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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Normalkraft. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung einer Normalkraft.
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Die Messung einer Normalkraft ist insbesondere bei Steckverbindungen von Steckern mit deren Gegensteckern von Bedeutung. Die Normalkraft bezeichnet die Kraft, die ein Stecker an einer oder mehreren Kontaktstellen auf einen Gegenstecker in Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Gegensteckers, d. h. in Einsteckrichtung, ausübt. Eine Erhöhung der Normalkraft führt zu einer höheren Reibkraft, einer höheren Einsteckkraft und damit zu einer kürzeren Lebensdauer des Steckers. Eine zu geringe Normalkraft hat einen lockeren Kontakt zur Folge, wodurch auf der Kontaktstelle des Steckers oder des Gegensteckers vorhandene Korrosions-, Adsorptions- und/oder Verschmutzungsschichten unter Umständen nicht durchdrungen werden können, was zu einer schlechten Verbindung führen kann.
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In einem bisherigen Verfahren zur Messung der Normalkraft wird ein flexibler Messarm in den Stecker eingeführt und in Richtung der Normalkraft bewegt. Die entstehende Verbiegung des Messarms wird mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen ermittelt, die sich an der der Kontaktstelle gegenüberliegenden Rückseite befinden, um Beschädigungen zu vermeiden. Die Normalkraft wird hier also indirekt über die Verbiegung des Messarms gemessen.
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In einem zweiten Verfahren aus dem Stand der Technik wird ein Messarm in den Stecker eingeführt. Der Messarm ist an einem Querträger befestigt, der den Messarm in Richtung der Normalkraft bewegt. In der Nähe des Querträgers wird eine Verbiegung des Messarms außerhalb des Steckers mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen durchgeführt. Durch den größeren Abstand der Dehnungsmessstreifen von der Kontaktstelle entsteht eine Hebelwirkung. Auch hier wird die Normalkraft indirekt über die Dehnung des Messarms ermittelt.
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In einer dritten Methode wird ein starrer Messarm in den Stecker eingeführt und in Richtung der Normalkraft bewegt. Der Messarm ist an einem Kraftsensor angebracht, der die auftretenden Kräfte misst. Mit Hilfe dieses Verfahrens können mehrere Kontaktstellen in einem Stecker nacheinander gemessen werden. Hier erfolgt die Messung der Normalkraft über die Auslenkung des Messarms.
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All diese Methoden messen die Normalkraft nur indirekt über den Messarm, d. h. sie messen eine Reaktion des Messarms. Ferner sind all diese Methoden dynamisch, d. h. sie basieren auf einer Bewegung des Messarms in Richtung der Normalkraft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine direkte Messung der Normalkraft oder einer Messkraft, die für die Normalkraft repräsentativ ist, statisch, d. h. ohne Bewegung des Messarms, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, indem ein Messelement eine auf einer Außenfläche des Messarms von der Kontaktstelle kontaktierbar angebrachte Messzelle aufweist, durch die eine für die Normalkraft repräsentative Messkraft erfassbar und in Signalform ausgebbar ist.
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Durch die Anordnung an einer Stelle auf einer Außenfläche des Messarms, die von der Kontaktstelle kontaktierbar ist, wird die Messung direkt an der Kontaktstelle durchgeführt, die bei eingeführtem Gegenstecker mit einer Kontaktstelle des Gegensteckers in Kontakt steht. Diese Art der Messung erfordert keine Bewegung des Messarms in Richtung der Normalkraft, sie ist also statisch.
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Ferner bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass eine Messung im Innern eines Steckers stattfinden kann, da keine Teile außerhalb des Steckers nötig sind.
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Im Folgenden werden vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen beschrieben, die beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Messzelle eine piezo-resistive Messzelle ist. In einer solche piezo-resistiven Messzelle führt eine einwirkende Kraft oder ein einwirkender Druck zu einer Veränderung des Widerstandes. Insbesondere ist diese Änderung des Widerstandes nicht nur auf geometrische Effekte, sondern auch auf Effekte auf atomarer, molekularer oder struktureller Ebene zurückzuführen. Beispielsweise können durch die Kraft oder den Druck Energieniveaus und damit zum Beispiel die Valenz- und Leitungsbänder verschoben werden.
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Bei vielen Halbleitern ist dieser piezo-resistive Effekt besonders ausgeprägt. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Messzelle einen solchen Halbleiter mit piezo-resistivem Effekt enthält.
