CS199341B1

CS199341B1 - Silicon strain gauge type p

Info

Publication number: CS199341B1
Application number: CS508975A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Havlicek; Karel Krenek; Oldrich Straka
Original assignee: Zdenek Havlicek; Karel Krenek; Oldrich Straka
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1980-07-31

Description

Předmětem vynálezu Je křemíkový tenzometr typu p, který lze využít jako čidlo v různých snímačích mechanických veličin.The object of the invention is a p-type silicon strain gauge which can be used as a sensor in various mechanical quantities sensors.

Dosud známé křemíkové tenzometry typu p jsou křemíkové tyčinky, jejichž rovina je orientována v libovolném řezu mezl rovinami flio) a (112) monokrystalu křemíku a podélná osa ve směru oey £ 111J ·The previously known p-type silicon strain gauges are silicon rods, the plane of which is oriented in any cross-section between the planes (flio) and (112) of the silicon single crystal and the longitudinal axis in the oey direction.

Přit této orientaci mají tenzometry největěí deformační citlivost, tj. vykazují největší relativní změnu odporu v závislosti na relativní deformaci tenzometru ve směru podélné osy. Současně váak hodnota Polssonovy konstanty takového tenzometru je přibližně poloviční než Poiesonova konstanta železa a závislost relativní změny odporu na relativní deformaci není zcela lineární. Iři použití těchto tenzometrů v přesných snímačích sil a tinků nelze zpravidla dosáhnout bez korekčních obvodů lepši linearity než & 0,2 až 0,J %·In this orientation, strain gauges have the greatest deformation sensitivity, i.e. they exhibit the greatest relative change in resistance depending on the relative strain gauge in the direction of the longitudinal axis. At the same time, however, the value of the Polsson constant of such a strain gauge is approximately half that of the Poieson iron constant, and the dependence of the relative resistance change on the relative deformation is not entirely linear. Even when using these strain gauges in precision force and tinker sensors, better linearity than & 0.2 to 0.1 J cannot be achieved without correction circuits.

Po jejioh přitmeleni na měrné členy ze železa, resp. oceli, dochází v důsledku rozdílných Poissonovýoh konstant materiálu tenzometru a měrného členu k příčnému napětí v ten— zometrn, které se měni při mechanickém zatěžováni měrného členu a při změnách teploty.After its attachment to the measuring members of iron, respectively. As a result of the different Poisson constants of the tensiometer material and the measuring element, a transverse stress occurs in that meter, which changes under mechanical loading of the measuring element and with temperature changes.

Toto příčné napětí pak ovlivňuje měrové vlastnosti snímače, především linearitu a repro— dukovátelnost jeho výstupního signálu.This transverse voltage then affects the measuring properties of the sensor, in particular the linearity and reproducibility of its output signal.

199 341199 341

Podstata křemíkových tenzometrů typu p podle vynáleau záleží v tom, že rovina tyčinky tenaometru je totožná e rovinou (lllj monokrystalu křemíku a podélná osa tenzometrů js orientována ve směru osy £ 110J ·The essence of the silicon strain gauges of the type p according to the invention is that the plane of the tenaometer rod is identical to the e plane (11j of the silicon single crystal and the longitudinal axis of the strain gauges are oriented in the direction of the axis £ 110J).

Deformační citlivost takto orientovaných tenzometrů se sníží oproti tenzouetrům iroentovaným ve směru osy £ Vij přibližné o jednu třetinu, avšak Poiseonova konstanta vykazuje hodnotu přibližně stejnou jako u železa a závislost relativní změny odporu na relativní deformaoi js přibližně desetkrát lineárnější· Tonzometry podle vynálezu jeou tedy vhodné pro zvláětě přesné snímače meohaniokýoh veličin, u kterých lze bez korekčních obvodů dosáhnout linearity a reprodukovatelnosti řádově 0,02 až O,OJ %·The deformation sensitivity of such oriented strain gauges is reduced by approximately one third compared to the strain gauges iroented in the direction of the Vii axis, but the Poiseon constant exhibits a value approximately equal to that of iron and the dependence of relative resistance change on relative deformation is approximately ten times more linear. Particularly accurate sensors of meohaniokýoh quantities in which linearity and reproducibility of the order of 0.02 to 0.1% can be achieved without correction circuits.

