183665. lajstromszámú szabadalom • Félvezető diafragma, félvezetős mechanikus-elektromos átalakító és erőmérő cella
1 183 665 2 diafragma meghajlitását. A félvezető lOdiafragma 15 nyúlványa a 16 betételem felső felületéhez van rögzítve. Ha szilícium-diafragmát alkalmazunk, a 16 betételem hőtágulási együtthatója előnyösen egyenlő a félvezető 10 diafragma hőtágulási együtthatójával. Ennek a követelménynek például a szilícium vagy borszilikát üvegek tesznek eleget. A félvezető 10 diafragma alatti tér a 16 betételemben kialakított 23 furaton át van összekötve a külső térrel. Az 1. ábrán látható, hogy az első 18 betételem, amely a félvezető 10 diafragma 30 csatlakozó felületén van elhelyezve, a 11 nyúlvánnyal átellenesen helyezkedik el, a 10 diafragma első csatlakozó felületén. Az első 18 betételem előnyösen szilícium vagy borszilikát üvegből van, ugyanúgy, mint a 16 betételem. A 16 és 18 betételemek erőátviteli elemek. Az így kialakított szerkezet egy alsó 21 házrészben van rögzítve. Következésképpen a 22 csatlakozók és a 19 vezetékek a félvezető 10 diafragma eilenálláshídjának csatlakozóihoz vannak kapcsolva. Az alsó 21 házrész fenekén egy furat van kialakítva, a 16 betételem 23 furatával egyvonalban, miáltal a félvezető 10 diafragma alatti tér összeköttetésben áll a külső térrel, és így ott atmoszférikus nyomás áll fenn. Egy felső 20 házrész az első 18 betételemhez van rögzítve. A felső és az alsó 20, 21 házrészek fémből készülnek, például rozsdamentes acélból és vas-nikkel-kobalt ötvözetből, például a Westinghouse Electric Corporation által gyártott Kövérből, vagy kerámiából és műanyagból, például epoxigyantából vagy más hasonló anyagból. Egy lágy anyagból készült réteg vagy harmonikaszerű elem (nincs feltüntetve) helyezhető el a felső és az alsó 20 és 21 házrész között, ami tömíti a házzal körülvett belső teret. Ha fentről erőhatás hat a cellára, az egész erő nyújtja vagy hajlítja a félvezető 10 erőmérő diafragma rugalmas 14 kapcsolóelemét, aminek következtében egy megfelelő kimenőjel lép fel az ellenálláshíd kimenetén. Különösen nagy erő esetén a központi első 11 nyúlvány a második 16 betételemre támaszkodik, ami megakadályozza, hogy a vékony, rugalmas 14 kapcsolóelem egy előre meghatározott mértéknél jobban deformálódjon, megsérüljön vagy tönkremenjen. Természetesen az erőmérő cella fordított helyzetben is használható. Bár az eddigiekben feltételeztük, hogy a négy 12 és 13 piezoellenállás a félvezető 10 diafragmán a vékony rugalmas 14 kapcsolóelemben van kialakítva, például termikus diffúzióval, de magától értetődik, hogy a híd néhány ellenállása változtatható és/vagy fix külső ellenállásokkal is helyettesíthető. A hidon kívül erősítők vagy más hasonló áramkör is kialakítható a félvezető 10 diafragmán. A 3. ábrán a találmány egy másik kiviteli alakjának metszete látható. Ezen az ábrán az 1/a, 1/b, 2/a és 2/b ábrán már feltüntetett alkatrészeket ugyanazokkal a vonatkoztatási számokkal jelöltük. A 3. ábrán az egykristályos szilíciumból kialakított félvezető 10 diafragma egy első vastag résszel, a 11 nyúlvánnyal rendelkezik a központi részen, továbbá e körül egy vékony résszel, a 14 kapcsolóelemmel, és a vékony 14 kapcsolóelem körül egy második vastag peremként kiképzett 15 nyúlvánnyal rendelkezik. A 15 nyúlvány valamivel vékonyabb, mint a 11 nyúlvány. A vékony 11 nyúlvány előre meghatározott részein integráltan a 12 és 13 piezoellenállások vannak kialakítva termikus diffúzióval vagy