BG67208B1

BG67208B1 - Magnetic field sensor

Info

Publication number: BG67208B1
Application number: BG112676A
Authority: BG
Inventors: Сия ЛОЗАНОВА; Вълчева Лозанова Сия
Original assignee: Институт По Роботика - Бан
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2020-12-31
Also published as: BG112676A

Abstract

The magnetic field sensor contains two identical rectangular semiconductor wafers with n-type hopping conduction - first (1) and second (2), perpendicular to each other, formed on a common third wafer (3) of the same p-type conductivity semiconductor. On the upper sides of the wafers (1 and 2) and at distances from each other there are consecutively four rectangular ohmic contacts, parallel to their long sides - first (4 and 5), second (6 and 7), third (8 and 9), and fourth (10 and 11), as the all of which are perpendicular to the long sides of the wafers (1 and 2). The fourth contact (10) of the wafer (1) is connected to the first contact (5) of the second wafer (2) and to one of terminals of a current source (12). The second contact (6) of the wafer (1) is connected to the third contact (9) of the wafer (2) and to the other terminal of the current source (12). The third contact (8) of the wafer (1) is connected to the fourth contact (11) of the second wafer (2), and the contact (4) of the wafer (1) is connected to the contact (7) of the second wafer (2). The contacts (4 and 8) of the wafer (1) are an output (13) of the sensor, as the measured magnetic field (14) lies in the planes of the wafers (1, 2 and 3), and has an arbitrary orientation to the contacts (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11).

Description

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до сензор за магнитно поле, приложимо в областта на роботиката и мехатрониката; микро- и нано-електрониката; контролно-измервателната технология; навигацията; безконтактната автоматика; слабополевата магнитометрия; енергетиката; автомобилната промишленост в това число електромобилостроенето; биомедицинските изследвания; позиционирането на обекти в равнината и пространството; военното дело и сигурността включително подводни, наземни и въздушни системи за наблюдение и превенция, контратероризма и др.The invention relates to a magnetic field sensor applicable in the field of robotics and mechatronics; micro- and nano-electronics; control and measurement technology; navigation; contactless automation; low-field magnetometry; energy; the automotive industry, including the electric car industry; biomedical research; the positioning of objects in the plane and space; military and security, including underwater, ground and air surveillance and prevention systems, counter-terrorism, etc.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е сензор за магнитно поле, съдържащ полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост и правоъгълна форма. Върху едната й страна на разстояния един от друг са формирани последователно четири правоъгълни омични контакти, успоредни на дългите си страни - първи, втори, трети и четвърти, като всичките едновременно са перпендикулярни на двете дълги страни на подложката. Първият и третият контакт са свързани с изводите на токоизточник, а вторият и четвъртият - са диференциалният изход на сензора. Измерваното магнитно поле лежи в равнината на подложката и е успоредно на дългите страни на контактите, [1-5].A magnetic field sensor is known, comprising a semiconductor substrate with p-type impurity conductivity and a rectangular shape. On one side, at a distance from each other, four rectangular ohmic contacts are formed, parallel to their long sides - first, second, third and fourth, all of which are simultaneously perpendicular to the two long sides of the pad. The first and third contacts are connected to the terminals of the power source, and the second and fourth - are the differential output of the sensor. The measured magnetic field lies in the plane of the substrate and is parallel to the long sides of the contacts, [1-5].

Недостатък на този сензор за магнитно поле е метрологичната грешка на изхода поради наличие на офсет (паразитно изходно напрежение в отсъствие на магнитно поле вместо отсъствие на изходен сигнал) от технологични несъвършенства в реализацията и най-вече от механични напрежения (свиване, разтягане, огъване) в подложката, възникващи най-често в процеса на корпусирането на чиповете със сензорите.Disadvantage of this magnetic field sensor is the metrological error of the output due to the presence of offset (parasitic output voltage in the absence of a magnetic field instead of the output signal) from technological imperfections in the implementation and especially from mechanical stresses (shrinkage, stretching, bending) in the substrate, occurring most often in the process of housing the chips with the sensors.

