RU212796U1 - Absolute pressure transmitter with integral temperature transmitter - Google Patents
Absolute pressure transmitter with integral temperature transmitter Download PDFInfo
- Publication number
- RU212796U1 RU212796U1 RU2022109014U RU2022109014U RU212796U1 RU 212796 U1 RU212796 U1 RU 212796U1 RU 2022109014 U RU2022109014 U RU 2022109014U RU 2022109014 U RU2022109014 U RU 2022109014U RU 212796 U1 RU212796 U1 RU 212796U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- absolute pressure
- integral
- aluminum
- housing
- transducer
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 124
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 123
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 16
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 12
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 11
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и автоматики, представляет собой датчик абсолютного давления с интегральным преобразователем температуры и может быть использована в малогабаритных преобразователях абсолютного давления и температуры в электрический сигнал. Датчик абсолютного давления содержит чувствительный элемент абсолютного давления и интегральный преобразователь температуры в едином малогабаритном корпусе. Чувствительный элемент абсолютного давления состоит из кремниевого интегрального преобразователя давления, где по планарной технологии на лицевой стороне сформирована структура с электрической схемой в виде резистивного моста; на обратной стороне сформирована структура мембраны, состоящей из утолщенной части, утоненной части и трех жестких центров, где области между ними создают разные по знаку механические напряжения, изменяющие номиналы тензорезисторов при подаче давления на мембрану; кремниевого основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с размерами горизонтальных граней квадратной формы, равными размерам интегрального преобразователя давления. Герметичное соединение оборотной части интегрального преобразователя давления и основания слоем легкоплавкого стекла между элементами образует вакуумную полость, позволяющую в дальнейшем измерять абсолютное давление при подаче потока рабочей среды на лицевую часть интегрального преобразователя давления. Благодаря возможности расположения интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки в едином объеме с корпуса датчика абсолютного давления совместно с чувствительным элементом абсолютного давления в непосредственной близости друг с другом происходит прецизионное измерение температуры потока рабочей среды и температуры на интегральном преобразователе давления для дальнейшей корреляции неосновной погрешности датчика абсолютного давления внешней схемой обработки сигнала. 5 ил.
Description
Полезная модель относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использовано в малогабаритных датчиках абсолютного давления и температуры в электрический сигнал.The utility model relates to the field of measuring technology and automation and can be used in small-sized absolute pressure and temperature sensors into an electrical signal.
Известен датчик давления с нормализованным или цифровым выходом, содержащий корпус и установленные в нем: чувствительный элемент давления (ЧЭД) с интегральным преобразователем давления (ИПД) и контактными площадками, кристалл интегральной микросхемы (ИС) преобразователя сигнала ИПД, защитную крышку, выходные контакты, средства электрических соединений ЧЭД, ИС и выходных контактов и по меньшей мере один канал, выполненный в корпусе, для подвода давления среды, при этом ЧЭД снабжен контактными площадками на защитной крышке за пределами соединения ИС и крышки, а крышка выполнена из кремния встроенной по технологии производства ИС и размещена на ИПД, кристалл ИС размещен на встроенной защитной крышке, все механические соединения ЧЭД и встроенной защитной крышки выполнены низкотемпературной пайкой стеклом, а ИС и ЧЭД - клеем-герметиком, по контурам механических соединений интегральных деталей ЧЭД выполнены защитные канавки, а электрические соединения - методами микроэлектронных технологий. Патент РФ на изобретение № 2564378, МПК G01L 9/04, 27.09.2015. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A known pressure sensor with a normalized or digital output, containing a housing and installed in it: a pressure sensor (PSE) with an integrated pressure transducer (IPD) and contact pads, an integrated circuit chip (IC) of the SPD signal converter, a protective cover, output contacts, tools electrical connections of the FEM, IC and output contacts and at least one channel made in the housing for supplying medium pressure, while the FEC is provided with contact pads on the protective cover outside the connection of the IC and the cover, and the cover is made of silicon built-in according to the production technology of the IC and is placed on the SPD, the IC chip is placed on the built-in protective cover, all mechanical connections of the PSE and the built-in protective cover are made by low-temperature soldering with glass, and the IC and PSE are made with adhesive-sealant, protective grooves are made along the contours of the mechanical connections of the integral parts of the PSE, and electrical connections - methods of microelectronic technologies. RF patent for invention No. 2564378, IPC
Недостатком прототипа является отсутствие возможности измерения температуры потока рабочей среды датчика абсолютного давления.The disadvantage of the prototype is the inability to measure the temperature of the flow of the working medium of the absolute pressure sensor.
Полезная модель устраняет недостатки прототипа.The utility model eliminates the shortcomings of the prototype.
Техническим результатом полезной модели является возможность измерения температуры потока рабочей среды датчика абсолютного давления.The technical result of the utility model is the ability to measure the temperature of the working medium flow of the absolute pressure sensor.
