Componentes de sensores de presión piezoresistivos de silicio

El sensor de presión piezorresistivo de silicio consta de tres partes básicas (Figura 3.2): ① El cuerpo base soporta directamente la tensión medida; ② El diafragma corrugado transmite la tensión medida al chip (3) El chip detecta la tensión medida. El chip está sobre un diafragma elástico de silicio, y los mismos cuatro varistores están fabricados con una determinada orientación del cristal utilizando tecnología de fabricación de semiconductores y conectados para formar un puente de Wheatstone para formar un varistor básico.

El diafragma es a la vez la base de la resistencia sensible a la fuerza y ​​el receptor de la tensión externa, por lo que es la parte central del elemento sensor de presión. La parte posterior del diafragma de silicio se procesa hasta obtener una forma cóncava delgada en el medio mediante grabado mecánico o químico, llamada copa de silicio, y se crea un puente completo piezorresistivo en la parte frontal. Si la copa de silicona tiene un hoyo circular, se llama diafragma circular. Los diafragmas también están disponibles en formas cuadradas, rectangulares y otras. Cuando una fuerza externa actúa sobre el diafragma, diferentes partes del diafragma reciben diferentes fuerzas. La posición y dirección de las cuatro resistencias del brazo del puente en la plantilla deben determinarse en función de la orientación y la tensión del cristal.

El diseño y fabricación del diafragma determina el rendimiento y alcance del sensor. La Figura 3.2 muestra la estructura del empaque lleno de aceite. El aceite de silicona se llena entre el diafragma corrugado del sensor y el chip. Actualmente, los sensores de presión con esta estructura están bastante maduros. El rango de medición es de 0 ~ 100 kPa a 0 ~ 60 MPa, la temperatura de funcionamiento es de -55 ℃ ~ 125 ℃ y la precisión es de 0,5 ~ 0,1. Puede medir la presión manométrica y la presión absoluta.

Otra forma de empaquetamiento de los sensores de presión piezorresistivos de silicio es utilizar galgas extensométricas de silicio con polvo de vidrio que se sinteriza directamente sobre el diafragma metálico para formar un sensor de presión sinterizado. Debido a las características estructurales del sensor, el elemento elástico puede estar en contacto directo con el medio medido, lo que lo hace fácil de miniaturizar y adecuado para la medición de presión dinámica. El sensor tiene un rango de medición de 0 ~ 100 kPa ~ 0 ~ 80 MPa, una temperatura de funcionamiento de -55 ℃ ~ 125 ℃ y una precisión de 0,5 ~ 0,1. Las frecuencias naturales varían desde unos pocos kilohercios hasta varios cientos de hercios y pueden usarse para pruebas de modelos de flujo de aire, pruebas de presión de explosión y mediciones dinámicas de motores.