191830. lajstromszámú szabadalom • Félvezetős mérőátalakító nyomás és erő méréséhez, valamint eljárás annak előállítására
1 2 A találmány tárgya félvezetős mérőátalakító nyomás és" erő méréséhez, amely piezorezisztivitás elvén működve mérendő nyomás va©' erő nagyságával arányos villamos jel előállítására alkalmas, s mint ilyen, az iparban számos helyen, főként erő és nyomás távadók érzékelőjeként alkalmazható, továbbá tárgya eljárás a félvezetős mérőátalakító előállítására. A találmány szerinti mérőátalakítónak fémtokja van, és a fémtok hengeres belső terében gyűrű, valamint a gyűrűhöz annak furatát fedő helyzetben deformációérzékeny ellenállásokkal kialakított integrált áramkört hordozó félvezető test van rögzítve. A piezorezisztívitás elvén működő félvezetős mérőátalakítók számos megoldása ismert. Ezen átalakítók deformációérzékeny félvezető testként többnyire szilícium lapkát tartalmaznak, amelyen általában Whatstone lúd elrendezésben integrált áramkörös technikával kialakított ellenálláshálózat vagy ragasztással a mérőátalakító fémházashoz vagy fémtokjához van rögzítve. A félvezető test aktív, általában középső része közvetlenül vagy közvetve a mérendő nyomás vagy erő hatására elmozdul, nem maradandó alakváltozást szenved, és a rajta kialakított ellenállások értéke a mérendő mennyiség nagyságával arányosan változik meg. Az elmondottakra példaként a 4.065.971 lajstromszámú US, valamint az 1,178,130 lqjstromszámú GB szabadalmi leírásokat említjük meg Az ismertetett vélfevezetős mérőtáalakítóknál általában a félvezető test alakjának megválasztásával és azon az ellenállások elhelyezésének megválasztásával törekednek arra, hogy a mérendő nyomás vagy erő hatásának közvetlenül kitett defomiűcióérzékeny félvezető testen az ellenállások értéke a mérendő menynyíséggel minél arányosabban és minél pontosabb mértékben változzon meg. A már hivatkozott 4,065. 971 ljsz. szabadalmi leírásnál négyzet alakú félvezető testet alkalmaznak, amelynek középső, ellenállásokat hordozó kör alakú része vékonyabb, a kör alakú rész vastagsága mintegy 1/10-re a szélén mérhető vastagságnak. A mérendő folyadéknyomás hatásának közvetlenül a félvezető test középsőrész van kitéve, és a vastagabb pereménél fogva van rögzítve. Az 1.178. 130 ljsz. szabadalom szerinti átalakítónak fémháza van, és a fémház oldalában kialakított vállra támaszkodó és ahhoz ragasztással rögzített fémgyűrűhöz van, annak nyílását fedő helyzetben a köralakú félvezető test rögzítve. Az ellenállások a félvezető testnek a fémház belseje felé eső felületén vannak, a félvezető test külső felülete a fémház oldalára is kiteijedő egybefüggő védőréteggel van ellátva. Mindkét megoldásnál a félvezető test tokszerkezete olyan, hogy a tok szerkezeti anyagai a félvezető test hőtiguiáa együtthatójához közeli, de attól mégis eltérő nagyságú hőtágulási együtthatóval rendelkeznek, és emellett a félvezető testhez mereven kapcsolódnak. Ennek az a hátránya, hogy mind nyomásmentes mind nyomás alatti esetben, mérőkörbe kapcsolva egy hőmérséklet függő nagyságú jelösszetevöt adnak. A bemutatott mérőátalakítók további hátrányossága, hogy az üzemi nyomást lényegesen meghaladó túlterhelés ellen nem rendelkezik védelemmel. Ilyen túlterhelés fellépésekor a közvetlenül félvezető testre ható túlnyomás, amennyiben a félvezető test szilárdsági jellemzőit meghaladó mértékű igénybevételt okoz, a félvezető testet károsítja s ezzel a