Технический результат достигается тем, что датчик абсолютного давления с интегральным преобразователем температуры, содержащий корпус и установленные в нем чувствительный элемент абсолютного давления с интегральным преобразователем давления и контактными площадками, средства электрических соединений чувствительного элемента абсолютного давления и один канал, выполненный в корпусе для подвода давления среды, механическое соединение интегрального преобразователя давления и основания выполнено слоем легкоплавкого стекла, и чувствительного элемента абсолютного давления с корпусом выполнено клеем-герметиком, электрические соединения чувствительного элемента абсолютного давления выполнены методами микроэлектронных технологий, имеется вакуумированная полость для чувствительного элемента абсолютного давления, и антикоррозионная защита выполнена в виде коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия поверхности полости корпуса, датчик абсолютного давления в корпусе с выводами содержит штуцер для подачи номинального давления со стороны лицевой части интегрального преобразователя давления, расположенным между первым и седьмым выводами корпуса по периметру корпуса, содержит чувствительный элемент абсолютного давления, соединенный алюминиевыми контактными площадками с выводами корпуса алюминиевой проволокой в следующей последовательности соединения: третья алюминиевая контактная площадка первой алюминиевой проволокой - с вторым выводом, четвертая алюминиевая контактная площадка второй алюминиевой проволокой с - третьим выводом, пятая алюминиевая контактная площадка третьей алюминиевой проволокой - с четвертым выводом, шестая алюминиевая контактная площадка четвертой алюминиевой проволокой - с пятым выводом и седьмая алюминиевая контактная площадка пятой алюминиевой проволокой - с шестым выводом; чувствительный элемент абсолютного 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 травлением механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной с утолщенной частью, утоненной частью, где толщина утоненной части мембраны составляет от 10 мкм до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя давления, и с тремя жесткими центрами кремниевой мембраны, места соединения которых являются местами концентрации механических напряжений; основание чувствительного элемента абсолютного давления выполнено из кремния в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с размерами горизонтальных граней квадратной формы, равными размерам интегрального преобразователя давления, где интегральный преобразователь давления и основание чувствительного элемента абсолютного давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла в областях контакта соединения, где образована вакуумированная полость между оборотной механической стороной интегрального преобразователя давления и основанием чувствительного элемента абсолютного давления для дальнейшего измерения абсолютного давления; температурный датчик, выполненный в виде интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки, созданного отдельным кристаллом, имеющим эпитаксиальный слой, выполненным 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 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой n+-типа проводимости и анода диода, содержащего эпитаксиальный слой, выполненным из кремния n-типа проводимости, алюминиевую контактную площадку, являющуюся также десятой алюминиевой контактной площадкой, и сформированный напыленный подслой металла из молибдена, подвергнутый термической обработке в инертной среде, при этом подслой металла из молибдена ограничен краями диэлектрического слоя оксида кремния; со структурой первого охранного кольца расположенного по периметру области анода, и со структурой второго охранного кольца расположенного с первым охранным кольцом в одной плоскости и имеющего одинаковую форму и площадь поперечного сечения с первым охранным кольцом соосного первому охранному кольцу p+-типа проводимости и расположенного вне области анода с расстоянием между кольцами, равным сумме расстояний распространения областей пространственных зарядов каждого охранного кольца p+-типа проводимости на половину расстояний между охранными кольцами p+-типа проводимости при подаче потенциала, близкого к пробивному обратному напряжению каждого из охранного кольца p+-типа проводимости в отдельности, при этом область контакта к аноду, охранные кольца p+-типа проводимости и десятая алюминиевая контактная площадка интегрального преобразователя температуры имеют форму прямоугольника с закругленными углами; и соединенного оборотной стороной с корпусом клеем-герметиком, и на лицевой стороне десятой алюминиевой контактной площадкой шестой алюминиевой проволокой - с седьмым выводом и одиннадцатой алюминиевой контактной площадкой седьмой алюминиевой проволокой - с первым выводом, и имеется антикоррозионная защита, которая выполнена в виде коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия поверхности полости корпуса на поверхности интегрального преобразователя температуры.The technical result is achieved by the fact that the absolute pressure sensor with an integral temperature transducer, containing a housing and an absolute pressure sensitive element installed in it with an integral pressure transducer and contact pads, means for electrical connections of the absolute pressure sensitive element and one channel made in the housing for supplying medium pressure , the mechanical connection of the integral pressure transducer and the base is made by a layer of fusible glass, and the absolute pressure sensing element with the body is made with adhesive-sealant, the electrical connections of the absolute pressure sensing element are made by microelectronic technologies, there is an evacuated cavity for the absolute pressure sensing element, and anti-corrosion protection is made in in the form of a corrosion-resistant organosilicon protective coating on the surface of the housing cavity, an absolute pressure sensor in the housing with leads containing and a fitting for supplying nominal pressure from the front of the integral pressure transducer, located between the first and seventh terminals of the housing along the perimeter of the housing, contains an absolute pressure sensing element connected by aluminum contact pads to the housing terminals with aluminum wire in the following connection sequence: third aluminum contact pad of the first aluminum wire - with the second terminal, the fourth aluminum pad with the second aluminum wire with - the third terminal, the fifth aluminum pad with the third aluminum wire - with the fourth terminal, the sixth aluminum pad with the fourth aluminum wire - with the fifth terminal and the seventh aluminum pad with the fifth aluminum wire - with the sixth conclusion; The absolute pressure sensitive element contains an integrated pressure transducer consisting of n-type silicon, and on the front side of which p-type strain gauges, electrical connections and aluminum contact pads are formed, combined in a bridge circuit, and on the reverse side of which a mechanical a part with a thin flexible symmetrically made square silicon membrane with a thickened part, a thinned part, where the thickness of the thinned part of the membrane is from 10 μm to a value equal to half the thickness of the integral pressure transducer, and with three rigid centers of the silicon membrane, the junctions of which are the points of concentration of mechanical stresses; the base of the absolute pressure sensitive element is made of silicon in the form of a rectangular regular parallelepiped with the dimensions of the horizontal square-shaped faces equal to the dimensions of the integral pressure transducer, where the integral pressure transducer and the base of the absolute pressure sensitive element are hermetically connected by one layer of fusible glass in the contact areas of the joint, where an evacuated a cavity between the reverse mechanical side of the integral pressure transducer and the base of the absolute pressure sensor for further measurement of absolute pressure; a temperature sensor made in the form of an integrated temperature converter 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 pads, on the front side for a cathode with a formed area for an ohmic contact of n + -type conductivity with a substrate of n + -type conductivity and an anode of a diode containing an epitaxial layer made of n-type silicon, an aluminum contact pad, which is also the tenth an aluminum contact pad, and formed a sputtered molybdenum metal sublayer subjected to heat treatment in an inert environment, while the molybdenum metal sublayer is limited by the edges of the silicon oxide dielectric layer; with the structure of the first guard ring located along the perimeter of the anode area, and with the structure of the second guard ring located with the first guard ring in the same plane and having the same shape and cross-sectional area with the first guard ring coaxial to the first guard ring of p + -type conductivity and located outside the area anode with a distance between the rings equal to the sum of the distances of propagation of the regions of space charges of each guard ring of p + -type conductivity by half the distances between the guard rings of p + -type of conductivity when applying a potential close to the breakdown reverse voltage of each of the guard ring p + -type of conductivity separately, while the contact area to the anode, guard rings p + -type conductivity and the tenth aluminum pad of the integrated temperature converter have the shape of a rectangle with rounded corners; and connected by the reverse side to the body with adhesive-sealant, and on the front side by the tenth aluminum contact pad, the sixth aluminum wire - with the seventh terminal and the eleventh aluminum contact pad by the seventh aluminum wire - with the first terminal, and there is anti-corrosion protection, which is made in the form of a corrosion-resistant organosilicon protective covering the surface of the housing cavity on the surface of the integral temperature transducer.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-5.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1-5.
На фиг. 1 представлен вид сбоку сборки датчика абсолютного давления.In FIG. 1 is a side view of an absolute pressure sensor assembly.
На фиг. 2 представлен вид сверху сборки датчика абсолютного давления.In FIG. 2 is a top view of the absolute pressure sensor assembly.
На фиг. 3 представлен вид сбоку интегрального преобразователя давления.In 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.In FIG. 4 shows a top view from an integrated temperature converter in the form of a Schottky diode.