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Ein besonders verbreiteter Halbleiter, der einen solchen Effekt aufweist, ist Silizium. Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführungsform Silizium in der Messzelle benutzt. Insbesondere können auch weitere Teile des Messelementes oder der Messvorrichtung aus Silizium bestehen oder Silizium enthalten.
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Halbleiter, wie zum Beispiel Silizium, können zusätzlich dotiert sein. Dies führt zu einer Veränderung der Energieniveaus und damit zu veränderten elektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel der Leitfähigkeit oder dem Widerstand.
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Damit die für die Normalkraft repräsentative Messkraft etwa gleich der Normalkraft entspricht, ist es vorteilhaft, wenn die Höhe des Messarms mitsamt dem Messelement oder der Messzelle in Richtung der Normalkraft wenigstens an der Stelle der Messzelle der Höhe des Gegensteckers entspricht. Da sich die Kraft, die von einer Feder oder einem Federelement ausgeübt wird, mit der Auslenkung verändert, führt die beschriebene Ausführungsform dazu, dass der Messarm an der Stelle der Messzelle zu der gleichen Auslenkung führt, die auch der Gegenstecker verursacht. Damit entfällt der Schritt einer Ermittlung einer Federkonstanten.
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Um die Dimensionen eines Gegensteckers möglichst genau nachzubilden, ist es in einer weiteren Ausführungsform besonders vorteilhaft, wenn die Breite des Messarms in Richtung quer zur Normalkraft und quer zur Längsrichtung des Messarms etwa oder genau der Breite des Gegensteckers entspricht. Dies kann eine einfache Einführung des Messarms in den Stecker ermöglichen, ohne den Messarm in Richtung der Breite justieren zu müssen.
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Eine gleichzeitige Messung mehrerer Kontaktstellen ist in einer vorteilhaften Ausführungsform möglich, bei der an mehreren Stellen des Messarms Messzellen und/oder Messelemente vorhanden sind. Eine solche simultane Messung mehrerer Kontaktstellen spart Zeit. Insbesondere können auch mehrere Messzellen an nur einem einzigen Messelement angebracht sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform entspricht die Anordnung und Anzahl der Messelemente am Messarm der Anordnung und/oder Anzahl der Kontaktstellen des Steckers. Ein Stecker kann mehrere Kontaktstellen aufweisen, an denen er bei eingeführtem Gegenstecker in Kontakt mit dem Gegenstecker steht. Diese verschiedenen Kontaktstellen können jeweils verschiedene Normalkräfte aufweisen. Um mehrere oder alle Kontaktstellen eines Steckers in einem einzigen Messvorgang zu messen, ist die beschriebene Ausführungsform besonders vorteilhaft. Beispielsweise können die Kontaktstellen des Steckers an den Ecken eines Rechtecks oder Quadrats angeordnet sein. In diesem Fall ist eine Anordnung der Messzellen auf dem Messarm ebenfalls an den Ecken eines Rechtecks oder Quadrats geeignet. Insbesondere können mehrere Messzellen oder mehrere Sätze von Messzellen auf dem Messarm vorhanden sein, so dass nicht nur ein Typ von Stecker mit einem Messarm gemessen werden kann, sondern ein solcher Messarm die Messung von verschiedenen Steckern ermöglicht.
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Viele Stecker weisen Kontaktstellen an gegenüberliegenden Innenseiten auf. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn an zwei gegenüberliegenden Längsseiten des Messarms Messzellen vorhanden sind. Dies ermöglicht zum Beispiel die simultane Messung aller Kontaktstellen bei einem Stecker, der Kontaktstellen an zwei gegenüberliegenden Innenseiten aufweist.
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Das Messelement kann neben der Messzelle noch eine zusätzliche Trägerschicht oder ein Trägerelement aufweisen, welches zur mechanischen Stabilisierung dient. Ein solches Trägerelement könnte beispielsweise aus Glas, Keramik oder Stahl gefertigt sein.
