Полупроводниковые датчики давления
Классификация интегральных тензопреобразователей давления. Изучение технологических этапов изготовления интегральных тензопреобразователей. Принципы размещения тензорезисторов на мембранах полупроводниковых интегральных тензопреобразователей давления.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2015 |
| Размер файла | 763,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
- чувствительность (в зависимости от отношения h2/a2) от 5 мкВ/ВПа до 5 мВ/ВМПа;
- напряжение питания 3-9 В;
- температурный дрейф нуля выходного напряжения,
без схемы термокомпенсации 0.2%/ оC;
со схемой термокомпенсации 0.03 %/ оC;
- температурный коэффициент чувствительности 0.02 %/ оC.
6.2 Интегральные преобразователи давления с профилированной мембраной фирмы ENDEVCO
Фирма ENDEVCO (США) серийно выпускает диффузионные тензорезисторные преобразователи давления в нескольких конструктивных вариантах [6]. Принципиальным отличием чувствительных элементов преобразователей ENDEVCO является то, что вместо однородной по толщине мембраны в них использованы специальным образом профилированные мембраны с концентраторами механических напряжений в месте расположения тензорезисторов. Это позволяет получить более высокую чувствительность при сохранении собственной резонансной частоты либо увеличить резонансную частоту при сохранении чувствительности. Кроме того, это значительно увеличивает прочность мембраны.
Принцип устройства такого чувствительного элемента на примере мембранного преобразователя давления иллюстрируется на рис. 35. Жесткий центр мембраны, состоящей из двух островков пластины исходной толщины, сформирован анизотропным травлением. Узкая полоска между двумя островками и полоска между островком и «берегом» - толстым кольцевым основанием мембраны - являются концентраторами механических напряжений, возникающих при воздействии избыточного давления. Следует отметить, что напряжения, возникающие в центральной и боковых полосках, имеют разные знаки. Если расположить два тензорезистора в центре, а два других - с краю полоски так, как показано на рис. 35, то с их помощью можно образовать полную мостовую тензорезисторную схему. В преобразователях ENDEVCO плоскость мембраны ориентирована в плоскости (100), а направление полосок - концентраторов и продольной оси тензорезисторов соответствует направлению <110>. В мостовую схему тензорезиторы объединяются с помощью металлизированных токоведущих дорожек (не показано на рисунке), которые выходят на периферию кристалла к контактным площадкам.
Кроме указанных выше преимуществ, преобразователи с концентраторами напряжений обладают лучшей линейностью и существенно большим диапазоном линейного преобразования по сравнению с преобразователями на основе плоских мембран.
6.3 X-ducer фирмы Motorola
Фирма Motorola выпускает датчики абсолютного, относительного, дифференциального давлений серии MPX [12].
В основе чувствительных элементов фирма ''Motorola'' использует так называемый X-ducer (рис. 36). В отличие от стандартных датчиков давления, которые используют четыре близко расположенных резистора в конфигурации моста Уитстона, в датчиках серии MPX используется только одиночный пьезорезистивный элемент, полученный ионным легированием, расположенный на кремниевой мембране и имеющий Х-образную форму.
Напряжение питания (ток питания) подается на X-ducer на ответвления 1 и 3. При воздействии давления мембрана прогибается и в ответвлениях 2 и 4 возникает поперечное напряжение. X-ducer фирмы ''Motorola'' можно рассматривать как механический аналог датчика, основанного на эффекте Холла.
Преимущества X-ducer заключаются в следующем. Использование одиночного элемента позволяет исключить потребность в получении идентичных по своим параметрам четырех тензорезисторов для моста Уитстона. Это же самое значительно упрощает схему температурной компенсации чувствительности и температурной компенсации дрейфа нуля. Фирма Motorola для температурной компенсации использует напыленные вакуумным способом пленочные резисторы, которые подстраивают лазером для получения необходимых характеристик датчика давления. При этом в температурном диапазоне 0 - 80 C погрешность измерения давления обеспечивается в пределах 1 и 2 в температурном диапазоне -50+125 С. Недостатком датчиков давления серии МРХ является невозможность их использования для измерения жидких сред.
Кристалл датчика давления серии МРХ расположен на кремниевом кристаллодержателе, который приклеен к корпусу датчика. Внутренняя полость заполнена кремнийорганической жидкостью - компаундом. Пластмассовый корпус закрыт крышкой из нержавеющей стали. В корпус впресованы внешние выводы, которые с помощью золотых проволочек соединяются с выводами 1-4 кристалла датчика давления.
Датчики давления фирмы Motorola выходят готовыми к эксплуатации и не требуют дополнительных схем термокомпенсации.
6.4 Датчик давления типа MBS фирмы Danfoss
В чувствительном элементе датчика давления типа MBS фирмы DANFOSS используется прямоугольная мембрана (рис.37) [13].
