К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 157
Текст из файла (страница 157)
технология микромехлники с=або(2.ф»г<б ), Максимальный выходной сигнал получается в том случае, когда изменения сопротивлений резисторов ггг, Я2 н зьз зээ противоположны по знаку. Кристалл с диафрагмой прикрелляеюя к стеклянной опоре, которая выполняет три функции. Во-первых, она усиливает кристалл, что особенно важно для дшчиков высокого давления, в которых диафрагма имеет почти такую же плпцину, что и кристалл. Во-вторых, зта опора швшется соединительной поверхностью для монтажа в корпус.
В-третьих, опорная плита поглощает напряжения, возникающие в месю соединения кремниевого кристалла с корпусом. В датчиках относительного давления в опорной плите выполняется отверстие для передачи давления к задней поверхности диафрагмы. В датчиках абсолютного давления отверстия нет, а полость под диафрагмой вакуумируется. Корпус для закрепления кристалла играет веоьма важную роль, опредешщ надежность и эффективность датчика. В ряде случаев давление долило прикладываться к рабочей стороне диафрагмы - со стороны диффузионных резисторов. При этом внешняя среда, которая может вызывать коррозию и загрязнение, не должна воздействовать на проволочные соединения контактов резисторов с внешними выводам. Для исюпочения контакта диафрагмы и токоподводов с внешней средой используют герметизирующие полости, ограниченные метшглической диафрагмой и заполненные силиконовым маслом. В емко стном датчике давления (рис.
5.2.42) упругая диафрагма используется как подвижная обкладка плоского конденсатора, перемещающаяоя под давлением. Неподвижная обкладка конденсатора обычно пред-' ставляет собой тонкую металлическую пленку, напыленную на изолирующую стеклянную пластину. Под дейспием давления р емкость С датчика изменяется. рве.
5.2.42. Еикаствоя Латчвк Лашлшва: 1 - ш Яклаювш лласлша; 2 - вншГдэльшэй лргобраэшашэь; 9- кремниевый кристазл; 4- мембрана; 5- нелодввзэмя метвливческэа абклахка; б - соелвневяе кристалла со стекэзллой пластиной; 1- лиффузвонвмй.токолодвол Обозначив через и прогиб диафрагмы в точке с хоординатами х, у, можно записать в общем виде где ао - прошщимость свободного пространства; 1 - рассюяние мехду цласпгнами при р = О. Толщина упругой мембраны состаюыет от одного до нескольких микрометров, плошадь - несколько квадратных миллиметров, расстояние 1 обычно превышает 1 мкм. Еыкостные датчики более чувствительны к давлению, чем пьезорезиспшные.
Емкость измерительной ячейки такого датчика обычно составляет всего лишь несколько десятков пикофарад. При этом провода, соединяющие ячейку преобразователя емкости в напряжение или частоту с измерительным прибором, обладают рассеянной емкостью, достигающей 1 пф/смз. Поэтому для повышения чувствительности емкостного датчика и уменьшения влияния на него внешних электромагнитных полей необходимо размещать преобразователь как можно ближе от измерительной ячейки, предпочтительно на одном кристалле с ней.
Очевидно, что именно ло такому принципу будут строиться емкостньге датчики давления следующего поколения. Кремниевый аяеелерометр. Одна из конструкций кремниевого акселерометра массой 0,02 г и размерами 2 х 3 х О,б мм показана на рис. 5.2.43. Прибор может измерять ускорения в диапазоне 0,01 - 50я с полосой пропускання более 100 Гц, з Рве. 5.2.43.
Кревяаеаыи акеелерэлегр: 1- резисторы; 2- зазор; У - груз ла упругой балке; 4- углубление в стеклянной крышке; 5- кремлвевмб кристалл; 6- лвффуэвснвые области р л р+ типа, 7- стеюшвлые крмагкл; 8- контактные ллощаахй 9- проволочные тскслолвслм 502 Глава 5.2. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР з Температура терморезнсзорон, ' С Температура, ' С рвзнззср Э 100 Поток 0 150 300 450 600 4 з зз н з ° з ввннн з Пнюнзння 9 Акселеромстр представляет собой слои- стЬю структуру кремний-стекло-кремний. Основным элементом прибора является выполненная из кремния тонкая упругая балка, окрухшниэя кремниевой рамой толщиной 200 мкм.
