RU230059U1 - Чувствительный элемент избыточного давления с повышенной механической прочностью и стабильностью - Google Patents

Abstract

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

Техническим результатом полезной модели является возможность проводить измерения избыточного давления при условии сохранения высокой механической прочности и низких погрешностей по стабильности.

Чувствительный элемент избыточного давления с повышенной механической прочностью и стабильностью содержит кремниевый интегральный преобразователь давления, структуры кремниевого основания с верхней и нижней частью в виде прямоугольных правильных параллелепипедов, где отверстие основания чувствительного элемента избыточного давления для соединения с атмосферным давлением оборотной стороны интегрального преобразователя давления в форме прямого кругового цилиндра, где диаметр отверстия меньше от 4,0 до 5,5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части основания, а также содержит механический упор квадратной формы, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части основания, и верхний механический упор чувствительного элемента давления в виде монолитной формы четырехугольной призмы, сформированный из кремния и соединенный слоями легкоплавкого стекла, где ширина слоев легкоплавкого стекла меньше от 1/3 до 2/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя давления и гранью между утолщенной частью и утоненной частью мембраны, что позволяет повышать механическую прочность интегрального преобразователя давления при воздействии перегрузочного давления с любой из двух сторон преобразователя при условии сохранения малых показателей погрешностей по временной стабильности. 6 ил.

Description

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

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 отсутствие возможности проводить измерения избыточного давления при условии сохранения высокой механической прочности и низких погрешностей по стабильности.

Отсутствие возможности проводить измерения избыточного давления при условии сохранения высокой механической прочности и низких погрешностей по стабильности является недостатком прототипа поскольку с оборотной механической стороны интегрального преобразователя давления сформирована вакуумированная полость чувствительного элемента давления и нет отверстия в основании для соединения оборотной механической стороны интегрального преобразователя давления с атмосферным давлением, а также отсутствует верхний механический упор чувствительного элемента избыточного давления при подаче перегрузочного давления с оборотной механической стороны интегрального преобразователя.

Полезная модель устраняет недостатки прототипа.

Техническим результатом полезной модели является возможность проводить измерения избыточного давления при условии сохранения высокой механической прочности и низких погрешностей по стабильности.

Технический результат достигается тем, что чувствительный элемент избыточного давления с повышенной механической прочностью и стабильностью содержит интегральный преобразователь давления и контактные площадки, механическое соединение интегрального преобразователя давления и основания выполнено слоем легкоплавкого стекла, чувствительный элемент 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 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 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, 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 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 нижнего слоя легкоплавкого стекла; где интегральный преобразователь давления и основание чувствительного элемента давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла в областях контакта соединения, в качестве чувствительного элемента используется чувствительный элемент избыточного давления, где основание чувствительного элемента избыточного давления содержит нижнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней нижней части основания меньше от 1,5 до 1,8 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части основания, и отверстие основания чувствительного элемента избыточного давления для соединения с атмосферным давлением оборотной стороны интегрального преобразователя давления в форме прямого кругового цилиндра, где ось симметрии отверстия основания чувствительного элемента избыточного давления совпадает с вертикальной осью симметрии основания чувствительного элемента избыточного давления, проходящей перпендикулярно центрам горизонтальных граней верхней и нижней частей основания чувствительного элемента избыточного давления, и диаметр отверстия основания чувствительного элемента избыточного давления меньше от 4,0 до 5,5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части основания чувствительного элемента избыточного давления, а также чувствительный элемент избыточного давления содержит верхний механический упор чувствительного элемента давления, выполненный в виде монолитной формы четырехугольной призмы, а также сформирован из кремния и соединен верхними слоями легкоплавкого стекла, расположенных вдоль двух меньших ребер на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления, с интегральным преобразователем давления в области утолщенной части квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления, где ширина верхних слоев легкоплавкого стекла составляет от 1/3 до 2/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя давления и гранью между утолщенной частью и утоненной частью квадратной кремниевой мембраны, и длина верхних слоев легкоплавкого стекла равна длине меньшего ребра на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления, и там, где отсутствует соединение верхними слоями легкоплавкого стекла, сформирован зазор для подвода давления измеряемой среды с лицевой стороны интегрального преобразователя давления, при этом размер больших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления равен размеру стороны интегрального преобразователя давления и размер меньших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления составляет не менее размера стороны утоненной части квадратной кремниевой мембраны и не более расстояния между ближайшими границами контактных площадок, расположенных на разных сторонах интегрального преобразователя давления, и все три оси симметрии верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления соосны всем трем осям симметрии основания чувствительного элемента избыточного давления, где квадратная кремниевая мембрана интегрального преобразователя давления имеет возможность для свободного перемещения утоненной части и трех жестких центров квадратной кремниевой мембраны вдоль вертикальной оси симметрии чувствительного элемента избыточного давления под действием номинального давления, подаваемого с лицевой стороны интегрального преобразователя давления; и контакта одного из жестких центров квадратной кремниевой мембраны с механическим упором в основании или лицевой части интегрального преобразователя давления с верхним механическим упором чувствительного элемента избыточного давления при перегрузочном давлении, за счет толщины зазоров, образующих полость при заданных толщинах нижнего и верхних слоев легкоплавкого стекла между интегральным преобразователем давления и верхним механическим упором чувствительного элемента давления, а также между жесткими центрами квадратной кремниевой мембраны и механическим упором в основании чувствительного элемента избыточного давления.

Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг. 1-6.

На фиг. 1 представлен вид сверху чувствительного элемента избыточного давления.

На фиг. 2 представлен вид сбоку чувствительного элемента избыточного давления (разрез А-А).

На фиг. 2 представлен вид сбоку чувствительного элемента избыточного давления (разрез Б-Б).

На фиг. 4 представлен вид сбоку интегрального преобразователя давления.

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

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

Цифрами на чертежах обозначены:

1 - интегральный преобразователь давления чувствительного элемента избыточного давления из кремния n-типа проводимости;

2 - основание чувствительного элемента избыточного давления;

3 - лицевая сторона интегрального преобразователя 1 давления;

4 - тензорезисторы интегрального преобразователя 1 давления p-типа проводимости;

5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 - алюминиевые контактные площадки интегрального преобразователя 1 давления;

6 - средства электрических соединений интегрального преобразователя 1 давления;

7 - оборотная механическая сторона интегрального преобразователя 1 давления в виде квадратной кремниевой мембраны;

8 - утолщенная часть квадратной кремниевой мембраны 7;

9 - утоненная часть квадратной кремниевой мембраны 7;

10.1, 10.2, 10.3 - жесткие центры квадратной кремниевой мембраны 7;

11.1, 11.2 - нижний и верхние слои легкоплавкого стекла;

12 - отверстие в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления;

13.1, 13.2 - верхняя и нижняя часть основания 2 чувствительного элемента избыточного давления;

14 - механический упор в основании чувствительного элемента избыточного давления;

15 - верхний механический упор чувствительного элемента избыточного давления.

