Полупроводниковое измерительное устройство Советский патент 1986 года по МПК G01L1/22 

1

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании полупроводниковых гибриднык тензорезисторных датчиков силы, давления, ускорения и других механических параметров.

Целью изобретения является повьше- кие точности и чувствительности.

На фиг.1 изображено полупроводниковое измерительное устройство, общий вид; на фиг.2 - то же, с нанесенной диэлектрической массой.

Чувствител ьный элемент содержит подложку 1, например, из крепления п-типа проводимости, на верхней плоскости которой расположен монолитный мост 2, состоящий из тензорезисторов R - R. из кремния p -типа проводимости, ориентированных в кристаллографических направлениях 110 и СП 01. Мост тензорезисторов 2 в форме полой квадратной рамки монолитно соединен с перемычками 3, изготовленными из того же типа кремния и монолитно соединенными с контактными площадками 4, которые атомарно соединены с подложкой 1. Мост тензорезисторов 2 с перемычками 3 расположены симметрично продольной 00 и поперечной о О осям подложки 1 над пазом 5, сформированным в подложке 2. Глубина паза 5 составляет 0,05-0,1 толщины Н подложки 1. Паз 5 выполнен на всю ширину В подложки 1 и симметричен оси о О . Контактные площадки 4 расположены на жестких частях 6 подложки 1 и попарно симметрично относительно осей 00 и о о . На мост тензорезисторов 2, перемычки 3 и в обьем паза 5, расположенный под мостом и перемычками, нанесена теплоотводящая диэлектрическая масса 7, например, из кремнийорганического вазелина.

Чувствительный элемент работает следующим образом.

При воздействии на упругий элемент (не показан) измеряемого параметра, например силы, упругий элемент деформируется. На упругом элементе тем или иным способом (пайкой, сваркой, наклейкой и т.п.) закрепляется чувствительный элемент. Следова-

2476932

тельно, при деформации з ругого элемента также деформируется и чувствительный элемент, в результате чего тензорезисторы R и Rg, например,

5 растягиваются, а R и R, сжимаются. Изменение сопротивлений тензорезисторов обусловливает изменение выходного сигнала мостовой схемы, и по выходному сигналу судят о величине из 0 меряемого усилия.

Современные технологические возможности позволяют изготовить предлагаемый чувствительный элемент в микроминиатюрном исполнении, при

5 этом оптимальные габариты подложки составляют 3x1x0,1 мм, а тензорезис- тора 0,1x0,01x0,001 мм. Малая масса моста тензорезисторов, выполненного в форме квадратной рамки, свободно

20 расположенной над пазом в подложке, обеспечивает малую механическую жесткость моста тензорезисторов, что облегчает точную передачу деформаций от упругого элемента к тензорезисто25 рам и тем самым позволяет повысить точность преобразования, а также их чувствительность к измеряемой деформации по сравнению с известным преобразователем.

30

Формула изобретения

Полупроводниковое измерительное устройство, содержащее подложку из

35 полупроводникового материала одного типа проводимости и монолитный полупроводниковый мост тензорезисторов в форме квадратной рамки с контактными площадк 1ми другого типа прово40 димости, сторона которой ориентирована вдоль оси приложения нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и чувствительности, в него введены четьфе

45 перемычки, жестко соединенные одними концами с контактными площадками квадратной рамки, выполненной полой, а другими концами - с краями паза, вьшолненного в подложке перпендику50 лярно оси приложения нагрузки на всю ее ширину, при этом перемычки выполнены из материала квадратной рамки.

(fOO)

7 О

5i/ «72//7

Si. п-тил

Редактор Л.Веселовская

Составитель А.Экономов Техред О.Гортвай

Подписное

Заказ 4114/40Тираж 778

ВНИИШ Государственного комитета OLi.r по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,

производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 2

Корректор С.Шекмар

Подписное

Изобретение может быть использовано при создании полупроводниковых гибридных тензорезисторных датчиков и позволяет повысить точность и чувствительность устройства. На подложке 1 расположен монолитный мост 2 из тензорезисторов R -R в форме полой квадратной рамки, соединенной через перемычки 3 с контактными площадками 4. Размещение рамки над пазом 5, выполненным на всю ширину подложки 1перпендикулярно оси приложения нагрузки, и ее малая масса обеспечивают малую механическую жесткость моста 2, облегчающую точную передачу деформаций от упругого элемента к тензорезисторам. Изменение сопротивлений тензорезисторов при воздействии измеряемого параметра вызьшает изменение выходного сигнала мостовой схемы, по величине которого судят о величине нагрузки. Подпожка 1 и мост 2выполнены из полупроводникового материала разных типов проводимости. 2 ил. & W о F ю | о со со F о V