電氣測試技術(shù)第4版課件4.3硅壓阻式微型壓力傳感器

March22,2023《電氣測試技術(shù)（第4版）》

萬頻林德杰李學(xué)聰March22,20234.3硅壓阻式微型壓力傳感器4.3.1硅盒制作工藝簡述4.3.2普通型單片集成壓力傳感器4.3.3具有溫度補(bǔ)償功能集成壓力傳感器4.3.4頻率輸出型壓阻式集成壓力傳感器4.3.5集成壓力傳感器MPX31004.3.6MPX7000系列壓力變送器4.3.7擴(kuò)散硅差壓變送器March22,20234.3.1硅盒制作工藝簡述

圖4-10為硅盒式集成壓力傳感器芯片剖面圖，采用硅盒結(jié)構(gòu)將壓敏元件與CMOS信號調(diào)理電路集成在同一硅芯片上制作微型壓力傳感器。其制作工藝簡述如下：（1）首先在下層硅片表面通過掩蔽腐蝕方法形成深10，長和寬各60的凹坑。

圖4-10硅盒結(jié)構(gòu)集成壓力傳感器剖面（2）將上層硅片與下層硅片在1150℃高溫下燒結(jié)鍵合在一起便形成一個參照壓力空腔。（3）將上層硅片減薄至30，并將便面拋光，通過光刻對中方法在參照壓力空腔上方的硅膜片上用離子注入工藝形成壓敏全橋。

（4）用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝在參照壓力空腔周圍的上層硅片上制作具有各種功能的信號調(diào)理電路。最后將引腳引出和封裝，形成單片集成微型壓力傳感器。March22,20234.3.2普通型單片集成壓力傳感器整個壓力傳感器芯片面積為1.5mm2，其原理電路見圖4-11。圖4-11集成壓力傳感器原理March22,20234.3.3具有溫度補(bǔ)償功能集成壓力傳感器上述單片集成壓力傳感器由于沒有補(bǔ)償功能，零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移在所難免。因此，傳感器的精度和溫度特性難以得到大幅度的提高。這里介紹一種具有零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移補(bǔ)償功能的集成壓力傳感器，其組成框圖見圖4-12。圖4-12具有補(bǔ)償功能的集成壓力傳感器March22,20234.3.4頻率輸出型壓阻式集成壓力傳感器圖4-14頻率輸出型壓阻集成傳感器March22,20234.3.5集成壓力傳感器MPX3100該傳感器將壓敏電阻、補(bǔ)償電路、基準(zhǔn)電壓源和信號調(diào)理電路集成在同一芯片上，其剖面圖見圖4-15a；敏感元件的符號和引腳功能見圖4-15b。該傳感器的敏感元件為單個X型壓敏電阻，它的工作原理是利用單片硅壓敏電阻產(chǎn)生隨被測壓力而變化的輸出電壓。圖b中，3、1腳接激勵電壓；2、4腳為輸出電壓。圖4-15MPX3100傳感器的結(jié)構(gòu)a）剖面圖b）敏感元件的符號March22,2023MPX3100傳感器電路原理該傳感器的電路原理見圖4-16。圖中，A1用于補(bǔ)償壓力傳感器的零位溫漂，并起提高輸入阻抗作用。A2將差分輸入轉(zhuǎn)換成單端對地輸出，并起阻抗變換作用。A3為精密基準(zhǔn)電壓源，其作用是校準(zhǔn)傳感器零位輸出電壓。A4是電壓放大器，其增益由經(jīng)激光修整的精密電阻

來校準(zhǔn)。該傳感器的測量范圍為0~0.1MPa，輸出電壓為（0.5~2.5）V。圖4-16MPX3100傳感器電路原理March22,20234.3.6MPX7000系列壓力變送器該系列壓力變送器為DC4~20mA輸出的二線制變送器，傳輸距離達(dá)50m以上，負(fù)載電阻為150～400，可與DDZ-III調(diào)節(jié)器組成自動控制系統(tǒng)。該系列變送器具有溫度自動補(bǔ)償，線性度好，靈敏度高，重復(fù)性好和精度高的特點(diǎn)。該變送器采用X型壓敏電阻作為壓力檢測元件，其符號及引腳功能見圖4-15b，再配接運(yùn)放A組成。其電路原理見圖4-17。圖4-17MPX7000系列壓力變送器原理圖March22,20234.3.7擴(kuò)散硅差壓變送器擴(kuò)散硅差壓變送器檢測元件的結(jié)構(gòu)見圖4-18a。整個檢測元件由兩片研磨后膠合而成（即硅杯）的硅片組成。在硅杯上制作壓阻元件，利用金屬絲將壓阻元件引接到印刷電路板上。再穿過玻璃密封引出。硅杯兩面浸在硅油中，硅油與被測介質(zhì)間有金屬隔離膜分開。被測差壓

引入測量元件后，通