Устройство содержит (фиг. 1, 2) интегральный преобразователь 1 давления и контактные площадки 5, механическое соединение интегрального преобразователя 1 давления и основания 2 выполнено слоем легкоплавкого стекла 11, чувствительный элемент давления содержит интегральный преобразователь 1 давления, состоящий из кремния n-типа проводимости и на лицевой стороне 3 которого сформированы тензорезисторы 4 p-типа проводимости, средства электрических соединений 6 и алюминиевые контактные площадки 5, объединенные в мостовую схему, и на оборотной стороне 7 которого сформирована травлением механическая часть с тонкой гибкой симметрично выполненной квадратной кремниевой мембраной 7 с утолщенной частью 8, утоненной частью 9, где толщина утоненной части 9 мембраны составляет от 10 микрометров до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 1 давления, и с тремя жесткими центрами 10 кремниевой мембраны 7, места соединения которых являются местами концентрации механических напряжений; основание 2 чувствительного элемента давления выполнено из единого материала из кремния для снятия остаточных механических напряжений от корпуса, содержащего верхнюю часть 13.1 основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 13.2 основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 13.1 основания 2 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 13.2 основания 2 и размеры горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2 равны размерам интегрального преобразователя 1 давления, а также содержит механический упор 14 в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 13.1 основания 2 соосно верхней и нижней частям 13 основания 2 чувствительного элемента давления, где все грани механического упора 14 параллельны всем граням верхней и нижней частей 13 основания 2, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами слоя легкоплавкого стекла 11.1, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины нижнего слоя легкоплавкого стекла 11.1; где интегральный преобразователь 1 давления и основание 2 чувствительного элемента давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла 11.1 в областях контакта соединения, в качестве чувствительного элемента используется чувствительный элемент избыточного давления, где основание 2 чувствительного элемента избыточного давления содержит нижнюю часть 13.2. основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней нижней части 13.2 основания 2 меньше от 1,5 до 1,8 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2, и отверстие 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления для соединения с атмосферным давлением оборотной стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления в форме прямого кругового цилиндра, где ось симметрии отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления совпадает с вертикальной осью симметрии основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, проходящей перпендикулярно центрам горизонтальных граней верхней 13.1 и нижней частей 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления (т.е. проходящей через точки пересечения диагоналей противолежащих горизонтальных граней верхней 13.1 и нижней частей 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления), и диаметр отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления меньше от 4,0 до 5,5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, а также чувствительный элемент избыточного давления содержит верхний механический упор 15 чувствительного элемента давления, выполненный в виде монолитной формы четырехугольной призмы, а также сформирован из кремния и соединен верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2, расположенных вдоль двух меньших ребер на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления, с интегральным преобразователем 1 давления в области утолщенной части 8 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя 1 давления, где ширина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 составляет от 1/3 до 2/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя 1 давления и гранью между утолщенной частью 8 и утоненной частью 9 квадратной кремниевой мембраны 7, и длина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 равна длине меньшего ребра на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления, и там, где отсутствует соединение верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2, сформирован зазор для подвода давления измеряемой среды с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления, при этом размер больших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления равен размеру стороны интегрального преобразователя 1 давления и размер меньших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления составляет не менее размера стороны утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7 и не более расстояния между ближайшими границами контактных площадок 5, расположенных на разных сторонах интегрального преобразователя 1 давления, и все три оси симметрии верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления соосны всем трем осям симметрии основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, где квадратная кремниевая мембрана 7 интегрального преобразователя 1 давления имеет возможность для свободного перемещения утоненной части 9 и трех жестких центров 10 квадратной кремниевой мембраны 7 вдоль вертикальной оси симметрии чувствительного элемента избыточного давления под действием номинального давления, подаваемого с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления; и происходит контакт одного из жестких центров 10 квадратной кремниевой мембраны 7 с механическим упором 14 в основании 2 или лицевой части 3 интегрального преобразователя 1 давления с верхним механическим упором 15 чувствительного элемента избыточного давления при перегрузочном давлении, за счет толщины зазоров, образующих полость при заданных толщинах нижнего и верхних слоев легкоплавкого стекла 11 между интегральным преобразователем 1 давления и верхним механическим упором 15 чувствительного элемента давления, а также между жесткими центрами 10 квадратной кремниевой мембраны 7 и механическим упором 14 в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления.

Интегральный преобразователь 1 давления квадратной формы при виде сверху (фиг. 1), представленный на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, состоит из кремния n-типа проводимости и содержит лицевую сторону 3, на которой сформирована по планарной технологии электрическая мостовая схема, и оборотную механическую сторону 7 в виде квадратной кремниевой мембраны, способной деформироваться при подаче давления. Лицевая сторона 3 содержит совокупность электрически связанных компонентов, состоящих из тензорезисторов 4 p-типа проводимости, средств 6 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 4 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 6 электрических соединений, проходящих через шестую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.6, второе плечо соединяется с третьим плечом средствами 6 электрических соединений, проходящих через седьмую алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.7, третье плечо соединяется с четвертым плечом средствами 6 электрических соединений, проходящих через третью алюминиевую металлизированную контактную площадку 5.3, первое плечо и третье плечо не соединяются и разъединены на пятую 5.5 и четвертую 5.4 алюминиевые металлизированные контактные площадки, соответственно.

