RU223684U1 - Механически сверхвысокопрочный датчик абсолютного давления - Google Patents

Abstract

Датчик абсолютного давления содержит чувствительный элемент абсолютного давления, состоящий из кремниевого интегрального преобразователя давления, структуры кремниевого основания с верхней и нижней частью в виде прямоугольных правильных параллелепипедов, где длина ребра горизонтальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части основания, и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части основания, а также содержит механический упор квадратной формы, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части основания соосно верхней и нижней частям основания чувствительного элемента абсолютного давления, а также имеющий размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя легкоплавкого стекла. Корпус датчика абсолютного давления содержит расположенный по центру штуцер цилиндрической формы с размером диаметра от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части основания и механическое соединение основания чувствительного элемента абсолютного давления с корпусом выполнено клеем-герметиком в четырех точках по углам нижней части основания, где цилиндрическая фигура клея-герметика имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части основания. Герметичное соединение в вакууме оборотной части преобразователя давления и основания слоем легкоплавкого стекла образует вакуумную полость, позволяющую измерять абсолютное давление при подаче потока среды на лицевую сторону преобразователя. Благодаря торможению и разбиению высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды в соединении между основанием чувствительного элемента, корпусом датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика, а также использованию механического упора на основании чувствительного элемента давления происходит остановка изгиба мембраны интегрального преобразователя давления до момента, когда утоненная часть мембраны интегрального преобразователя давления ломается от механической перегрузки давлением со скоростью подачи давления до 500 кПа/мс. 6 ил.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использована в малогабаритных датчиках абсолютного давления в электрический сигнал.

Известен датчик абсолютного давления с повышенной механической прочностью содержит 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 выводом 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 со вторым выводом, четвертая алюминиевая контактная площадка второй алюминиевой проволокой с третьим выводом, пятая алюминиевая контактная площадка третьей алюминиевой проволокой со 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 микрометров 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 единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса, содержащего верхнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части основания и размеры горизонтальных граней верхней части основания равны 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, дополнительно содержит механический упор в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части основания соосно верхней и нижней частям основания чувствительного элемента абсолютного давления, где все грани механического упора параллельны всем граням верхней и нижней части основания, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя легкоплавкого стекла. Патент РФ на полезную модель №219402, МПК G01L 9/00, 14.07.2023. Данное решение принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является низкая механическая прочность датчика абсолютного давления при высокоскоростной подаче перегрузочного давления.

Поскольку высокоскоростная подача перегрузочного давления на датчик абсолютного давления происходит через штуцер непосредственно на чувствительный элемент абсолютного давления без торможения и разбиения потока среды.

Полезная модель устраняет недостатки прототипа.

Техническим результатом полезной модели является повышение механической прочности датчика абсолютного давления при высокоскоростной подаче перегрузочного давления.

Технический результат достигается тем, что механически сверхвысокопрочный датчик абсолютного давления содержит 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, 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 со 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 микрометров 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 единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса, содержащего верхнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части основания и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части основания и размеры горизонтальных граней верхней части основания равны 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, а также содержит механический упор в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части основания соосно верхней и нижней частям основания чувствительного элемента абсолютного давления, где все грани механического упора параллельны всем граням верхней и нижней частей основания, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя легкоплавкого стекла; корпус датчика абсолютного давления содержит восемь выводов и штуцер цилиндрической формы с диаметром от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части основания чувствительного элемента абсолютного давления для подачи давления среды с лицевой стороны интегрального преобразователя давления, расположенный по центру корпуса соосно чувствительному элементу датчика абсолютного давления, и механическое соединение основания чувствительного элемента абсолютного давления с корпусом выполнено клеем-герметиком в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части основания, где цилиндрическая фигура клея-герметика имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части основания и расположена между ребрами горизонтальных граней нижней части основания и вне площади штуцера корпуса датчика абсолютного давления.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

1 - корпус датчика абсолютного давления;

2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 - выводы корпуса датчика абсолютного давления;

3 - чувствительный элемент абсолютного давления;

4.1, 4.2, 4.3, 4.4 - клей-герметик;

5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 - алюминиевые контактные площадки;

6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 - алюминиевая проволока;

7 - интегральный преобразователь давления чувствительного элемента 3 абсолютного давления из кремния n-типа проводимости;

8 - основание чувствительного элемента 3 абсолютного давления;

9 - лицевая сторона интегрального преобразователя 7 давления;

10 - оборотная механическая сторона интегрального преобразователя 7 давления в виде квадратной кремниевой мембраны;

11 - тензорезисторы интегрального преобразователя 7 давления p-типа проводимости;

12 - средства электрических соединений интегрального преобразователя 7 давления;

13 - утоненная часть квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя 7 давления;

14 - утолщенная часть квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя 7 давления;

15.1, 15.2, 15.3 - жесткие центры квадратной кремниевой мембраны 10;

16 - слой легкоплавкого стекла;

17 - штуцер в корпусе 1 датчика абсолютного давления;

18 - коррозионностойкое кремнийорганическое защитное покрытие;

19 - вакуумированная полость;

20.1, 20.2 - верхняя и нижняя часть основания чувствительного элемента 3 абсолютного давления;

21 - механический упор чувствительного элемента 3 давления.

