DE3742673A1

DE3742673A1 - Microstress sensor

Info

Publication number: DE3742673A1
Application number: DE19873742673
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Dr Villain; Hartwig Dipl Phys Dr Borner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-12-16
Filing date: 1987-12-16
Publication date: 1989-06-29

Abstract

Device for measuring mechanical stresses and deformations, to which an electrical or electronic component is exposed under external loads, for example as a result of casting. A stress or deformation sensor (1), designed as a U-shape, is populated on the covering surface (3) with resistors made of doped semiconductor material (5). The resistance changes occurring in the measurement resistors as a result of the piezoresistive effect are measured via connection surfaces (pads) (4) and evaluated to determine the stress state or deformation state of the sensor. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der me chanischen Beanspruchungen, denen ein elektrisches bzw. elek tronisches Bauteil bei äußeren Belastungen, zum Beispiel beim Verguß, ausgesetzt ist.The invention relates to a device for measuring the me mechanical stresses to which an electrical or elec tronic component for external loads, for example for Potting, exposed.

Es ist bekannt, daß beim Vergießen von elektrischen und elek tronischen Bauteilen mechanische Spannungen auftreten, die unter Umständen zu einer Beschädigung einer Baugruppe führen können.It is known that when casting electrical and elec tronic components mechanical stresses occur may lead to damage to an assembly can.

Für die Druckmessung hat man bereits Sensoren entwickelt, die den piezoresistiven Effekt von Halbleitern zur Messung der durch den Druck bewirkten Deformation von Membranen aus Sili zium ausnützen (elektronikpraxis 18 (1983) 9, Seiten 30 bis 33). Diese Vorrichtung erlaubt es aber nur, eine Normalspannung zu messen. Beim Vergießen herrscht aber im allgemeinen ein drei dimensionaler Spannungszustand mit sechs unbekannten Spannungs komponenten vor.Sensors have already been developed for pressure measurement the piezoresistive effect of semiconductors for measuring the deformation of membranes made of sili caused by the pressure exploit zium (electronics practice 18 (1983) 9, pages 30 to 33). However, this device only allows a normal voltage to eat. When casting, however, there is generally a three dimensional stress state with six unknown stresses components before.

Außerdem hat man bereits die Anwendung des piezoresistiven Effektes für den Bau einzelner Sensoren, wie sie zum Beispiel bei den erwähnten Drucksensoren eingesetzt werden, untersucht (Sensors and Actuators, 10 (1986) Seiten 9 bis 23). In addition, you already have the piezoresistive application Effects for the construction of individual sensors, for example are used in the aforementioned pressure sensors (Sensors and Actuators, 10 (1986) pages 9 to 23).

ten, zum Beispiel beim Verguß oder bei Temperaturwechselbean spruchung, zu bestimmen.ten, for example when potting or temperature change beans to determine.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 ge löst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. This object is ge according to the characterizing part of claim 1 solves. Advantageous embodiments and developments of Invention are contained in the subclaims.

Die U-förmige Ausgestaltung des Sensorblockes bewirkt eine er höhte Dehnung im Bereich der Sensoren. Durch die Tiefe des Ein schnitts im U läßt sich dabei die Empfindlichkeit der Sensoren variieren. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine derartige Meßvorrichtung sich mit üblicher Silizium- Technologie herstellen läßt.The U-shaped design of the sensor block causes it increased elongation in the area of the sensors. Through the depth of the one The sensitivity of the sensors can be cut in the U. vary. Another advantage of the invention is that such a measuring device is compatible with conventional silicon Technology can be made.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:The invention is explained on the basis of the figures. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Mikro-Spannungs sensors und Fig. 1 is a schematic representation of a micro-voltage sensor and

Fig. 2 die Deckfläche eines derartigen Sensors. Fig. 2 shows the top surface of such a sensor.

Mit 1 ist ein U-förmiger Sensorblock bezeichnet, dessen Verbin dungssteg zwischen den U-Schenkeln die Bezugsziffer 2 trägt. Auf der Deckfläche 3 sind Anschlußpads 4 und Sensoren (Halblei ter-Widerstände) 5 angedeutet. In der Fig. 1 sind nur zwei pads und ein Sensor representativ für die Fig. 2 dargestellt. In der Fig. 2 sind die Sensoren 5 über Leiterbahnen 6 mit den pads 4 verbunden. 1 with a U-shaped sensor block is designated, the connec tion web between the U-legs bears the reference number 2 . On the top surface 3 , connection pads 4 and sensors (semiconductor resistors) 5 are indicated. In Fig. 1, only two pads are shown and a sensor representative of the FIG. 2. In FIG. 2 the sensors 5 are connected via conductor tracks 6 to the pad 4.

Bei Kräften, die vornehmlich senkrecht auf die Schenkel des U wirken, wird der Steg 2 zwischen den Schenkeln ähnlich wie ein Biegebalken verformt. Dadurch treten an der Oberfläche des Steges im Bereich der Sensoren Dehnungen und Spannungen auf, die eine entsprechend große Widerstandsänderung der Sensoren zur Folge haben. Die Widerstandsänderungen lassen sich für einzelne oder paarweise in einer Brücke zusammengeschaltete Sensoren ausmessen. Die Außenanschlüsse werden an die pads wahlweise angebondet oder gelötet.In the case of forces which act primarily perpendicularly on the legs of the U, the web 2 between the legs is deformed in a manner similar to a bending beam. As a result, strains and stresses occur on the surface of the web in the area of the sensors, which result in a correspondingly large change in resistance of the sensors. The changes in resistance can be measured for individual sensors or sensors connected in pairs in a bridge. The external connections are either bonded or soldered to the pads.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist aber nicht auf die be schriebene Biegebalkenverformung beschränkt. Sie wirkt auch, wenn der Steg zwischen den beiden Schenkeln des U vornehmlich gestaucht oder gestreckt wird.The device according to the invention is not on the be bending beam deformation limited. It also works if the web between the two legs of the U primarily is compressed or stretched.

Claims

1. Device for measuring the mechanical stresses to which an electrical or electronic component is exposed under external loads, such as for example when potting, characterized in that a U-shaped, with resistors ( 5 ) on the top surface ( 3 ) be pieced tension or strain sensor ( 1 ) is provided, and that the resistance changes occurring at the individual sensors via pads ( 4 ) are measured and evaluated to determine the tension or strain condition of the sensor.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the U-shaped sensor body ( 1 ) in comparison to its surroundings from a material with a high elasticity module, for example silicon, consists and is therefore almost deformation-free.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring resistors ( 5 ) made of doped semiconductor material, for example silicon, the piezoresistive effect of which is used.

4. The device according to claim 3, characterized in that polycrystalline semiconductor material, for example polysilicon, is used for the sensors ( 5 ).

5. The device according to claim 1, characterized in that the temperature dependence of the resistors (sensors) ( 5 ) is minimized by the choice of doping.

6. The device according to claim 1, characterized in that the sensors ( 5 ) are used individually or in combination as a deformation-free force sensor.