184437. lajstromszámú szabadalom • Integrált áramkörös elektromechanikai átalakító
1 184437 2 rált áramkör vagy áramköri elemek a 6 áttörés körül helyezkednek el. A 6 áttörés átmérője a mérendő mechanikai menynyiség nagyságától függ. Kiviteli példánkban a 4 félvezető érzékelő test szilícium egykristály. Az 5 deformációérzékeny integrált áramkör vagy áramköri elemek piezorezisztív ellenállások, az ezeket tartalmazó integrált áramkör a 4 félvezető érzékelő test alsó felületén van elhelyezve, amelyhez a 7 aranyhuzal kivezetések csatlakoznak. A 6 áttörés felülete mentén azzal párhuzamos 9 vékonyfalú cső és 8 csőbetét helyezkedik el. A 4 félvezető érzékelő testet a 11 közgyűrűk fogják közre. A 7 aranyhuzal kivezetések a 12 panelhez csatlakoznak. A leírt szerkezetet a 10 ház tartja, amelyben 13 átvezetők és 15 furat helyezkedik el. A 4 félvezető érzékelő test, a 11 közgyűrűk és a 12 panel, illetve a 10 ház között 14 térköz marad. Az ily módon kiképzett 4 félvezető érzékelő test 6 áttörését vagy üregét részben vagy egészében gáznemű vagy folyékony közeg tölt ki, amelynek nyomása arányos a mérendő mechanikai mennyiséggel. Ezzel a 4 félvezető érzékelő testre ható erők iránya nem annak legkisebb geometriai mérete irányába mutat, hanem arra merőleges. A mérés teljes időtartalma alatt ezek az erők bennemaradnak a legkisebb geometriai méret irányára merőleges síkban, aminek következtében ebben a síkban normális irányú feszültségek nem ébrednek, és így az az erő hatására nem hajlik meg. Ezzel kiküszöbölődik a rendszer nem-linearitását okozó döntő tényező, a 4 félvezető érzékelő test meghajlása. Ugyanezen oknál fogva a befogásnál sem jönnek létre olyan erők, amelyek a 4 félvezető érzékelő testet a befogó szerkezeti elemektől eltávolítani igyekeznének, és ezzel hiszterézist, valamint ismétlődési hibát okoznának. Az erők irányának ez a kedvező megváltoztatása azt is eredményezi, hogy a törési feszültségig terjedő teljes feszültségtartományban adott erőhatás mellett a 4 félvezető érzékelő testen kialakított 5 deformációérzékeny integrált áramkör vagy áramköri elemek a korábbi mérési eljárásokhoz képest lokálisan nagyobb deformációtartományba kerülnek, ami a mérési rendszer nagyobb érzékenységét, és így az összes hiba mérséklődését vonja maga után. A mérendő mennyiséget tehát végső soron a 9 vékonyfalú csőben lévő közeg nyomása közvetíti a 4 félvezető érzékelő testhez. A konstrukcióból egyértelműen megállapítható, hogy a mérendő erőhatás a 4 félvezető test legkisebb méretének irányára merőleges síkban érvényesül. Ez az erő az 5 deformációérzékeny integrált áramkör vagy áramköri elemek helyén lokálisan olyan nem lehajlító jellegű deformációt hoz létre, amelynek hatására az 5 deformációérzékeny integrált ármkör vagy áramköri elem valamilyen jellemző paraméterét megváltoztatja. Például a bipoláris transzitor esetén a p—n átmenet karakterisztikája, MOS tranzisztornál a csatornaszélesség vagy az inverziós réteg piezorezisztivitása, piezorezisztív ellenállás esetén pedig annak fajlagos ellenállása változik meg. A találmány másik, üreggel kiképzett kiviteli példáját, a 3. ábrán mutatjuk be. Az előnyösen abszolút és relatív nyomás, erő, gyorsulás vagy egyéb mechanikai mennyiségek mérésére alkalmas integrált áramkörös elektromechanikai átalakító szerkezet 4 félvezető érzékelő testében 2 üreg van kiképezve, és az 5 deformációérzékeny integrált áramkör vagy áramköri elemek a 2 üreg körül vannak. A kiindulás síkjában vannak elhelyezve. A 2 üreg felülete mentén azzal párhuzamos 9 vékonyfalú, egyik végén zárt cső helyezkedik el. A találmány szerinti második kiviteli példán a mérendő mechanikai mennyiségek az első kiviteli példával azonos fizikai hatásokat hoznak létre. A javasolt integrált áramköri elektrotechnikai átalakító szerkezet, az ismert hasonló rendeltetésű berendezésektől alapvetően tér el. Ezen alapvetően különböző megoldás szerint gyártott berendezések jelentős előnyökkel rendelkeznek. Az egyik előny, hogy a 4 félvezető érzékelő test az erő hatására nem hajlik meg és ennek következtében lecsökken a nem-linearitás, valamint jelentősen csökken a hiszterézis. E tények elősegítik a mérés reprodukálhatóságának pontosságát. A szerkezet kialakításával feleslegessé válnak a szokásos, igen nagy gondosságot igénylő műveletek, mint például az aktív deformálódó terület laterális és mélységi beállítása. A geometriai méretek növelés nélkül megnő a szerkezet szilárdsága, mert a félvezető test a felvett nyomást nem adja tovább a környező szerkezeti elemeknek, ugyanakkor — a tömítetlenség veszélye is csökken, hiszen az elektromos átvezetők két végén nincs vagy maximálisan egy bar nyomáskülönbség van jelen. Mivel feleslegessé válik a félvezető test nyomásálló forrasztása vagy ragasztása a befogó szerkezeti elemekhez, szükségtelen a szerkezet stabilitását javító öregít esi eljárás is. További előny származik abból is, hogy a mérendő közeg nem kerül közvetlen kapcsolatba a félveze őtest felületével, így a félvezetőkre nézve agresszív közeg mérésekor sem kell közvetítő közeget és elválasztó membránt alkalmazni. Szabadalmi igénypontok 1. Integrált áramkörös elektromechanikai átalakító szerkezet előnyösen abszolút és relatív nyomás, erő, gyorsulás vagy egyéb mechanikai mennyiségek mérésére, azzal jellemezve, hogy a félvezető érzékelő testen (4) áttörés (6) van kiképezve és a deformációérzékeny integrált áramkör vagy áramköri elemek (5) az áttörés (6) körül vannak elhelyezve. 2. Az 1. igénypont szerinti elektromechanikai átalakító kiviteli példája, azzal jellemezve, hogy az áttörés (6) felülete mentén azzal párhuzamos vékonyfalú cső (9) van elhelyezve. 3. Integrált áramkörös elektromechanikai átalakító szerkezet előnyösen abszolút és relatív nyomás, erő, gyorsulás vagy egyéb mechanikai mennyiségek mérésére, amelynek ürege van, azzal jellemezve, hogy a félvezető érzékelő testen (4) a deformációérzékeny integrált áramkör vagy integrált áramköri elemek (5) az üreg (2) körül, vannak kiindulási síkjában (A) vannak elhelyezve. 4. A 3. igénypont szerinti elektromechanikai átalakító további kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kiképzett üreg (2) felülete mentén azzal párhuzamos, egyik végén zárt vékonyfalú (9) cső van elhelyezve. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2 db ábra 3