На фиг. 1 представлен вид сверху сборки датчика абсолютного давления.

На фиг. 2 представлен вид сбоку сборки датчика абсолютного давления.

На фиг. 3 представлен вид снизу сборки датчика абсолютного давления.

На фиг. 4 представлен вид сбоку интегрального преобразователя давления.

На фиг. 5 представлен вид снизу основания чувствительного элемента абсолютного давления.

На фиг. 6 представлен вид сверху основания чувствительного элемента абсолютного давления.

Устройство содержит (фиг. 1) корпус 1 и установленные в нем: чувствительный элемент 3 абсолютного давления с интегральным преобразователем 7 давления и контактными площадками 5, 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, 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 18 поверхности полости 19 корпуса 1, 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, 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 со 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 стороне 9 которого сформированы тензорезисторы 11 p-типа проводимости, средства электрических соединений 12 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 10 с утолщенной частью 14, утоненной частью 13, где толщина утоненной части 13 мембраны 10 составляет от 10 микрометров до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 7 давления, и с тремя жесткими центрами 15 кремниевой мембраны 10, места соединения которых являются местами концентрации механических напряжений; основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления выполнено из единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса 1, содержащего верхнюю часть 20.1 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8 и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания 8 и размеры горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 равны размерам интегрального преобразователя 7 давления, где основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления содержит механический упор 21 в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 20.1 основания 8 соосно верхней 20.1 и нижней частям 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, то есть все три оси симметрии механического упора в виде правильного параллелепипеда соосны всем трем осям симметрии верхней и нижней частям основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления в виде правильного параллелепипеда, где все грани механического упора 21 параллельны всем граням верхней 20.1 и нижней 20.2 части основания 8, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя 16 легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя 16 легкоплавкого стекла, где интегральный преобразователь давления 7 и основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления герметично соединены одним слоем 16 легкоплавкого стекла в областях контакта соединения, где образована вакуумированная полость 19 между оборотной механической стороной 10 интегрального преобразователя давления 7 и основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления для дальнейшего измерения абсолютного давления, а также корпус 1 датчика абсолютного давления содержит восемь выводов 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 и штуцер 17 цилиндрической формы с диаметром от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления для подачи давления среды с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления, расположенный по центру корпуса 1 соосно чувствительному элементу 3 датчика абсолютного давления, и механическое соединение основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 выполнено клеем-герметиком 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8, где цилиндрическая фигура клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 9 и расположена между ребрами горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8 и вне площади штуцера 17 корпуса 1 датчика абсолютного давления, чтобы исключить препятствованию подаче давления на чувствительный элемент 3 абсолютного давления.

Механически сверхвысокопрочный датчик абсолютного давления содержит корпус 1 датчика абсолютного давления, имеющий круглую или любую другую форму при рассмотрении вида сверху, с восьмью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 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, 2.8 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 цилиндрической формы с размером диаметра от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления 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 центру корпуса 1 датчика абсолютного давления и имеющего круглую 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, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 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 со 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 со 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, фиг. 1), и основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления из единого материала из кремния, содержащего верхнюю часть 20.1 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8 и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания 8 и размеры горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 равны размерам интегрального преобразователя 7 давления (вид сверху, фиг. 1). Основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления содержит механический упор 21 в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 20.1 основания 8 соосно верхней 20.1 и нижней частям 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, где все грани механического упора 21 параллельны всем граням верхней 20.1 и нижней 20.2 части основания 8, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя 16 легкоплавкого стекла, поскольку иначе механический упор 21 будет расположен впритык к границам слоя 16 легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя 16 легкоплавкого стекла.

Конструкция корпуса 1 датчика абсолютного давления с всеми составляющими представлена на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

Интегральный преобразователь 7 давления, представленный на фиг. 2 и фиг. 4, 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 10, 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.