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Ferner kann das Messelement eine Schutzschicht, beispielsweise aus Polymermaterial, zum Schutz vor Korrosion, mechanischer Beschädigung oder ähnlichem enthalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung enthält die piezo-resistive Messzelle eine piezoresistive Schicht, die zwischen Stützstellen frei verformbar gehalten ist. Die Stützstellen können zum Beispiel einstückig mit der Schicht sein oder die piezo-resistive Schicht kann auf Stützelementen aufliegen. Durch eine Schicht, die zwischen Stützelementen frei verformbar gehalten ist, kann eine Kraft, die senkrecht zu der Ebene der Schicht einwirkt, eine Dehnung in der Ebene der Schicht verursachen. Insbesondere kann diese Dehnung in der Ebene der Schicht größer ausfallen als eine Kompression der Schicht, die erfolgen würde, wenn die Schicht nicht frei verformbar gehalten wäre. Die Ausgestaltung dieses Merkmals wird beispielsweise durch eine Membran, ähnlich einer Trommel, erreicht. Auch eine eher brückenartige Struktur, bei der ein dünner Bereich zwischen zwei dickeren Bereichen liegt, ist möglich.
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Um die Produktion möglichst einfach zu halten, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine Messzelle zumindest lokal einstückig in den Messarm integriert ist. Beispielsweise kann der Messarm aus Silizium bestehen und die Messzelle durch Dotieren, Diffusion, nano- oder mikrotechnologische Verfahren oder Ähnliches an einer Stelle des Messarms geschaffen werden. Insbesondere ist es möglich, verschiedene Bereiche des Messarms verschieden zu dotieren.
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Mit Hilfe der oben erwähnten Methoden kann auch ein integrierter Schaltkreis geschaffen werden. Dies kann insbesondere zusammen mit der Strukturierung der Messzelle erfolgen. Dies kann dazu führen, dass die Messzelle und ein integrierter Schaltkreis zumindest teilweise ineinander integriert sind. Beispielsweise kann die Messzelle in einen integrierten Schaltkreis integriert sein und/oder der integrierte Schaltkreis ein weiterer Teil des Messelementes sein. Andererseits kann auch ein integrierter Schaltkreis zumindest teilweise in die Messzelle integriert sein. Auch eine Kombination der beiden Varianten ist möglich.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung besteht der Messarm aus zwei gleichen Teilen, die spiegelsymmetrisch und komplementär aneinander angeordnet sind. So kann etwa ein erster Teil und ein zweiter Teil an jeweils seiner Oberfläche bearbeitet werden, beispielsweise kann eine Messzelle geschaffen werden. In einem folgenden Schritt wird der erste oder der zweite Teil um 180° rotiert und mit der Seite, die an der strukturierten Oberfläche gegenüberliegt, an der entsprechenden Seite des zweiten oder ersten Teiles angebracht. Eine solche Ausgestaltung vereinfacht das Handling der beiden Teile deutlich, da die beiden Teile während der Herstellung von drei Seiten gehalten werden können, während ein einstückiger Messarm mit Messzellen an zwei Seiten nur an den beiden verbleibenden Seiten gehalten werden kann.
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Zur Messung der Normalkraft oder einer Messkraft, die für die Normalkraft repräsentativ ist, kann der Messarm in einen Stecker eingeführt werden und durch eine oder mehrere Messzellen, die sich in direktem mechanischen Kontakt mit den Kontaktstellen des Steckers befinden, ein Signal erzeugt werden, das repräsentativ für die auftretende Messkraft ist. Dieses Signal kann in einem darauffolgenden Schritt ausgewertet werden.
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Insbesondere ist neben der statischen Messung, bei der sich der Messarm nicht bewegt, auch eine dynamische Messung möglich. Bei dieser Art von Messung kann zusätzlich ein Profil der Messkraft entlang einer Bewegungsrichtung beispielsweise entlang der Richtung der Normalkraft ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise erfolgt eine Messung mit einer Wheatstone-Brücke, da diese sehr genaue Differenzmessungen erlaubt.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei den einzelnen Ausführungsbeispielen unterschiedlichen Merkmale können nach Maßgabe der obigen Ausführung miteinander kombiniert werden. Außerdem können nach Maßgabe der obigen Darstellung auch einzelne Merkmale bei den Ausführungsbeispielen weggelassen, sollte es im speziellen Anwendungsfall auf den mit diesem Merkmal verbundenen Vorteil nicht ankommen.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Messung in einem Stecker;
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2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
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3 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Messzelle;
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4 eine schematische Perspektivansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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5 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Messzelle.