На фиг. 5 представлен вид сбоку интегрального преобразователя температуры в виде диода Шоттки.In FIG. 5 shows a side view of an integrated temperature converter in the form of a Schottky diode.
Цифрами на чертежах обозначены:The numbers in the drawings indicate:
1 - корпус датчика абсолютного давления;1 - housing of the absolute pressure sensor;
2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 - выводы корпуса датчика абсолютного давления;2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 - terminals of the absolute pressure sensor housing;
3 - чувствительный элемент абсолютного давления;3 - absolute pressure sensor;
4.1, 4.2 - клей-герметик;4.1, 4.2 - adhesive-sealant;
5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, 5.10, 5.11 - алюминиевые контактные площадки;5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, 5.10, 5.11 - aluminum pads;
6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7 - алюминиевая проволока;6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7 - aluminum wire;
7 - интегральный преобразователь давления чувствительного элемента абсолютного давления из кремния n-типа проводимости;7 - integral pressure transducer of the sensing element of absolute pressure from silicon n-type conductivity;
8 - основание чувствительного элемента абсолютного давления;8 - base of the absolute pressure sensor;
9 - лицевая сторона интегрального преобразователя давления;9 - front side of the integrated pressure transducer;
10 - оборотная механическая сторона интегрального преобразователя давления в виде квадратной кремниевой мембраны;10 - reverse mechanical side of the integral pressure transducer in the form of a square silicon membrane;
11 - тензорезисторы интегрального преобразователя давления p-типа проводимости;11 - strain gauges of the integral pressure transducer of p-type conductivity;
12 - средства электрических соединений интегрального преобразователя давления;12 - means of electrical connections of the integral pressure transducer;
13 - утоненная часть квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления;13 - thinned part of the square silicon membrane of the integrated pressure transducer;
14 - утолщенная часть квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления;14 - thickened part of the square silicon membrane of the integral pressure transducer;
15.1, 15.2, 15.3 - жесткие центры квадратной кремниевой мембраны;15.1, 15.2, 15.3 - rigid centers of a square silicon membrane;
16 - слой легкоплавкого стекла;16 - a layer of fusible glass;
17 - штуцер в корпусе датчика абсолютного давления;17 - fitting in the housing of the absolute pressure sensor;
18.1, 18.2 - коррозионностойкое кремнийорганическое защитное покрытие;18.1, 18.2 - corrosion-resistant organosilicon protective coating;
19 - вакуумированная полость;19 - evacuated cavity;
20 - интегральный преобразователь температуры в виде диода Шоттки;20 - integrated temperature converter in the form of a Schottky diode;
21 - анод интегрального преобразователя температуры;21 - anode of the integrated temperature converter;
22 - катод интегрального преобразователя температуры;22 - cathode of the integrated temperature converter;
23 - оборотная сторона интегрального преобразователя температуры;23 - reverse side of the integral temperature transducer;
24 - лицевая сторона интегрального преобразователя температуры;24 - front side of the integral temperature transducer;
25 - эпитаксиальный слой n-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;25 - epitaxial layer of n-type conductivity of the integrated temperature converter;
26 - подложка n+-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;26 - substrate n + -type conductivity of the integrated temperature converter;
27 - область для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой n+-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;27 - area for ohmic contact n + -type of conductivity with a substrate n + -type of conductivity of the integral temperature converter;
28 - подслой металла из молибдена между кремнием и алюминием;28 - metal sublayer of molybdenum between silicon and aluminum;
29.1, 29.2 - охранные кольца p+-типа проводимости интегрального преобразователя температуры;29.1, 29.2 - guard rings p + - type of conductivity of the integral temperature converter;
30 - диэлектрический слой оксида кремния.30 - dielectric layer of silicon oxide.
Устройство содержит корпус 1 и установленные в нем чувствительный элемент 3 абсолютного давления с интегральным преобразователем 7 давления и контактными площадками 2, средства 12 электрических соединений чувствительного элемента 3 абсолютного давления и один канал, выполненный в корпусе 1, для подвода давления среды, механическое соединение интегрального преобразователя 7 давления и основания 8 выполнено слоем легкоплавкого стекла 16, и чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 выполнено клеем-герметиком 4.1, электрические соединения чувствительного элемента 3 абсолютного давления выполнены методами микроэлектронных технологий, имеется вакуумированная полость 19 для чувствительного элемента 3 абсолютного давления и антикоррозионная защита выполнена в виде коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия поверхности 18.1 полости корпуса, датчик абсолютного давления в корпусе 1 с выводами 2 содержит штуцер 17 для подачи номинального давления со стороны лицевой части 9 интегрального преобразователя 7 давления, расположенный между первым 2.1 и седьмым 2.7 выводами корпуса 1 по периметру корпуса 1, содержит чувствительный элемент 3 абсолютного давления, соединенный алюминиевыми контактными площадками 5 с выводами 2 корпуса 1 алюминиевой проволокой 6 в следующей последовательности соединения: третья алюминиевая контактная площадка 5.3 первой алюминиевой проволокой 6.1 -с вторым выводом 2.2, четвертая алюминиевая контактная площадка 5.4 второй алюминиевой проволокой 6.2 -с третьим выводом 2.3, пятая алюминиевая контактная площадка 5.5 третьей алюминиевой проволокой 6.3 - с четвертым выводом 2.4, шестая алюминиевая контактная площадка 5.6 четвертой алюминиевой проволокой 6.4 - с пятым выводом 2.5 и седьмая алюминиевая контактная площадка 5.7 пятой алюминиевой проволокой 6.5 - с шестым выводом 2.6; чувствительный элемент 3 абсолютного давления содержит интегральный преобразователь 7 давления, состоящий из кремния n-типа проводимости, и на лицевой 9 стороне которого сформированы тензорезисторы 11 p-типа проводимости, средства 12 электрических соединений и алюминиевые контактные площадки 5, объединенные в мостовую схему, и на оборотной стороне 10 которого сформирована травлением механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной с утолщенной частью 14, утоненной частью 13, где толщина утоненной части 13 мембраны составляет от 10 мкм до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 7 давления, и с тремя жесткими центрами 15 кремниевой мембраны, места соединения которых являются местами концентрации механических напряжений; основание 8 чувствительного элемента абсолютного давления выполнено из кремния в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с размерами горизонтальных граней квадратной формы равными размерам интегрального преобразователя 7 давления; где интегральный преобразователь 7 давления и основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла 16 в областях контакта соединения, где образована вакуумированная полость 19 между оборотной механической стороной 10 интегрального преобразователя давления и основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления для дальнейшего измерения абсолютного давления; температурный датчик, выполненный в виде интегрального преобразователя 20 температуры в виде диода Шоттки, созданного отдельным кристаллом, имеющим эпитаксиальный слой 25, выполненный из кремния n-типа