В пределах подачи номинального давления с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя давления происходит деформация квадратной кремниевой мембраны 10 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 10 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 10 создается анизотропным травлением. Три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 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 10 в зависимости от номинального преобразуемого давления может варьироваться от 10 микрометров до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 7 давления. Чем выше номинальное преобразуемое давление, тем должна быть толще утоненная часть 13 квадратной кремниевой мембраны 10. Изготовление утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны 10 толщиной менее 10 микрометров приводит к ее разрушению, а при изготовлении очень толстой утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны 10 существенно падает чувствительность интегрального преобразователя 7 давления. Три жестких центра 15.1, 15.2, 15.3 и утолщенная часть 14 квадратной кремниевой мембраны 10, грани пересечения трех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 и утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны 10 с утоненной частью 13 квадратной кремниевой мембраны 10, расположенные параллельно, образуют области механических напряжений. В областях механических напряжений с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления расположены тензорезисторы 11.

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, и жестко связаны между собой в местах контакта соединения в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны 10 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 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 и размеры вакуумированной полости 19 могут быть любыми и, в частности, они ограничены объемом между оборотной стороной 10 интегрального преобразователя 7 давления, основанием 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления и слоем легкоплавкого стекла 16.

Поверхность интегрального преобразователя 7 давления, входящего в состав поверхности полости корпуса, защищается с помощью коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия 18 от воздействия коррозии.

Основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления выполнено из единого материала кремния, где вид снизу представлен на фиг. 5 и вид сверху фиг. 6, как и интегральный преобразователь 7 давления, имеет актуальное применение в составе чувствительного элемента 3 абсолютного давления для снятия остаточных механических напряжений от корпуса 1 датчика абсолютного давления из-за их релаксации во времени, которые являются одной из главных причин высокой погрешности стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления. В отличии от чувствительного элемента 3 абсолютного давления, содержащего интегральный преобразователь 7 давления и одно соединение в местах контакта соединения в области утолщенной части 14 квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя 7 давления слоем легкоплавкого стекла 16 с верхней частью 20.1 основания 8 для создания вакуумированной полости 19, где механическая развязка от корпуса 1 датчика абсолютного давления до интегрального преобразователя 7 давления происходит с помощью основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, имеющего верхнюю часть 20.1 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8 и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания 8; верхняя часть 20.1 основания 8 и нижняя часть 20.2 основания 8 расположены соосно друг другу; вертикальные грани верхней части 20.1 основания 8, вертикальные грани нижней части 20.2 основания 8 и грани паза в корпусе 1 датчика абсолютного давления попарно параллельны друг другу, а также основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления содержит механический упор 21 квадратной формы, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 20.1 основания 8 соосно верхней 20.1 и нижней частям 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, а также имеющий размер стороны квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя 16 легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины 16 слоя легкоплавкого стекла; структура основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления нигде не соприкасается с корпусом 1 датчика абсолютного давления кроме соединения нижней части 20.2 основания 8 с корпусом 1 датчика абсолютного давления с помощью клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8, где цилиндрическая фигура клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и расположена между ребрами горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и вне площади штуцера 17 цилиндрической формы с размером диаметра от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления в корпусе 1 датчика абсолютного давления, а также пространство между основанием 8 чувствительного элемента 3, корпусом 1 датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках свободно соединяется с общим пространством в корпусе 1 датчика абсолютного давления для подачи номинального давления от потока среды через штуцер 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя 7 давления.

Устройство работает следующим образом.

Датчик давления, содержащий в корпусе 1 датчика абсолютного давления чувствительный элемент 3 абсолютного давления способный измерять абсолютное давление, то есть давление, подаваемое потоком среды через штуцер 17 в корпусе датчика абсолютного давления 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.

При подаче номинального давления потоком среды на чувствительный элемент 3 абсолютного давления, размещенного в корпусе 1 датчика абсолютного давления с восьмью выводами 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 корпуса 1 датчика абсолютного давления и соединенного с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8, где цилиндрическая фигура клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и расположена между ребрами горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и вне площади штуцера 17 цилиндрической формы с размером диаметра от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления в корпусе 1 датчика абсолютного давления, а также пространство между основанием 8 чувствительного элемента 3, корпусом 1 датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках свободно соединяется с общим пространством в корпусе 1 датчика абсолютного давления; 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 10 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 трех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 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 10, приводящие 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 3 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.

Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания более чем в 5 раз больше относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания, то чувствительный элемент 3 абсолютного давления не соединится методами микроэлектронных технологий с корпусом 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 в связи с недостаточной жесткостью связи клеем-герметиком 4 основания 8 чувствительный элемент 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления. Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 менее чем в 2 раза меньше относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8, то эффект распределения остаточных механический напряжений будет незначительным. Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания более чем в 5 раз больше относительно длины ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания, то эффект распределения остаточных механический напряжений будет незначительным. Если основание 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления имеет длину ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания менее чем в 2 раза меньше относительно длины ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания, то чувствительный элемент 3 абсолютного давления не соединится методами микроэлектронных технологий с корпусом 1 датчика абсолютного давления алюминиевой проволокой 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 в связи с недостаточной жесткостью связи клеем-герметиком 4 основания 8 чувствительный элемент 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления.

