DE2226570A1

DE2226570A1 - SEMI-CONDUCTOR FOR FORCE MEASUREMENT

Info

Publication number: DE2226570A1
Application number: DE19722226570
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Bretschi
Original assignee: August Sauter KG
Current assignee: August Sauter KG
Priority date: 1972-05-31
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1973-12-13
Also published as: CH550393A

Description

Halbleitergeber zur Kraftmessung Zusatz zu Patent ......... (Patentanmeldung P 20 13 454.7) Die Erfindung betrifft einen Halbleitergeber zur Kraftmessung mit in einem Halbleiterkörper in integrierter Weise angeordneten, geeignet dotierten Messwiderständen, wobei der Halbleiterkörper selbst sowohl der Umsetzung der zu messenden Kraft in eine Deformation als auch zur Umsetzung der Deformation in eine Widerstandsänderung dient,.naah Patent (Patentanmeldung P 20 13 454.7). Semiconductor encoder for force measurement Addendum to patent ......... (patent application P 20 13 454.7) The invention relates to a semiconductor encoder for measuring force arranged in a semiconductor body in an integrated manner, suitably doped Measuring resistors, the semiconductor body itself both implementing the to measuring force into a deformation as well as to convert the deformation into a Resistance change is used, .naah patent (patent application P 20 13 454.7).

Es ist bereits eine druckempfindliche Halbleiteranordnung bekannt (DT-Gbm 6 602 310), bei der ein streifenförmiger Halbleiterkörper zur Umsetzung von auf die Anordnung einwirwenden Druckschwankungen in elektrische Grössen dient. Dabei liegt ein Ende des streifenförmigen Halbleiterkörpers auf einer Unterlage fest auf oder ist eingespannt, wahrend der übrige Teil des Halbleiterkörpers frei schwebt und an seinem freien Ende von Druck beaufscblagt wird. A pressure sensitive semiconductor device is already known (DT-Gbm 6 602 310), in which a strip-shaped semiconductor body is used for implementation pressure fluctuations in electrical quantities acting on the arrangement are used. One end of the strip-shaped semiconductor body lies on a base firmly on or is clamped, while the remaining part of the semiconductor body is free floats and is subjected to pressure at its free end.

Bei einer anderen bekannten druckempfindlichen Halbleiter-| anordnung (DT-PS 1 214 435) sind vier zu einer Brückenschaltung vereinte Messwiderstände einseitig in integrierter Weise auf einer Halbleiterkörper ausgebildet0 Selbstverständlich können die lfless-l widerstände auch auf verschiedenen Seiten eines als Biegebalken verwendeten Halbleiterkörpers angeordnet sein. Die als Halbleiter widerstände ausgebildeten Messwiderstände werden durch geeignete Dotierung des Halbleiterkörpers, durch aufdampfen geeigneter Mater rialien od.dgl. erhalten. In another known pressure-sensitive semiconductor | arrangement (DT-PS 1 214 435) are four measuring resistors combined to form a bridge circuit on one side formed in an integrated manner on a semiconductor body0 Of course the lfless-l resistors can also be used as a bending beam on different sides used semiconductor body be arranged. The trained as semiconductor resistors Measuring resistors are made by suitable doping of the semiconductor body, by vapor deposition suitable materials or the like. obtain.

Weiter ist es speziell für integrierte Operationsverstårker bekannt, mit Hilfe von auf dem gleichen Halbleiterkörper in integrierter Weise ausgebildeten aktiven oder passiven Bauelementen die Temperatur einer Schaltung konstant zu halten. It is also known especially for integrated operation amplifiers, with the aid of integrally formed on the same semiconductor body active or passive components to keep the temperature of a circuit constant.

Auch gibt es Halbleitermaterialien zur Fertigung von Wiederständen, bei denen @lle Widerstände entweder gedehnt oder gestaucht werden können, und trotzdem die Widerstandsänderungen dem Betrage nach gleich, dem Vorzeichen nach jedoch entgegengesetzt sind. There are also semiconductor materials for the production of resistors, where @all resistances can either be stretched or compressed, and still the changes in resistance equal in amount, but opposite in sign are.

