DE1963756C3

DE1963756C3 - Auf Druck ansprechender elektrischer Wandler

Info

Publication number: DE1963756C3
Application number: DE1963756A
Authority: DE
Inventors: Masami Taaktsuki Osaka Shoji (Japan)
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1968-12-27
Filing date: 1969-12-19
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE1963756B2; JPS497635B1; NL6919004A; FR2027237A1; NL153725B; DE1963756A1; GB1263599A; US3686545A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen auf Druck ansprechenden elektrischen Wandler und betrifft insbesondere einen elektrischen Wandler mit einem Festkörperbauelement, der geeignet ist, auf eine mechanische Druckkraft anzusprechen, und eine neuar tige druckerzeugende Einrichtung umfaßt.

Beim bekannten, auf Druck ansprechenden elektrischen Wandler erfolgt eine Stromänderung oder die Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer mechanischen Druckkraft, die auf einen Wirkbereich eines Festkörperbauelements aufgebracht wird, beispielsweise einer Halbleitervorrichtung mit einer pn-Obergangsfläche oder einer Metall-Halbleiter-Grenzfiäche. Allerdings sind derartige Wandler so konstruiert, daß eine konzentrierte Kraft auf einen winzigen Bereich aufgebracht wird, um die Empfindlichkeit entsprechend der aufgebrachten Kraft zu verstärken. Aus diesem Grund ist hierbei die druckaufbringende Vorrichtung empfindlich und mühsam herzustellen. Der Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines bekannten elektrischen Wandlers ist in F i g. 1 der Zeichnungen dargestellt, bei dem eine Drucknadel 33 aus einem starren Werkstoff, beispielsweise aus Wolframdraht, mit einem zugespitzten Ende so angeordnet ist, daß sie auf einen Wirkbereich 32 auf einer Halbieiterträgerschicht 31 preßt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, welches in Fig.2 dargestellt ist, steht ein aus einer winzigen starren Kugel bestehendes Druckteil 34 mit einem Wirkbereich 32 auf einer Halbleiterträgerschicht 31 in Berührung und wird nach dem gegenseitigen Verbinden mittels eines weichen Werkstoffs 35, beispielsweise eines Harzklebstoffs, mit Hilfe eines Druckhebels 36 heruntergedrückt Auf der Oberfläche der Vorrichtung istidne Isolierschicht 37 angeordnet.

Diese Vorrichtungen sind so konstruiert, daß der konzentrierte Druck über das Druckteil auf einen nur wenige Mikron großen Wirkbereich aufgebracht wird, so daß das Verfahren zum Anordnen des Druckteils in der gewünschten Stellung oder das Verfahren zum Herstellen der Verbindung großen Schwierigkeiten begegnete.

Durch die Erfindung werden die obenerwähnten Probleme gelöst und ein elektrischer Wandler von hoher Empfindlichkeit, der leicht herzustellen ist, geschaffen.

Die Erfindung und vorteilhaft? Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 und 2 sind Teilschnitte durch die wichtigsten Bauteile eines auf Druck ansprechenden elektrischen Wandlers gemäß dem Stand der Technik;

F i g. 3 zeigt im Schnitt die wichtigsten Bauteile eines Ausführungsbeispiels eines auf Druck ansprechenden elektrischen Wandlers gemäß der Erfindung;

F i g. 4 zeigt die in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung in fertigem Zustand.

Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt eine Ausgangsträgerschicht 1 eines Festkörperbauelements, beispielsweise eine Halbleiterträgerschicht, und eine Wirkschicht 12, die beispielsweise aus einem aufgesprühten Metallfilm aus Molybdän besteht, welcher eine Schottkysche Sperrschicht auf der mit der Trägerschicht 1 in Berührung stehenden Fläche bildet. Bei dieser Schicht 12 kann es sich um eine Halbleiterschicht handeln, deren Leitfähigkeit sich von der der Trägerschicht unterscheidet und einen pn-Übergang bildet, der nicht tief unter der Oberfläche liegt und zwischen der Schottkyschen Sperrschicht und der Trägerschicht gebildet ist. Als eine Elektrode bildende Metallschicht 13, die mit der Wirkschicht 12 leitend verbunden ist, ist die Schicht aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem weichen Metall wie Blei-Zinn-Lötmetall u.dgl. gewählt. Ein Kern 14 des Druckteils, der für die Erfindung charakteristisch ist, ist auf seiner Oberfläche mit einer Metallschicht 15 versehen, die im

Wärinedruekverfahren mit der Elektrodenschicht 13 eine Legierung bilden kann. Als Kern 14 des Druckteils ist ein kugelförmiger, starrer Körper aus Diamant, Rubin, Saphir, Achat, Quarz oder Glas geeignet. Als Metallschicht 15 zum Überziehen des Kerns kann Aluminium, Kupfer, Gold oder Nickel gewählt werden. Besonders für die Metallschicht 15 wird vorzugsweise ein Metall aus der bei einer niedrigen Temperatur eine eutektische Legierung mit der Metallelektrodenschicht 13 bildenden Gruppe gewählt. Einige Beispiele wünsehenswerter Kombinationen für diesen Zweck sind Gold-Aluminium, Kupfer—Aluminium, Aluminium— Nickel, Gold—Kupfer, Gold—Nickel usw., die alle bei niedrigen Temperaturen von 500 bis 1000°C eutektische Legierungen bilden. ι ϊ

