SU746217A1

SU746217A1 - Pressure sensor

Info

Publication number: SU746217A1
Application number: SU772537203A
Authority: SU
Inventors: Леонид Васильевич Беликов; Владимир Иванович Жуков; Юрий Иванович Рябов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7354
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1977-10-27
Publication date: 1980-07-07

Description

(Sl) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ(Sl) PRESSURE SENSOR

1one

Изобретение относитс к технике измерени давлени газообразных и жидких веществ.The invention relates to a technique for measuring the pressure of gaseous and liquid substances.

Известен датчик давлени с мембран-5 ной коробкой, образованной соединенными между собой монокристаллическими кремниевыми пластинами, одна из которых имеет образующее внутреннюю полость мембранной коробки углуб- Ю ление, расположенное на наружной поверхности мембраны,тензорезисторы, полученные введением примесей с помощью диффузии, и токопроводы, соедин ющие тензорезисторы с другими эле- 15 ментами электрической схемы. Токопроводы выполнены частично в виде проводников, напыленных в вакууме и частично в виде проволочек, приваренных к контактным площадкам. При 20 этом напыленные токопроводы защищены от воздействи измер емой среды двум сло ми диэлектрического пленочного покрыти , а мембранна коробка закреплена на корпусе консоль- 25 но с помощью стойки Ш A pressure sensor with a membrane-5 box, formed by interconnected monocrystalline silicon plates, one of which has an indentation forming an internal cavity of the membrane box located on the outer surface of the membrane, a strain gauge obtained by introducing impurities by diffusion, and conductors connecting strain gages with other elements of the electrical circuit. The conductors are made partially in the form of conductors sprayed in vacuum and partly in the form of wires welded to the contact pads. At 20 of this, the deposited conductors are protected from the influence of the measured medium by two layers of dielectric film coating, and the membrane box is fixed on the body of the console 25 using a stand Sh

Известен также датчик, содержащий корпус, мембранную коробку, выполненную в виде балки, котора образована соеДиненнЕлми между собой моно- 30Also known is a sensor comprising a housing, a membrane box made in the form of a beam, which is formed by connecting the two to each other.

кристаллическими,например кремниевыми пластинами иконсольно закреплена в опоре{ по крайней мере, по одной из граней пластин, тензорезисторы, расположенные на наружной поверхности мембраны, а также токопроводы, соедин ющие тензорезисторы с другими элементами электрической схемы 2 .crystal plates, such as silicon plates, are fixed to the support {at least on one of the plate faces, strain gauges located on the outer surface of the membrane, and also conductors connecting the strain gauges with other elements of the electrical circuit 2.

Однако наличие в этом датчике проволочных токопроводов, приваренных к контактным площадкам и незащищенных диэлектрическим покрытием, обуславливает недостаточную надежность датчика вследствие возможности обрыва проволочек измер емой средой, особенно при измерении давлени загр зненных или пол рных сред.However, the presence of wire conductors welded to the contact pads and unprotected by a dielectric coating in this sensor causes insufficient sensor reliability due to the possibility of wire breakage by the medium being measured, especially when measuring the pressure of polluted or polar media.

Целью изобретени вл етс повышение надежности датчика.The aim of the invention is to improve the reliability of the sensor.

Указанна цель достигаетс тем, что в датчике, содержащем корпус, мембранную коробку, выполненную в виде балки, котора образована соединенными между собой монокристаллическими пластинами и консольно закреплена в опоре, по крайней мере, по одной из граней образующих ее .пластин, тензорезисторы, расположенные на поверхности мембраны, аThis goal is achieved by the fact that in the sensor, comprising a housing, a membrane box made in the form of a beam, which is formed by interconnected monocrystalline plates and cantilever-mounted in a support, at least on one of the faces of the plates that form it, strain gages located on membrane surfaces as well

также токопроводы, соедин ющие тензоре зисторы с другими элементами электрической схемы и задищенные диэлектрическим покрытием, тензорезисторы и токопроводы сформированы на внутренней поверхности крайней пластины, на наружной поверхности которой выполнено углубление дл образовани мембраны, а на внутренней поверхности прилегающей пластины расположено углубление, образующее полость мембранной коробки. Кроме того, токопроводы выведены за пределы рабочих полостей по внутренней поверхности крайней пластиныalso conductors connecting the resistor strain gauges with other elements of the electrical circuit and zoned with dielectric coating, strain gauges and conductors are formed on the inner surface of the extreme plate, on the outer surface of which a recess is formed to form a membrane, and on the inner surface of the adjacent plate there is a recess forming the cavity of the membrane box . In addition, the conductors are brought beyond the limits of the working cavities along the inner surface of the extreme plate.

На фиг. 1 представлен датчик, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А, Б-Б, В-В и Д-Д на фиг. 1. .FIG. 1 shows the sensor, a general view; in fig. 2 shows a section A-A, B-B, B-B and D-D in FIG. one. .