Bei Halbleiterwiderständen und aus ihnen verfertigten Halbleiterdehnungsmesstreifen ist sowohl der Widerstand als auch die Empfindlichkeit, also die einer bestimmten Änderung der zu messenden Kraft entsprechende Widerstandsänderung eine Funktion der Tem; peratur. Beim eingangs beschriebenen Vorsohlag gemäss Hauptpatent gab man sich damit zufrieden, den Einfluss der Temperatur auf den Widerstandswert der Messwiderstände durch eine Verschaltung der Messwiderstände zu einer Brückenschaltung auszugleichen und für eine zusätzliche Temperaturkompensation durch die Verwendung der Technik der integrierten Bauweise bei der Ausbildung der Messwider stände auf dem Halbleiterkörper zu sorgen, da damit die Messwiderstände in unmittelbarer gegenseitiger Nähe angeordnet und somit we itgehend auch der gleichen Temperatur ausgesetzt sind. Eine derartige Ausbildung der Messwiderstände auf dem Halbleiterkörper in int grierter Bauweise trägt jedoch zur Verringerung des Einflusses der Umgebungtemperatur auf die Empfindlichkeit der Brückenschaltung nichts bei. In the case of semiconductor resistors and semiconductor strain gauges made from them is both the resistance and the sensitivity, i.e. that of a certain one Change in the force to be measured corresponding change in resistance is a function the tem; temperature. With the pre-sole described at the beginning according to the main patent one gave satisfied with the influence of temperature on the resistance value of the measuring resistors to compensate for this by interconnecting the measuring resistors to form a bridge circuit and for additional temperature compensation through the use of the technology the integrated design in the formation of the measuring resistors on the semiconductor body to ensure that the measuring resistors are arranged in close proximity to one another and are therefore largely exposed to the same temperature. Such a one Formation of the measuring resistors on the semiconductor body in int grier However, the construction method helps to reduce the influence of the ambient temperature the sensitivity of the bridge circuit does not matter.

aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Einfluss von Veranderungen der Umgebungstemperatur auf das Messergebniss und insbesondere auf die MessempSindlichkeit-wesentlich zu vermindern. The object of the invention is therefore to reduce the influence of changes the ambient temperature on the measurement result and especially on the measurement sensitivity to diminish.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Halbleitergeber der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, dass auf dem gleichen Halbleiterkörper in integrierter Weise zumindest ein zusätzlicher Heizwiderstand zum Konstanthalten der Temperatur des Halbleiterkörpers bei sich ändernder Umgebungstemperatur des Halbleiterkörpers vorgesehen ist0 Der zusätzliche Heizwiderstand kann im gleichen Arbeitsgang mit den Messwiderständen in den Halbleiterkörper eindotiert werden. Für das Ausbilden des zusätzlichen Heiz-l. According to the invention, this object is achieved in a semiconductor encoder initially mentioned design achieved in that on the same semiconductor body in an integrated way, at least one additional heating resistor to keep it constant the temperature of the semiconductor body when the ambient temperature changes Semiconductor body is provided 0 The additional heating resistor can be in the same Operation with the measuring resistors are doped into the semiconductor body. For the formation of the additional heating oil.

widerstandes ist deshalb kein zusätzlicher Aufwand erforderlich, Dennoch kann die Temperatur des Halbleiterkörpers mit Hilfe des zuft sätzlichen Heizwiderstandes auf einfache Weise konstant gehalten werden, indem man die Spannung am zusätzlichen Heizwiderstand bzw.resistance is therefore no additional effort required, nevertheless can control the temperature of the semiconductor body with the help of the additional heating resistor can easily be kept constant by applying the voltage to the additional Heating resistor or

den Stromfluss durch den zusätzlichen Heizwiderstand in Abhängigkeit von der Tempratur des Halbleiterkörpers regelt und diese damit auf eine gewünschten ert hält. Die EmpfindTichkeit der Messwiderstände ändert sich damit nicht mehr, weil die auf dem Halbleiterkörper angeordneten Messwiderstände nur noch äusserst geringen Temperaturschwankungen unterworfen sind. Sind die Messwiderstände zu einer Brückenschaltung verbunden, so entfällt auf gleiche Weise auch die Nullpunkt-Drift der Brückenschaltung. Die beschriebene Aubbildung des Halbleitergebers ist dazu geeignet, auch sich stark ändernde Umgebungstemperaturen auszugleichen. Es muss lediglich bei sinkender Temperatur des Halbleiterkörpers der Stromfluss durch den zusätzlichen Heizwiderstand und damit die von diesem erzeugte Joule' sche Wärme erhöht bzw. bei steigender Temperatur der Stromfluss vermindert und damit die vom Heizwiderstand erzeugte Wärmer reduziert werden.the current flow through the additional heating resistor as a function of of the temperature of the semiconductor body and regulates this to a desired one ert holds. The sensitivity of the measuring resistors no longer changes, because the measuring resistors arranged on the semiconductor body are now extremely limited are subject to slight temperature fluctuations. Are the measuring resistors to one Bridge circuit connected, the zero point drift is eliminated in the same way the bridge circuit. The described development of the semiconductor encoder is for this purpose suitable to compensate for strongly changing ambient temperatures. It must only when the temperature of the semiconductor body falls, the current flow through the additional heating resistance and thus the Joule heat generated by it increases or decreases with increasing temperature, the current flow and thus the from Resistance generated heaters are reduced.