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1 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Messung einer Normalkraft 2. Die Richtung 3 der Normalkraft 2 ist senkrecht zur Längsrichtung 4 des Messarms 5 der Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 ist bereits eingeführt in einen Stecker 6, welcher an einer Halterung 7 angebracht ist. Der Stecker 6 weist zwei Kontaktarme 8 auf, die bei einem eingeführten Gegenstecker an den Kontaktstellen 9 Kontakt mit dem Gegenstecker haben können. Diese Kontaktstellen 9 der Kontaktarme 8 stehen in direktem Kontakt mit den Messzellen 10 der Vorrichtung 1. Diese Messzellen 10 sind Teil von Messelementen 11, in diesem Fall befinden sie sich am gleichen Ort wie die Messelemente 11 und bilden mit diesen eine Einheit. Nichts desto trotz können die Messzellen 10 von den anderen Teilen der Messelemente 11 beabstandet sein, beispielsweise kann eine Messzelle 10 an einem Ende des Messarms 5 sein, während sich andere Teile des Messelementes 11 an einem anderen Ende des Messarms befinden.
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Die Messzellen 10 befinden sich auf einer Außenfläche des Messarms 5 und sind so angebracht, dass sie von den Kontaktstellen 9 des Kontaktarms 8 kontaktierbar sind. Die Kontaktarme 8 drücken mit einer für die Normalkraft 2 repräsentativen Messkraft 12 an den Kontaktstellen 9 auf die Messzellen 10. Die für die Normalkraft 2 repräsentative Messkraft 12 kann dabei kleiner oder größer als die Normalkraft 2 sein. Insbesondere kann das Größenverhältnis zwischen Messkraft 2 von der Auslenkung der Kontaktarme 8 abhängen. In dem gezeigten Beispiel entspricht die Höhe 13 des Messarms 5 mitsamt dem Messelement 11 in Richtung 3 der Normalkraft 2 an der Stelle einer Messzelle 10 der Höhe eines Gegensteckers. Dies führt hier dazu, dass die für die Normalkraft 2 repräsentative Messkraft 12 der Normalkraft 2 entspricht.
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1 zeigt bereits eine bevorzugte Ausführungsform, da mehrere Messzellen 10 und mehrere Messelemente 11 vorhanden sind. Dies erlaubt die Messung von Normalkräften 2 bzw. für die Normalkraft repräsentativen Messkräften 12 an mehreren Kontaktstellen 9 des Steckers 6. Insbesondere sind die Messzellen 10 und Messelemente 11 an zwei gegenüberliegenden Längsseiten 14 des Messarms 5 angebracht. Somit ist im gezeigten Beispiel die Messung der Normalkraft 2 an allen Kontaktstellen 9 in einer einzigen Messung statisch möglich. Zusätzlich ist es noch möglich, die Vorrichtung 1 zu bewegen, beispielsweise in Richtung 3 der Normalkraft 2, um ein Kraftprofil entlang einer solchen Richtung zu erstellen. Dies kann beispielsweise durch Bewegung eines Halters 15 geschehen.
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In 2 ist eine Vorrichtung 1 zur Messung einer Normalkraft 2 schematisch in einer Draufsicht gezeigt. Die Richtung 3 der Normalkraft 2 bzw. einer für die Normalkraft repräsentativen Messkraft 12 steht senkrecht zur Zeichenebene. Die Vorrichtung 1 zur Messung einer Normalkraft 2 weist wiederum einen Halter 15 sowie einen Messarm 5 auf. Auf dem Messarm 5 befinden sich auf der gezeigten Fläche vier Messzellen 10, die jeweils mit Messelementen 11 eine Einheit bilden. Falls nicht genügend Platz vorhanden ist, können Teile der Messelemente 11, die die Messzellen 10 beinhalten, an einer Stelle vorhanden sein und weitere Teile der Messelemente 11 an einer anderen Stelle.
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Die in 2 gezeigte Vorrichtung 1 weist andere Dimensionen auf als die in 1 gezeigte Vorrichtung 1. Insbesondere ist der Abstand 16 zwischen einer Messzelle 10 und dem Ende des Messarms größer, was die Positionierung der Vorrichtung 1 in einem Stecker vereinfacht, da der Abstand 16 so bemessen sein kann, dass die Messzellen 10 genau an den Kontaktstellen 9 der Kontaktarme 8 anliegen, wenn die Vorrichtung 1 so eingeführt ist, dass das Ende des Messarms 5 am inneren Ende des Steckers anschlägt.