Датчик состоит из корпуса, включащего основание 1, перегородки 2 и 3 которые раздел ют датчик на рабочие полости 4 и 5 и промежуточную полост 6, и соединенный с основанием и перегородками кожух 7, мембранной коробки в виде балки, образованной монокристаллическими кремниевыми п-типа проводимости пластинами 8 и 9, которые ориентированы по кристаллографической плоскости (100),и монтажных стоек 10. На пластине 8 имеетс углубление 11,образующее мембрану,а на пластине 9 - углубление 12, образующее внутреннюю полость мембранной коробки,и канал 13, соедин ющий ее с рабочей полостью 5. Углублени , канал и грани пластин выполнены с помощью анизотропного травлени . На внутренней поверхности мембраны введением примесей с помощью диффузии, ионного легировани и т.п. сформированы тензорезисторы 14, которые с помощью напыленных токот роводов 15 и проволочный токопроводрв 16 соединены с электровыводами 17.The sensor consists of a body comprising a base 1, partitions 2 and 3 which separate the sensor into working cavities 4 and 5 and an intermediate cavity 6, and a housing 7 connected to the base and partitions, a membrane box in the form of a beam formed by monocrystalline silicon n-type conductivity plates 8 and 9, which are oriented along the crystallographic plane (100), and the mounting posts 10. Plate 8 has a recess 11 forming the membrane, and plate 9 has a recess 12 forming the internal cavity of the membrane box and channel 13, connect It is made with a working cavity 5. The recesses, the channel and the faces of the plates are made using anisotropic etching. On the inner surface of the membrane by the introduction of impurities by diffusion, ion doping, etc. resistance strain gauges 14 are formed, which are connected to electric leads 17 by means of sputtered current leads 15 and wire conductors 16.

Тензорезисторы и напыленные токопроводы на всем прот жении до контактных площадок защищены диэлектрическим пленочным покрытием 18, например слоем пиролитической окиси кремни и слоем пиролитического нитрида кремни (на чертеже показано только пределах площади мембраны). За пределами площади мембраны пластины 8 и 9 соединены с помощью сло диэлектрической массы 19, например из легкоплавкого стекла. Мембранна коробка закреплена в перегородках 2 и 3 с помощью изол торов 20, а электровыводы 17 закреплены в основании 1 с помощью изол тора 21. Измер емые давлени Р и Р, подаютс вStrain gages and sprayed conductors all the way to the contact pads are protected with dielectric film coating 18, for example, a layer of pyrolytic silicon oxide and a layer of pyrolytic silicon nitride (only the membrane area is shown in the drawing). Outside the area of the membrane plates 8 and 9 are connected using a layer of dielectric mass 19, for example of fusible glass. The membrane box is fixed in partitions 2 and 3 by means of insulators 20, and electrical outlets 17 are fixed in base 1 by means of insulator 21. The measured pressures P and P are fed to

рабочие полости датчика через патрубки 22. В промежуточную полость б при необходимости помещаютс операционные усилители или другие элементы электрической схемы датчика (на рисунке не показаны).the sensor working cavities through nozzles 22. In the intermediate cavity b, if necessary, operational amplifiers or other elements of the sensor electrical circuit are placed (not shown in the figure).

При изменении разности давлений Р и Pj, происходит деформаци мембраны , котора с помощью тензорезисторов преобразуетс в электрический сигнал.When the pressure difference P and Pj are changed, the membrane is deformed, which is converted into an electrical signal by means of resistance strain gages.

Использование изобретени позволит существенно повысить надежность датчика за счет исключени основных причин обрыва проволочных и напыленных токопроводов. Кроме того, изменение конструкции мембранной коробки позволит повысить надежность датчика практически без увеличени его стоимости , так как при изготовлении мембранной коробки сохран етс возможность использовани планарной технологии .The use of the invention will significantly improve the reliability of the sensor by eliminating the main causes of breakage of wire and sprayed conductors. In addition, a change in the design of the membrane box will increase the reliability of the sensor with virtually no increase in its cost, since it is still possible to use planar technology in the manufacture of the membrane box.

Claims

1. A pressure sensor comprising a housing, a membrane box made in the form of a beam, which is formed by monocrystalline plates interconnected to each other and cantileverly fixed in a support on at least one of the faces of the plates forming it, and the strain gages located on the membrane surface, and conductors connecting the strain gauges with other elements of the electrical circuit and protected by a dielectric coating, different. In order to increase sensor reliability, strain gauges and conductors are formed on the inner surface of the extreme plate, on the outer surface of which a recess is made to form the membrane, and on the inner surface of the adjacent plate there is a recess forming the cavity of the membrane box.

2. Sensor POP. 1, characterized in that the conductors are led outside the limits of the working cavities along the inner surface of the extreme plate.

Sources of information taken into account in the examination

1.O. EEE Transactions on Electron Devices. October 1969, No. 10, p. 872.

2.Assignment of the USSR on application 2372950 / 18-10,

cl. G 01 L 9/0), 1976 (prototype). / 3 eu 22 5 4p2 / / 7/16 i