Zwecknässig wird der Heizwiderstand auf dem Halbleiterkör- | per so angeordnet, dass sein widerstandswert von der am Halbleitergeber angreifenden, zu messenden Kraft unabhängig ist. Das geschieht beispielsweise dadurch, dass der Heizwiderstand in der hinsichtlich der Deformation unter Einfluss der zu messenden KratX neutralen Faser des Halboleiterkörpers angeordnet ist. auch kann der Heizwiderstand aus iderstandsbahnen bestehen, die bei Deformation des Halbleiterkörpers unter Einfluss der zu messenden Kraft entgegengesetzt gleichen Beanspruchungen unterworfen sind0 Weiter-| hin kann man bei gleichzeitiger Ausnutzung des longitudinalen und transversalen Piezowiderstandseffektes die Widerstandsänderungen von senkrecht stehenden Widerstandbahnen unter Einfluss der zu messenden Kraft entgegengesetzt gleich machen. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Widerstandswert des Heizwiderstandes von der Funktion des Halbleitergebers bei der Kraftmessung unabhängig wird, so dass die Regelung der Speisung des Heizwiderstandes in Abhängigkeit von Veränderungen der Umgebungstemperatur nicht durch Änderungen des Widerstandswertes des zusätzlichen Heizwiderstandes/ verfälscht wird. The heating resistor on the semiconductor body | by arranged in such a way that its resistance value depends on the one acting on the semiconductor encoder, force to be measured is independent. This happens, for example, that the Heating resistance in terms of deformation under the influence of the to be measured KratX neutral fiber of the semiconductor body is arranged. also can the heating resistor consist of resistance tracks that are influenced by deformation of the semiconductor body the force to be measured are subjected to the same opposing stresses0 Next- | one can go there with simultaneous use of the longitudinal and transversal Piezoresistance effect is the change in resistance of vertical resistance tracks make equal in opposite directions under the influence of the force to be measured. In this way it is achieved that the resistance value of the heating resistor depends on the function of the Semiconductor encoder is independent in the force measurement, so that the regulation of the Supply of the heating resistor depending on changes in the ambient temperature not due to changes in the resistance value of the additional heating resistor / is adulterated.

Der oder die zusätzlichen Heizwiderstände können auf der gleichen Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein wie die Mess widerstände, wobei dann beim Herstellungsvorgang das Ausbilden de Widerstände von ein und derselben Seite her erfolgen kann, was dej Herstellungsvorgang vereinfacht. The additional heating resistor (s) can be on the same Side of the semiconductor body be arranged like the measuring resistors, with then during the manufacturing process, the formation of the resistors from one and the same side can be done here, which simplifies the manufacturing process.

Der oder die zusätzlichen Heizwiderstände können aber auch auf der entgegengesetzten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein wie die Messwiderstände. In diesem Fall hat man eine grösser Freizügigkeit hinsichtlich der Anordnung des Heizwiderstandes. So ist es beispielsweise möglich, dem oder den Heizwiderständen auf der einen Seite des Halbleiterkörsers genau die gleiche Gestalt z geben, die die Messwiderstände auf der entgegengesetzten Seite deW Halbleiterkörpers haben. Heizwiderstand und Messwiderstände kommend also auf verschiedenen Seiten des Halbleiterkörpers zur Deckung. The additional heating resistor (s) can also be on the be arranged opposite side of the semiconductor body as the measuring resistors. In this case you have greater freedom of movement with regard to the arrangement of the Heating resistor. For example, it is possible to add the heating resistor (s) on one side of the semiconductor body give exactly the same shape z that the measuring resistors have on the opposite side of the semiconductor body. Heating resistor and measuring resistors coming so on different Sides of the semiconductor body to cover.

Dadurch ist sichergestellt, dass der Einfluss des Heizwiderstandea auf die Temperatur der Messwiderstände überall genau gleich ist, da je ein gleichartiges Element des Heizwiderstandes von je einem gleichartigen Element der Messwiderstände um genau den gleichen Abstand, nämlich die Stärke des vorzugsweise scheibenförmigen Halbleitersubstrates getrennt ist. Selbstverständlich ist es bei Bedarf auch möglich, die Heizwiderstände teils auf der gleichen, teils auf der entgegengesetzten Seite des Halbleiterkörpers anzuordnen wie die Messwiderstände.This ensures that the influence of the heating resistor a on the temperature of the measuring resistors is exactly the same everywhere, as there is always one of the same type Element of the heating resistor of a similar element of the measuring resistors by exactly the same distance, namely the thickness of the preferably disk-shaped Semiconductor substrate is separated. Of course, if necessary, it is also possible the heating resistors partly on the same, partly on the opposite side of the semiconductor body to be arranged like the measuring resistors.