ionimplantálással. A 3. ábra szerinti diffúzióval vagy ionimplantálással. A 3. ábra szerinti kiviteli alak esetében a félvezető 10 diafragma az üvegből készült 16 betételemen van elhelyezve, és a félvezető 10 diafragma sík fő 30 csatlakozó felülete lefelé néz. Az első és a második vastag rész azaz a 11 nyúlvány és a 15 nyúlvány lényegében merev testként viselkedik, és így csak a vékony 14 kapcsolóelem deformálódik. A 16 betételem egy sekély 17 mélyedéssel rendelkezik a központi rész felső felületén, amely 17 mélyedés lehetővé teszi, hogy félvezető 10 diafragma deformálódjon, és egyidejűleg tömíti a 12 és 13 piezoellenállásokat. A 16 betételem a félvezető 10 diafragma második csatlakozó felületéhez van illesztve a 15 nyúlványon, miáltal a 17 mélyedés által közvetlenül a 12 és 13 piezoellenállások alatt képzett üreg hermetikusan le van zárva. Ezt az üreget a 12 és 13 piezoellenállásokkal ellátott félvezető felület védelme érdekében evakuáljuk, ami lehetővé teszi abszolút nyomás mérését. A 16 betételem kisebb átmérőjű, mint a félvezető 10 diafragma, és így a 19 vezeték kivezethető. Egy felső 18 betételem a félvezető 10 diafragma első 11 nyúlványához van rögzítve. Mint már leírtuk, az első 11 nyúlvány vastagabb, mint a második 15 nyúlvány, úgyhogy 11 nyúlvány felülete a peremként kiképzett vastag 15 nyúlvány felső felületének síkja felett helyezkedik el. így a 18 betételem könnyen rögzíthető az első 11 nyúlvány felső felületéhez. A 16 és 18 betételemek erőátviteli elemeket képeznek. A 18 betételemhez egy felső 20 házrész van rögzítve, a 19 vezetékek a 22 csatlakozókra vannak kapcsolva. Az alsó 21 házrész a 16 betételem aljához van rögzítve. Ezzel készenáll az erőmérő cella. A 3. ábra szerinti erömérő cella működésekor a felső és az alsó 20 és 21 házrészen át ható erők a félvezető 10 diafragma első nyúlványának felső felületén, és a második nyúlvány alsó felületén ható erőként jelennek meg. Ezen a módon a fellépő erő teljesen a félvezető 10 diafragma vékony kapcsolóelemét deformáló erőként működik, és ezáltal az erő nagy pontossággal mérhető, mint a 12 és 13 piezoellenállások ellenállásváltozása. Amint a 3. ábrából látható, a 18 betételem az első 11 nyúlványra támaszkodik és egy előre meghatározott távolságban van a második peremként kiképzett 15 nyúlványtól. Ebben az elrendezésben a 18 betételem a 15 nyúlvány felső felületével kerül érintkezésbe különösen nagy erő esetén; ez az ütközés megakadályozza, hogy a vékony 14 kapcsolóelem nagymértékben deformálódjon vagy megnyúljon és így megakadályozza a tönkremenetelt a fent említett nemkívánatos feltételek között is. Nyilvánvaló, hogy a 3. ábrán feltüntetett kiviteli alak még más módon is kialakítható, a találmány keretein belül. A 4/a és 4/b ábra a találmány egy másik kiviteli alakját mutatja, amelynél az erőmérési tartomány egy egységes szerkezetű ház alkalmazásával változtatható. A 4/a ábra vázlatosan mutatja az erőmérő cella függőleges metszetét, míg a 4/b ábra az erőmérő cella felülnézetét szemlélteti. Látható, hogy a félvezető 10 diafragma, a felső és az alsó 18 és 16 betételem és a 21 házrész lényegében az 1/a ábrán látható kiviteli alaknak megfelelően van kialakítva. A 4/a és 4/b ábrán látható mérőcella esetében a felső 20 házrész az alsó 21 házrészhez van rögzítve, és az erőt a közbenső 18 betételemre átvivő merev 24 tartóelem és a merev 24 tartóelemet rugalmasan támasztó 5 ’0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
