Устройство для ввода цифровой информации

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее чувствительный элемент в виде контактного диода с механизмом передачи давления на него, отличающееся тем, что, с целью повышен 1я надежности работы, между полупроводниковым кристаллом и проводящей пленкой помещен проводящий шарик, обеспечивающий совпадение рабочей площади контактного диода с площадью приложения усилия. 00 ел S 3 ю 9 а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 0 06 Е 3 02! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2736531/18-25 (22) 13.03.79 (46) 23.04.84. Вюл. 9 15 (72) В.Г.Новик, С.П.Егоров и Н.В.Алпатова (53) 621.382.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 563672, кл. G 06 F 3/02, 1977.

2. Патент США Р 4092640, кл. G 06 F 3/00, опублик. 1978 (прототип).

„„SU„„1087975 (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее чувствительный элемент в виде контактного диода с механизмом передачи давления на него, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы, между полупроводниковым .кристаллом и проводящей пленкой помещен проводящий шарик, обеспечивающий совпадение рабочей площади контактного диода с площадью приложения усилия.

1087975

Изобретение относится к обработке информации и может быть использовано в ЭВМ, калькуляторах и устройствах управления.

Известно бесконтактное коммутационное устройство, содержащее .тензочувствительный элемент и систему передачи давления на него с ограничителем усилия. Тензочувствительный элемент образован пленочным диодом на основе кремния, на который напылена метаЛлическая пленка иэ .молибдена, вольфрама, титана или алюминия. Концентратор усилия со сферической рабочей поверхностью изготовлен иэ корун-да, рубина, сапфира или алмаза. Мак- f5 симальная величина усилия ограничивается величиной свободного перемещения толкателя концентратора усилий f13.

Недостатком данного устройства является низкий ресурс иэ-за истирания пленки и недостаточной механической стойкости пленочного диода.

Известно устройство для ввода цифровой информации, содержащее чувствительный элемент в виде контактного диода с механизмом передачи давления на него f21.

Однако известное устройство в процессе работы со временем меняет свои электрические параметры, что снижает надежность его работы, Целью изобретения является повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее чувствительный элемент в виде контактного диода с механизмом передачи давления на него, между полупроводниковым кристаллом и проводящей пленкой помещен проводящий шарик, обеспечиваю- 40 щий совпадение рабочей площади контактного диода с площадью приложения усилия.

Усилие, например, Человеческого пальца прикладывают к пленочному толкателю 7, который передает его через концентратор 2 на кристалл 1. В результате приложения усилия меняется проводимость контактного диода, образованного концентратором 2 и кристаллом 1, что приводит к появлению полезного сигнала на резисторе 14.

Ограничение усилия обеспечивается формой и размерами дополнительного

60 отверстия 9 в прокладке 5, которое определяет глубину проникновения пальца и пленочного толкателя 7 при упоре пальца в прокладку 5. Вместо человеческого пальца может быть использован любой эластичный материал

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит полупроводниковый кристалл 1, который в сочетании, например, со сферическим ъйталлическим концентратором 2 усилия .образует контактный тензодиод с площадью контакта, совпадающей с площадью приложения усилия ° Кристалл 1 кремния закреплен на основании 3, выполненном, например, из фольгированного металлом диэлектрика, на котором не только закреплены кристалл и элементы коммутационного устройст ва, но и оно служит для подачи потенциала на полупроводник. Прокладки 4 — 6 служат для крепления кон.— центратора усилия и в сочетании с фольгированной металлом пленкой 7 (пленочный толкатель 1обеспечивают как передачу на концентратор усилия и потенциала, как и для ограничения величины максимально возможного давления.

Тензочувствительным элементом предложенного устройства является контактный диод, образованный токопроводящим концентратором 2 и полупроводниковым кристаллом 1. Механическая система передачи усилия на концентратор с ограничителем хода толкателя, заключенные в корпус, включают металлиэированную пленку толкателя 7 и прокладку 5 с отверстиями 8 и 9. Металлизированный пленочный толкатель 7 расположен на прокладке 5,.из диэлектрического материала, толщина которой равна высоте концентратора 2 усилия. В прокладке

5 выполнено отверстие 8, в котором размещен. концентратор 2.