проводимости и покрытый диэлектрическим слоем 30 оксида кремния, и подложку 26, выполненную из кремния n+-типа проводимости, с двумя алюминиевыми контактными площадками 5.10, 5.11 на лицевой стороне 24 для катода 22 со сформированной областью 27 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 26 n+-типа проводимости и анода 21 диода, содержащего эпитаксиальный слой 25, выполненным из кремния n-типа проводимости, алюминиевую контактную площадку 5.10, являющуюся также десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10, и сформированный напыленный подслой металла 28 из молибдена, подвергнутый термической обработке в инертной среде, при этом подслой металла 28 из молибдена ограничен краями диэлектрического слоя 30 оксида кремния; со структурой первого охранного кольца 29.1 расположенного по периметру области 21 анода, и со структурой второго охранного кольца 29.2, расположенного с первым охранным кольцом 29.1 в одной плоскости и имеющего одинаковую форму и площадь поперечного сечения с первым охранным кольцом 29.1, соосного первому охранному кольцу 29.1 p+-типа проводимости и расположенного вне области анода 21 с расстоянием между кольцами 29.1, 29.2 равным сумме расстояний распространения областей пространственных зарядов каждого охранного кольца 29.1, 29.2 p+-типа проводимости на половину расстояний между охранными кольцами 29.1, 29.2 p+-типа проводимости при подаче потенциала близкого к пробивному обратному напряжению каждого из охранного колец 29.1, 29.2 p+-типа проводимости в отдельности, при этом область контакта к аноду 21, охранные кольца 29.1, 29.2 p+-типа проводимости и десятая алюминиевая контактная площадка 5.10 интегрального преобразователя температуры 20 имеют форму прямоугольника с закругленными углами; и соединенного оборотной стороной 23 с корпусом 1 клеем-герметиком 4.2, и на лицевой стороне 24 десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10 шестой алюминиевой проволокой 6.6 - с седьмым выводом 2.7 и одиннадцатой алюминиевой контактной 5.11 площадкой седьмой алюминиевой проволокой 6.7 с первым выводом 2.1, и имеется антикоррозионная защита, которая выполнена в виде коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия поверхности 18.2 полости корпуса 1 на поверхности интегрального преобразователя 20 температуры.The device comprises a
Датчик абсолютного давления с интегральным преобразователем температуры содержит корпус 1 датчика абсолютного давления, имеющий круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху, с семью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления, имеющими круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху, расположенными по периметру корпуса 1 датчика абсолютного давления и высота выводов 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 при рассмотрении вида сбоку не регламентирована, но является не больше высоты внутренней части корпуса 1 датчика абсолютного давления, а также взаимное расположение которых также может быть любым и, в частности, симметричным; штуцер 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления для подачи номинального давления на чувствительный элемент 3 абсолютного давления с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления, расположенным по периметру корпуса 1 датчика абсолютного давления совместно с семью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления между и первым 2.1 и седьмым 2.7 выводами корпуса 1 датчика абсолютного давления и имеющего круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху. В корпусе 1 датчика абсолютного давления расположен чувствительный элемент 3 абсолютного давления, соединенный с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1 и алюминиевыми контактными площадками 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 с выводами 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, например, в следующей последовательности соединения: третья алюминиевая контактная площадка 5.3 первой алюминиевой проволокой 6.1 - с вторым выводом 2.2, четвертая алюминиевая контактная площадка 5.4 второй алюминиевой проволокой 6.2 - с третьим выводом 2.3, пятая алюминиевая контактная площадка 5.5 третьей алюминиевой проволокой 6.3 - с четвертым выводом 2.4, шестая алюминиевая контактная площадка 5.6 четвертой алюминиевой проволокой 6.4 - с пятым выводом 2.5 и седьмая алюминиевая контактная площадка 5.7 пятой алюминиевой проволокой 6.5 - с шестым выводом 2.6; состоящий из интегрального преобразователя 7 давления квадратной формы любых размеров в пределах габаритных размеров корпуса 1 датчика абсолютного давления (вид сверху), и основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления из единого материала из кремния в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с размерами горизонтальных граней квадратной формы равными размерам интегрального преобразователя 7 давления и с вертикальными гранями, попарно расположенными параллельно вертикальным граням паза в корпусе 1 датчика абсолютного давления; основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления нигде не соприкасается с корпусом 1 датчика абсолютного давления кроме соединения горизонтальной грани основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления с помощью клея-герметика 4.1 и область между основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления и корпусом 1 датчика абсолютного давления может быть любой формы и размеров. Конструкция корпуса 1 датчика абсолютного давления со всеми составляющими представлена на фиг. 1 и 2.The absolute pressure sensor with an integral temperature transducer contains an absolute
Интегральный преобразователь 7 давления, представленный на фиг. 2 и 3, состоит из кремния n-типа проводимости и содержит лицевую сторону 9, на которой сформирована по планарной технологии электрическая мостовая схема и оборотную механическую сторону 10 в виде квадратной кремниевой мембраны, способной деформироваться при подаче давления. Лицевая сторона 9 содержит совокупность электрически связанных компонентов, состоящих из тензорезисторов 11 p-типа проводимости, средств 12 электрических соединений и алюминиевых контактных площадок 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, изготовленных в едином технологическом процессе на единой полупроводниковой подложке, при этом тензорезисторы 11 являются плечами мостовой измерительной схемы, где, например, первое плечо расположено между пятой 5.5 и шестой 5.6 алюминиевыми металлизированными контактными площадками, второе плечо расположено между шестой 5.6 и седьмой 5.7 алюминиевыми металлизированными контактными площадками, третье плечо расположено между четвертой 5.4 и третьей 5.3 алюминиевыми металлизированными контактными площадками и четвертое плечо расположено между третьей 5.3 и седьмой 5.7 алюминиевыми металлизированными контактными площадками. Первое плечо соединяется со вторым плечом средствами 12 электрических соединений, проходящих через шестую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.6, второе плечо соединяется с третьим плечом средствами 12 электрических соединений, проходящих через седьмую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.7, третье плечо соединяется с четвертым плечом средствами 12 электрических соединений, проходящих через третью алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.3, первое плечо и третье плечо не соединяются в корпусе 1 датчика абсолютного давления и разъединены на пятую 5.5 и четвертую 5.4 алюминиевые металлизированные контактные площадки, соответственно.The integrated pressure transducer 7 shown in FIG. 2 and 3, consists of n-type silicon and contains the