Die Stromspeisung des Heizwiderstandes erfolgt zweckmässig über eine in Abhängigkeit von der Temperatur des HalbleiterkörperS gesteuerte Regelschaltung. Diese kann selbst wieder über einen Widerstand gesteuert sein, der die Temperatur des Halbleiterkörpets bzw. der Messwiderstände abfühlt. Als derartiger Widerstand zur Steuerung der Regelsohaltung kann ein in die Speise leiter der Mess:-widerstände geschalteter Zusatzwiderstand verwendet werden. Es ist; aber auch möglich, den Heizwiderstand nicht nur zur Steuerung der Temperatur des Halbleiterkörpers, sondern zusätzlich auch zum Åbfühlen der sich unter Einfluss von Veränderungen der Umgebungstemz seratur ändernden Temperatur zu verwenden. Dabei kann der Heizwiuerstand in eine an die Regelschaltung angeschlossene Brückenschaltung einbezogen werden, die bei der gewünschten Temperatur des Haleiterkörpers abgeglichen ist, bei sich ändernder Temperatur aber aus dem abgeglichenen Zustand kommt. Durch entsprechende Erhöhung oder Verminderung der am Heizwiderstand in Wärme umgesetzten Leistung wird daher selbsttätig die gewünschte Temperatur des Halbleiterkörpers und damit der abgeglichene Zustand der Brückenschaltung erreicht. Auch die Messwiderstände bilden zweckmässig eine Brückenschaltung, wobei sie auf dem Halbleiterkörper teils senkrecht, teils parallel zur neutralen Faser oder durchweg parallel und symt metrisch zur neutralen Faser des Halbleiterkörpers angeordnet seiq können. Der Heizwiderstand wird der jeweils verwendeten Anordnung der Messwiderstände angepasst und in die neutrale Faser oder symmetrisch zur neutralen Faser gelegt. Unter neutraler Faser wird dabei diejenige Biegelinie des Halbleiterkörpers verstanden, die bei dessen einseitiger Einspannung und Beaufschlagung an der anderen Seite mit der zu messenden Kraft die gedehnten und die gestau -ten Bereiche des Halbleiterkörpers voneinander trennt, selbst aber ihre ursprüngliche Länge, also die Zwänge ohne Beaufschlagung mit einer z4meseenden Kraft beibehält. The power supply of the heating resistor is expediently via a control circuit controlled as a function of the temperature of the semiconductor body. This can itself be controlled via a resistor that controls the temperature of the semiconductor body or the measuring resistors. As such resistance To control the control loop, a measuring resistor can be inserted into the feeder switched additional resistor can be used. It is; but also possible the heating resistor not only for controlling the temperature of the semiconductor body, but additionally also to feel yourself under the influence of changes in the ambient temperature changing temperature to use. The Heizwiuerstand can be in one to the Control circuit connected bridge circuit can be included in the desired Temperature of the semiconductor body is adjusted, but when the temperature changes comes from the balanced state. By increasing or decreasing it accordingly the power converted into heat at the heating resistor therefore automatically becomes the desired one Temperature of the semiconductor body and thus the balanced state of the bridge circuit achieved. The measuring resistors also expediently form a bridge circuit, with they are partly perpendicular to the semiconductor body, partly parallel to the neutral fiber or consistently parallel and symmetrical to the neutral fiber of the semiconductor body arranged seiq can. The heating resistor is the one used in each case Arrangement of the measuring resistors adapted and in the neutral fiber or symmetrical laid to the neutral fiber. The bending line is under the neutral fiber of the semiconductor body understood that when it is clamped and loaded on one side on the other hand, with the force to be measured, the stretched and the congested Areas of the semiconductor body separates from each other, but even their original Length, i.e. maintains the constraints without the application of a z4meseende force.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen ?ig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 schematisch eine teilperspektivische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsforin der Erfindung, Fig. 3 schematisch eine Schaltung zur getrennten Erfassung und Regelung der Temperatur des Halbleiterkörijers, und Fig. 4 schematisch eine Schaltung zur gleichzeitigen Erfassung und Regelung der Temperatur des Halbleiterkörpers. Further details, advantages and features of the invention result from the following description. In the drawing the invention is for example illustrated, namely show? ig. 1 schematically shows a plan view of a first Embodiment of the invention, FIG. 2 schematically shows a partially perspective side view of a second embodiment of the invention, Fig. 3 schematically shows a circuit for the separate detection and control of the temperature of the semiconductor body, and Fig. 4 schematically shows a circuit for the simultaneous detection and control of the Temperature of the semiconductor body.

Fig. 1 zeigt einen Halbleiterkörper 1 von länglicher Gestalt. Selbstverständlich kann der Halbleiterkörper auch jede andere gewünschte Gestalt haben. Der Halbleiterkörper 1 ist einseitig auf einer Unterlage befestigt. Das kann durch Einspannen, Ve kleben oder auf eine beliebige andere Weise geschehen. Das entgegengesetzte Ende des Halbleiterkörpers 1 wird von der zu messenden Kraft K beaufschlagt. Die Kraft K steht auf der Ebene der Fig 1 senkrecht und wirkt, wie symbolisch angedeutet, in Blickrichtun; auf die Figur, also von oben auf den Halbleiterkörper 1. Unter Einfluss der zu messenden Kraft K erfährt der Halbleiterkörper 1 eine von der Grösse der Kraft abhängige Deformation. Fig. 1 shows a semiconductor body 1 of elongated shape. Of course the semiconductor body can also have any other desired shape. The semiconductor body 1 is attached to one side on a base. That can be glued by clamping, Ve or in any other way. The opposite end of the semiconductor body 1 is acted upon by the force K to be measured. The force K is on the plane FIG. 1 is vertical and acts, as symbolically indicated, in the viewing direction; on the figure, ie from above onto the semiconductor body 1. Under the influence of the Force K, the semiconductor body 1 experiences a deformation that is dependent on the magnitude of the force.