mérőátalakitó tönkremegy, vagyis pont akkor válik használhatatlanná, amikor rendellenesség miatt a nyomás Ügye-. lemmel kísérére különösen fontos lenne, Az ismertetett félvezető mérőátalakítóknál hátrinyosság még, hogy a mérőátalakító érzékenységét a félvezető test érzékenységének a beszerelés előtt igen kritikusnak számító marási vagy caszolási műveletével állítják be. Hátrány osságként említhető még az is, hogy számos esetben a mérőátalakító közvetítő közeggel van föltöJtve, ami egyes alkalmazásoknál a kezelést, így például orvosi fiziológiai nyomásmérők esetében a sterilizálást megnehezíti. A felsorolt hátrány osságok feladattá tették olyan félvezetős mérőátalakító kialakítását, amely az ismertetett mérőátalakítók előnyeinek megtartása mellett egyrészt azoknál villamos jellemzőit tekintve kisebb mértékben hőmérsékletfüggő, másrészt pedig az üzemi nyomástartományát lényegesen meghaladó túlnyomást is károsodásmentesen elvisel, továbbá a mérőátalakító érzékenységének állítása egyszerűbben, nagyobb biztonsággal elvégezhető művelettel megoldható, valamint a mérőátalakító olyan szerkezeti egységet alkosson, amely speciális igényekre is megfelelően alkalmazható. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy a feladat csak a hagyományostól eltérő szerkezeti kialakítással oldható meg. Úgy találtuk, hogy a mérőátalakítót túlnyomás ellen akkor tudjuk védettebbé tenni, ha a mérőátalakító szerkezetnek a mérendő mechanikai mennyiség hatására elmozduló alkatrészeit az általunk deformáló hatásnak kitett félvezető test kritikus - törést okozó — deformálódása előtt merev felületnek ütköztetjük, és ezáltal megakadályozható az elmozduló alkatrészek olyan mértékű elmozdulása, amely a félvezető test törését vagy irreverzibilis megváltoztatását okozhatná. A találmány további alapját az a felismerés képezi, hogy a felütköztetést biztosító merev felületek kialakítása éppen a mérőátalakító szerkezetének szándékos túlterhelésével alakítható ki. A feladat találmány szerinti megoldását nyújtó félvezetős mérőátalakítónak fémtokja van, a fémtok hengeres belső terében gyűrű, valamint a gyűrűhöz annak furatát fedő iielyzetben deformációérzékeny ellenállásokkal kialakított integrált áramkört hordozó félvezető test van rögzítve. A mérőátalakító lényege, hogy a gyűrű kerámia anyagú, a fémtokot a kerámia gyűrű félvezető testet hordozó felülete felől fémlap zárja le, a fémtok és a fémlap egymással szomszédos felületei lencse alakú üreget határolnak, az üregben az összezáró fémtok és fémlap felületek között körkörösen rögzített feszített helyzetű fémfólia van, amely fémfólia az üreget két egymástól független térre osztja, a fémlapban az üreg egyik terébe nyíló központos helyzetű fémlap-furat van, a fémföliának a félvezető test felé eső felületére tüsketartó, és a tüsketartó végére pedig kerámia tüske van rögzítve, amely kerámia tüske a fémtokban kialakított és a fémlap-furattal szemben az üreg másik teréből nyíló nyíláson keresztül a félvezető testre támaszkodik. A találmány szerinti félvezetős mérőátalakító többféle módon előállítható. Igen előnyös a találmány további tárgyát képező előállítás eljárása, amely során úgy járunk el, hogy a nyílással ellátott fémtok közé a tüsketartón rögzített kerámia tüskét hordozó fémfóliát a tüsketartónak a fémtok nyílásába központos illesztéssel elhelyezzük, a fémfóliát 191.830 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
