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论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

2018-12-29 09:15 次阅读

引言:

随着电子技术及MEMS技术的发展,我们身边越来越多的充斥着各种各样的传感器,如温度、湿度、压力、光学、磁性等,他们在我们生活中扮演着如耳朵、眼睛等非常重要的角色,今天我们的重点则是关于压力传感器方面的应用,压力传感器目前在工业自动化、石油化工、航空航天、电力、医疗、汽车尾气检测等行业应用非常广泛、而充油芯体则是压力传感器中非常重要的组成部分,目前充油芯体核心基本以扩散硅式设计为主,设计上更为便捷应用上更为方便,本文将介绍基于SMI公司的SM95系列微压压阻式硅传感器在压力芯体上的应用。

压力变送器及压力芯体的结构及原理简介:

压力芯体在压力测量中充当了压力信号的初值反馈,最终压力信号经过校准、调理等将信号给到压力变送器中,当压力作用在测量膜片的表面时,膜片产生微小的形变,测量膜片上的高精度电路将这个微小的形变变换成为与压力成正比的高度线性并与激励电压也成正比的电压信号,然后将该信号给出,达到压力测量的效果,压力变送器一般由压力充油芯体、调制电路、连接器、安装口、外壳等组成。其中压力充油芯体最为重要,它决定了压力变送器的精度、稳定性等关键性能指标,其中图一及图二分别展示了一般压力变送器的结构图及充油芯体图,从变送器结构图中我们也可以清楚的看到变送器测量端压力充油芯体的位置。

论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

压力芯体是制造压力传感器及变送器的核心部件,作为一种高性能的敏感器件可以很方便的进行信号放大处理,装配成标准信号输出到变送器,将压力敏感器件即压力MEMS芯片(DIE)封装到一定材料的基座中,外加压力通过不锈钢膜片、内部密封然后充油,通过硅油传递到MEMS芯片上,MEMS芯片不直接接触被测介质,形成压力测量的全固态结构,所以适用于各种环境、包括恶劣的腐蚀介质环境,MEMS芯片外加氟橡胶圈进行压力可靠密封装配,然后将MEMS芯片测量值通过电压信号传输出去,图二外形图展示了压力芯体的结构,具有可靠性高、抗腐蚀、应用广泛等特点。

SM95D/G系列微压MEMS芯片介绍:

SM95系列是一款硅型微压电阻式压力传感芯片,其满量程为0.15 到1.5PSI(1到 10 kPa),特别适用于OEM和高容量应用,以DIE形式提供,可作为OEM系统的一部分贴装在陶瓷基板或PCB基板上。此外还可以封装到专有系列传感器或特定应用系列传感器中,其结构如图三,以表压及差压形式提供,具有2*2mm封装,适合用于微压充油芯体领域。

 

论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

 

SM95系列采用压阻式压力测量,为全桥式测量方式,如图四,其内部等效方式如图五,这种方式由于采用差分信号计算,有效的避免了压力随温度变化的影响,在压力测量上更加准确,同时采用topside micromachined工艺技术,有效的降低了生产成本,SM95系列的关键参数如图六,其过载压力达到8倍,爆破压力达到10倍,处于行业领先地位。

 

论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

 

图四

论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

SM95D/G在充油芯体上应用测试:

我们利用SM95D通过标准生产工艺对其进行粘片、压焊等,最后生产出压力传感器成品(压力芯体),测试其参数性能,测试芯片为SM95系列中1KPa差压型Die,型号为:SM9520-010M-G-D,芯片封装形式如图七,芯片测量压焊如图八。

论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

通过以上压焊工作后,对传感器自身参数进行测试,其温度漂移实测表如表一。

论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

表一

将基于SM9520-010M-G-D的芯体做到变送器进行TC零漂、正反行程、灵敏度等参数实测,其测试数据如表二。

论SMI SM95D/G在充油芯体领域应用

表二

通过以上测试数据可以看出,SM95系列在压力芯体上的应用对灵敏度温漂和零点时漂测试,同样对重复性和迟滞进行测试,其性能指标均能达到行业较高水平。该芯片可以作为陶瓷封装芯片使用也可作为充油方式使用。

结束语:

基于SMI公司的SM95D/G系列表压及差压型微压压力芯片(DIE)从产品内部结构、工艺技术以及实际应用到变送器上测试的角度来说,其在压力芯体上的应用参数性能均达到较高水平,其1KPa及10KPa型号非常适合用在压力充油产品上,希望大家根据不同的应用及压力参数要求选择合适的压力芯片。

参考文献:

1、SM95D-G_Datasheet

2、SMI compressed

3、SMI芯片测试报告 2017-8-17

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