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适合恶劣环境的压阻式压力传感器

2018-04-16 来源:温湿度传感器

      压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件,在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺,在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻,并将电阻接成桥路,单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时,单晶硅产生应变,使直接扩散在上面的应变电阻产生于被测压力成正比的变化,再由桥式电路获相应的电压输出信号。

      压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的,利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成压敏电阻。当硅膜片受压时,膜片的变形将使压敏电阻的阻值发生变化。硅平膜片上的扩散电阻通常构成惠斯通电桥测量电路,桥臂电阻变化时,电桥输出电压与膜片所受压力成对应关系。温湿度传感器

      许多压力传感器的工作环境,都是比较恶劣的,像潮湿、酸碱腐蚀溶液或者充满静电颗粒和粉尘等。传统硅压阻式压力传感器,基本都把电阻排布在硅膜外表面直接与外界环境接触,器件在工作过程中,外界环境物质的腐蚀和静电颗粒等都会使器件的性能和寿命大打折扣。为了提高器件在恶劣环境下的可靠性,目前普遍采用的是压力变送的封装技术,将压力传感器芯片封装于充满硅油的密闭结构中,外加压力通过硅油从不锈钢膜片传递到压力传感器芯片上。温湿度传感器

      目前广泛使用的压阻式压力传感器制备技术是:使用SOI材料并采用Si-Si键合方法来制作压力传感器,通过硅片减薄和扩散工艺或离子注入的方法在薄膜上制作压敏电阻。由于Si-Si键合工艺对硅片质量和键合前硅片化学处理要求严格,大面积的Si-Si键合质量和成功率很难得到保证,增大了器件的成本。如果采用低成本的硅-玻璃键合材料制备压力传感器,则制备工艺受制于玻璃的耐高温性能(由于扩散温度和离子注入后的退火一般要高于1000℃,远远超过了玻璃的熔点)。为了降低压阻式压力传感器成本,提高制备成功率,作者将压敏电阻安放在薄膜的下方,采用先扩散或者离子注入的方法制作压敏电阻,然后,再键合、减薄形成敏感薄膜。

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