Zum Bestimmen der Grösse der Kraft K bzw. zum Umsetzen der von ihr hervorgerufenen Deformation in eine Widerstandänderung sind auf dem Halbleiterkörper 1 vier Messwiderstände R1, R2, R3 und R4 angeordnet, die Halbleiterdehnungsmesstreifen bilden. Die Messwiderstände sind im Halbleiterkörper 1 durch geeignete Dotierung als Widerstandbahnen ausgebildet. Stattdessen können die Mes -widerstände auch aus auf den Halbleiterkörper 1 aufgedampftem Hai -leiterwiderstandsmaterial bestehen. Die vier Messwiderstände bilden in der gezeigten Ausführungsform ein Rechteck, so dass die Messwiderstände R1 und R3 unter Einfluss der zu messenden Kraft K einer Längsdehnung, die Messwiderstände R2 und R4 einer Querdehnung unterworfen werden. Selbstverständlich könnten die Messwider stände auch auf der anderen Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein und dann bei gleicher Richtung der zu messenden Kraft K jeweils Stauchungen unterworfen werden. Ebenso ist es möglich, di Messwiderstände auf andere zweckmässige Weise auf dem Halbleiterkörper 1 anzuordnen. To determine the size of the force K or to convert it caused deformation in a resistance change are on the semiconductor body 1 four measuring resistors R1, R2, R3 and R4 arranged, the semiconductor strain gauges form. The measuring resistors are in the semiconductor body 1 by suitable doping designed as resistance tracks. Instead, the measuring resistors can also be turned off consist of shark conductor resistance material vapor-deposited on the semiconductor body 1. In the embodiment shown, the four measuring resistors form a rectangle, see above that the measuring resistors R1 and R3 under the influence of the force K to be measured Longitudinal expansion, the measuring resistors R2 and R4 are subjected to a transverse expansion. Of course, the measuring resistors could also be on the other side of the semiconductor body be arranged and then with the same direction of the force K to be measured, respectively Are subjected to compression. It is also possible to use the measuring resistors on other expedient way to be arranged on the semiconductor body 1.

Die Messwiderstände R1, R2, R3 und R4 sind durch Anschlüsse 3, 4, 5 und 6 miteinander zu einer Brückenschaltung verbunden. The measuring resistors R1, R2, R3 and R4 are connected by connections 3, 4, 5 and 6 connected to one another to form a bridge circuit.

Es können auch weniger wie vier Messwiderstände verwendet werden.Less than four measuring resistors can also be used.