В пределах подачи номинального избыточного давления с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления происходит деформация квадратной кремниевой мембраны 7 и, как следствие, меняется сопротивление тензорезисторов 4, расположенных на лицевой стороне 3 интегрального преобразователя 1 давления, приводящее к изменению электрического сигнала, снимаемого с алюминиевых контактных площадок 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 интегрального преобразователя 1 давления. Квадратная кремниевая мембрана 7 на оборотной стороне 7 интегрального преобразователя 1 давления имеет утоненную часть 9, утолщенную часть 8 и три жестких центра 10.1, 10.2, 10.3. Оборотная сторона 7 интегрального преобразователя 1 давления в виде квадратной кремниевой мембраны 7 создается анизотропным травлением. Три жестких центра 10.1, 10.2, 10.3 квадратной кремниевой мембраны 7 могут иметь как квадратное, так и другое сечение, любых геометрических размеров в зависимости от требований к элементу. Исходя из экспериментальных результатов, толщина утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7 в зависимости от номинального преобразуемого давления может варьироваться от 10 микрометров до значения, равного половине толщины интегрального преобразователя 1 давления. Чем выше номинальное избыточное давление, тем должна быть толще утоненная часть 9 квадратной кремниевой мембраны 7. Изготовление утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7 толщиной менее 10 микрометра приводит к ее разрушению, а при изготовлении очень толстой утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7 существенно падает чувствительность интегрального преобразователя 1 давления. Три жестких центра 10.1, 10.2, 10.3 и утолщенная часть 8 квадратной кремниевой мембраны 7, грани пересечения трех жестких центров 10.1, 10.2, 10.3 и утолщенной части 8 квадратной кремниевой мембраны 7 с утоненной частью 9 квадратной кремниевой мембраны 7, расположенные параллельно, образуют области механических напряжений. В областях механических напряжений с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления расположены тензорезисторы 4.

Интегральный преобразователь 1 давления и основание 2 чувствительного элемента 3 избыточного давления, высота которого при рассмотрении вида сбоку не регламентирована, изготовлены из единого материала, в качестве которого используется кремний, и жестко связаны между собой в местах контакта соединения в области утолщенной части 8 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя 1 давления нижним слоем легкоплавкого стекла 11.1 при помощи технологии пайки элементов. Герметичное соединение нижним слоем легкоплавкого стекла 11.1 оборотной стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления и основания 2 чувствительного элемента избыточного давления позволяет производить разделение между лицевой стороной 3 и оборотной стороной 7 интегрального преобразователя 1 давления, что позволяет измерять избыточное давление, то есть давление, подаваемое потоком рабочей среды на лицевую сторону 3 интегрального преобразователя 1 давления относительно атмосферного давления с оборотной стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления. Непосредственная подача потока рабочей среды на чувствительный элемент избыточного давления с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления может производится в любой конструкции корпуса, в которой канал подачи избыточного давления герметично разделен от канала соединения с атмосферным давлением через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления.

Свободный ход квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя 1 давления до основания 2 чувствительного элемента избыточного давления при подаче номинального избыточного давления рабочей среды с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления достигается за счет толщины зазора в полости при заданной толщине нижнего слоя легкоплавкого стекла 11.1 между жесткими центрами 10.1, 10.2, 10.3 интегрального преобразователя 1 давления и механическим упором 14 в основании 2 чувствительного элемента давления.

Чувствительный элемент избыточного давления с верхним механическим упором 15, выполненным в виде монолитной формы четырехугольной призмы, а также сформированным из кремния и соединенным верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2, имеет актуальное применение в составе чувствительного элемента избыточного давления для защиты чувствительного элемента избыточного давления от воздействия перегрузочного давления с оборотной стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления, где происходит контакт лицевой части 3 интегрального преобразователя 1 давления с верхним механическим упором 15 чувствительного элемента избыточного давления при перегрузочном давлении, за счет толщины зазоров, образующих полость при заданной толщине верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 между интегральным преобразователем 1 давления и верхним механическим упором 15 чувствительного элемента избыточного давления, где канал подачи перегрузочного давления через отверстие 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления на оборотную сторону 7 интегрального преобразователя 1 давления герметично разделен от канала подачи избыточного давления на лицевую сторону 3 интегрального преобразователя 1 давления через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом с любой конструкцией на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления с дополнительной возможностью для снятия остаточных механических напряжений от любой конструкции корпуса из-за их релаксации во времени, которые являются одной из главных причин высокой погрешности стабильности выходного сигнала чувствительного элемента избыточного давления.