Недостатък е също необходимостта от механична настройка в ориентацията на подложката на сензора спрямо източника на магнитното поле така, че магнитният вектор да не е успореден на късите страни на контактите - положение, при което отсъства изходно метрологично напрежение.Another disadvantage is the need for mechanical adjustment in the orientation of the sensor pad relative to the source of the magnetic field so that the magnetic vector is not parallel to the short sides of the contacts - a position in which there is no output metrological voltage.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задача на изобретението е да се създаде сензор за магнитно поле с редуцирана метрологична грешка от офсета и да отпадне механичната настройка на сензора спрямо посоката на магнитното поле.It is an object of the invention to provide a magnetic field sensor with a reduced metrological error from the offset and to eliminate the mechanical adjustment of the sensor with respect to the direction of the magnetic field.

Тази задача се решава със сензор за магнитно поле, съдържащ две еднакви правоъгълни полупроводникови подложки с п-тип примесна проводимост - първа и втора, перпендикулярни една спрямо друга, които са формирани върху обща трета подложка от същия полупроводник с р-тип проводимост. Върху горните страни на първата и втората подложка и на разстояния един от друг има последователно по четири правоъгълни омични контакти, успоредни на дългите си страни - първи, втори, трети и четвърти, като всичките са перпендикулярни на дългите страни на първата и втората подложка. Четвъртият контакт от първата подложка е свързан с първия контакт от втората и с единия извод на токоизточник. Вторият контакт от първата подложка е съединен с третия контакт от втората и с другия извод на токоизточника. Третият контакт от първата подложка е свързан с четвъртия контакт от втората, а първият контакт от първата подложка - с втория контакт от втората. Първият и третият контакт от първата подложка са изходът на сензора като измерваното магнитно поле лежи в равнините на подложките и е с произволна ориентация спрямо контактите.This problem is solved with a magnetic field sensor containing two identical rectangular semiconductor substrates with p-type impurity conductivity - first and second, perpendicular to each other, which are formed on a common third substrate of the same semiconductor with p-type conductivity. On the upper sides of the first and second pads and at distances from each other there are four rectangular ohmic contacts in parallel, parallel to their long sides - first, second, third and fourth, all perpendicular to the long sides of the first and second pads. The fourth contact of the first pad is connected to the first contact of the second and to one terminal of the current source. The second contact of the first pad is connected to the third contact of the second and to the other terminal of the current source. The third contact of the first pad is connected to the fourth contact of the second, and the first contact of the first pad is connected to the second contact of the second. The first and third contacts of the first pad are the output of the sensor as the measured magnetic field lies in the planes of the pads and has an arbitrary orientation relative to the contacts.

BG 67208 BlBG 67208 Bl

Предимство на изобретението е редуцираната метрологична грешка от офсета поради перпендикулярно разположените една спрямо друга първа и втора подложка, компенсирайки така основната първопричина - неминуемите йа преженил (механични свивания, разтягания, огъвания) в самите тях при корпусирането, като тези негативни въздействия, при избраната ортогонална ориентация на подложките в общия случай са с противоположен знак и в първо приближение се компенсират и неутрализират.An advantage of the invention is the reduced metrological error of the offset due to the perpendicular to each other first and second pads, thus compensating for the main root cause - the inevitable prezhenil (mechanical shrinkage, stretching, bending) in themselves during housing, as these negative effects orientation of the pads in the general case have the opposite sign and in the first approximation are compensated and neutralized.

Предимство е също отпадане на необходимостта от механична настройка в ориентацията на сензора спрямо източника на измерваното магнитно поле, тъй като от ортогоналното разположение на първата и втората подложка и свързването на съответните контакти, на изхода винаги присъства метрологичен сигнал.It is also an advantage to eliminate the need for mechanical adjustment in the orientation of the sensor relative to the source of the measured magnetic field, because of the orthogonal location of the first and second pads and the connection of the respective contacts, the output always has a metrological signal.

Предимство е още редуцираното негативно въздействие на напреженията (свиване, разтягане, огъване) в първата и втората подложка върху магниточувствителността на сензора поради ортогоналната им ориентация и способът на свързване на контактите.Another advantage is the reduced negative effect of stresses (shrinkage, stretching, bending) in the first and second pads on the magnetic sensitivity of the sensor due to their orthogonal orientation and the way of connecting the contacts.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената фигура 1.The invention is illustrated in more detail by one of its embodiments given in the attached figure 1.