При подаче перегрузочного давления со скоростью менее 100 кПа/мс с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя давления 7 датчика абсолютного давления геометрия сборочной конструкции чувствительного элемента 3 абсолютного давления с использованием основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления из единого материала из кремния, содержащего верхнюю часть 20.1 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8 и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания 8 и размеры горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 равны размерам интегрального преобразователя 7 давления, а также со структурой основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления содержит механический упор 21 в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 20.1 основания 8 соосно верхней 20.1 и нижней частям 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, где все грани механического упора 21 параллельны всем граням верхней 20.1 и нижней 20.2 части основания 8, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя 16 легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя 16 легкоплавкого стекла; потоком среды через штуцер 17 цилиндрической формы с размером диаметра от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления в корпусе 1 датчика абсолютного давления, где соединение чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8, где цилиндрическая фигура клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и расположена между ребрами горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и вне площади штуцера 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления, а также пространство между основанием 8 чувствительного элемента 3, корпусом 1 датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках свободно соединяется с общим пространством в корпусе 1 датчика абсолютного давления, что позволяет останавливать изгиб квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 до момента, когда утоненная часть 13 квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 ломается от механической перегрузки давлением, при этом свободный ход квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 сохраняется при подаче номинального давления на датчик абсолютного давления. Размер стороны квадратной формы механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 позволяет производить остановку изгиба квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 благодаря соприкосновению одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3. Если размер высоты механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 составляет более 2/3 от толщины 16 слоя легкоплавкого стекла, то соприкосновение одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 происходит до момента подачи номинального давления, что приводит к существенному увеличению погрешности по нелинейности. Если размер высоты механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 составляет менее 1/3 от толщины 16 слоя легкоплавкого стекла, то соприкосновение одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 происходит после излома утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 при подаче перегрузочного давления на датчик абсолютного давления, что, как следствие, приводит к потери работоспособности датчика абсолютного давления, в целом.

При подаче перегрузочного давления со скоростью от 100 до 500 кПа/мс с лицевой стороны 9 интегрального преобразователя давления 7 датчика абсолютного давления геометрия сборочной конструкции чувствительного элемента 3 абсолютного давления с использованием основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления из единого материала из кремния, содержащего верхнюю часть 20.1 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 20.2 основания 8 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части 20.2 основания 8 и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 20.1 основания 8 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 20.2 основания 8 и размеры горизонтальных граней верхней части 20.1 основания 8 равны размерам интегрального преобразователя 7 давления, а также со структурой основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления содержит механический упор 21 в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 20.1 основания 8 соосно верхней 20.1 и нижней частям 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, где все грани механического упора 21 параллельны всем граням верхней 20.1 и нижней 20.2 части основания 8, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя 16 легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя 16 легкоплавкого стекла; потоком среды через штуцер 17 цилиндрической формы с размером диаметра от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления в корпусе 1 датчика абсолютного давления, где соединение чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8, где цилиндрическая фигура клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и расположена между ребрами горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и вне площади штуцера 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления, а также пространство между основанием 8 чувствительного элемента 3, корпусом 1 датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках свободно соединяется с общим пространством в корпусе 1 датчика абсолютного давления, что позволяет останавливать изгиб квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 до момента, когда утоненная часть 13 квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 ломается от механической перегрузки давлением, при этом свободный ход квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 сохраняется при подаче номинального давления на датчик абсолютного давления, благодаря торможению высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды через штуцер 17 в корпусе 1 датчика абсолютного давления нижней горизонтальной гранью нижней части 20.2 основания 8 и, как следствие, последующего разбиения высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды на четыре потока среды в пространствах между основанием 8 чувствительного элемента 3, корпусом 1 датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4. Соединение чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 гарантирует сохранность целостности конструкции датчика абсолютного давления при высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды.

Если происходит торможение и разбиение высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды, то размер стороны квадратной формы механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3, не превышающей расстояния между границами слоя легкоплавкого стекла, позволяет производить остановку изгиба квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 благодаря соприкосновению одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3. Если размер высоты механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 составляет более 2/3 от толщины 16 слоя легкоплавкого стекла, то соприкосновение одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 происходит до момента подачи номинального давления, что приводит к существенному увеличению погрешности по нелинейности. Если размер высоты механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 составляет менее 1/3 от толщины 16 слоя легкоплавкого стекла, то соприкосновение одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3 происходит после излома утоненной части 13 квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 при подаче перегрузочного давления на датчик абсолютного давления, что, как следствие, приводит к потери работоспособности датчика абсолютного давления, в целом.

