МИКРОЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕГИАЗАРЯНА Российский патент 1996 года по МПК G01B7/16 G01L1/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения деформации твердых тел.

Известны тензорезисторы, содержащие подложку, резистивный слой и контактные площадки [1]
Недостатком этих тензорезисторов является их низкая точность.

Известны также полупроводниковые тензорезисторы, содержащие кристалл из полупроводникового материала, интегральную измерительную схему и контактные площадки на кристалле [2]
Эти тензорезисторы неудобны в применении в связи с большими технологическими трудностями закрепления на измеряемом объекте и пайки выводов при монтаже у потребителя (ломаются сами тензорезисторы, обрываются выводные проводники, отсутствие у потребителя микроэлектронного оборудования пайки или сварки выводов и т.д.); невозможность их работы в качестве упругочувствительного элемента.

Целью изобретения является создание тензопреобразователя с высокими метрологическими характеристиками, удобного в монтаже и эксплуатации.

Особенностью выполнения тензопреобразователя является то, что кристалл (преобразовательный элемент), выполненный из полупроводникового материала с требуемыми интегральными схемами на поверхности, снабжен переходной платой, закрепленной на его поверхности со стороны контактных площадок, на этой плате выполнены токопроводящие дорожки, причем ширина этих дорожек со стороны кристалла равна ширине дорожек на кристалле, а у другого конца эти дорожки заканчиваются контактными площадками не менее чем на порядок больше их ширины со стороны кристалла. Это позволяет пользователю преобразователем производить монтаж преобразователя любыми известными и доступными средствами и методами. А разварка металлизированных дорожек (контактных площадок) кристалла с дорожками переходной платы осуществляется изготовителем известными микроэлектрон- ными технологиями.

Тензопреобразователь снабжен схемой термокомпенсации, расположенной на его недеформируемой части, метками для ориентации переходной платы на кристалле и для фиксации кристалла на упругих элементах или измеряемых объектах. Интегральная измерительная схема снабжена подгоночными интегральными резисторами. Преобразователь после сборки залит защитным слоем (в местах разварки, пайки и вся планарная сторона кристалла).

На фиг. 1 и 2 представлена конструкция тензопреобразователя; на фиг. 3 схема измерения; на фиг. 4 схема закрепления тензопреобразователя на упругом элементе.

Микротензопреобразователь содержит кристалл 1 из полупроводникового материала или сапфира, измерительную схему 2, состоящую из тензорезисторов 3 и схему 4 температурной компенсации, состоящую из резисторов 5. Обе эти схемы содержат подгоночные резисторы 6 для их балансировки. На кристалле выполнены контактные площадки 7, соединенные металлизированными дорожками 8 с компонентами схемы, и закреплена переходная плата 9 с металлизированными дорожками 10 и контактными площадками 11.

Контактные площадки 7 на кристалле проводниками 12 соединены с металлизированными дорожками 10 (и соответственно с контактными площадками 11 переходной платы 9). На кристалле известными способами выполнены также метки 13, 14, служащие для совмещения кристалла с объектом измерения (метка 13) и переходной платой 9 (метка 14).

После сборки тензопреобразователя (закрепление переходной платы, приварка ее металлизированных дорожек с контактными площадками кристалла) он покрывается защитным слоем, кроме контактных площадок переходной платы.

Тензопреобразователь работает следующим образом.

Преобразователь закрепляют на упругом элементе 15, представляющем собой консольно закрепленную балочку, предварительно совместив метку 13 заделываемой частью упругого элемента 15. Таким же образом закрепляют на подложку 1 и переходную плату 9, совместив ее с меткой 14. Далее, при воздействии измеряемой силы упругий элемент деформируется, соответственно деформируя преобразователь на участке А (фиг.1). Участок Б остается недеформированным. Таким образом, схема 2 приходит в разбаланс и выходной сигнал этой схемы является сигналом, пропорциональным измеряемой величине Р. Схема 4 по структуре, аналогичной схеме 2, не деформируется от силы Р, она воспринимает только температурные воздействия. Схема 2 воспринимает и температурные воздействия, и воздействие силы Р. При вычитании этих температурных воздействий происходит температурная компенсация.

Изобретение относится к измерительной технике, к датчикам преобразования деформаций в электрический сигнал и может быть использовано в приборах для измерения деформаций, сил, масс и т. д. Для повышения удобства монтажа преобразовательный элемент (кристалл) снабжен переходной платой, метками для совмещения переходной платы с кристаллом и кристалла с измеряемым объектом или упругим элементом. Тензопреобразователь после сборки покрывают защитным слоем для предохранения его от повреждений в процессе монтажа и эксплуатации. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Микроэлектронный тензопреобразователь, содержащий кристалл из полупроводникового материала, интегральную измерительную схему и контактные площадки на кристалле, отличающийся тем, что он снабжен закрепленной на планарной стороне кристалла переходной платой с токопроводящими дорожками, электрически связанными с контактными площадками на кристалле одними концами и имеющими на других концах контактные площадки, которые более чем на порядок шире, чем контактные площадки на кристалле. 2. Тензопреобразователь по п. 1, отличающийся тем, что на кристалле выполнены метки совмещения преобразователя с объектом измерения. 3. Тензопреобразователь по п. 2, отличающийся тем, что измерительная схема выполнена со схемой термокомпенсации, расположенной на недеформируемой части кристалла, а метка совмещения выполнена на границе между деформируемой и недеформируемой частями.