Пример за изпълнение на изобретениетоAn embodiment of the invention

Сензорът за магнитно поле съдържа две еднакви правоъгълни полупроводникови подложки с п-тип примесна проводимост - първа 1 и втора 2, перпендикулярни една спрямо друга, които са формирани върху обща трета подложка 3 от същия полупроводник с р-тип проводимост. Върху горните страни на подложките 1 и 2 и на разстояния един от друг има последователно по четири правоъгълни омични контакти, успоредни на дългите си страни - първи 4 и 5, втори 6 и 7, трети 8 и 9, и четвърти 10 и 11, като всичките са перпендикулярни на дългите страни на подложките 1 и 2. Четвъртият контакт 10 от подложката 1 е свързан с първия контакт 5 от втората 2 и с единия извод на токоизточник 12. Вторият контакт 6 от подложката 1 е съединен с третия контакт 9 от втората подложка 2 и с другия извод на токоизточника 12. Третият контакт 8 от подложката 1 е свързан с четвъртия контакт 11 от втората подложка 2, а контактът 4 от подложката 1 - с контакта 7 от подложката 2. Контактите 4 и 8 от подложката 1 са изходът 13 на сензора, като измерваното магнитно поле 14 лежи в равнините на подложките,! 2 и 3 и е с произволна ориентация спрямо контактите 4 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11.The magnetic field sensor comprises two identical rectangular semiconductor substrates with p-type impurity conductivity - first 1 and second 2, perpendicular to each other, which are formed on a common third substrate 3 of the same semiconductor with p-type conductivity. On the upper sides of the pads 1 and 2 and at distances from each other there are four rectangular ohmic contacts in parallel, parallel to their long sides - first 4 and 5, second 6 and 7, third 8 and 9, and fourth 10 and 11, as all are perpendicular to the long sides of the pads 1 and 2. The fourth contact 10 of the pad 1 is connected to the first pin 5 of the second 2 and to one terminal of the current source 12. The second pin 6 of the pad 1 is connected to the third pin 9 of the second pad 2 and the other terminal of the current source 12. The third contact 8 of the substrate 1 is connected to the fourth contact 11 of the second substrate 2, and the contact 4 of the substrate 1 to the contact 7 of the substrate 2. Contacts 4 and 8 of the substrate 1 are the output 13 of the sensor, as the measured magnetic field 14 lies in the planes of the pads! 2 and 3 and has an arbitrary orientation relative to contacts 4 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11.

Действието на сензора за магнитно поле, съгласно изобретението, е следното. В съответствие с фигура 1, подложките 1 и 2 заедно с контактите 4, 6, 8 и 10, и съответно с 5, 7, 9 и 11 представляват четириконтактни елементи на Хол с равнинна магниточувствителност. При свързване на захранващите контакти 5 и 10 с единия извод на токоизточника 12 и контактите 6 и 9 с другия му извод, в ортогонално разположените подложки 1 и 2 протичат два независими и равни по стойност тока 1₅,9 и ho, 6, I5.9 - ho,6Омичните контакти 5, 9, 6 и 10 представляват еквипотенциални равнини. В резултат токовите траектории 1₅9 и ho, 6 в обемите на подложките 1 и 2 са криволинейни.The operation of the magnetic field sensor according to the invention is as follows. In accordance with Figure 1, pads 1 and 2 together with contacts 4, 6, 8 and 10, and 5, 7, 9 and 11, respectively, are four-contact Hall elements with plane magnetic sensitivity. When connecting the supply contacts 5 and 10 to one terminal of the current source 12 and contacts 6 and 9 to its other terminal, two independent and equal in value current 1 ₅ , 9 and ho, 6, I5 flow in the orthogonally located pads 1 and 2. 9 - ho, 6Ohmic contacts 5, 9, 6 and 10 represent equipotential planes. As a result, the current trajectories 1 ₅ 9 and ho, 6 in the volumes of the pads 1 and 2 are curvilinear.