Auch dann ist es möglich, zum Bestimmen der zu messenden Kraft K mit einer Brückenschaltung zu arbeiten. Es genügt dafür, den oder die Messwiderstände extern durch zusätzliche Widerstände zu einer Brückenschaltung zu ergänzen. Die Ansohlüsse 3, 4, 5 und 6 besteht hen aus einem elektrisch gut leitenden Material und sind als löt punkte (Fig. 1) oder Leiterbahnen (Fig. 2) ausgebildet. -Zusätzlich ist nun auf dem Halbleiterkörper 1- in integrier ter Weise ein zusätzlicher Heizwiderstand RH vorgesehen. Der Heinz widerstand RH ist ebenfalls durch geeignete Dotierung des Halblei terkörpers 1 od.dgl. auf diesem ausgebildet. Er weist eine ähnliche Gestalt auf, wie die aus den Messwiderständen R1, R2, R3 und R4 gebildete Brückenschaltung. Man erkennt, dass die Widerstandsbahnen des Heizwiderstandes RH von den Widerstandbahnen der Messwiderstände R1 bis R4 überall gleichen Abstand haben, so dass die Beeinflussung der Messwiderstände durch den Heizwiderstand überall gleichmässig ist. Selbstverständlich kann der Heizwiderstand aus mehreren einzelnen Heizwiderständen bestehen, die entsprechend angeordnet sind. Handelt es sich, wie in Fig. 1 gezeigt, um einen einzigen Heizwidertand RH, so wird dieser von der Gestalt der aus den Messwiderständen R1 bis R4 gebildeten Brückenschaltung nur insoweit abweichen, als der geschlossene Ring der den Heizwiderstand RH bildenden Widerstandsbahn an einer Stelle aufgetrennt und it Anschlussklemmen 7 und 8 über Leiterbahnen 9 und 10 verbunden ist, die den Anschluss des Heizwiderstandes RH an eine Stromversorgung ermöglichen, die mit Hilfe einer Regelschaltung den Heizwiderstand R11 an eine solche Spannung legt bzv. einen solchen Strom durch ihn fliessen lässt, dass die Temperatur des Halbleiterkörpers 1 auch bei sich ändernder Umgebungstemperatur konstant gehalten wird.Then it is also possible to determine the force K to be measured a bridge circuit to work. It is sufficient for the measuring resistor (s) to be supplemented externally by additional resistors to form a bridge circuit. the Ansohluss 3, 4, 5 and 6 consists of a good electrically conductive material and are designed as solder points (Fig. 1) or conductor tracks (Fig. 2). -Additionally is now on the semiconductor body 1- in an integrated ter way an additional heating resistor RH provided. The Heinz resistance RH is also through suitable doping of the Half-length terkörpers 1 or the like. trained on this. He has one similar shape to that formed from the measuring resistors R1, R2, R3 and R4 Bridge circuit. It can be seen that the resistance tracks of the heating resistor RH the same distance everywhere from the resistance tracks of the measuring resistors R1 to R4 have, so that the heating resistor influences the measuring resistors everywhere is uniform. Of course, the heating resistor can consist of several individual ones There are heating resistors that are arranged accordingly. Is it how shown in Fig. 1, around a single heating resistor RH, so this is of the shape the bridge circuit formed from the measuring resistors R1 to R4 only insofar differ than the closed ring of the resistance track forming the heating resistor RH separated at one point and with connection terminals 7 and 8 via conductor tracks 9 and 10 is connected, which connects the heating resistor RH to a power supply allow the heating resistor R11 to be connected to such a control circuit using a control circuit Tension sets resp. allows such a current to flow through it that the temperature of the semiconductor body 1 is kept constant even when the ambient temperature changes will.

Der Heizwiderstand kann anstelle seiner Anordnung auf der gleichen Seite des Halbleiterkörpers 1 wie die Messwiderstände R1 bis R4 auch auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet werden, wobei er dann die Gestalt der aua den Messwiderständen gebildeten Brückenschaltung erhalten kann. Für den gleichmässigen abstand des Heizwiderstandes von den Messwiderständen sorgt dabei die gleichmassige Dicke des Halbleiterkorpers 1. auch ist es möglich, den Heizwiderstand teils auf der gleichen, teils auf der entgegengesetzten Seite des Halbleiterkörpers 1 anzuordnen wie die Messwiderstände, falls sich das als vorteilhaft erweist. The heating resistor can instead of its arrangement on the same Side of the semiconductor body 1 like the measuring resistors R1 to R4 also on the opposite side Side, where he then takes the shape of the measuring resistors formed bridge circuit can be obtained. For the even distance between the heating resistor the measuring resistors ensure the uniform thickness of the semiconductor body 1. It is also possible to set the heating element partly on the same, partly on the to be arranged on the opposite side of the semiconductor body 1 as the measuring resistors, if that proves beneficial.

Um einen Einfluss der zu messenden Kraft K auf den Widerstandswert des Heizwiderstands RH und damit eine von der zu messenden Kraft K abhängige Verfälschung der Temperaturkonstanthaltung durch en Heizwiderstand Ru zu verhindern, wird der Heizwider stana Zweckmässig so angeordnet, dass die Widerstandsänderungen entsprechend senkrecht zueinander angeordneter Widerstandsbahnen des Betrage nach gleich, dem Vorzeichen nach jedoch entgegengesetzt sind, wie dies bei Ausnutzen des longitudinalen und transversalen Piezowiderstandseffektes möglich ist. To see an influence of the force K to be measured on the resistance value of the heating resistor RH and thus a falsification that depends on the force K to be measured keeping the temperature constant to prevent Ru by a heating resistor, the Heizwider stana is expediently arranged so that the resistance changes according to the amount of resistance tracks arranged perpendicular to one another the same, but opposite in sign, as is the case with utilization the longitudinal and transversal piezoresistance effect is possible.

Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Bahnführungen des Heizwiderstandes, z.B. in Form eines Mäanders, zu finden, bei denen der Heizwiderstand von der zu messenden Kraft unabhängig ist. Of course, it is also possible to use other web guides of the Heating resistor, e.g. in the form of a meander, where the heating resistor is independent of the force to be measured.

Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit bei einem hochkant belasteten Halbleiterkörper 1. Die Messwiderstände R1, R2, R3 und R4 sind hier parallel und symmetrisch zur neutralen Faser 11 des Halbleiterlörpers 1 angeordnet, die ihre Länge bein Einwirken der zu messenden Kraft K nicht ändert, also weder einer Dehnung noch einer Stauchung unterworfen ist. Die Messwiderstände sind durch Anschlüsse 3, 4, 5 und 6 verbunden, die als leiterbahnen ausgeführt sind. Der Heizwiderstand RH ist in diesem Falle einschliess lich seiner Änschlussklemmen 7 und 8 auf der neutralen Faser 11 des Halbleiterkörpers angeordnet. Dadurch ist sichergetellt, dass der Widerstandswert des Heizwiderstandes RH duroh die zu messende Kraft nicht beeinflusst wird. Eine weitere Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht beispielsweise darin, dass man parallel zu den über der neutralen Faser 11 liegenden Widerständen R1, R3 und parallel zu den unterhalb der neutralen Faser liegenden Widerständen R2 und R4 je mindestens eine Bahn des Heizwiderstandes aufbringt und über Leiterbahnen zu einem Gesamtheizwidbrstand verschaltet, so dass bei Belastung auch hier durch die entgegengesetzt gleiche Widerstandsänderung der Gesamtheizwiderstand konstant bleibt. Weit tere Bahnführungen des Heizwiderstandes, z.B. in Form eines Mäanaers, die dies erreichen, sind möglich. Fig. 2 shows a further possibility in a loaded on edge Semiconductor body 1. The measuring resistors R1, R2, R3 and R4 are parallel and here arranged symmetrically to the neutral fiber 11 of the semiconductor body 1, their Length under the action of the force K to be measured does not change, i.e. neither an elongation is still subject to compression. The measuring resistors are through connections 3, 4, 5 and 6 connected, which are designed as conductor tracks. The heating resistor RH is in this case including its connection terminals 7 and 8 on the arranged neutral fiber 11 of the semiconductor body. This ensures that the resistance value of the heating resistor RH duroh the force to be measured is not being affected. Another way to achieve this is, for example in that one is parallel to the resistors lying above the neutral fiber 11 R1, R3 and parallel to the resistors lying below the neutral fiber R2 and R4 each apply at least one path of the heating resistor and over conductor paths interconnected to form a total heating resistance, so that through here too under load the oppositely equal change in resistance of the total heating resistance constant remain. Further paths of the heating resistor, e.g. in the form of a Mäanaer, that achieve this are possible.

Die Speisung des Heizwiderstandes RH muss in Abhängigkeit von der Jeweiligen Temperatur bzw. in Abhängigkeit vom Nullpunkt ab gleich der aus den Messwiderständen gebildeten Brückenschaltung erfolgen. The supply of the heating resistor RH must depend on the The respective temperature or, depending on the zero point, is the same as that from the measuring resistors formed bridge circuit take place.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit hierfür, bei der eine Spannungsquelle 12 an die Anschlüsse 4 und 6 der aus den Iesswiderständen gebildeten Brücke angeschlossen ist. Dabei ist zwischen die Anschlüsse 4 und 6 in Reihe mit der Spannungsquelle ein Zusatzwiderstand RZ geschaltet, durch den ein Spannungsabfall erfasst werden kann, der temperaturabhängig ist. Der m Zusatzwiderstand RZ abgegriffene Spannungsabfall dient zur Steuerung einer REgelschaltung, die ihrerseits wieder die Speisung des Heizwiderstandes RH so regelt, dass die Temperatur des Halbleiterkörpers 1 bzw. zumin-l dest die Temperatur der Messwiderstände auf diesem konstant gehalten wird. Dafür genügt eine solche Regelung mit Hilfe der Regelschaltung, dass bei eine Temperaturabnahme die Leistungsabgabe des Heizwiderstandes RH entsprechende erhöht und bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur sdie Leistungsabgabe des Heizwiderstandes RH entsprechend vermindert wird. Fig. 3 shows one possibility for this in which a voltage source 12 connected to the connections 4 and 6 of the bridge formed from the measuring resistors is. It is between the connections 4 and 6 in series with the voltage source an additional resistor RZ is connected, through which a voltage drop can be detected can, which is temperature dependent. The voltage drop tapped off in the additional resistor RZ is used to control a closed-loop control circuit, which in turn feeds the Heating resistor RH regulates so that the temperature of the semiconductor body 1 or at least the temperature of the measuring resistors is kept constant on this. For this, such a regulation with the help of the control circuit is sufficient that in the event of a temperature decrease the power output of the heating resistor RH increases accordingly and with an increase The power output of the heating resistor RH corresponds to the ambient temperature is decreased.

