книги из ГПНТБ / Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами
.pdf
б.З. Технология изготовления |
127 |
Тем самым ширина и длина тензорезистора |
уже заранее |
жестко заданы. |
|
Для устранения возникших в результате резки краевых не ровностей поверхности резания обрабатываются на шлифо вальном станке. Затем, после травления и полировки, с целью удаления нарушенного слоя в установке для вакуумного напы ления напыляются золотые контакты, к которым в дальнейшем должны подсоединяться выводные проводники. Но вначале об работанные с напыленными контактами пластины обрабаты ваются с другой стороны, в результате чего получаются отдель ные полоски толщиной около 150 мкм (фиг. 6.12). Далее в тер мокомпрессионной установке к этим полоскам подсоединяются золотые проволочки толщиной 100 мкм (фиг. 6.13).
Так как все тензорезисторы должны в пределах допусков иметь одно и то же начальное сопротивление, они подвергаются подтравливанию. Омическое сопротивление определяется с по мощью измерительного моста, причем измерение проводится при прямом и обратном токе с целью проверки омичности кон тактов.
После этого тензорезисторы практически готовы и им при сваивается соответствующий индекс, например WDH111; в та ком виде они могут применяться в измерительных преобразо вателях. Однако для людей, не имеющих опыта работы с полу проводниковыми тензорезисторами, такие тензорезисторы еще сравнительно неудобны в работе; они очень хрупки и их можно брать исключительно пинцетом. Поэтому значительная часть тензорезисторов подвергается дальнейшей обработке и дово дится до состояния, которому соответствует индекс WDH101.
Для этого к золотым выводам, прикрепленным с помощью термокомпрессии, привариваются серебряные провода. Затем подготовленный таким образом тензорезистор помещается ме жду двумя листами специальной бумаги, пропитанной эпоксид ной смолой или фенопластом Е/D, и сборка обрабатывается с целью полимеризации смолы. В результате получают тензоре зистор, готовый для дальнейшего использования потребителем и внешне очень напоминающий давно известный проволочный тензорезистор (фиг. 6.14).
Так как |
тензорезисторы в большинстве |
своем применяются |
в мостовых |
схемах, желательно, чтобы все |
тензорезисторы од |
ного моста, помимо примерно равного начального сопротивле ния (начальное уравновешивание моста), имели одинаковый температурный коэффициент сопротивления. Поэтому все тен зорезисторы классифицируются по температурному коэффи циенту сопротивления и в партии включаются только тензорези сторы по возможности с одинаковым температурным коэффи циентом сопротивления (фиг. 6.15 и 6.16).
128 |
6. Основы измерительной техники |
6.4. Технические характеристики полупроводниковых тензорезисторов
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
WDH
Полупроводниковый материал Материал связующего
Сопротивление при 20 °С
Сопротивление комплекта
Коэффициент К (измеренный на стальном образце при 20 °С и
е=0,5 ■ 10 3)
Температурный коэффициент со противления; приклейка на сталь эпоксидной смолой EGK19
Температурный коэффициент коэф
фициента X; приклейка на сталь эпоксидной смолой EGR19
Размер |
101 |
111 |
121 |
ность |
|||
|
p-Si |
р-Si |
P-SI |
|
Эпоксидная |
Без |
Фенопласт |
Ом |
смола EGK19 |
связующего |
E/D |
|
|
|
|
Ом |
|
|
|
|
+ 120 |
+ 120 |
+ 120 |
%/°с |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
%1°с |
0.03 |
0,03 |
0,03 |
Допустимая продольная деформа |
% |
|
|
|
|
ция |
|
|
|
|
|
Допустимый ток |
мА |
30 |
30 |
30 |
|
Линейность при деформации 1 • Ю ^ |
% |
±1 |
±1 |
±1 |
|
Усталостная прочность при знако |
|||||
|
|
|
|
||
переменной нагрузке ие=0,5*10” '3 |
°с |
|
|
|
|
Диапазон рабочих температур |
-60 ••• +60 |
-200 ---- И 20 |
-60 ••• +120 |
||
Габариты |
М М *М М ‘ ММ |
24X12X0,05 |
12X0,5X0,05 |
24X12X0,05 |
|
|
6.5. Крепление полупроводниковых тензорезисторов на объекте измерения
Рабочие операции в процессе крепления полупроводнико вых тензорезисторов зависят до некоторой степени от выбран ного типа тензорезистора. Так, следует различать защищенные (например, WDH101) и незащищенные (например, WDH111) полупроводниковые тензорезисторы. Далее есть различие ме жду полупроводниковыми тензорезисторами, заключенными в эпоксидную смолу и в фенопласт Е/D 1), а в случае незащи щенных тензорезисторов имеет существенное значение, прикрепляются ли они с ^помощью эпоксидной смолы или фенопласта h/D. Однако целый ряд операций крепления у всех полупровод никовых тензорезисторов одинаков, поэтому мы подробнее бу
дем рассматривать этот вопрос лишь в тех случаях, когда имеются определенные различия.
