引言：

隨著電子技術(shù)及MEMS技術(shù)的發(fā)展，我們身邊越來(lái)越多的充斥著各種各樣的傳感器，如溫度、濕度、壓力、光學(xué)、磁性等，他們?cè)谖覀兩钪邪缪葜缍洹⒀劬Φ确浅Ｖ匾慕巧?，今天我們的重點(diǎn)則是關(guān)于壓力傳感器方面的應(yīng)用，壓力傳感器目前在工業(yè)自動(dòng)化、石油化工、航空航天、電力、醫(yī)療、汽車(chē)尾氣檢測(cè)等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛、而充油芯體則是壓力傳感器中非常重要的組成部分，目前充油芯體核心基本以擴(kuò)散硅式設(shè)計(jì)為主，設(shè)計(jì)上更為便捷應(yīng)用上更為方便，本文將介紹基于SMI公司的SM95系列微壓壓阻式硅傳感器在壓力芯體上的應(yīng)用。

壓力變送器及壓力芯體的結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)介：

壓力芯體在壓力測(cè)量中充當(dāng)了壓力信號(hào)的初值反饋，最終壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)、調(diào)理等將信號(hào)給到壓力變送器中，當(dāng)壓力作用在測(cè)量膜片的表面時(shí)，膜片產(chǎn)生微小的形變，測(cè)量膜片上的高精度電路將這個(gè)微小的形變變換成為與壓力成正比的高度線性并與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，然后將該信號(hào)給出，達(dá)到壓力測(cè)量的效果，壓力變送器一般由壓力充油芯體、調(diào)制電路、連接器、安裝口、外殼等組成。其中壓力充油芯體最為重要，它決定了壓力變送器的精度、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)，其中圖一及圖二分別展示了一般壓力變送器的結(jié)構(gòu)圖及充油芯體圖，從變送器結(jié)構(gòu)圖中我們也可以清楚的看到變送器測(cè)量端壓力充油芯體的位置。

壓力芯體是制造壓力傳感器及變送器的核心部件，作為一種高性能的敏感器件可以很方便的進(jìn)行信號(hào)放大處理，裝配成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出到變送器，將壓力敏感器件即壓力MEMS芯片（DIE）封裝到一定材料的基座中，外加壓力通過(guò)不銹鋼膜片、內(nèi)部密封然后充油，通過(guò)硅油傳遞到MEMS芯片上，MEMS芯片不直接接觸被測(cè)介質(zhì)，形成壓力測(cè)量的全固態(tài)結(jié)構(gòu)，所以適用于各種環(huán)境、包括惡劣的腐蝕介質(zhì)環(huán)境，MEMS芯片外加氟橡膠圈進(jìn)行壓力可靠密封裝配，然后將MEMS芯片測(cè)量值通過(guò)電壓信號(hào)傳輸出去，圖二外形圖展示了壓力芯體的結(jié)構(gòu)，具有可靠性高、抗腐蝕、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。

SM95D/G系列微壓MEMS芯片介紹：

SM95系列是一款硅型微壓電阻式壓力傳感芯片，其滿量程為0.15 到1.5PSI（1到 10 kPa），特別適用于OEM和高容量應(yīng)用，以DIE形式提供，可作為OEM系統(tǒng)的一部分貼裝在陶瓷基板或PCB基板上。此外還可以封裝到專有系列傳感器或特定應(yīng)用系列傳感器中，其結(jié)構(gòu)如圖三，以表壓及差壓形式提供，具有2*2mm封裝，適合用于微壓充油芯體領(lǐng)域。

SM95系列采用壓阻式壓力測(cè)量，為全橋式測(cè)量方式，如圖四，其內(nèi)部等效方式如圖五，這種方式由于采用差分信號(hào)計(jì)算，有效的避免了壓力隨溫度變化的影響，在壓力測(cè)量上更加準(zhǔn)確，同時(shí)采用topside micromachined工藝技術(shù)，有效的降低了生產(chǎn)成本，SM95系列的關(guān)鍵參數(shù)如圖六，其過(guò)載壓力達(dá)到8倍，爆破壓力達(dá)到10倍，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

圖四

SM95D/G在充油芯體上應(yīng)用測(cè)試：

我們利用SM95D通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝對(duì)其進(jìn)行粘片、壓焊等，最后生產(chǎn)出壓力傳感器成品（壓力芯體），測(cè)試其參數(shù)性能，測(cè)試芯片為SM95系列中1KPa差壓型Die，型號(hào)為：SM9520-010M-G-D，芯片封裝形式如圖七，芯片測(cè)量壓焊如圖八。

通過(guò)以上壓焊工作后，對(duì)傳感器自身參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，其溫度漂移實(shí)測(cè)表如表一。

表一

將基于SM9520-010M-G-D的芯體做到變送器進(jìn)行TC零漂、正反行程、靈敏度等參數(shù)實(shí)測(cè)，其測(cè)試數(shù)據(jù)如表二。

表二

通過(guò)以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，SM95系列在壓力芯體上的應(yīng)用對(duì)靈敏度溫漂和零點(diǎn)時(shí)漂測(cè)試，同樣對(duì)重復(fù)性和遲滯進(jìn)行測(cè)試，其性能指標(biāo)均能達(dá)到行業(yè)較高水平。該芯片可以作為陶瓷封裝芯片使用也可作為充油方式使用。

結(jié)束語(yǔ)：

基于SMI公司的SM95D/G系列表壓及差壓型微壓壓力芯片（DIE）從產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)以及實(shí)際應(yīng)用到變送器上測(cè)試的角度來(lái)說(shuō)，其在壓力芯體上的應(yīng)用參數(shù)性能均達(dá)到較高水平，其1KPa及10KPa型號(hào)非常適合用在壓力充油產(chǎn)品上，希望大家根據(jù)不同的應(yīng)用及壓力參數(shù)要求選擇合適的壓力芯片。

參考文獻(xiàn)：

1、SM95D-G_Datasheet

2、SMI compressed

3、SMI芯片測(cè)試報(bào)告 2017-8-17