原创压力传感器(变送器)扩散硅芯体解读

 2024-7-25 16:23  428 2 2 分类: 智能硬件

扩散硅压力芯体是制造压力传感器及压力变送器的核心部件，作为一种高性能的敏感元件，可以很方便地进行信号放大处理，装配成标准信号输出的变送器，广泛地用于石油、化工、冶金、电力、电子系统、航天航空、医疗、化工、汽车、机电设备等行业的过程控制。

压力传感器(变送器)扩散硅芯体的技术特点

扩散硅芯体是一种常见的半导体器件结构，具有以下几个优点：

1.高集成度：扩散硅芯体可以实现高度集成的电路设计，因为它可以在一个单一的硅晶圆上制造多个器件。这样可以大大提高集成电路的功能和性能。

2.抗电击穿性能好：由于采用了特殊材料和装配工艺，扩散硅传感器不但可以做到130℃正常使用，在强磁场、高电压击穿试验中可抗击1500V/AC电压的冲击。

3.良好的可控性：扩散过程可以通过控制扩散深度和浓度来调节器件的电学特性。这种可控性使得扩散硅芯体非常适用于制造各种不同类型的器件，如二极管、晶体管和集成电路等。

4.温度性能好：随着集成工艺技术进步，扩散硅敏感膜的四个电阻一致性得到进一步提高，原始的手工补偿已被激光调阻、计算机自动修整技术所替代，传感器的零位和灵敏度温度系数已达10-5/°C数量级，工作温度也大幅度提高。

5.良好的电性能：扩散硅芯体的器件具有稳定的电学特性和良好的性能表现。它们可以提供较低的电阻、较高的电流传输能力和较低的功耗，使其在各种电子应用中具有广泛的应用前景。

6.精度高：扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以重复性和迟滞误差很小。由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好，因此综合表态精度很高。

7.灵敏度高：扩散硅敏感电阻的灵敏因子比金属应变片高50〜80倍，它的满量程信号输出在80-100mv左右。对接口电路适配性好，应用成本相应较低。由于它输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分辨率极高。

8.频响高：由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KC。制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计，使传感器频率响应很高，使用带宽可达零频至100千赫兹。

9.耐腐蚀性好：由于扩散硅材料本身优良的化学防腐性能好，即使传感器受压面不隔离，也能在普通使用中适应各种介质。硅材料又与硅油有良好的兼容性，使它在采用防腐材料隔离时结构工艺更易于实现。加之它的低电压、低电流、低功耗、低成本和本质安全防爆的特点，可替代诸多同类型的同功能产品，具有最优良的性能价格比。

总的来说，扩散硅芯体具有高集成度、良好的可控性、低成本和良好的电性能等优点，使其成为半导体器件制造中常用的工艺之一。

扩散硅压力变送器的工作原理

基于单晶硅的压阻效应，在硅片上某个特定方向上用先进的微机电加工技术制作成弹性部件，在其得当位置用集成电路工艺制作的四个阻值相等的力敏电阻，连接成 Wheatstone（惠斯通）电桥。施加一个恒向电压（电流）给电桥，被测压力通过密封在测量膜盒中的硅油无损耗的传递到硅片上，变送器就输出与待测压力成线性比例的电压信号，然后通过电子线路把这一电压信号放大并转换成二线制的标准信号。

扩散硅压力芯体的内部结构

下面利又德小编来说说扩散硅压力芯体的内部结构。扩散硅压力芯体是由补偿板、钢珠、底座、O型圈、芯片、陶瓷垫、膜片、压环、硅油等组成。

如图上所示结构，每一部分都有相对应的作用与特点