В пределах подачи номинального давления с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя давления происходит деформация квадратной кремниевой мембраны в пределах геометрии вакуумированной полости 19 и, как следствие, меняется сопротивление тензорезисторов 11, расположенных на лицевой стороне 9 интегрального преобразователя 7 давления, приводящее к изменению электрического сигнала, снимаемого с алюминиевых контактных площадок 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 интегрального преобразователя 7 давления. Квадратная кремниевая мембрана на оборотной стороне 10 интегрального преобразователя 7 давления имеет утоненную часть 13, утолщенную часть 14 и три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3. Оборотная сторона 10 интегрального преобразователя 7 давления в виде квадратной кремниевой мембраны создается анизотропным травлением. Три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3 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 13 квадратной кремниевой мембраны в зависимости от номинального преобразуемого давления может варьироваться от 10 мкм до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 7 давления. Чем выше номинальное преобразуемое давление, тем должна быть толще утоненная часть 13 квадратной кремниевой мембраны. Изготовление утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны толщиной менее 10 мкм приводит к ее разрушению, а при изготовлении очень толстой утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны существенно падает чувствительность интегрального преобразователя 7 давления. Три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3 и утолщенная часть 14 квадратной кремниевой мембраны, грани пересечения трех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 и утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны с утоненной частью 13 квадратной кремниевой мембраны, расположенные параллельно, образуют области механических напряжений. В областях механических напряжений с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления расположены тензорезисторы 11.Within the supply of nominal pressure from the
Интегральный преобразователь 7 давления и основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, высота которого при рассмотрении вида сбоку не регламентирована, но является не больше высоты внутренней части корпуса 1 датчика абсолютного давления, изготовлены из единого материала, в качестве которого используется кремний, в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с размерами горизонтальных граней квадратной формы равными размерам интегрального преобразователя 7 давления, и жестко связаны между собой в местах контакта соединения в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления слоем легкоплавкого стекла 16 при помощи технологии пайки элементов в вакууме. Герметичное соединение слоем легкоплавкого стекла 16 оборотной стороны 10 интегрального преобразователя 7 давления и основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления сохраняет состояние вакуума в вакуумированной полости 19 между элементами чувствительного элемента 3 абсолютного давления, что позволяет измерять абсолютное давление, то есть давление, подаваемое потоком рабочей среды на лицевую сторону 9 интегрального преобразователя 7 давления относительно вакуума. Свободный ход квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя 7 давления до основания 8 чувствительного элемента абсолютного давления при подаче номинального преобразуемого давления достигается за счет толщины слоя легкоплавкого стекла 16. Форма вакуумированной полости 19 может быть любой и, в частности, ограничена объемом между оборотной стороной 10 интегрального преобразователя 7 давления, основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления и слоем легкоплавкого стекла 16.The integral pressure transducer 7 and the
Температурный датчик или интегральный преобразователь 20 температуры, представленный на фиг. 4 и 5 и выполненный в виде отдельного кристалла диода Шоттки, соединен оборотной стороной 23 с корпусом 1 датчика абсолютного давления высокотемпературным клеем 4.2 и на лицевой стороне 24 алюминиевыми контактными площадками 5.10, 5.11 для катода 22 и анода 21 диода Шоттки с выводами 2.1, 2.7 корпуса алюминиевой проволокой 6.7, 6.6, соответственно. Интегральный преобразователь 20 температуры в виде отдельного кристалла диода Шоттки может иметь любое расположение на корпусе 1 датчика давления и, в частности, в предлагаемой области размещения между выводом 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления и штуцером 17 датчика абсолютного давления. Высота интегрального преобразователя 20 температуры не регламентирована.The temperature sensor or
Интегральный преобразователь 20 температуры имеет актуальное применение совместно с чувствительным элементом 3 абсолютного давления в едином корпусе 1 датчика абсолютного давления, поскольку данные элементы расположены непосредственно рядом друг с другом и интегральный преобразователь 20 температуры может предоставлять данные о температуре потока рабочей среды датчика абсолютного давления, как в качестве датчика температуры, так и в качестве источника информации о температуре для более прецизионной компенсации температурной погрешности чувствительного элемента 3 абсолютного давления внешней схемой обработки выходного сигнала. The
В отличие от прототипа поток рабочей среды датчика абсолютного давления подается с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления в небольшую полость корпуса датчика абсолютного давления, что структурно не реализуемо в прототипе, так как давление от потока рабочей среды подается с оборотной механической стороны 10 интегрального преобразователя 7 давления, где отсутствует возможность размещения отдельного интегрального преобразователя 20 температуры и его электрического соединения с выводами 2 корпуса 1 датчика абсолютного давления. Дополнительно отсутствует возможность моментального измерения температуры, влияющей на характеристики элементов выходного сигнала, расположенных на лицевой стороне 9 интегрального преобразователя 7 давления. In contrast to the prototype, the working medium flow of the absolute pressure sensor is supplied from the
Интегральный преобразователь 20 температуры, сформирован на кристалле, имеющем эпитаксиальный слой 25, выполненный из кремния n-типа проводимости и покрытый диэлектрическим слоем 30 оксида кремния, и подложку 26, выполненную из кремния n+-типа проводимости. На лицевой стороне 24 интегрального преобразователя 20 температуры с помощью диффузионных процессов дополнительно создаются две области. Для создания катода 22 на лицевой стороне 24 интегрального преобразователя 20 температуры формируется область 27 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 26 n+-типа проводимости, где поверх области 27 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 26 n+-типа проводимости напыляется алюминий для создания одиннадцатой алюминиевой контактной площадки 5.11. Область 27 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 26 n+-типа проводимости окружает область контакта к аноду 21 интегрального преобразователя 20 температуры с равным зазором между ними, чтобы создать эквипотенциальное состояние для протекающего заряда. Для создания анода 21 на лицевой стороне 24 интегрального преобразователя 20 температуры формируется область для контакта в виде барьера Шоттки между эпитаксиальным слоем 25 n-типа проводимости и напыленным тонким подслоем 28 металла из молибдена для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры, то есть в аноде 21 на лицевой стороне 24 интегрального преобразователя температуры 20 между эпитаксиальным слоем 25, выполненным из кремния n-типа проводимости, и алюминиевой контактной площадкой 5.10 сформирован напыленный подслой 28 металла из молибдена. Для достижения характеристик интегрального преобразователя 20 температуры по падению напряжения при прямом смещении технологически промежуточная структура диода Шоттки с подслоем 28 молибдена для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры проходит термическую обработку в инертной среде. Поверх термически обработанного подслоя 28 молибдена для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры дополнительно напыляется алюминий, являющимся также десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10. Край напыленного подслоя 28 металла из молибдена ограничен между краем диэлектрического слоя 30 оксида кремния и краем напыленного алюминия, являющегося также десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10. Форма напыленного подслоя 28 металла из молибдена для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры представлена на фиг. 4 и повторяет форму анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры по типу прямоугольника с закругленными углами. Толщина напыленного подслоя 28 металла из молибдена для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры немного больше или равна толщине диэлектрического слоя 30 оксида кремния. The