Ограничитель усилия пленочного толкателя 7 выполнен в виде прокладки 5 с дополнительным отверстием 9, сопряженным с отверстием 8, в котором размещен концентратор 2, и расширяющимся по направлению к толкателю 7. Дополнительное отверстие 9 в прокладке 5 ограничителя усилия имеет в плоскости соприкосновения с пленочным толкателем 7 размер, не превышающий 10 мм. Зона 10 сопряжения дополнительного отверстия 9 с отверстием 8, в котором размещен концентратор 2, расположена по отношению к толкателю 7 на расстоянии не более

2/3 высоты концентратора 2.

На устройство подается напряжение от источника 11 питания, положительный полюс 12 которого соединен с полупроводниковым кристаллом 1, а отрицательный полюс 13 — с пленочным толкателем 7. Полезный сигнал в результате срабатывания коммутационного устройства выделяется на резисторе 14. Приложение обратного напряжения к контактному диоду коммутационного устройства обеспечивает его работу на обратной (отрицательной ) ветви вольт-амперной характеристики.

Устройство работает следующим образом.

Составитель Т.Дозоров

Редактор Л.Гратилло Техред М. гладь Корректор C.йекмар

Заказ 2б73/45 Тираж 699 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 33/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4 со свойствами, близкими к механическим свойствам подушечки человеческого пальца.

Поскольку в устройстве обеспечен постоянный контакт концентратора 2 с полупроводниковой пластиной 1, то прилагаемое усилие, увеличивая площадь контакта, тем самым автоматически увеличивает площадь приложения усилия к кристаллу. Таким образом, при любых усилиях, меньших усилий 10 разрушения, площадь образованного контактного диода и площадь приложения усилия всегда автоматически сов-, падают. При этом происходит изменение рабочего тока в каждой точке кон-)5 такта во всем диапазоне прикладываемых усилий.

Материал концентратора 2 выбирают таким, чтобы предел текучести был, с одной стороны, выше нагрузок, необходимых для получения тенэоэффекта в кристалле (для кремния, например, 1 выше 2000 н/мм 1, а с другой стороныниже нагрузок, разрушающих кристалл (для кремния, например, меньше 25 13000 н/мм ). Материалом концентратора может быть, например, карбид вольфрама типа ВК-5.

Размер дополнительного отверстия

9 в плоскости его соприкосновения с толкателем 7 выбирают не превышающим ,10 мм, так как при больших размерах на кристалле и концентраторе (в случае практически приемлемых размеров устройств возникают усилия, приводящие к их разрушению. Эти же обстоятельства предопределяют расположение зоны 10 сопряжения дополнительного отверстия 9 с отверстием 8 на расстоянии не боле 2/3 высоты концентратора, а также надежную фиксацию концентратора в отверстии 8.

Наличие контактного диода, в котором площадь образованного диода всегда совпадает с плошадью, к которой прикладывается усилие-, повышает ресурс обрабатываний устройства, резко увеличивает тензочувствительность и термомеханическую стойкость, обеспечивая возможность работы на малых усилиях.

Повышение тенэочувствительности связано с тем, что на всей площади контактного диода усилие прикладывается непосредственно к зоне „контакта металл-полупроводник (тенэочувствительной зоне ), тогда как во всех случаях известных устройств между плоскостью (поверхностью ) приложения усилия и тенэочувствительной зоной обязательно присутствует демпфирующий элемент. Практически ресурс предлагаемого устройства определяется ресурсом контактного диода, образованного концентратором и .кристаллом.

Это позволяет получать необходимую величину Полезного сигнала при значительно меньших усилиях, чем при усилиях, необходимых для получения тех же сигналов на пленочных тенэодиодах.