На -полупроводниковый кристалл 1 , в объеме или на поверхности которого сформированы тензоэлементы, по одной из групп металлических выводов 3, присоединенным к контактным площадкам 4, подается электрическое напряжение. По другой труппе металлических выводов 3 снимается выходной сигнал, величина которого пропорциональна величине внешнего измеряемого давления, действующего на мембрану 2. Отрицательное влияние на стабильность выходного сигнала и точность показаний давления оказывают внутренние механические ’напряжения, возникающие в области соединения полупроводникового кристалла с опорой 5, а также адсорбция влаги, примесей, газов на поверхность кристалла, приводящих к возникновению поверхностных токов утечки и коррозии контактных площадок 4 и металлизированных, соединений. Кроме того, указанные Факторы уменьшают срок службы датчиков. Срок службы зависит также от прочности мембраны, которая, в свою очередь, связана с формой и геометрическими размерами мембраны.An electrical semiconductor crystal 1, in the bulk or on the surface of which strain elements are formed, is supplied with electrical voltage through one of the groups of metal leads 3 connected to the contact pads 4. An output signal is measured from another group of metal leads 3, the value of which is proportional to the value of the measured external pressure acting on the membrane 2. The internal mechanical stresses arising in the region where the semiconductor crystal is connected to the support 5 have a negative effect on the stability of the output signal and the accuracy of the pressure readings. also the adsorption of moisture, impurities, gases on the surface of the crystal, leading to the appearance of surface leakage currents and corrosion of the contact pads 4 and meta lysed, compounds. In addition, these factors reduce the life of the sensors. Service life also depends on the strength of the membrane, which, in turn, is associated with the shape and geometric dimensions of the membrane.

В предлагаемой конструкции полупроводникового датчика давления мембрана 2 имеет ступенчатый профиль 6, обеспечивающий более плавный пе реход от мембраны к опорной части кристалла 1, что уменьшает концентрацию механических напряжений в области перехода, и таким образом повышает прочность конструкции.In the proposed design of the semiconductor pressure sensor, the membrane 2 has a step profile 6, which provides a smoother transition from the membrane to the supporting part of the crystal 1, which reduces the concentration of mechanical stresses in the transition region, and thus increases the structural strength.

Эластичное полимерное покрытие 7 обеспечивает защиту поверхности полупроводникового кристалла с тензоэлементами контактных площадок и металлизированных соединений от адсорбции влаги, примесей, газов в результате образования адгезионных связей с центрами адсорбции на поверхности, стабилизирует поверхностный заряд и стабилизирует неоднородность его применения, устраняет поверхностные токи утечки и коррозии в условиях эксплуатации датчиков. В качестве защитного материала применен кремний органический компаунд 159-167. После термического отвердения по механизму полиприсоединения компаунд образует тонкий эластичный слой материала, охраняющий эластичность до температуры минус 70”С, имеющий низкую концентрацию (10-4^) ионогенных примесей и связанный с поверхностью кристалла устойчивыми адгезионными связями. Соединение кристалла с опорой выполнено из эластичного полимерного герметйка (9), обеспечивающего высокую’герметичность. В качестве соединительного материала использованы кремнийорганические эластичные компаунды (модуль упругости 10-50 кг/см^), например типа 1 59-191 , 159-167, ВГО-1 , пластифицированные герметики типа эпоксикремнийорганической клей К400, обеспечивающий высокую герметичность соединения. .The elastic polymer coating 7 protects the surface of a semiconductor crystal with tensile elements of contact pads and metallized compounds from adsorption of moisture, impurities, gases as a result of the formation of adhesive bonds with adsorption centers on the surface, stabilizes the surface charge and stabilizes its heterogeneity, eliminates surface leakage and corrosion currents in sensors operating conditions. Silicon organic compound 159-167 was used as a protective material. After thermal hardening by the polyaddition mechanism, the compound forms a thin elastic layer of material protecting the elasticity to minus 70 ° C, having a low concentration (10-4 ^) of ionic impurities and bonded to the crystal surface by stable adhesive bonds. The connection of the crystal with the support is made of elastic polymer sealant (9), which provides high tightness. Organosilicon elastic compounds (elastic modulus 10-50 kg / cm ^), for example, type 1 59-191, 159-167, VGO-1, plasticized sealants of the type K400 epoxy-silicone adhesive, providing high tightness of the joint, are used as a connecting material. .

Применение эластичных материалов позволяет не согласовывать коэффициенты линейного расширения склеивания деталей, таким образом, позволят использовать широкий круг материалов для конструирования элементов.The use of elastic materials allows not to coordinate the coefficients of linear expansion of gluing parts, thus, will allow the use of a wide range of materials for the construction of elements.

Claims

Claim

A pressure sensor comprising, in one piece from a semiconductor crystal, a membrane and an edge element connected to a support, the outer surface of the membrane being flat, characterized in that, in order to increase reliability, the membrane is provided with an elastic coating deposited on its outer surface, and is made with a radius-variable thickness of a stepped profile, decreasing toward the center of the membrane, and the edge element is fastened with a support using elastic sealant.