По периметру области контакта к аноду 21 интегрального преобразователя 20 температуры формируется охранные кольца 29.1, 29.2 необходимые для повышения пробивного обратного напряжения в структуре интегрального преобразователя 20 температуры при обратном смещении. Для достижения характеристик интегрального преобразователя 20 температуры по повышенному пробивному обратному напряжению в момент формирования с помощью фотолитографии и диффузионных процессов областей p+-типа проводимости на лицевой стороне 24 интегрального преобразователя 20 температуры проецируется структура соосно расположенных первого охранного кольца 29.1 расположенного по периметру области анода 21, и второго охранного кольца 29.2 расположенного за пределами области анода 21 на определенно требуемом расстоянии; при этом охранные кольца 29.1 и 29.2 p+-типа проводимости расположены в одной плоскости и имеют одинаковую форму и площадь поперечного сечения. Данное расстояние учитывает все основные возможные технологические погрешности, связанные с фотолитографическими и диффузионными процессами, такими как: уход легируемой примеси в основной плоскости кремниевой пластины (боковая диффузия); погрешность, связанная с клином травления диэлектрического слоя 30 оксида кремния; погрешность, связанная с рассовмещением группы слоев по фотолитографии. Два охранных кольца 29.1, 29.2 p+-типа проводимости расположены на расстоянии распространения области пространственного заряда в половину расстояния между охранными кольцами 29.1, 29.2 при потенциале близком к пробивному обратному напряжению каждого из охранного колец 29.1, 29.2 в отдельности, то есть расстояние между охранными кольцами 29.1, 29.2 равно сумме расстояний распространения областей пространственных зарядов каждого охранного кольца 29.1, 29.2 p+-типа проводимости на половину расстояний между охранными кольцами 29.1, 29.2 p+-типа проводимости при подаче потенциала, близкого к пробивному обратному напряжению каждого из охранного колец 29.1, 29.2 p+-типа проводимости в отдельности. Область контакта к аноду 21, охранные кольца 29.1, 29.2 p+-типа проводимости и десятая алюминиевая контактная площадка 5.10 интегрального преобразователя 20 температуры имеют форму прямоугольника с закругленными углами, где радиус кривизны не регламентируется, что также необходимо для повышения пробивного обратного напряжения. Расстояние между охранными кольцами 29.1, 29.2 p+-типа проводимости определяется технологическим процессом и свойствами эпитаксиального слоя 25, выполненного из кремния n-типа проводимости. Сочетание двух параллельно расположенных охранных колец 29.1, 29.2 p+-типа проводимости способно значительно повысить пробивное обратное напряжение интегрального преобразователя 20 температуры. Одиннадцатая алюминиевая контактная площадка 5.11 катода 22 интегрального преобразователя 20 температуры соединена, например, через седьмую 6.7 алюминиевую проволоку с первым выводом 2.1 корпуса 1 датчика абсолютного давления. Десятая алюминиевая контактная площадка 5.10 анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры соединена, например, через шестую алюминиевую проволоку 6.6 с седьмым выводом 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления.Along the perimeter of the contact area to the
Поверхность интегрального преобразователя 7 давления и интегрального преобразователя 20 температуры, входящих в состав поверхности полости корпуса, защищаются с помощью коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия 18.1, 18.2 от воздействия коррозии.The surface of the integrated pressure transducer 7 and the
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Датчик давления, содержащий в корпусе 1 датчика абсолютного давления чувствительный элемент 3 абсолютного давления способный измерять абсолютное давление, то есть давление, подаваемое потоком рабочей среды на лицевую сторону 9 интегрального преобразователя 7 давления с алюминиевыми контактными площадками 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, тензорезисторами 11 и средствами 12 электрических соединений относительно вакуума, и интегральный преобразователь 20 температуры способный измерять температуру потока рабочей среды на лицевую сторону 9 интегрального преобразователя 7. A pressure sensor containing in the
При подаче номинального давления потоком рабочей среды на чувствительный элемент 3 абсолютного давления, размещенного в корпусе 1 датчика абсолютного давления с семью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления и соединенного с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1 и алюминиевыми контактными площадками 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 с выводами 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 и имеющего вакуумированную полость 19 между интегральным преобразователем 7 давления и основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, жестко связанные слоем легкоплавкого стекла 16 в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя 7 давления, с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления через штуцер 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления для подвода давления, происходит перемещение утоненной части 13 и трёх жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны в вакуумированной полости 19 чувствительного элемента давления 3, где толщина слоя легкоплавкого стекла 16 между оборотной стороной 10 интегрального преобразователя 7 давления и основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления позволяет иметь свободный ход мембраны, приводящий к изменению сопротивления тензорезисторов 11 p-типа проводимости, объединенных в мостовую схему средствами 12 электрических соединений и алюминиевыми контактными площадками 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 интегрального преобразователя 7 давления, сформированных на лицевой стороне 9 интегрального преобразователя 7 давления. Подача напряжения питания и снятие выходного сигнала с чувствительного элемента давления происходит через алюминиевые контактные площадки 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, соединенные с выводами 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 корпуса 1 алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. When the nominal pressure is applied by the flow of the working medium to the sensor element 3 of the absolute pressure located in the housing 1 of the absolute pressure sensor with seven leads 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 of the housing 1 of the absolute pressure sensor and connected to the housing 1 of the absolute pressure sensor adhesive-sealant 4.1 and aluminum pads 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 with terminals 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 of the housing 1 of the absolute pressure sensor with aluminum wire 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 and having an evacuated cavity 19 