Если не происходит торможение и разбиение высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды, то размер стороны квадратной формы механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3, не превышающей расстояния между границами слоя легкоплавкого стекла, и высота механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3, которая составляет от 1/3 до 2/3 от толщины 16 слоя легкоплавкого стекла, не позволяют производить остановку изгиба квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 благодаря соприкосновению одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3, по причине воздействия критических показателей импульса силы в начальный момент от высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды в областях концентрации механических напряжений на квадратной кремниевой мембране 10 интегрального преобразователя давления 7 при соприкосновении одного среднего жесткого центра 15.2 или всех жестких центров 15.1, 15.2, 15.3 квадратной кремниевой мембраны 10 с поверхностью механического упора 21 основания 8 чувствительного элемента давления 3.

Если размер диаметра цилиндрической фигуры клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 менее 1/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8, то соединение чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 является недостаточным, чтобы выдержать воздействие высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды. Если размер диаметра цилиндрической фигуры клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 более 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8, то соединение чувствительного элемента 3 абсолютного давления с корпусом 1 датчика абсолютного давления клеем-герметиком 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 частично пересекает площадь штуцера 17 корпуса датчика абсолютного давления, что препятствует свободной подачи давления потоком среды. Если размер диметра штуцера 17 цилиндрической формы более 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, то его площадь частично пересекает площадь цилиндрической фигуры клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, которая составляет от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 и клея недостаточно, чтобы выдержать воздействие высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды. Если размер диаметра штуцера 17 цилиндрической формы менее 3/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части 20.2 основания 8 чувствительного элемента 3 абсолютного давления, то его площадь является недостаточной для свободной подачи давления потоком среды. Если высота цилиндрической фигуры клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 менее 50 микрометров, то пространство между основанием 8 чувствительного элемента 3, корпусом 1 датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 в четырех точках является недостаточным для свободной подачи давления потоком среды. Если высота цилиндрической фигуры клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 более 100 микрометров, то нарушается сохранность целостности конструкции датчика абсолютного давления при высокоскоростной подаче перегрузочного давления потоком среды.

Для минимизации влияния от воздействий коррозии, вызывающих увеличение погрешности по стабильности выходного сигнала датчика абсолютного давления поверхность интегрального преобразователя 7 давления, входящего в состав поверхности полости корпуса 1, защищается с помощью коррозионностойкого кремнийорганического защитного покрытия 18.

Таким образом, достигается указанный технический результат, а именно повышение механической прочности датчика абсолютного давления при высокоскоростной подаче перегрузочного давления потоком среды, вследствие торможения и разбиения высокоскоростной подачи перегрузочного давления потоком среды в соединении между основанием 8 чувствительного элемента 3, корпусом 1 датчика абсолютного давления и фигурами из клея-герметика 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, а также при остановке изгиба квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 до момента, когда утоненная часть 13 квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 ломается от механической перегрузки давлением, при этом свободный ход квадратной кремниевой мембраны 10 интегрального преобразователя давления 7 сохраняется при подаче номинального давления на датчик абсолютного давления.

Claims (1)

1. Механически сверхвысокопрочный датчик абсолютного давления, 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, 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 со 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 микрометров 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 единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса, содержащего верхнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней нижней части основания, и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части основания больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части основания, и размеры горизонтальных граней верхней части основания равны 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, а также содержит механический упор в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части основания соосно верхней и нижней частям основания чувствительного элемента абсолютного давления, где все грани механического упора параллельны всем граням верхней и нижней частей основания, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины слоя легкоплавкого стекла, отличающийся тем, что корпус датчика абсолютного давления содержит восемь выводов и штуцер цилиндрической формы диаметром от 3/4 до 4/5 от длины ребра горизонтальной грани нижней части основания чувствительного элемента абсолютного давления для подачи давления среды с лицевой стороны интегрального преобразователя давления, расположенный по центру корпуса соосно чувствительному элементу датчика абсолютного давления, и механическое соединение основания чувствительного элемента абсолютного давления с корпусом выполнено клеем-герметиком в четырех точках по углам нижней горизонтальной грани нижней части основания, где цилиндрическая фигура клея-герметика имеет высоту от 50 до 100 микрометров и размер диаметра от 1/5 до 1/4 от длины ребра горизонтальной грани нижней части основания и расположена между ребрами горизонтальных граней нижней части основания и вне площади штуцера корпуса датчика абсолютного давления.