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Die Anordnung und Anzahl der Messzellen 10 bzw. Messelemente 11 ist an die Anordnung und Anzahl der Kontaktstellen 9 der Kontaktarme 8 des Steckers 6 angepasst, d. h. sie entspricht der Anordnung und der Anzahl der Kontaktstellen 9.
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Die hier gezeigten Messzellen 10 bzw. Messelemente 11 sind in einer Draufsicht quadratisch. Allerdings ist auch eine andere Form oder Ausgestaltung der Messzellen 10 bzw. Messelemente 11 möglich, beispielsweise könnten diese kreisförmig, rechteckig oder oval sein oder jede beliebige andere Form annehmen.
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Die Breite 17 des Messarms 5 entspricht etwa der Breite eines Gegensteckers, der in den Stecker 6 eingeführt werden kann. Insbesondere kann die Breite 17 genau der Breite des Gegensteckers entsprechen. Dies kann die Positionierung der Vorrichtung 1 im Stecker 6 erleichtern, da sich der Messarm 5 nicht mehr in einer Richtung 18 quer zur Längsrichtung 4 des Messarms 5 und quer zur Richtung 3 der Normalkraft 2 bewegen kann.
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3 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Messelementes 11 in einer perspektivischen Schnittzeichnung. Das Messelement 11 beinhaltet drei Schichten. Die erste Schicht ist eine Trägerschicht 19, die zur mechanischen Stabilisierung dient. Diese kann beispielsweise aus Stahl, Keramik oder Glas sein. Die zweite Schicht ist die messrelevante Schicht 20. Über der messrelevanten Schicht 20 befindet sich noch eine Schutzschicht 21, die beispielsweise aus Polymermaterial bestehen kann. Zusätzlich kann diese Schutzschicht 21 die Normalkraft gleichmäßig auf die messrelevante Schicht 20 verteilen.
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Die messrelevante Schicht 20 enthält eine piezo-resistive Schicht 22, die zwischen Stützstellen 23 frei verformbar gehalten ist. Die freie Verformbarkeit führt dazu, dass eine auf die piezoresistive Schicht 22 wirkende Kraft mit der Richtung 3 der Normalkraft 2 zu einer Verformung der piezo-resistiven Schicht 22 in Richtungen 24 quer zur Richtung 3 der Normalkraft 2 führt. Insbesondere kann die daraus resultierende Dehnung der piezo-resistiven Schicht 22 in den Richtungen 24 quer zur Normalkraft stärker ausfallen als die Kompression oder Dehnung der piezo-resistiven Schicht 22 in Richtung 3 der Normalkraft 2. Dies erzeugt ein stärkeres Signal in den Richtungen 24 quer zur Normalkraft. Eine Messung des Signals ist also erleichtert. Im hier gezeigten Beispiel ist die piezo-resistive Schicht 22 membranartig zwischen den Stützstellen 23 angebracht. Die Stützstellen 23 sind in diesem Beispiel einstückig mit der piezo-resistiven Schicht 22. Sie bestehen aus demselben Material wie die piezo-resistive Schicht 22.
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Das Material der piezo-resistiven Schicht 22 kann insbesondere einen piezo-resistiven Halbleiter enthalten. Bei Halbleitern ist der piezo-resistive Effekt meist sehr ausgeprägt. Ein weit verbreiteter Halbleiter ist beispielsweise Silizium. Die in 3 gezeigte piezo-resistive Schicht 22 kann mittels Verfahren zur Strukturierung bearbeitet sein, speziell kann es sich bei diesen Verfahren zur Strukturierung im Mikro- oder Nanometerbereich handeln. Beispielsweise können dies epitaktische Methoden, Ätzen oder lithografische Methoden oder Ähnliches sein.
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Insbesondere können solche Halbleiter auch dotiert sein, was deren Eigenschaften verändern kann.
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Die Schutzschicht 21 ist durch Lötpunkte 25 an der piezo-resistiven Schicht 22 befestigt. Die Befestigung erfolgt dabei über den Stützstellen 23, um die freie Verformbarkeit der piezoresistiven Schicht 22 nicht zu beeinträchtigen.
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In 3 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messarms 5 einer Vorrichtung 1 in einer Perspektivdarstellung gezeigt. Der Messarm 5 besteht aus zwei gleichen Teilen 26. Der untere Teil 26b wurde durch Rotation um 180° am oberen Teil 26a angebracht. In diesem Fall wurde die Verbindungsfläche 27 gebondet.