Рама жестко соединена с концамн балки, торцы рамки слухат для соединенюг со стеклянными крышками. Свободный конец утзрузой балки расширен и образует опору для инертной массы, формируемой из кремния или золота. Два диффузионных резистора р-гила (один на упругой балке, второй - на жесткой раме) включены в полумостовую схему, контвхты к которой выполнены в виде областей звягина на кРемниевой Раме.
РезистоР, Размещенный на упругой белке, изменяет свое сопротивление при вибрациях из-эа возникающих напряжений, второй резистор используется юзя компенсации погрешностей, возникающих вследствие нагревания. Верхняя и нижняя крышки акселеромстра выполнены из стеклянных пластин, соединенных с кремнием.
На верхней стеклянной пластине иапылены металлические контактные площадки, узкие выступы которых контактируют с взводами 1зхтипа диффузионных резисторов. К контакпгым площадкам припаиваются выводы, соедишпошие полумостовую схему с усилителем. Датчик истока. Основными элементами датчика потока (рис.
5.2.44, а) яюппотся тонкопленочный нагреватель 1 и расположенные о двух сторон от него тонкопленочные терморезисторы 2 и 3. Температура нагревателя на 200 'С превышает температуру окружающей ореды, необходимая для зтош мощность не превышает 0,01 Вт. При отсутствии патока теплота от нагревателя одинаково распространяется через окружающую его подушную или газовую среду к обоим терморезисторам, при этом их температура составляет около 140 'С. Планарная технология позволяет выполнить оба термодпчика с предельно близкими парамсцзамн и расположить строго симметрично относительно нагревателя.
Поэтому они имеют одннаковузо злектропроводность и при отсутствии движения волтуха их выходные напряжении равны между собой. ТВХНОЛОПИ МИКРОМВХЛНИКИ Рве. 5.2.45. Зевам взгетееаеава взлелев иацаиехаевав При появлении воздушного потока первый по ходу потока терморезистор 2 начинает охлаждаться за счет того, что теплота от него уносится потоком в сторону ныревателя. В то же время терморезистор 3 начинает нагреваться теплотой, переносимой к нему от нагревателя (рис. 5.2.44, б, в).
Возникающая в результате разность температур и соответственно щюводимостей двух терморезисторов приводит к изменению их выходных напряжений. В резулывте появляется разность напряжений 0,1 В при скорости потока около 600 м/мин. Для поддержания стабильной относительно внешней среды температуры ныревателя используется дополнительный терморезистор 4, контролирующий температуру кремниевого кристалла. Точность измерения датчика потока во многом определяется тем, насколько тепло- изолированы друг от друга его элементы. Поскольку теплопроводность кремния очень велика, для теплоизоляции нагреватель и терморезисторы размещаются внутри пленки из ингрида кремния толщиной не более 0,8 мкм.
Кремний под этой пленкой вьправчивается на глубину около 125 мкм, при этом пленка нитРида кремния находится во взвешенном состоянии над углублением в виде мостика или консоли. Для кремниевого дичпка потока характернм малые размеры, низкий уровень потребляемой энергии, высокий, лепго линеаризуемый выходной сигнал. При массовом пропшодстве таких датчиков методами электронных технолопгй его стоимость может быль существенно ниже, чем традиционных. Технология изготовления изделий микромеханики базируется на общей технологии интегральных микросхем (фотолитография, диффузия или ионная имплантация, металлизация и тл.), однако, кроме этого, предусмотрено использование ряда специфических технологических операций: формироваюш упругого чувспительного элемента, точного размещения и совмещения между собой элементов на обеих сторонах кремниевого кристалла, взаимного соединения мепду собой элементов микроустройств.
К этим операциям предъявлшстся те же требования, по и к основным операциям микроэлектронного производства: групповой способ проведения операций, возможность автоматизации, точность, возможность текущего контроля, низкая стоимость. В общем виде последовательность технологических операций лля изготовления различных изделий микромеханики можно представить в виде схемы, показанной на рис. 5.2.45. 506 Глава 55Д ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР Подготовка нлостин В технологии мнкромеханики испальзуютая стандартные кремниевые пластины, применяемые в технологии мищю электроники.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