Първоначално те са перпендикулярни към контактите 5 и 10, след това променят посоката си, ставайки успоредни на горните повърхности на подложките 1 и 2, след което отново са ортогонални наInitially they are perpendicular to contacts 5 and 10, then change their direction, becoming parallel to the upper surfaces of the pads 1 and 2, then again orthogonal to

BG 67208 Bl горните равнини на подложките 1 и 2 в областите с контактите 6 и 9. Понеже подложките 1 и 2 с контактите 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 са топологично еднакви се предполага, че в отсъствие на магнитно поле В 14 електричните потенциали върху контактите 8 и 7 от една страна и съответно 4 и 11 от друга при токове 1₅, ₉ и Iio, 6 са равни по стойност, V₈ = V₇ и V₄ = Vn. Свързването на контактите 8 и11 и на 4 и 7 в първо приближение, уравновесява изходния сигнал 13 по начин, че офсетът V₄,₈(В = 0) = 0. Друго важно условие на свързването на контактите 8 и 11 и на 4 и 7, при ортогоналност на подложките 1и 2 е, че механичните напрежения (свиване, разтягане, огъване), генериращи офсет на изхода 13 при корпусирането или от температурно въздействие взаимно се компенсират. Електрическата изолация на двата елемента на Хол 1 и 2 с равнинна магниточувствителност се осъществява чрез третата подложка 3 от същия полупроводник, но с р-тип проводимост.BG 67208 Bl the upper planes of pads 1 and 2 in the areas of contacts 6 and 9. Since pads 1 and 2 with contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 are topologically identical, it is assumed that in the absence of magnetic field B 14 the electric potentials on the contacts 8 and 7 on the one hand and 4 and 11 on the other respectively at currents 1 ₅ , ₉ and Iio, 6 are equal in value, V ₈ = V ₇ and V ₄ = Vn. Connecting contacts 8 and 11 and 4 and 7 in the first approximation, balances the output signal 13 in such a way that the offset V ₄ , ₈ (B = 0) = 0. Another important condition for connecting contacts 8 and 11 and 4 and 7 , in the case of orthogonality of the pads 1 and 2, the mechanical stresses (shrinkage, tension, bending) generating an offset at the outlet 13 during housing or from temperature action are mutually compensated. The electrical insulation of the two elements of Hall 1 and 2 with planar magnetic sensitivity is realized by the third substrate 3 of the same semiconductor, but with p-type conductivity.

Сензорният механизъм за измерване на магнитното поле В 14, след компенсирането или балансирането на офсета чрез свързване на контактите 8 - 11, и 4 - 7, фигура 1, е ефектът на Хол. Измерваното магнитно поле В 14, лежащо в равнината на подложки 1, 2 и 3 води до възникване на отклоняваща електроните сила на Лоренц F_L = qV_dr х В, кьдето q е елементарният товар на електрона, a V_dr е средната дрейфова скорост на носителите в подложки 1 и 2, [3-5]. Тази дефлекция свива или разгъва траекторията на силовите линии 1₅, ₉ и ho, е. В резултат се генерират допълнителни неравновесни електрични товари върху горните повърхности на подложките 1 и 2, там кьдето са формирани омичните контакти 4 и 8, и съответно 7 и 11. Тъй като магнитното поле В 14 въздейства върху токовите линии 1₅,9 и 1₁₀ е чрез компонентите В_х и В_у, фигура 1, потенциалите V₈ и Vn и съответно V₄ и V₇ са с една и съща полярност + v₈ и +V11, -V₄ и -V₇. Следователно свързването на контактите 4 и 7 и съответно 8 и 11 формира диференциалния изход У₄,ю 13 на сензора за магнитно поле.The sensor mechanism for measuring the magnetic field B 14, after compensating or balancing the offset by connecting contacts 8 - 11, and 4 - 7, figure 1, is the Hall effect. The measured magnetic field B 14 lying in the plane of pads 1, 2 and 3 leads to the occurrence of an electron deflecting Lorentz force F _L = qV _dr x B, where q is the elementary load of the electron and a V _d r is the average drift velocity of carriers in pads 1 and 2, [3-5]. This deflection shrinks or unfolds the trajectory of the lines of force 1 ₅ , ₉ and ho, e. As a result, additional nonequilibrium electric loads are generated on the upper surfaces of the pads 1 and 2, where the ohmic contacts 4 and 8, and 7 and 11, respectively, are formed. Since the magnetic field B 14 acts on the current lines 1 ₅ , 9 and 1 ₁₀ through the components B _x and B _y , figure 1, the potentials V ₈ and Vn and respectively V ₄ and V ₇ have the same polarity + v ₈ and + V11, -V ₄ and -V ₇ . Therefore, the connection of contacts 4 and 7 and 8 and 11, respectively, forms the differential output Y ₄ , 10 13 of the magnetic field sensor.