‘) См. примечание на стр. 131.
6.5. Крепление на объекте измерения |
129 |
|
Выбор |
полупроводникового тензорезистора |
определяется |
|||
|
прежде всего задачей |
измерения. |
Нужно ли использовать за- |
|||
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ |
|
Таблица 6.1 |
||||
|
|
|||||
|
201 |
211 |
221 |
112 |
122 |
|
|
rt-Si |
rc-Si |
re-Si |
p-Si |
P-S1 |
|
|
Эпоксидная |
Без |
Фенопласт |
Без |
Фенопласт |
|
|
смола EGK19 |
связующего |
E/D |
связующего |
E/D |
|
|
120± 3 % |
|
|
|
|
|
|
Х±1% |
|
|
|
|
|
|
-1 2 0 |
-120 |
-1 2 0 |
+ 150 |
+ 150 |
|
|
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,45 |
0,45 |
|
|
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,25 |
0,25 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
I |
30 |
30 |
30 |
15 |
15 |
|
1 |
± 3 |
± 3 |
± 3 |
± 3 |
± 3 |
|
|
> |
10’ |
|
|
|
|
|
- 6 0 -- |
- + 6 0 |
-200 -------1-200 |
-6 0 • •• +120 |
-200 ■ ■ • +200 |
- 6 0 +120 |
|
24X 12X 0,05 |
12X 0 ,5X 0,05 |
24X 12X 0,05 |
6X 0 ,5X 0,05 |
16X 8X 0,05 |
|
щищенные или незащищенные тензорезисторы, большей частью зависит от возможности их размещения на объекте измерения. Незащищенные тензорезисторы можно разместить на значитель но меньшей площади, чем защищенные. Но, так как обращение с ними затруднено, как правило, стараются применять защи щенные тензорезисторы. Вторым фактором, который нужно учи тывать, является ожидаемая максимальная температура. Тен зорезисторы, заключенные в эпоксидную смолу холодного от
верждения, |
не должны применяться при температурах свыше |
60 °С, так |
как в этом случае значительно снижается возмож |
ность неискаженной передачи деформации к тензорезистору. Для более высоких температур пригодны тензорезисторы, за ключенные в фенопласт Е/D, которые могут применяться вплоть до температур 140 °С. Крепление с помощью фенопласта E/D имеет свои преимущества и недостатки. Преимущество его со стоит в том, что это однокомпонентный клей и его адгезионная способность лучше, чем у эпоксидной смолы. Недостатком яв ляется то, что фенопласт Е/D приходится отверждать под дав лением и при температурах около 160 °С.
5 Зак. 845
132 |
6. Основы измерительной техники |
3. Полупроводниковые резисторы, залитые в EGK19, покры ваются сверху полиэтиленовой или полиамидной пленкой, полу проводниковые тензорезисторы в фенопласте —- пленкой из по литетрафторэтилена. Эти пленки должны закрывать тензоре зисторы, выступая на каждой стороне минимум на 2 см.
4. Накладывается кусочек пенополиуретана, кремнекаучука или фетра (толщиной 5—10 мм), несколько меньший, чем нижележащая пленка, чтобы избежать его приклеивания, и при приклеивании эпоксидной смолой все прижимается грузом. При приклеивании фенопластом Е/D в большинстве случаев необ ходимо прижимное приспособление, так как фенопласт E/D должен отверждаться иод давлением 8—10 кг/см2. Поскольку отверждение здесь происходит при повышенной температуре, прижимное приспособление должно быть выполнено так, чтобы указанное прижимное усилие сохранялось также в условиях на
грева. Как правило, для этого необходимы пружинные устрой ства (фиг. 6.18).
