Сенсоры механических величин на емкостном принципе преобразования

5. Технология изготовления  емкостных сенсоров давления

Технология измотовления МЭМС емкорстных датчиков давления основана на стандартных  технологических операциях микроэлекторнной промышленности, и может быть выполнена  с применением стандартного оборудования для производства микроелектронных компонентов.

Рис. 9 Профилированная кремниевая мембрана

Мембрана с жестким центром 1 получена двухсторонним анизотропным травлением пластины кремния n-типа проводимости. Высота восьми выступов 2 задает исходные ширины емкостных зазоров ≈ 10 мкм. На обе стороны мембраны напылены: по периферии – тонкие (≈ 2 мкм) пленки боросиликатного стекла 3; на жесткий центр – слои металлизации 4 (≈ 0,1 мкм). Металлизация центра продлена узкой дорожкой до периферии мембраны, где осуществляется приварка микропроволочных электровыводов.

Рис.10 Неподвижная стеклянная обкладка

На обеих сторонах центральных  участков стеклянной пластины 5 сформированы металлизированные площадки 6, соединенные друг с другом металлизированной дорожкой через боковую поверхность пластины.

Рис.11 Мембранный блок в сборе

Мембранный блок содержит мембрану 1, две кремниевые рамки 7, сформированные сквозным анизотропным травлением кремниевых пластин, и две стеклянные пластины 5. Сначала в вакууме проводится сплавление рамок с периферией мембраны при температуре размягчения стеклянных слоев 3 (700 °С) под сжимающей нагрузкой 5 кГ/ см2. Затем выполняется электростатическая сварка стеклянных пластин 5 с выступами мембраны 2 (1000 В, 400 ÷450 °С). После этого к металлизированным дорожкам на кремниевой мембране и к металлизированным площадкам на стеклянных пластинах привариваются микропроволочные электровыводы 8. Мембранный блок герметично упаковывается в стальном корпусе датчика давления силиконовым компаундом. Микропроволочные электровыводы 8 предназначены для соединения четырех обкладок двух конденсаторов, образованных слоями металлизации жесткого центра мембраны и стеклянных пластин, с электрогермовводами корпуса. Разность давлений, действующих по обе стороны мембранного блока, изгибает мембрану, вызывая увеличение одной из емкостей и уменьшение другой, что и служит сигналом разности давлений. Метрологические характеристики емкостного сенсора отвечают классу точности 0,1.

Список  литературы

1. Сысоева С. Автомобильные акселерометры. Часть 4. Развитие технологий и элементной базы емкостных акселерометров. Компоненты и технологии. 2006. № 3. С. 10_17.

2. Н.П. Криворотов, Т.И. Изаак и  др. Микроэлектронные сенсоры давления

3. Алексей Борзенко, Технология MEMS // BYTE / Россия. - 2006. - № 1. - С. 26-32

4. Слепов В.И. Европейский рынок датчиков давления // Приборы и системы управления. 2001. № 3. С. 55 – 57.

5. http://eetimes.com/ (Перевод: Сенсоры и МЭМС для систем с 10 степенями свободы: общий взгляд на актуальную проблему)