До неотдавна в теорията на ефекта на Хол се приемаше, че допълнителните електрони, концентрирани от силата F_L върху определена зона на повърхността на елементите на Хол (фигура 1) също са неподвижни както „оголените” от същата сила F_L положителни донорни йони N_D+ върху реципрочна нейна част. Съгласно изследванията на Руменин, Лозанова и др. [6], е открито съществуването на магнитноуправляем повърхностен ток AI_S(I_O,B) в структурите на Хол, където 1₀ е захранващият ток. Токът ΔΕ(Ιο,Β) е фундаментална закономерност, доизясняваща явлението на Хол и допринасяща за повишаване на магниточувствителността, какъвто е случаят за елементите от фигура 1. Тя е открита в резултат на концепцията за подвижни, а не статични токоносители (електрони), генерирани от силата на Лоренц F_Lвърху съответната Холова зона.Until recently, the theory of the Hall effect was assumed that additional electrons focused by the force F _L to the defined area of the surface of the Hall element (Figure 1) are also stationary as "stripped" from the same force F _L positive donor ions N _D + on its reciprocal part. According to the research of Rumenin, Lozanova and others. [6], the existence of a magnetically controlled surface current AI _S (I _O , B) was found in Hall structures, where 1 ₀ is the supply current. The current ΔΕ (Ιο, Β) is a fundamental regularity, clarifying the Hall phenomenon and contributing to the increase of the magnetic sensitivity, as is the case for the elements of Figure 1. It was discovered as a result of the concept of mobile rather than static current carriers (electrons) generated by the Lorentz force F _L on the corresponding Hall zone.

Промяната в ориентацията на измерваното магнитно поле В 14 спрямо контактите 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 в равнината х-у на подложките 1, 2 и 3 води до едновременно намаляване на едната векторна компонента, например В_х за сметка на другата В_у. Съгласно предложеното свързване на контактите 4 - 7, и съответно 8 - 11, на диференциалния изход 13 няма да се констатира нулево напрежението V₄,₈(В) - 0 (единият потенциал нараства за сметка на другия), както е в известното решение. Напрежението V₄,₈(В) 14 е функция на силата на магнитното поле В и на протичащите в двете подложки 1 и 2 токове 1₅,9 и ho, 6. Взаимното ортогонално разположение на подложките 1 и 2 съществено редуцира влиянието на механичните напрежения, отговорни за произхода както на офсета, така и на промяната вThe change in the orientation of the measured magnetic field B 14 relative to contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 in the x-y plane of the substrates 1, 2 and 3 leads to a simultaneous reduction of one vector component, for example B _x at the expense of the other In _y . According to the proposed connection of contacts 4 - 7, and respectively 8 - 11, at the differential output 13 will not be found zero voltage V ₄ , ₈ (B) - 0 (one potential increases at the expense of the other), as in the known solution. The voltage V ₄ , ₈ (B) 14 is a function of the strength of the magnetic field B and of the currents 1 ₅ , 9 and ho, 6 flowing in the two pads 1 and 2. The mutual orthogonal arrangement of the pads 1 and 2 significantly reduces the influence of mechanical stresses. responsible for the origin of both the offset and the change in