В отличии от чувствительного элемента давления, содержащего интегральный преобразователь 1 давления и одно соединение в местах контакта соединения в области утолщенной части 8 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя 1 давления нижним слоем легкоплавкого стекла 11.1 с верхней частью 13.1 основания 2 чувствительного элемента давления, для которого вид снизу представлен на фиг. 5, где механическая развязка от корпуса для чувствительного элемента давления до интегрального преобразователя 1 давления происходит с помощью основания 2 чувствительного элемента давления, имеющего верхнюю часть 13.1 основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 13.2 основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 13.1 основания 2 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 13.2 основания 2; верхняя часть 13.1 основания 2 и нижняя часть 13.2 основания 2 расположены соосно друг другу; вертикальные грани верхней части 13.1 основания 2, вертикальные грани нижней части 13.2 основания 2 параллельны друг другу; основание 2 чувствительного элемента давления нигде не соприкасается с корпусом для чувствительного элемента давления кроме соединения нижней части 13.2 основания 2 с корпусом для чувствительного элемента давления, а также основание 2 чувствительного элемента давления содержит механический упор 14 квадратной формы в основании 2 чувствительного элемента давления, где вид сверху представлен на фиг. 6, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 13.1 основания 2 соосно верхней 13.1 и нижней частям 13.2 основания 2 чувствительного элемента давления, а также имеющий размер стороны квадратной формы, не превышающей расстояния между границами нижнего слоя 11.1 легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины 11.1 нижнего слоя легкоплавкого стекла; структура основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, содержит нижнюю часть 13.2. основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней нижней части 13.2. основания 2 меньше от 1,5 до 1,8 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2 для сокращения погрешности стабильности выходного сигнала чувствительного элемента избыточного давления; отверстие 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления для соединения с атмосферным давлением оборотной стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления в форме прямого кругового цилиндра, где ось симметрии отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления совпадает с вертикальной осью симметрии верхней 13.1 и нижней частей 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления и диаметр отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления меньше от 4,0 до 5,5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления; а также верхний механический упор 15, выполненный в виде монолитной формы четырехугольной призмы, сформированный из кремния и соединенный верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2, расположенных вдоль двух меньших ребер на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления, с интегральным преобразователем 1 давления в области утолщенной части 8 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя 1 давления, где ширина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 меньше от 1/3 до 2/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя 1 давления и гранью между утолщенной частью 8 и утоненной частью 9 квадратной кремниевой мембраны 7, и длина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 равна длине меньшего ребра на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления, и там где отсутствует соединение верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2, формируются зазор для подвода давления измеряемой среды с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления, при этом размер больших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления равен размеру стороны интегрального преобразователя 1 давления и размер меньших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления не менее размера стороны утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7 и не более расстояния между ближайшими границами контактных площадок 5, расположенных на разных сторонах интегрального преобразователя давления 1, и все три оси симметрии верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления соосны всем трем осям симметрии основания 2 чувствительного элемента избыточного давления.

Устройство работает следующим образом.

Чувствительный элемент избыточного давления с повышенной механической прочностью и стабильностью способен измерять избыточное давление, то есть давление, подаваемое потоком рабочей среды на чувствительный элемент избыточного давления с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления относительного атмосферного давления с оборотной стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления, с алюминиевыми контактными площадками 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, тензорезисторами 4 и средствами 6 электрических соединений.

При подаче номинального избыточного давления потоком рабочей среды на чувствительный элемент избыточного давления с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления, имеющего отверстие 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления для поддержания атмосферного давления с оборотной стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления, где основание 2 чувствительного элемента избыточного давления и интегрального преобразователя 1 давления жестко связаны нижним слоем легкоплавкого стекла 11.1 в области утолщенной части 8 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя 1 давления, происходит перемещение утоненной части 9 и трех жестких центров 10.1, 10.2, 10.3 квадратной кремниевой мембраны 7, где толщина нижнего слоя легкоплавкого стекла 11.1 между оборотной стороной 7 интегрального преобразователя 1 давления и механическим упором 14 в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления позволяет иметь свободный ход мембраны 7, приводящие к изменению сопротивления тензорезисторов 4 p-типа проводимости, объединенных в мостовую схему средствами 6 электрических соединений и алюминиевыми контактными площадками 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 интегрального преобразователя 1 давления, сформированных на лицевой стороне 3 интегрального преобразователя 1 давления. Подача напряжения питания и снятие выходного сигнала с чувствительного элемента избыточного давления происходит через алюминиевые контактные площадки 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7. При подаче перегрузочного давления на чувствительный элемент избыточного давления квадратная кремниевая мембрана 7 интегрального преобразователя 1 давления имеет контакт одного из жестких центров 10.1, 10.2, 10.3 квадратной кремниевой мембраны 7 с механическим упором 14 в основании или лицевой части 3 интегрального преобразователя 1 давления с верхним механическим упором 15 чувствительного элемента избыточного давления, за счет толщины зазоров, образующих полость при заданных толщинах нижнего и верхних слоев легкоплавкого стекла 11.1, 11.2 между интегральным преобразователем 1 давления и верхним механическим упором 15 чувствительного элемента избыточного давления, а также между жесткими центрами 10.1, 10.2, 10.3 квадратной кремниевой мембраны 7 с механическим упором 14 в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления.