Dalěí velkou výhodou křemíkových tenzometrů typu p podle tohoto vynálezu je podstatné zjednodušeni technologie výroby· Osa £ 110^7 v rovině ^lll) je současně tzv· osou přirozené lámavostl křemíku, takže děleni~dostÍčky křemíku ua jednotlivé tyčinky jo snadné a zmetkovitost minimální·Another great advantage of the p-type silicon strain gauges of the present invention is the substantial simplification of the manufacturing technology (axis 110 (7 in the plane 11)) is also the so-called natural fracture axis of the silicon, making splitting silicon u and single rods easy.

Rovina ^3.11^ , ve které jeou orientovány tyčinky křemíkových teunometrů typu p podle vynálezu, má dále tu význačnou vlastnost, že absolutní hodnota deformační citlivosti tenzometrů, Poissouova konstanta a linearita jsou nezávislé na směru orientace osy tenzometru, takže případné odchylky směru ony tenzometrů způsobené výrobou nemají vliv ua johe měrné vlastnosti·The plane ^ 3.11 ^, in which the rods of the silicon teunometers type p according to the invention are oriented, further has the characteristic feature that the absolute value of strain gauge strain sensitivity, Poissou's constant and linearity are independent of the direction of orientation of the strain gauge axis. Do not affect Uoh johe specific characteristics ·

Přiklad provedeni křemíkového tenzometrů typu p podle vynálezu je ua přiloženém výkresu, kde ua obr· 1 jo naznačen způsob děleni destičky křemíku ua 'jednotlivé tyčinky a na obr· 2 jo zobrazen konečný tvar tenzometrů·An example of an embodiment of the silicon strain gauges of the type p according to the invention is shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows the method of dividing the silicon wafer u and 'by individual rods and Fig.

Rovina destičky křemíku 1 podle obr· 1 a obr· 2 je rovnoběžná e rovinou 111^ monokrystalu křemíku· Ra destičce 1 jeou vytvořeny vodivé ploěky 2 napařením hliníku ve vakuu· Dělením destičky ve směrech 2 & i vzniknou tyčinky tenzometrů £, jejiohž oea 2 je rovnoběžná ee směrem g·The plane of the silicon wafer 1 of FIGS. 1 and 2 is parallel to the plane 111 of the silicon monocrystal. The wafer 1 is formed by conductive faces 2 by steaming aluminum in vacuum. By dividing the wafer in directions 2 ' parallel ee towards g ·

Tyčinky tenzometrů £ jeou podle obr· 2 opatřeny vývody ze zlatého drátku £, které jsou přivařeny k vodivým ploškám 5·According to FIG. 2, the strain gauge rods 6 are provided with gold wire terminals 8 which are welded to the conductive pads.

Děleni destiček křemíku X, které jeou silné 20 až JO · 10*^ m, ae provádí zpravidla lámáním po předoházejiolm rytím diamantovým rydlem a nebo leptáním· Při děleni destičky χ lámáním, je nejvhoduějěi, když směr 2 je totožný se směrem přirozené láuavoetl v roviněDividing silicon X plates that are 20 to 10 · 10 µm thick and that is generally done by breaking after pre-casting diamond digging or etching · When dividing the plate by χ breaking, it is most convenient if direction 2 is identical to the natural láuavoetl plane

111^ , tj. ee směrem oey Γ110 7 ·111 ^, ie ee towards oey Γ110 7 ·

Claims

Silicon strain gauge type P, characterized in that the plane of the strain gauge rod (4), which is identical to the 8 plane of the silicon wafer (1), is parallel to the β plane of the silicon monocrystal and the longitudinal axis (7) of the strain gauge rod (4) direction of axis £ V & J of silicon single crystal ·