between integral pressure transducer 7 and the base 8 of the absolute pressure sensor 3, rigidly connected by a layer of fusible glass 16 in the area of the thickened part 14 of the square silicon membrane of the integral pressure transducer 7, from the front side 9 of the integral pressure transducer 7 through the fitting 17 in the housing 1 of the absolute pressure sensor for pressure supply, the thinned part 13 and three hard centers 15.1, 15.2, 15.3 of a square silicon membrane in the evacuated cavity 19 of the pressure sensing element 3, where the thickness of the fusible glass layer 16 between the reverse side 10 of the integral pressure transducer 7 and the base 8 of the absolute pressure sensing element 3 allows the membrane to move freely, leading to a change resistance of strain gauges 11 of p-type conductivity, combined into a bridge circuit by means of 12 electrical connections and aluminum contact pads 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 of the integrated pressure transducer 7, formed on the front side 9 of the integrated pressure transducer 7. The supply voltage is applied and the output signal is removed from the pressure sensing element through aluminum contact pads 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, connected to terminals 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 of
При измерении температуры среды интегральным преобразователем 20 температуры, созданного в виде отдельного кристалла диода Шоттки, имеющем эпитаксиальный слой 25, выполненный из кремния n-типа проводимости и покрытый диэлектрическим слоем 30 оксида кремния, и подложку 26, выполненную из кремния n+-типа проводимости, и размещенного в корпусе 1 датчика абсолютного давления с семью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления и соединенного оборотной стороной 23 интегрального преобразователя 20 температуры с корпусом 1 датчика абсолютного давления высокотемпературным клеем 4.2 и алюминиевыми контактными площадками 5.10, 5.11 на лицевой стороне 24 интегрального преобразователя 20 температуры с выводами 2.7, 2.1 корпуса 1 датчика абсолютного давления седьмой алюминиевой проволокой 6.7 на одиннадцатую алюминиевую контактную площадку 5.11 катода 22 интегрального преобразователя 20 температуры, где подается потенциал «земля» с помощью первого вывода 2.1 корпуса 1 датчика абсолютного давления, и шестой алюминиевой проволокой 6.6 на десятую алюминиевую контактную площадку 5.10 анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры с подслоем 28 металла из молибдена между кремнием и алюминием для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры, где подается постоянный ток с помощью вывода 2.7 корпуса 1 датчика абсолютного давления. Номинал значения подаваемого постоянного тока может варьироваться от 0,1 мА до 1,0 А. When measuring the temperature of the medium with an integral temperature converter 20, created in the form of a separate Schottky diode crystal, having an epitaxial layer 25 made of n-type silicon and coated with a dielectric layer 30 of silicon oxide, and a substrate 26 made of n + -type silicon, and placed in the housing 1 of the absolute pressure sensor with seven leads 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 of the housing 1 of the absolute pressure sensor and connected by the reverse side 23 of the integral temperature transducer 20 with the housing 1 of the absolute pressure sensor with high-temperature adhesive 4.2 and aluminum contact platforms 5.10, 5.11 on the front side 24 of the integral temperature transducer 20 with terminals 2.7, 2.1 of the housing 1 of the absolute pressure sensor with the seventh aluminum wire 6.7 on the eleventh aluminum contact pad 5.11 of the cathode 22 of the integral temperature transducer 20, where the ground potential is supplied using the first output 2.1 to housing 1 of the absolute pressure sensor, and the sixth aluminum wire 6.6 on the tenth aluminum contact pad 5.10 of the anode 21 of the integral temperature transducer 20 with a sublayer 28 of metal from molybdenum between silicon and aluminum for the anode 21 of the integral temperature transducer 20, where direct current is supplied through the terminal 2.7 of the housing 1 absolute pressure sensor. The value of the supplied DC current can vary from 0.1 mA to 1.0 A.
При подаче постоянного тока между десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10 анода 21 с подслоем 28 металла из молибдена между кремнием и алюминием для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры, структура которого сформирована на лицевой стороне 24 интегрального преобразователя 20 температуры из области для контакта в виде барьера Шоттки между эпитаксиальным слоем 25 n-типа проводимости и напыленным тонким подслоем металла из молибдена 28 для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры, поверх которого дополнительно напылён слой металла из алюминия, являющимся также десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10, где по периметру области контакта к аноду 21 интегрального преобразователя 20 температуры формируется охранные кольца 29.1, 29.2 p+-типа проводимости (где ширина охранных колец 29.1, 29.2 не регламинтируется) с толщиной охранных колец 29.1, 29.2 существенно меньше толщины эпитаксиального слоя 25, необходимой для достаточного распространения области пространственного заряда и, как следствие, повышения пробивного обратного напряжения в структуре интегрального преобразователя 20 температуры при обратном смещении; и одиннадцатой алюминиевой контактной площадкой 5.11 катода 22 интегрального преобразователя 20 температуры, структура которого сформирована на лицевой стороне 24 интегрального преобразователя 20 температуры из области 27 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 26 n+-типа проводимости, где поверх области 27 для омического контакта n+-типа проводимости с подложкой 26 n+-типа проводимости напыляется алюминий для создания одиннадцатой алюминиевой контактной площадки 5.11; при прямом смещении барьера Шоттки между эпитаксиальным слоем 25 n-типа проводимости и с термически обработанным в инертной среде подслоем 28 молибдена для анода 21 интегрального преобразователя 20 температуры происходит определенное падение напряжения и его линейное изменение при варьировании температуры внутри корпуса 1 датчика абсолютного давления, что позволяет использовать интегральный преобразователь 20 температуры в качестве датчика температуры. При обратном смещении расстояние между первым и вторым охранными кольцами 29.1, 29.2 p+-типа проводимости связано с наличием возможных технологических погрешностей по фотолитографическим и диффузионным процессам. Два охранных кольца 29.1, 29.2 p+-типа проводимости расположены на расстоянии распространения области пространственного заряда в половину расстояния между охранными кольцами 29.1, 29.2 при потенциале близком к пробивному обратному напряжению каждого из охранного колец 29.1, 29.2 в отдельности. Как следствие, смыкание двух областей пространственного заряда между двумя охранными кольцами 29.1, 29.2 p+-типа проводимости позволяет увеличить диапазон пробивного обратного напряжения диода Шоттки. Добавление третьего охранного кольца в данной выбранной структуре эпитаксиального слоя 25 n-типа проводимости со сравнительно низким удельным сопротивлением приведет к сокращению показателя пробивного обратного напряжения интегрального преобразователя 20 температуры.When a direct current is applied between the tenth aluminum pad 5.10 of the anode 21 with a sublayer 28 of molybdenum metal between silicon and aluminum for the anode 21 of the integral temperature converter 20, the structure of which is formed on the front side 24 of the integral temperature converter 20 from the area for contact in the form of a Schottky barrier between an epitaxial layer 