Если основание 2 чувствительного элемента избыточного давления имеет длину ребра горизонтальных граней нижней части 13.2 основания 2 более чем в 1,8 раз меньше относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания, то чувствительный элемент избыточного давления не будет иметь герметичное соединение с любой конструкцией корпуса, в которой канал подачи избыточного давления должен быть герметично разделен от канала соединения с атмосферным давлением через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления. Если основание 2 чувствительного элемента избыточного давления имеет длину ребра горизонтальных граней нижней части 13.2 основания 2 менее чем в 1,5 раз меньше относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания, то эффект распределения остаточных механический напряжений для соединения с любой конструкцией корпуса, в которой канал подачи избыточного давления должен быть герметично разделен от канала соединения с атмосферным давлением через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, будет незначительным.

Если основание 2 чувствительного элемента избыточного давления имеет длину вертикального ребра вертикальных граней верхней части 13.1 основания более чем в 5 раз больше относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 13.2 основания, то эффект распределения остаточных механический напряжений для соединения с любой конструкцией корпуса, в которой канал подачи избыточного давления должен быть герметично разделен от канала соединения с атмосферным давлением через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, будет незначительным. Если основание 2 чувствительного элемента избыточного давления имеет длину вертикального ребра вертикальных граней верхней части 13.1 основания менее чем в 2 раза больше относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 13.2 основания, то чувствительный элемент избыточного давления не будет иметь герметичное соединение с любой конструкцией корпуса, в которой канал подачи избыточного давления должен быть герметично разделен от канала соединения с атмосферным давлением через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления.

Если диаметр отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления имеет размер более чем в 5,5 раз меньше относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания, то чувствительный элемент избыточного давления не будет иметь герметичное соединение с любой конструкцией корпуса, в которой канал подачи избыточного давления должен быть герметично разделен от канала соединения с атмосферным давлением через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления. Если диаметр отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления имеет размер менее чем в 4,0 раза меньше относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания, то эффект распределения остаточных механический напряжений для соединения с любой конструкцией корпуса, в которой канал подачи избыточного давления должен быть герметично разделен от канала соединения с атмосферным давлением через область соединения чувствительного элемента избыточного давления с корпусом на площади горизонтальной грани нижней части 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, будет незначительным.

Если размер высоты механического упора 14 в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления составляет более 2/3 от толщины 11.1 нижнего слоя легкоплавкого стекла, то соприкосновение одного среднего жесткого центра 10.2 или всех жестких центров 10.1, 10.2, 10.3 квадратной кремниевой мембраны 7 с поверхностью механического упора 14 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления происходит до момента подачи номинального давления, что приводит к существенному увеличению погрешности по нелинейности. Если размер высоты механического упора 14 в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления составляет менее 1/3 от толщины 11.1 нижнего слоя легкоплавкого стекла, то соприкосновение одного среднего жесткого центра 10.2 или всех жестких центров 10.1, 10.2, 10.3 квадратной кремниевой мембраны 7 с поверхностью механического упора 14 в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления происходит после излома утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя давления 1 при подаче перегрузочного давления, что, как следствие, приводит к потере работоспособности чувствительного элемента избыточного давления в целом.

Если ширина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 для соединения верхнего механического упора 15 и интегрального преобразователя давления 1 больше, чем 2/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя 1 давления и гранью между утолщенной частью 8 и утоненной частью 9 квадратной кремниевой мембраны 7, то верхние слои легкоплавкого стекла 11.2 будут оказывать существенное влияние в виде остаточных механический напряжений на интегральный преобразователь давления 1, что приведет с существенному росту погрешностей 2 чувствительного элемента избыточного давления. Если ширина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 для соединения верхнего механического упора 15 и интегрального преобразователя давления 1 меньше, чем 1/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя 1 давления и гранью между утолщенной частью 8 и утоненной частью 9 квадратной кремниевой мембраны 7, то жесткости соединения верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2 будет недостаточно для защиты чувствительного элемента избыточного давления от воздействия перегрузочного давления с оборотной механической стороны 7 интегрального преобразователя давления 1.