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Bei der Herstellung der Teile 26 wurden Löcher 28 aus einem Siliziumblock geätzt. Dabei entstand eine Struktur, die wie eine breite Brücke aussieht, d. h. zwischen zwei dickeren Bereichen 29 befindet sich eine dünnere Schicht 30. Diese dünnere Schicht 30 verformt sich bei Krafteinwirkung elastisch. Ähnlich wie in 3 führt eine Kraft in Richtung 3 der Normalkraft 2 oder in Richtung einer für die Normalkraft repräsentativen Kraft 12 zu einer Dehnung der dünnen Schicht 30 in einer Richtung 24 quer zur Kraft.
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An einer Längsseite 14 des Messarms 5 befinden sich Messzellen 10 in Form von Messflächen 31, die sich im Bereich der dünnen Schicht 30 befinden. Um die nebeneinander liegenden Messzellen 10 voneinander zu entkoppeln, befindet sich zwischen zwei Messzellen 10 in Richtung der Breite 17 ein Schlitz 32.
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Die Breite 17 des Messarms 5 sowie die Höhe 13 sind an die Abmessungen eines Gegensteckers angepasst, der in den Stecker 6 eingeführt werden kann.
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Die Messzellen 10 bzw. Messflächen 31 sind durch Dotierung bzw. Diffusion entstanden. Sie sind also einstückig mit dem Messarm 5.
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In 5 ist schematisch der Aufbau einer solchen Messzelle 10 bzw. einer Messfläche 31 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Als Basis dient ein Silizium-n-Substrat 33, auf das eine n-Silizium-Schicht mittel Epitaxie aufgebracht wurde. In dieser n-Epitaxie-Schicht 34 befindet sich ein p-leitender Bereich 35, der mittels eines Aluminium-Silizium-Kontaktes 36 an einen Stromkreis angeschlossen werden kann. Zwischen zwei p-leitenden Bereichen 35 befinden sich zwei kleinere p+-dotierte Bereiche 37, die als Messwiderstände 38 dienen. Durch Einwirken einer Kraft, beispielsweise einer Normalkraft 2 oder einer für die Normalkraft repräsentativen Messkraft 12 auf diese p+-dotierten Bereiche 37 verändert sich deren Widerstand, so dass zwischen den p-leitenden Bereichen 35 und den Aluminium-Silizium-Kontakten 36 ebenfalls ein veränderter Widerstand gemessen werden kann, beispielsweise durch eine Veränderung der Spannung oder des Stromes, der von einem Aluminium-Silizium-Kontakt 36a zum anderen Aluminium-Silizium-Konrakt 36b fließt.
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Um eine möglichst genaue Messung zu ermöglichen, kann eine Differenzmessung nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke erfolgen.
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Zum zusätzlichen Schutz befindet sich über der Struktur eine abschließende SiO2-Schicht 39, die somit eine Passivierungsschicht darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Messung einer Normalkraft
- 2
- Normalkraft
- 3
- Richtung der Normalkraft
- 4
- Längsrichtung des Messarms
- 5
- Messarm
- 6
- Stecker
- 7
- Halterung
- 8
- Kontaktarm
- 9
- Kontaktstelle
- 10
- Messzellen
- 11
- Messelement
- 12
- für die Normalkraft repräsentative Messkraft
- 13
- Höhe des Messarms mitsamt dem Messelement
- 14
- Längsseiten des Messarms
- 15
- Halter
- 16
- Abstand Messzelle – Ende Messarm
- 17
- Breite des Messarms
- 18
- Richtung quer zur Richtung der Normalkraft und quer zur Längsrichtung des Messarms
- 19
- Trägerschicht
- 20
- messrelevante Schicht
- 21
- Schutzschicht
- 22
- piezo-resistive Schicht
- 23
- Stützstellen
- 24
- Richtung quer zur Normalkraft
- 25
- Lötpunkte
- 26
- Teil des Messarms
- 26a
- oberer Teil
- 26b
- unterer Teil
- 27
- Verbindungsfläche
- 28
- Löcher
- 29
- dickere Bereiche
- 30
- dünne Schicht
- 31
- Messflächen
- 32
- Schlitz
- 33
- Silizium-Substrat
- 34
- n-Epitaxie-Schicht
- 35
- p-leitender Bereich
- 36
- Aluminium-Silizium-Kontakt
- 37
- p+-dotierte Bereiche
- 38
- Messwiderstände
- 39
- SiO2-Schicht
