Полупроводниковое измерительное устройство

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

93 1 (51) 4 G 01 ? 1/22

МСЕ ii

t l3.„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3820931/24-10 (22) 06.12,84 (46) 30.07.86. Бюл. ¹ 28 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) А.А.Цывин, М.M.Ïàðôåíoâ, Е.Д.Румянцев и Л.В.Беликов (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 922545, кл. G 01 L 1/22.

Патент США N- 3329023, кл. 73-398, 1964. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) 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

1 перпендикулярно 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 вызывает изменение выходного сигнала мостовой схемы, по величине которого судят о величине нагрузки. Подложка 1 и мост

2 выполнены из полупроводникового материала разных типов проводимости.

2 ил.

1247693

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 повыше. ние точности и чувствительности.

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

Чувствительный элемент содержит подложку 1, например, из крепления и-типа проводимости, на верхней плоскости которой расположен монолитный мост 2, состоящий из тензорезисторов

R — R из кремния р -типа проводи—

1 if мости, ориентированных в кристаллографических направлениях (1103 и

11103. 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 0 0 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 симметриI I чен оси 0 0 . Контактные площадки 4 расположены на жестких частях 6 подложки 1 и попарно симметрично относи1 тельно осей 00 и 0 0 . На мост тензорезисторов 2, перемычки 3 и в объем 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. Следовательно, при деформации упругого элемента также деформируется и чувствительный элемент, в результате чего тензорезисторы R u R, например, растягиваются, а К и R сжимаются.

Изменение сопротивлений тензорезисторов обусловливает изменение выходного сигнала мостовой схемы, и по выходному сигналу судят о величине измеряемого усилия.

Современные технологические возможности позволяют изготовить предлагаемый чувствительный элемент в микроминиатюрном исполнении, при этом оптимальные габариты подложки составляют Зхlх0,1 мм, а тензорезистора О,lхО,OlxO 001 мм. Малая масса моста тензорезисторов, выполненного в форме квадратной рамки, свободно расположенной над пазом в подложке, обеспечивает малую механическую жесткость моста тензорезисторов, что облегчает точную передачу деформаций от упругого элемента к тензорезисторам и тем самым позволяет повысить точность преобразования, а также их чувствительность к измеряемой деформации по сравнению с известным преобразователем.

Формула изобретения

Полупроводниковое измерительное устройство, содержащее подложку из полупроводникового материала одного типа проводимости и монолитный полупроводниковый мост тензорезисторов в форме квадратной рамки с контактными площадками другого типа проводимости, сторона которой ориентирована вдоль оси приложения нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, в него введены четыре перемычки, жестко соединенные одними концами с контактными площадками квадратной рамки, выполненной полой, а другими концами — с краями паза, выполненного в подложке перпендикулярно оси приложения нагрузки на всю ее ширину, при этом перемычки выполнены из материала квадратной рамки.

1247693 (шо) Составитель А.Экономов

Техред О.Гортвай

Корректор С.Шекмар

Редактор Л.Веселовская

Заказ 4114/40

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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