Если размер меньших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления менее размера стороны утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7, то жесткости соединения верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2 будет недостаточно для защиты чувствительного элемента избыточного давления от воздействия перегрузочного давления с оборотной механической стороны 7 интегрального преобразователя давления 1. Если размер меньших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления более расстояния между ближайшими границами контактных площадок 5, расположенных на разных сторонах интегрального преобразователя 1 давления, то верхний механический упор 15 чувствительного элемента избыточного давления будет частично перекрывать контактные площадки 5 интегрального преобразователя 1 давления для последующего соединения контактных площадок 5 чувствительного элемента избыточного давления с выводами корпуса любой конструкцией.

При измерении параметра стабильности датчика избыточного давления наличие отверстия 12 основании 2 чувствительного элемента избыточного давления в форме прямого кругового цилиндра или цилиндра вращения, где ось симметрии отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления совпадает с вертикальной осью симметрии верхней 13.1 и нижней частей 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления и диаметр отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления меньше от 4,0 до 5,5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, в сочетании с геометрией сборочной конструкции чувствительного элемента избыточного давления с основанием 2 чувствительного элемента избыточного давления из единого материала из кремния, содержащего верхнюю часть 13.1 основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы и нижнюю часть 13.2 основания 2 в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней нижней части 13.2 основания 2 меньше от 1,5 до 1,8 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2 и длина вертикального ребра вертикальных граней верхней части 13.1 основания 2 больше от 2 до 5 раз относительно длины вертикального ребра вертикальных граней нижней части 13.2 основания 2 и размеры горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2 равны размерам интегрального преобразователя 1 давления; достигается возможность измерения избыточного давления при условии сохранения низких погрешностей по стабильности для чувствительного элемента, поскольку оборотная сторона 7 интегрального преобразователя 1 давления соединена с атмосферным давлением.

При подаче перегрузочного давления с лицевой стороны 3 или оборотной механической 7 интегрального преобразователя давления 1 датчика избыточного давления геометрия сборочной конструкции чувствительного элемента избыточного давления с использованием основания 2 чувствительного элемента избыточного давления из единого материала из кремния содержит механический упор 14 в основании 2 в виде правильного параллелепипеда, расположенный на верхней горизонтальной грани верхней части 13.1 основания 2 соосно верхней 13.1 и нижней частям 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, где все грани механического упора 14 в основании 2 параллельны всем граням верхней 13.1 и нижней 13.2 части основания 2, а также имеющий размер ребра горизонтальной грани квадратной формы, не превышающей расстояния между границами нижнего слоя 11.1 легкоплавкого стекла, и размер высоты в диапазоне от 1/3 до 2/3 от толщины нижнего слоя 11.1 легкоплавкого стекла, а также отверстие 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления в форме прямого кругового цилиндра или цилиндра вращения, где ось симметрии отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления совпадает с вертикальной осью симметрии верхней 13.1 и нижней частей 13.2 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления и диаметр отверстия 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления меньше от 4,0 до 5,5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части 13.1 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления; верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления, выполненный в виде монолитной формы четырехугольной призмы, который сформирован из кремния и соединен верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2, расположенных вдоль двух меньших ребер на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления, с интегральным преобразователем 1 давления в области утолщенной части 8 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя 1 давления, где ширина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 меньше от 1/3 до 2/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя 1 давления и гранью между утолщенной частью 8 и утоненной частью 9 квадратной кремниевой мембраны 7, и длина верхних слоев легкоплавкого стекла 11.2 равна длине меньшего ребра на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления, и там где отсутствует соединение верхними слоями легкоплавкого стекла 11.2, формируются зазор для подвода давления измеряемой среды с лицевой стороны 3 интегрального преобразователя 1 давления, при этом размер больших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления равен размеру стороны интегрального преобразователя 1 давления и размер меньших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления не менее размера стороны утоненной части 9 квадратной кремниевой мембраны 7 и не более расстояния между ближайшими границами контактных площадок 5, расположенных на разных сторонах интегрального преобразователя давления 1, и все три оси симметрии верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления соосны всем трем осям симметрии основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, что позволяет останавливать изгиб квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя давления 1 до момента, когда утоненная часть 9 квадратной кремниевой мембраны 7 интегрального преобразователя давления 1 ломается от механической перегрузки давлением, благодаря соприкосновению одного среднего жесткого центра 10.2 или всех жестких центров 10.1, 10.2, 10.3 квадратной кремниевой мембраны 7 с поверхностью механического упора 14 в основании 2 чувствительного элемента избыточного давления при подаче перегрузочного давления на лицевую сторону 3 интегрального преобразователя давления 1 или благодаря соприкосновению лицевой стороны 3 интегрального преобразователя давления с поверхностью верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления при подаче перегрузочного давления на оборотную механическую сторону 7 интегрального преобразователя давления 1.