Fig. 4 zeigt eine eritere Möglichkeit der Temperaturerfassung und -regelung. Der Holzwiderstand RH dient hier sowohl für das Abfühlen der Temperatur des Halbleiterkörpers 1 als auch für das Konstanthalten diese'; Temperatur. Das geschieht dadurch, dass man den Heizwiderstand selbst zum Teil einer Brückenschaltung macht, die ausser dem Heizwiderstand RH noch externe Brückenwiderstände R5, R6 und R7 aufweist, wie das in Fig. 4 gezeigt ist. Befindet sich der Halbleiterkörper t aul Solltemperatur, sc ist die Brücken schaltung mit dem Heizwiderstand RH und den Brückenwiderständen R5, R6 und R7 abgelichen. Ändert sich nun die Temperatur des Halbleiterkörpers 1, so wird über den Heizwiderstand RH die Brückenschaltung verstimmt, wodurch die Regelschaltung einen solchen Strom durch die Brücke und damit durch den Heizwiderstand RH schickt, dass die Leistungsabgabe des Heizwiderstandes RH der Temperaturänderung entgegenwirkt. Das geschieht so lange, bis die Solltem- | peratur des Halbleiterkörpers 1 wieder erreicht und die Brücke wieder abgeglichen ist0 Fig. 4 shows a further possibility of temperature detection and -regulation. The wood resistance RH is used here both for sensing the temperature of the semiconductor body 1 as well as for keeping this constant '; Temperature. That happens by making the heating resistor itself part of a bridge circuit makes, the external bridge resistors R5, R6 and in addition to the heating resistor RH R7 as shown in FIG. The semiconductor body is t aul setpoint temperature, sc is the bridge circuit with the heating resistor RH and the Bridge resistors R5, R6 and R7 calibrated. If the temperature of the Semiconductor body 1, the bridge circuit is detuned via the heating resistor RH, whereby the control circuitry such a current through the bridge and thus through sends the heating resistor RH, that the power output of the heating resistor RH counteracts the temperature change. This continues until the target tem- | temperature of the semiconductor body 1 is reached again and the bridge is adjusted again is0

Claims

Paten ta n s jrüch e 1. Semiconductor encoder for force measurement in one Semiconductor1 body arranged in an integrated manner, suitably doped mass resisted, the semiconductor body itself both the implementation of the to be measured Force into a deformation as well as to convert the deformation into a change in resistance serves, according to patent ......... (patent application P 20 13 454.7), characterized that on the same semiconductor body (1) integrated manner at least one additional Heating resistor (RH) to keep the temperature of the semiconductor body constant (1) provided when the ambient temperature changes.

2. Semiconductor encoder according to claim 1, characterized in that the Resistance value of the heating resistor (RH) from the one attacking the semiconductor encoder Force (K) is independent.

3. Semiconductor encoder according to claim 2, characterized in that, the heating resistance (RH) in terms of deformation under the influence of to measuring force neutral fiber (11) of the semiconductor body (1) is arranged (Fig. 2).

4. Semiconductor encoder according to claim 2, characterized in that the heating resistor (RH) consists of resistance tracks, which are partly above and partly run below the neutral axis, so that when the semiconductor body is deformed (1) under the influence of the force to be measured (K) due to the partial expansion and compression oppositely equal changes in resistance arise.

5. Semiconductor encoder according to claim 2, characterized in that the heating resistor (RH) consists of resistance tracks that are perpendicular to each other stand, and at aenen the changes in resistance in those perpendicular to each other Branches are equal in amount but opposite in sign.

6. Semiconductor encoder according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the additional heating resistor (s) (RH) on the same side of the semiconductor body (1) are arranged like the measuring resistors (R1 to R4).

7. Semiconductor encoder according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the additional heating resistor (s) (RH) on the opposite side of the semiconductor body (1) are arranged like the measuring resistors (R1 to R4).

8. Semiconductor encoder according to claim 7, characterized in that the heating resistor or resistors (RH) on one side of the semiconductor body (1) in their shape with that of the measuring resistor or resistors (R1 to R4) cover the opposite side of the semiconductor body.

9. Ealbleitergeber according to one of claims 1 to 8, characterized in that that for the power supply of the heating resistor (RH) one depending on the Temperature of the semiconductor body (1) controlled control circuit is provided.

10. Semiconductor encoder according to claim 9, characterized. That for controlling the control circuit on the temperature of the semiconductor body (1) or the measuring resistors (R1 to R4) sensing resistors (RH, RZ) are provided is.

11. Semiconductor encoder according to claim 10, characterized in that the resistance sensing the temperature of the semiconductor body (1) into the feed line of the measuring resistances is the additional resistance (Rz) (Fig. 3).

12. Semiconductor encoder according to claim 10, characterized in that it is the case of the resistor that senses the temperature of the semiconductor body (1) is the heating resistor (raw) (Fig. 4).

13. Semiconductor encoder according to claim 12, characterized in that the heating resistor (RH) part of a bridge circuit connected to the control circuit (RH, R5 to R7).

14. Semiconductor encoder according to one of claims 1 to 13, characterized in that that the measuring resistors (R1 to R4) form a bridge circuit.

15. Semiconductor encoder according to claim 14, characterized in that the measuring resistors (R1 to R4) on the conductor body (1) partly vertical, partly are arranged parallel to the neutral fiber (11) of the semiconductor body.

16. Semiconductor encoder according to claim 14, characterized in that the measuring resistors (R1 to R4) on the semiconductor body (1) are all parallel and symmetrical are arranged to the neutral fiber (11) of the semiconductor body.

L e r s e i t e