RU2115897C1

RU2115897C1 - Integral converter of deformation and temperature

Info

Publication number: RU2115897C1
Application number: RU96114771A
Authority: RU
Inventors: С.А. Козин; А.Л. Шамраков
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: measurement technology, design of small-sized semiconductor high-sensitive converters of deformation and temperature. SUBSTANCE: integral converter of deformation and temperature has silicon crystal with resistance strain gauges and temperature-sensitive resistor. Temperature-sensitive resistor is placed in plane of resistance strain gauges above hole formed in body of crystal outside resistance strain gauges and is anchored on crystal with the aid of conductive commutation metal wires in the form of flat springs. EFFECT: increased accuracy of measurement of temperature due to exclusion of influence of change of resistance of temperature- sensitive resistor caused by deformation of converter and increased accuracy of measurement of deformations due to temperature compensation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке малогабаритных полупроводниковых высокочувствительных преобразователей деформации и температуры. The invention relates to the field of measurement technology and can be used in the development of small-sized semiconductor highly sensitive strain and temperature transducers.

Известен полупроводниковый преобразователь давления, содержащий профилированный кремниевый кристалл с тензорезисторами, расположенными на мембране, и терморезистором, расположенным вне профиля (пат. США N 4530244, кл. G 01 L 9/06). Known semiconductor pressure transducer containing a profiled silicon crystal with strain gauges located on the membrane, and a thermistor located outside the profile (US Pat. US N 4530244, CL G 01 L 9/06).

Недостатком данного преобразователя при его использовании для измерения деформаций является низкая точность измерений температуры, обусловленная изменениями сопротивления терморезистора от воздействия деформации. The disadvantage of this converter when it is used to measure strains is the low accuracy of temperature measurements due to changes in the resistance of the thermistor from the effects of deformation.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является интегральный преобразователь давления, содержащий кремниевый кристалл с тензорезисторами и терморезистором, который выполнен из двух одинаковых взаимноперпендикулярных полосок и расположен на чувствительной мембране (а. с. N 1425487, кл. G 01 L 9/04). Closest to the proposed solution in technical essence is an integrated pressure transducer containing a silicon crystal with strain gauges and a thermistor, which is made of two identical mutually perpendicular strips and is located on a sensitive membrane (a.s. N 1425487, class G 01 L 9/04) .

Недостатком известного устройства является наличие погрешностей измерений за счет влияния на терморезистор деформаций различной величины, воздействующих на части терморезистора и обусловленных погрешностями совмещения терморезистора относительно мембраны. A disadvantage of the known device is the presence of measurement errors due to the influence on the thermistor of deformations of various sizes that affect parts of the thermistor and are caused by errors in combining the thermistor relative to the membrane.

В предлагаемом техническом решении достигается повышение точности измерений температуры за счет исключения изменения сопротивления терморезистора от деформации преобразователя и точности измерений деформации за счет температурной компенсации. In the proposed technical solution, an increase in the accuracy of temperature measurements is achieved by eliminating changes in the resistance of the thermistor from the strain of the converter and the accuracy of the measurements of deformation due to temperature compensation.

Терморезистор, используемый для измерения температуры или для температурной компенсации, размещен в плоскости терморезисторов над отверстием, сформированным в теле кристалла вне тензорезисторов, и закреплен на кристалле с помощью электропроводящих коммутационных металлических шин в виде плоских пружин. The thermistor used to measure temperature or for temperature compensation is placed in the plane of the thermistors above the hole formed in the body of the crystal outside the strain gauges, and is mounted on the crystal using electrically conductive metal switching buses in the form of flat springs.

Предлагаемое устройство поясняется фиг. 1 и 2. The proposed device is illustrated in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 изображен преобразователь деформации в виде кремниевого кристалла (1) со сформированными в нем тензорезисторами (2) с контактными площадками (3) и содержащего терморезистор (4), который находится в плоскости тензорезисторов над отверстием (5) и закреплен с телом кристалла с помощью металлических шин (6) в виде плоских пружин. На фиг. 2 изображен преобразователь деформации (в разрезе). In FIG. 1 shows a strain transducer in the form of a silicon crystal (1) with strain gauges (2) formed in it with contact pads (3) and containing a thermistor (4), which is located in the plane of the strain gauges above the hole (5) and is fixed with the crystal body using metal tires (6) in the form of flat springs. In FIG. 2 shows a strain transducer (sectional view).

Принцип работы преобразователя заключается в следующем: деформация измеряемого объекта предается на закрепленный на нем кристалл преобразователя и воздействует на тензорезисторы, изменяя их сопротивления. При этом на терморезистор, находящийся на кристалле в подвешенном состоянии на пружинах, деформация не действует, и он не изменяет свое сопротивление. В то же время, в связи с тем, что терморезистор находится в непосредственной близости к тензорезисторам, он используется для температурной компенсации преобразователя. The principle of operation of the transducer is as follows: the deformation of the measured object is transferred to the transducer crystal fixed on it and acts on the strain gauges, changing their resistance. In this case, the deformation does not act on the thermistor located on the crystal in a suspended state on the springs, and it does not change its resistance. At the same time, due to the fact that the thermistor is in close proximity to the strain gauges, it is used for temperature compensation of the converter.

Изобретение поясняется примером. The invention is illustrated by example.

Кремниевый кристалл с "n"-типом проводимости толщиной 0,3 мм содержит четыре тензорезистора с "p"-типом проводимости, выполненные локальным легированием бора с концентрацией 5•10¹⁹см^-3 в теле кристалла, и терморезистор с "p"-типом проводимости, выполненный легированием бора с концентрацией 10¹⁷см^-3. Терморезистор размещен на участке кристалла толщиной 0,05-0,08 мм закрепленным с основным кристаллом коммутационными металлическими пружинами из меди толщиной 0,02-0,03 мм.A silicon crystal with an "n" type of conductivity 0.3 mm thick contains four strain gauges with a "p" type of conductivity, made by local doping of boron with a concentration of 5 • 10 ¹⁹ cm ^-3 in the body of the crystal, and a thermistor with a "p" type conductivity, made by doping boron with a concentration of 10 ¹⁷ cm ^-3 . The thermistor is placed on the crystal section with a thickness of 0.05-0.08 mm fixed to the main crystal by switching metal springs made of copper with a thickness of 0.02-0.03 mm.

Участок кристалла с терморезистором и пружины формируются методами электрохимического наращивания меди и прецизионного травления кремния. A crystal section with a thermistor and springs are formed by the methods of electrochemical copper growth and precision etching of silicon.

Claims

An integrated strain and temperature transducer containing a silicon crystal with strain gauges and a thermistor, characterized in that the thermistor is placed in the plane of the strain gauges above the hole formed in the body of the crystal outside the strain gauges, and is mounted on the crystal by means of electrically conductive switching metal buses in the form of flat springs.