Таким образом, достигается указанный технический результат, а именно возможность проводить измерения избыточного давления при условии сохранения высокой механической прочности и низких погрешностей по стабильности, вследствие соединения оборотной механической стороны 7 интегрального преобразователя 1 давления с атмосферным давлением через отверстие 12 основания 2 чувствительного элемента избыточного давления, а также при наличии верхнего механического упора 15 чувствительного элемента избыточного давления при подаче перегрузочного давления с оборотной механической стороны 7 интегрального преобразователя 1.

Claims (1)

1. Чувствительный элемент избыточного давления с повышенной механической прочностью и стабильностью, содержащий интегральный преобразователь давления и контактные площадки, механическое соединение интегрального преобразователя давления и основания выполнено слоем легкоплавкого стекла, чувствительный элемент 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 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 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, 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 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 нижнего слоя легкоплавкого стекла; где интегральный преобразователь давления и основание чувствительного элемента давления герметично соединены одним слоем легкоплавкого стекла в областях контакта соединения, отличающийся тем, что в качестве чувствительного элемента используется чувствительный элемент избыточного давления, где основание чувствительного элемента избыточного давления содержит нижнюю часть основания в виде прямоугольного правильного параллелепипеда с горизонтальными гранями квадратной формы, где длина ребра горизонтальных граней нижней части основания меньше от 1,5 до 1,8 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части основания, и отверстие основания чувствительного элемента избыточного давления для соединения с атмосферным давлением оборотной стороны интегрального преобразователя давления в форме прямого кругового цилиндра, где ось симметрии отверстия основания чувствительного элемента избыточного давления совпадает с вертикальной осью симметрии основания чувствительного элемента избыточного давления, проходящей перпендикулярно центрам горизонтальных граней верхней и нижней частей основания чувствительного элемента избыточного давления, и диаметр отверстия основания чувствительного элемента избыточного давления меньше от 4,0 до 5,5 раз относительно длины ребра горизонтальных граней верхней части основания чувствительного элемента избыточного давления, а также чувствительный элемент избыточного давления содержит верхний механический упор чувствительного элемента давления, выполненный в виде монолитной формы четырёхугольной призмы, а также сформирован из кремния и соединен верхними слоями легкоплавкого стекла, расположенными вдоль двух меньших ребер на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления, с интегральным преобразователем давления в области утолщенной части квадратной кремниевой мембраны интегрального преобразователя давления, где ширина верхних слоев легкоплавкого стекла составляет от 1/3 до 2/3 от расстояния между краем интегрального преобразователя давления и гранью между утолщенной частью и утоненной частью квадратной кремниевой мембраны, и длина верхних слоев легкоплавкого стекла равна длине меньшего ребра на нижней горизонтальной грани верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления, и там, где отсутствует соединение верхними слоями легкоплавкого стекла, сформирован зазор для подвода давления измеряемой среды с лицевой стороны интегрального преобразователя давления, при этом размер больших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления равен размеру стороны интегрального преобразователя давления и размер меньших ребер на горизонтальных гранях верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления составляет не менее размера стороны утоненной части квадратной кремниевой мембраны и не более расстояния между ближайшими границами контактных площадок, расположенных на разных сторонах интегрального преобразователя давления, и все три оси симметрии верхнего механического упора чувствительного элемента избыточного давления соосны всем трём осям симметрии основания чувствительного элемента избыточного давления, где квадратная кремниевая мембрана интегрального преобразователя давления имеет возможность для свободного перемещения утоненной части и трёх жестких центров квадратной кремниевой мембраны вдоль вертикальной оси симметрии чувствительного элемента избыточного давления под действием номинального давления, подаваемого с лицевой стороны интегрального преобразователя давления; и контакта одного из жестких центров квадратной кремниевой мембраны с механическим упором в основании или лицевой части интегрального преобразователя давления с верхним механическим упором чувствительного элемента избыточного давления при перегрузочном давлении, за счет толщины зазоров, образующих полость при заданных толщинах нижнего и верхних слоев легкоплавкого стекла между интегральным преобразователем давления и верхним механическим упором чувствительного элемента давления, а также между жесткими центрами квадратной кремниевой мембраны и механическим упором в основании чувствительного элемента избыточного давления.