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。
3.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
- 补偿板:信号放大
- 钢珠:封油
- 底座:压力传感器的载体
- O型圈:密封
- 芯片:感受压力
- 陶瓷垫:填充
- 膜片:接触测量的液体或是气体
- 压环:把膜片焊接到底座上
- 硅油:传导压力