Устройство для ввода цифровой информации Советский патент 1984 года по МПК G06F3/02 

Изобретение относится к обработке информации и,может быть использовано в ЭВМ, калькуляторах и устройствах управления.

Известно бесконтактное коммутационное устройство, содержащее тензочувствительный элемент и систему передачи давления на него с ограничителем усилия. Тензочувствительный элемент образован пленочным диодом на основе кремния, на который напылена мета.лическая пленка из молибдена, вольфрама, титана или алюминия. Концентратор усилия со сферической рабочей поверхностью изготовлен из корунда, рубина, сапфира или алмаза. Максимальная величина усилия ограничивается величиной свободного перемещения толкателя концентратора усилий 1.

Недостатком данного устройства является низкий ресурс из-за истирания пленки и недостаточной механической стойкости пленочного диода.

Известно устройство для ввода цифровой информации, содержащее чувствительный элемент в виде контактного диода с механизмом передачи давления на него 2.

Однако известное устройство в процессе работы со временем меняет свои электрические параметры, что снижает надежность его работы.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее чувстрительНый элемент в виде контактного диода с механизмом передачи давления на него, между полупроводниковым кристаллом и проводящей пленкой помещен проводящий шарик, обеспечивающий совпадение рабочей площади контактного диода с площадью приложения .усилия.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит полупроводниковый кристалл 1, который в сочетании, например, со сферическим infeталлическим концентратором 2 усилия

Образует контактный тензодиод с площадью контакта, совпадающей с площадью приложения усилия. Кристалл 1 кремния закреплен на основании 3, выполненном, например, из фольгированного металлом диэлектрика, на котором не только закреплены кристалл и элементы коммутационного устройства, но и оно служит для подачи потенциала на полупроводник. Прокладки 4 - 6 служат для крепления концентратора усилия и в сочетании с фольгированной металлом пленкой 7 (пленочный толкатель ) обеспечивают как передачу на концентратор усилия

и потенциала, как и для ограничения

величины максимально возможного давления.

Тензочувствительным элементом предложенного устройства является контактный диод, образованный токопроводящим концентратором 2 и полупроводниковым кристаллом 1. Механическая система передачи усилия на концентратор с ограничителем хода толкателя, заключенные в корпус, включают металлизированную пленку толкателя 7 и прокладку 5 с отверстиями 8 и 9. Металлизированный пленочный толкатель 7 расположен на прокладке 5 из диэлектрического материала, толщина которой равна высоте концентратора 2 усилия. В прокладке 5 выполнено отверстие 8, в котором размещен концентратор 2.

Ограничитель усилия пленочного толкателя 7 выполнен в виде прокладки 5 с дополнительным отверстием 9, сопряженным с отверстием 8, в кото.ром размещен концентратор 2, и расширяющимся по направлению к толкателю 7. Дополнительное отверстие 9 в прокладке 5 ограничителя усилия имеет в плоскости соприкосновения с пленочным толкателем 7 размер, не превышающий 10 мм. Зона 10 сопряжения дополнительного отверстия 9 с отверстием 8, в котором размещен концентратор 2, расположена по отношению к толкателю 7 на расстоянии не более 2/3 высоты концентратора 2.

На устройство подается напряжение от источника 11 питания, положительный полюс 12 которого соединен с полупроводниковым кристаллом 1, а отрицательный полюс 13 - с плeнoчньD 1 толкателем 7. Полезный сигнал в результате срабатывания коммутационного устройства выделяется на резисторе 14. Приложение обратного напряжения к контактному диоду коммутационного устройства обеспечивает его работу на обратной (отрицательной ) ветви вольт-амперной характеристики.

Устройство работает следующим образом.

Усилие, например, Человеческого пальца прикладывают к пленочному толкателю 7, который передает его через концентратор 2 на кристалл 1. В результате приложения усилия меняется проводимость контактного диода, образованного концентратором 2 и кристаллом 1, ЧРо приводит к появлению полезного сигнала на резисторе 14. Ограничение усилия обеспечивается формой и размерами дополнительного отверстия 9 в Прокладке 5, которое определяет глубину проникновения пальца и пленочного толкателя 7 при упоре пальца в прокладку 5. Вместо человеческого пальца может быть использован любой эластичный материал со свойствами, близкими к механическим свойствам подушечки человеческого пальца. Поскольку в устройстве обеспечен постоянный контакт концентратора 2 с полупроводниковой пластиной 1, то прилагаемое усилие, увеличивая площадь контакта, тем самым автоматически увеличивает площадь приложения усилия к кристаллу. Таким образом, при любых усилиях, меньших усилий разрушения, площадь образованного контактного диода и площадь приложения усилия всегда автоматически совпадают. При этом происходит изменение рабочего тока в каждой точке кон такта во всем диапазоне прикладываемых усилий. Материал концентратора 2 выбирают таким, чтобы предел текучести был содной стороны, выше нагрузок, необходимых для получения тензоэффекта в кристалле (для кремния, например, выше 2000 н/мм, а с другой стороны ниже нагрузок, разрушающих кристалл (для кремния, например, меньше 13000 . Материалом концентратора может быть, например, карбид вольфрама типа ВК-5. Размер дополнительного отверстия 9 в плоскости его соприкосновения с толкателем 7 выбирают не превышающим ,10 мм, так как при больших размерах на кристалле и концентраторе (в случае практически приемлемых размеров устройств I возникают усилия, приводящие к их разрушению. Эти же обстоятельства предопределяют расположение зоны 10 сопряжения дополнительного отверстия 9 с отв.ерстием 8 на расстоянии не боле 2/3 высоты концентратора, а также надежную фиксацию концентратора в отверстии 8. Наличие контактного диода, в котором площадь образованного диода всегда совпадает с площадью, к которой прикладывается усилие-, повышает ресурс обрабатываний устройства, резко увеличивает тензочувствительность и термомеханическую стойкость, обеспечивая возможность работы на малых усилиях. Повышение тензочувствительности связано с тем, что на всей площади контактного диода усилие прикладывается непосредственно к зоне контакта металл-полупроводник (тензочувстви тельной зоне, тогда как во всех случаях известных устройств между плоскостью (поверхностью) приложения усилия и тензочувствительной зоной обязательно присутствует демпфирующий элемент. Практически ресурс предлагаемого устройства определяется ресурсом контактного диода, образованного концентратором и кристаллом. Это позволяет получать необходимую величину Яолезного сигнала при значительно меньших усилиях, чем при усилиях, необходимых для получения тех же сигналов на пленочных тензодио- дах.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее чувствительный элемент в виде контактного диода с механизмом передачи давления на него, отличающееся тем, что, с целью повышен 1я надежности работы, между полупроводниковым кристаллом и проводящей пленкой помещен проводящий шарик, обеспечивающий совпадение рабочей площади контактного диода с площадью приложения усилия. 00 ел S 3 ю 9 а