6.S.2.2. Незащищенные полупроводниковые тензорезисторы
1. На предварительно обработанную поверхность при по мощи чистой кисточки или шпателя наносится тонкий слой клея. Эти полупроводниковые тензорезисторы в принципе мож но приклеивать любым из применяемых для этих целей клеев. В простых случаях и при не очень строгих требованиях к тем
пературному режиму можно применять также дуосан, агол и аналогичные клеи.
2. Во избежание контактирования полупроводникового эле мента с поверхностью приклеивания на клей накладывается и слегка. прижимается вырезанная соответствующим образом бу мажная^ прокладка. Толщина бумаги должна быть как можно меньшей и в любом случае не должна превышать 40 мкм. Можно применять также тонкий слои подходящей стеклоткани, что особенно целесообразно при повышенных температурах! Бумага не должна быть слишком гладкой (лощеной) и плот-
нои, напротив, желательно, чтобы она была как можно более пористой и гигроскопичной.
3.На бумагу пинцетом накладывают полупроводниковый тензорезистор, распрямляют его и слегка прижимают тампоном.
4.Затем на тензорезистор наносится еще капля клея, которая слегка размазывается, после чего сверху накладывается второй слой бумаги. При этом необходимо следить затем чтобы тензорезистор сохранял свое положение.
5.В случае клеев горячего отверждения и содержащих рас творители, т. е. преимущественно в случае фенопласта Е/D, не
обходима примерно получасовая выдержка перед тем, как' все покрывается сверху разделительной пленкой. Эпоксидные смолы
6.5. Крепление на объекте измерения |
133 |
и клеи холодного отверждения, застывающие в течение корот кого времени, должны покрываться пленкой сразу же, с тем чтобы до затвердевания можно было плотно прижать друг к другу элементы, а все слои клея между объектом измерения и гензорезистором были достаточно тонкими. В качестве разде лительной пленки при комнатной температуре и вплоть до тем ператур < 6 0 °С можно снова применить полиэтиленовую или полиамидную пленку. В случае клеев горячего отверждения сле дует обязательно применять политетрафторэтиленовую пленку.
6. Если клей отверждается без давления и не при повышен ной температуре, достаточно на прокладку толщиной 5—10 мм из пенополиуретана или фетра наложить груз, чтобы обеспечить плотное прилегание тензорезистора к объекту измерения при минимальной толщине слоя между полупроводниковым элемен том и объектом измерения. Это важно для обеспечения малых величин ползучести! Если же клей отверждается под давлением и при повышенной температуре, то лучше всего использовать соответствующие прижимные приспособления с пружинным ме ханизмом. Если это невозможно, то следует попытаться обеспе чить требуемое прижимное давление с помощью груза.
6.5.3. Отверждение
Так как в качестве клеев применяются преимущественно эпоксидные или фенольные смолы, то за перечисленными выше операциями большей частью сразу следует процесс отверждения. При этом придерживаются указанных изготовителем клеев пра вил в отношении температурного режима и времени термооб работки.
Для эпоксидной смолы холодного отверждения EGK19 с отвердителем 3 правила, например, таковы: отверждение при комнатной температуре в течение 24 ч; полное отверждение при мерно через 8 дней; лучше 18—24-часовое отверждение при ком натной температуре и 2-часовое дополнительное отверждение при 90 °С.
Для фенольной смолы горячего отверждения фенопласта E/D (однокомпонентный клей) правила таковы: постоянное прижим ное давление 8—10 кг/см2; отверждение при 70—80 °С в тече ние 1 ч, затем повышение температуры до ПО—120°С в течение 1 ч и далее выдерживание при 160 °С в течение получаса. После этого медленное охлаждение.
После полного охлаждения все прижимные приспособления снимаются и разделительная пленка удаляется.
6.5.4. Защитное покрытие
Большинство клеев под воздействием влаги поглощает неко торое количество воды, что иногда приводит к значительному