25 of n-type conductivity and a deposited thin metal sublayer of molybdenum 28 for the anode 21 of the integrated temperature converter 20, on top of which an aluminum metal layer is additionally deposited, which is also the tenth aluminum contact pad 5.10, where along the perimeter of the contact area to the anode 21 of the integral converter 20 temperature, guard rings 29.1, 29.2 of p + -type conductivity are formed (where the width of guard rings 29.1, 29.2 is not reglammed) with a thickness of guard rings 29.1, 29.2 significantly less than the thickness of the epitaxial layer 25, necessary for sufficient propagation of the region pr space charge and, as a consequence, increase the breakdown reverse voltage in the structure of the integrated temperature converter 20 under reverse bias; and the eleventh aluminum contact pad 5.11 of the cathode 22 of the integral temperature converter 20, the structure of which is formed on the front side 24 of the integral temperature converter 20 from the area 27 for the ohmic contact of the n + -type conductivity with the substrate 26 n + -type of conductivity, where over the area 27 for the ohmic contact n + -type conductivity with a substrate 26 n + -type conductivity aluminum is deposited to create the eleventh aluminum pad 5.11; when the Schottky barrier is directly biased between the epitaxial layer 25 of n-type conductivity and with the molybdenum sublayer 28 heat-treated in an inert medium for the anode 21 of the integral temperature converter 20, a certain voltage drop occurs and its linear change occurs when the temperature varies inside the housing 1 of the absolute pressure sensor, which allows use the integral temperature transducer 20 as a temperature sensor. With a reverse bias, the distance between the first and second guard rings 29.1, 29.2 p + -type conductivity is associated with the presence of possible technological errors in photolithographic and diffusion processes. Two guard rings 29.1, 29.2 p + -type conductivity are located at a distance of distribution of the space charge region in half the distance between the guard rings 29.1, 29.2 at a potential close to the breakdown reverse voltage of each of the guard rings 29.1, 29.2 separately. As a consequence, the closure of the two areas of space charge between the two guard rings 29.1, 29.2 p + -type conductivity allows you to increase the range of breakdown reverse voltage of the Schottky diode. The addition of a third guard ring in this selected structure of the n-
При подаче постоянного тока между десятой алюминиевой контактной площадкой 5.10 анода 21 и одиннадцатой алюминиевой контактной площадкой 5.11 катода 22 интегрального преобразователя 20 температуры и изменении температуры потоком рабочей среды происходит линейное изменение падения напряжения при прямом смещении.When a direct current is applied between the tenth aluminum pad 5.10 of the
Благодаря повышенному значению пробивного обратного напряжения интегрального преобразователя 20 температуры потенциально одиннадцатая алюминиевая контактная площадка 5.11 катода 22 интегрального преобразователя 20 температуры может быть соединена с четвертой 5.4 или пятой алюминиевой контактной площадкой 5.5 с потенциалом «земля» интегрального преобразователя 7 давления. Увеличение пробивного обратного напряжения интегрального преобразователя 20 температуры снижает показатели токов утечки интегрального преобразователя 20 температуры при увеличении температуры. В диапазоне тока от 0,1 мкА до 1 мА увеличенное значение пробивного обратного напряжения интегрального преобразователя 20 температуры позволяет улучшить линейность характеристики по измерению температуры среды датчиком температуры при повышенных положительных температурах до 120°С.Due to the increased value of the breakdown reverse voltage of the
Для минимизации влияния от воздействий коррозии на параметры интегрального преобразователя 7 давления и интегрального преобразователя 20 температуры поверхность интегрального преобразователя 7 давления и интегрального преобразователя 20 температуры, входящих в состав поверхности полости корпуса, защищаются с помощью коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия 18.1, 18.2.To minimize the effect of corrosion on the parameters of the integrated pressure transducer 7 and the
Таким образом, достигается указанный технический результат, а именно возможность измерения температуры потока рабочей среды датчика абсолютного давления с помощью интегрального преобразователя 20 температуры в виде диода Шоттки, созданного отдельным кристаллом, и расположенным в непосредственной близости от чувствительного элемента 3 абсолютного давления.Thus, the specified technical result is achieved, namely, the possibility of measuring the temperature of the working medium flow of the absolute pressure sensor using an
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU212796U1 true RU212796U1 (en) | 2022-08-09 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1137362A2 (en) * | 1982-12-16 | 1985-01-30 | Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского | Pressure and temperature pickup |
| JP2002310829A (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor pressure sensor |
| DE102007014468A1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-09-25 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Pressure sensor chip |
| 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 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1137362A2 (en) * | 1982-12-16 | 1985-01-30 | Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского | Pressure and temperature pickup |
| JP2002310829A (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor pressure sensor |
| DE102007014468A1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-09-25 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Pressure sensor chip |
| 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 |
|---|---|---|
| US6789431B2 (en) | Diaphragm-type semiconductor pressure sensor | |
| US8169045B2 (en) | System and method for constructing shielded seebeck temperature difference sensor | |
| JPS6313356B2 (en) | ||
| JPH0533732B2 (en) | ||
| US20150276517A1 (en) | Mechanical Quantity Measuring Device | |
| US20230120226A1 (en) | Semiconductor device having a main transistor, a sense transistor, and a bypass diode structure | |
| US5412993A (en) | Pressure detection gage for semiconductor pressure sensor | |
| EP3832279B1 (en) | Semiconductor stress sensor | |
| RU212796U1 (en) | Absolute pressure transmitter with integral temperature transmitter | |
| US20080238449A1 (en) | Fluid sensor and impedance sensor | |
| CN112002756B (en) | Semiconductor device with IGBT cell and current-voltage sensing and control unit | |
| KR102560056B1 (en) | Strain gauge and strain measurement assembly | |
| RU2730890C1 (en) | Pressure sensor with integral low energy consumption temperature transmitter | |
| RU204992U1 (en) | Pressure sensor with integrated temperature transducer with reduced power consumption and high breakdown reverse voltage | |
| CN216410458U (en) | Pressure sensor | |
| JPH0337750B2 (en) | ||
| RU202558U1 (en) | Ultra-low power consumption integral temperature transmitter pressure transmitter | |
| RU212797U1 (en) | Absolute pressure sensor with increased stability | |
| JPH0629819B2 (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| CN212458728U (en) | Pressure sensor with multiple parallel annular wheatstone bridges | |
| JP5407438B2 (en) | Semiconductor device | |
| JPH0979928A (en) | Semiconductor pressure sensor device | |
| RU219932U1 (en) | Absolute pressure transmitter with upgraded base structure for improved stability | |
| JPH07162018A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| JPH01187879A (en) | semiconductor pressure sensor |