硅电容压力传感器 硅压力传感器 （上篇）

硅压力传感器 （上篇）

微纳制造技术具有极强的应用渗透力，应用领域也在不断地扩展，而物联网、智能手机（移动终端）、医疗与健康监护等应用领域未来几年对微纳制造技术需求巨大，主要技术发展从单一微纳器件发展到微纳系统，其技术要素主要涵盖了多功能化、智能化以及集成化。而对于微纳制造技术的技术驱动来说，相关的科研结构采用了新材料（诸如石墨烯）、新结构，并与纳米、生物、信息等进行融合，会出现新的器件以及系统，引领了微纳制造技术的发展，在这种发展的过程中会出现学科交叉以及多样性等特征。

【硅压力传感器】

以下简单介绍下硅微压力传感器的发展历史 ，分别经历了如下四个阶段： (1945-1960年) 发明阶段 ：硅微压力传感器最早源于美国。1945年史密斯先生（C.S. Smith）发现了硅与锗的压阻效应，使半导体材料与传统的机械式压力传感器具有相似的特性。依据该原理制成的压力传感器把应变电阻片粘在金属薄膜上，将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1 cm。（1960-1970年）技术发展阶段： 随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的（001）或（110）晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点，实现了金属-硅共晶体，为商业化发展提供了可能。（1970-1980年）商业化集中加工阶段： 在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性腐蚀技术，发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术，主要有V形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀，数千个硅压力膜可以同时生产，实现了集成化的工厂加工模式，成本进一步降低。（1980- 至今） 微机械加工阶段： 上世纪末出现的纳米技术，使得微机械加工工艺成为可能。通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器，其线宽可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜，使得压力传感器进入了微米阶段。（Eaton, William P., and James H. Smith. "Micromachined pressure sensors: review and recent developments." Smart Materials and Structures 6.5 (1997）

硅微压力传感器的分类 大致可以分为压阻式、电容式、光学式以及谐振式等四类压力传感器，主要的原理、优点、缺点以及示意图如下所示。

【硅压力传感器的市场】

根据Yole Développement的最新报告，MEMS压力传感器市场 的年增长率预计为3.8%，到2023年总体市场规模将增长至20亿美元。汽车产业是MEMS压力传感器历史最悠久也是最大的市场。得益于近些年压力传感器在高端智能手机和平板电脑中的快速普及，消费类市场现已成为第二大压力传感器市场。医疗和工业市场在应用端没有显著的改变，因此这两块市场正以平稳的速度增长。航空电子和高端应用仍然是压力传感器的利基市场，但得益于活跃的飞机市场和MEMS压力传感器对传统技术的取代，因此展现了最快的市场增长率。

【硅压力传感器相关产品介绍】

意法半导体的超小型硅压力传感器使用创新的MEMS技术提供超高的压力分辨率，具有超紧凑和纤薄的封装。器件采用意法半导体的VENSENS技术，可将压力传感器装配在单片硅芯片上，无需进行晶片粘合，并使可靠性达到最高水平。这个VENSEN技术主要是通过覆盖在气腔上的柔性硅薄膜检测压力变化，其中气隙是可控制的，压力也已经定义。与传统的硅微加工薄膜相比，新产品的薄膜非常小，内建的微机械制动结构可防止气压破坏薄膜。这个薄膜包括电阻值随着外部压力变化而改变的微型压电电阻器。压力传感器监控硅薄膜电阻的变化，采用温度补偿方法修正变化偏差，把检测到的变化信息转换成二进制比特数据，通过工业标准I2C或SPI通信接口将数据传送至设备主处理器。

意法半导体的MEMS压力传感器系列的重要技术特性包括：使应用在环境变化时依然稳定工作的先进的温度补偿性能，覆盖所有可能的应用海拔（从最深的矿井到珠穆朗玛峰峰顶）的260至1260 hPa的绝对压力范围，小于4μA的低功耗，以及小于1Pa RMS的压力噪声。

技术科普｜ 扩散硅压力传感器 VS 电容式压力传感器

压力作为一个关乎工业生产和日常生活的重要指标，它的精准、有效测量至关重要。工业管道、燃气管道等高危场所对压力的实时监测可以有效预防事故发生，而日常生活中通过对压力的监测，又能够保障我们的用气、用水等等。

压力传感器分很多种，应变式、压阻式、电容式、压电式、谐振式、 电感式等。目前在压力监测领域应用的比较多的主要是扩散硅压力传感器和陶瓷电容式压力传感器两种。

“

1、 扩散硅压力传感器

扩散硅压力传感器工作原理是基于压阻效应，利用压阻效应原理，被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷)，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

WPAK63

扩散硅压力传感器

扩散硅压力传感器体积小、重量轻，性能稳定，适合制作小量程的变送器，主要应用于过程控制系统、压力校准仪器、液压系统、生物医药仪器、液压系统及阀门、液位测量、制冷设备和 HVAC 控制等行业。

“

2

电容式压力传感器

电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之呈一定关系的电量输出的压力传感器。它一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压呈一定关系的电信号。

WPCR01

陶瓷 压力传感器

电容式压力传感器具有输入能量低，高动态响应，自然效应小，环境适应性好等特点。其中，陶瓷电容压力传感器因其耐腐蚀、抗冲击、无迟滞、介质兼容性强等优势可以广泛应用在水、气、液多种介质的压力检测。

压力是生产生活中的重要参数之一，压力传感器也广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

压力传感器是炜盛科技七大产品系列中的重要一类，炜盛科技目前有陶瓷原理的压力传感器、压力变送器；隔离膜原理的压力传感器、变送器；MEMS塑封压力传感器及液位变送器等多款压力产品。如您有相关产品及应用方案需求，可联系大盛获取~

相关问答

1、压电式压力传感器工作原理:压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗...

压力传感器工作原理1、应变片压力传感器原理力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器...

汽车压力传感器无电流是因为电流的产生是在金属导体中产生了电动势,并将有电动势的两端连成回路才能产生电流。压力导致传感器的晶体电阻变化,或是电容变化等,...

压力传感器的种类包括:1.应变式压力传感器2.容capacitance型压力传感器3.拉伸式压力传感器4.磁电式压力传感器5.硅压阻式压力传感器6.电容式压...

很多非电量的测量,如力矩、重量、流量、压力等力学量,对这些物理量进行直接测量非常困难而且极不方便,需要用一种转换装置将其转换成易于测量、传输、和处理的...

密度=质量÷体积水的密度是1克/立方厘米也就是1.0×1000千克/立方米水的压强P=ρghρ=1.0×1000千克/立方米g=10牛/千克h=水的深度当容器满液位...

传感器,其广泛应用于各种工业自控360问答环境,涉及水利水培但电、铁路交通...下面就简单介绍一些常用压力变送器的原理及其应用1、应变片压力变送器原理与...

传感器的接线方式基本大同小异,压力传感器一般有两线制、三线制、四线制,有的还有五线制的。压力传感器两线制比较简单,一根线连接电源正极,另一个...

[回答]蔓延硅是利用硅半导体的压电效应制成的一种传感器,可以根据压力的有所不同输入有所不同的信号,这种技术是国内压力传感器用的最广泛的一种技术蔓延...

[回答]随着现今电子科技的突飞猛进,世界各国研究领域都已普遍用于压力传感器,各国政府都对这领域增大投放力度,几乎渗透到了各行各业。压力传感器行业很有...