Eine oben beschriebene Vorrichtung kann gernäß folgendem Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird die Oberfläche des den starren Körper bildenden, kugelförmigen Kerns 14 durch Vakuumabscheidung, chemische Abscheidung oder nichtelektrolytisches P'lattieren mit der Metallschicht 15 überzogen. Dann werden die Elektrodenschicht 13 und die Metallschicht 15 miteinander verbunden, indem der kugelförmige Körper mit Hilfe einer Vakuumsaugvorrichtung erfaßt und gegen die Elektrodenschicht 13 auf der erhitzten und auf vorherbestimmter Temperatur gehaltenen Trägerschicht gepreßt wird. Anschließend werden der kugelförmige Körper und der Hauptteil der Elektrodenschicht 13, wie Fig.4 zeigt, mit einem Klebstoffs aus einem weichen Kunststoff oder einem Gummi miteinander verbunden. Durch das oben beschriebene Vorgehen kann der Druckteilkern 14 mittels einer eutektischen Legierung im Wärmedruckverfahren an einer gewünschten Stelle fest angebracht werden, die sich auch dann nicht verschiebt, wenn durch eine druckerzeugende Einrichtung 6, die zum Herabpressen des Kerns 14 des Druckteils vorgesehen ist. Druck aufgebracht wird. Die auf diese Weise gebildete Vorrichtung wird auf eine Metallstützvorrichtung 18 gebracht, wie Fig.4 zeigt, mit Elektrodenzuführungsdrähten 19 und 20 versehen und als Doppelklemmenwandler fertiggestellt Die auf obige Weise erhaltene Vorrichtung gemäß der Erfindung hat einen charakteristischen Aufbau, der es ermöglicht, das winzige Druckteil auf einfache Weise im Wirkbereich des Halbleiters festzulegen. Gleichzeitig wird ein hochempfindlicher Wandler geschaffen, da ein sehr starrer Körper als Druckteil verwendbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auf Druck ansprechender elektrischer Wandler, bei dem auf einen bestimmten Wirkbereich eines Festkörperbauelements mit Hilfe einer einen starren Körper aufweisenden, druckerzeugenden Einrichtung eine Kraft derartig ausgeübt wird, daß die Ausgangssignale des Wandlers sich entsprechend den Eingangskräften ändern, dadurch gekenn- "> zeichnet, daß der Wirkbereich zur Aufnahme der Eingangskräfte mit einem weichen Metallfilm (13) und die Oberfläche des starren Körpers (14) der druckerzeugenden Einrichtung mit einem Metallfilm (15) überzogen ist und daß der starre Körper der dnickerzeugenden Einrichtung durch eine zwischen den beiden Metallfilmen gebildete, aus einer eulektischen Legierung bestehende Verbindung auf dem Wirkbereich des Fcstkörpcrbauelemcnts befestigt isL

2. Wandier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weicher Metallfilm (13) ein Metall der Gruppe Gold, Aluminium, Kupfer und Blei-Zinn-Lötmetali gewählt ist und daß als Metallfilm (15) zum Anbringen auf dem starren Körper (14) ein Metall der Gruppe Aluminium, Kupfer, Gold und Nickel gewählt ist, welches bei niedriger Temperatur ohne weiteres eine eutektische Legierung mit dem weichen Metall bildet.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS als starrer Körper der druckerzeugenden Einrichtung eine winzige Kugel (14) aus einem Werkstoff der Gruppe Diamant, Rubin, Saphir, Achat und Quarz gewählt bt.

4. Verfahren zum Herstellu eines auf Druck ^ ansprechenden elektrischen Wandlers nach Anspruch 1 bis 3, bei dem auf eine bestimmten Wirkbereich eines Festkörperbauelements mit Hilfe einer einen starren Körper aufweisenden, druckerzeugenden Einrichtung eine Kraft ausgeübt wird, derart, daß dessen elektrische Ausgangssignale sich in Abhängigkeit von den Eingangskräften ändern, dadurch gekennzeichnet, daß ein weicher Metallfilm auf einer bestimmten Oberfläche eines einen Druck empfangenden Wirkbereich umfassenden Festkörperbauelements gebildet wird, daß ein Metallfilm auf der Oberfläche des starren Körpers der druckerzeugenden Einrichtung durch Vakuumabscheidung, eine mit gasförmiger Phase ablaufende Reaktionsabscheidung oder ein nichtelektronisches Plattierungs- ⁵¹⁾ verfahren gebildet wird und daß der starre Körper der druckerzeugenden Einrichtung, der mit dem Metallfilm überzogen ist, auf dem weichen Metallfilm auf der Oberfläche des Wirkbereichs des Festkörperbauelements durch eine im Wärmedruckverfahren erzeugte eutektische Verbindung beider Metallfilme angebracht wird.