BG 67208 Bl магниточувствителността. Новият сензор съществено балансира чувствителността, за да остава тя непроменена от негативните (вътрешни) напрежения.BG 67208 Bl magnetic sensitivity. The new sensor significantly balances the sensitivity so that it remains unchanged from negative (internal) voltages.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение е, че в метрологията на магнитното поле се предлага сензор, при който промяната в ориентацията на вектора В 14 не води никога до нулев изходен сигнал 13. Чрез ортогоналното разположение на подложките 1 и 2 успешно се преодолява както офсетът, така и изменението на магниточувствителността. Негативните механични напрежения генерират изменения в електрическото състояние на подложките 1 и 2 с противоположен знак, които в първо приближение се неутрализират. Компенсирането на сензорните недостатъци е резултат също и от оригиналното свързване на контактите в двата елемента на Хол. С цел повишаване на метрологичната точност посоките на захранващите токове 1₅.₉ и 1ю, 6 могат да се комутират като резултатите на изхода 13 се сумират алгебрично.The unexpected positive effect of the new technical solution is that the metrology of the magnetic field offers a sensor in which the change in the orientation of the vector B 14 never leads to zero output signal 13. The orthogonal arrangement of pads 1 and 2 successfully overcomes both offset and the change in magnetosensitivity. Negative mechanical stresses generate changes in the electrical state of pads 1 and 2 with opposite sign, which are neutralized in the first approximation. The compensation of the sensory defects is also a result of the original connection of the contacts in the two Hall elements. In order to increase the metrological accuracy of the directions of the supply currents 1 ₅ . ₉ and 1y, 6 can be switched and the results of output 13 are summed algebraically.

При необходимост регистрирането на посоката на магнитното поле В 14 може да се осъществи чрез измерване на двете отделни магнитни компоненти В_х и В_у, като се прекъснат връзките между контактите 4 - 7, и 8-11. Тогава всеки от ортогонално разположени елементи на Хол от подложките 1 и 2, притежаващи една и съща магниточувствителност ще генерира индивидуални изходни напрежения V₄,₈(В_У) и V₇, п(В_х). Те са мярка за стойностите и посоките на равнинните компоненти В_х и В_у, т.е. на магнитния вектор В14.If necessary, the registration of the direction of the magnetic field B 14 can be done by measuring the two separate magnetic components B _x and B _y , by breaking the connections between contacts 4 - 7, and 8-11. Then each of the orthogonally arranged Hall elements of the pads 1 and 2 having the same magnetosensitivity will generate individual output voltages V ₄ , ₈ (V _Y ) and V ₇ , n (B _x ). They are a measure of the values and directions of the planar components B _x and B _y , ie. of the magnetic vector B14.

Технологично сензорът за магнитно поле може да се реализира с методите на силициевата микроелектроника, например с CMOS или BiCMOS процеси, формиращи елементите на Хол в епитаксиални n-Si слоеве или „джобове”, разположени върху p-Si подложка.Technologically, the magnetic field sensor can be realized by the methods of silicon microelectronics, for example by CMOS or BiCMOS processes forming Hall elements in epitaxial n-Si layers or "pockets" located on a p-Si substrate.

Claims

Patent claims

1. A magnetic field sensor comprising a rectangular semiconductor substrate with p-type impurity conductivity, on one side of which four rectangular ohmic contacts are formed in series, parallel to their long sides - first, second, third and fourth, all of which are simultaneously perpendicular to the two long sides of the substrate, and the second and fourth contacts are connected to the terminals of the current source, and the first and third are the differential output of the sensor, the measured magnetic field lies in the plane of the substrate. that there is a second semiconductor substrate (2) with n-type impurity conductivity, identical to the first (1) and perpendicular to it, as the two substrates (1) and (2) are formed on a common third substrate (3) of the same semiconductor with p-type conductivity, and on one side of the substrate (2) at distances from each other there are four rectangular ohmic contacts in parallel, parallel to their long sides - the first (5), w (7), third (9) and fourth (11), all contacts being simultaneously perpendicular to the two long sides of the pad (2), and the fourth contact (10) of the pad (1) is connected to the first contact (5) of the second pad (2), the second contact (6) of the pad (1) is connected to the third contact (9) of the second pad (2), the third contact (8) of the pad (1) is connected to the fourth contact (11) from the substrate (2), and the contact (4) from the substrate (1) - with the contact (7) from the second substrate (2), as the magnetic field (14) has an arbitrary orientation relative to the contacts (4), (5), 6), (7), (8), (9), (10) and (11).