Рис. 35 Принцип устройства чувствительного элемента преобразователей ENDEVCO: 1- области расположения тензорезисторов с обратной (планарной) стороны пластины; 2- тензорезисторы; 3- контактные площадки
Рис. 36 Схема X-ducer
Рис. 37 Датчик давления типа MBS фирмы DANFOSS
На рабочей стороне кремниевого кристалла (6) сформирована прямоугольная диафрагма (1) с четырьмя одинаковыми резисторами (7), расположенными на её поверхности и включенными в мост Уитстона. Тензорезисторы имеют абсолютно одинаковую форму в виде длинного прямоугольника, что позволяет максимально снизить температурный дрейф нулевого сигнала.
При подаче напряжения питания и воздействия давления, заставляющего мембрану изменять свою форму, возникающий пьезоэлектрический эффект вызовет изменение сопротивления четырех резисторов моста, и сигнал на его выходе, пропорциональный давлению, будет возрастать.
Кремниевый чип закреплен (3) на стеклянном основании (4). Золотые провода приварены к контактным площадкам (2, 8) чипа и к внутренним проводам, которые проведены через стеклянные уплотнения от схемы компенсации и усиления.
Для защиты кремниевого чипа от окружающей среды он заключен в диафрагму из нержавеющей стали, которая приварена к сенсорному элементу методом лазерной сварки. Для передачи давления среды от диафрагмы на мембрану используется силиконовое масло (5). Для предотвращения возникновения пузырьков воздуха масло заливается при температуре 100 0С в условиях вакуума. После заливки проводится герметизация. Датчик давления располагается в пластмассовом корпусе и закрыт крышкой из нержавеющей стали.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные этапы интеграции отдельных физико-конструктивных элементов преобразователей. Интегральные тензопреобразователи на основе гетероэпитаксиальных структур "кремний на сапфире". Параметры мостовых тензорезисторных преобразователей давления.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 29.04.2015Топология и элементы МОП-транзистора с диодом Шоттки. Последовательность технологических операций его производства. Разработка технологического процесса изготовления полупроводниковых интегральных схем. Характеристика используемых материалов и реактивов.
курсовая работа [666,0 K], добавлен 06.12.2012Создание интегральных схем и развитие микроэлектроники по всему миру. Производство дешевых элементов электронной аппаратуры. Основные группы интегральных схем. Создание первой интегральной схемы Килби. Первые полупроводниковые интегральные схемы в СССР.
реферат [28,0 K], добавлен 22.01.2013Анализ технологии изготовления плат полупроводниковых интегральных микросхем – такого рода микросхем, элементы которых выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Характеристика монокристаллического кремния. Выращивание монокристаллов.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 03.12.2010Схемотехнические параметры. Конструктивно–технологические данные. Классификация интегральных микросхем и их сравнение. Краткая характеристика полупроводниковых интегральных микросхем. Расчёт полупроводниковых резисторов, общие сведения об изготовлении.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 13.01.2009Краткая историческая справка о развитии интегральных схем. Американские и советские ученные, которые внесли огромный вклад в разработку и дальнейшее развитие интегральных схем. Заказчики и потребители первых разработок микроэлектроники и ТС Р12-2.
реферат [28,1 K], добавлен 26.01.2013Изучение современных тенденций в области проектирования интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. Анализ алгоритма создания интегральных микросхем в среде Cadence Virtuoso. Реализация логических элементов с использованием NMOS-транзисторов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.11.2013Принцип действия полупроводниковых диодов, свойства p-n перехода, диффузия и образование запирающего слоя. Применение диодов в качестве выпрямителей тока, свойства и применение транзисторов. Классификация и технология изготовления интегральных микросхем.
презентация [352,8 K], добавлен 29.05.2010Выпуск и применение интегральных микросхем. Конструирование и технология толстопленочных гибридных интегральных микросхем. Коэффициент формы резисторов. Защита интегральных микросхем от механических и других воздействий дестабилизирующих факторов.
курсовая работа [234,5 K], добавлен 17.02.2010Маршрут изготовления биполярных интегральных микросхем. Разработка интегральной микросхемы методом вертикального анизотропного травления с изоляцией диэлектриком и воздушной прослойкой. Комплекс химической обработки "Кубок", устройство и принцип работы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 18.04.2016Методика конструирования и технология толстопленочных гибридных интегральных микросхем, характеристика основных технологических операций и принципы выбора материала. Порядок расчета конденсаторов разрабатываемых микросхем, выбор и характеристика корпуса.
курсовая работа [261,9 K], добавлен 08.03.2010Этапы проектирование полупроводниковых интегральных микросхем. Составление фрагментов топологии заданного уровня. Минимизация тепловой обратной связи в кристалле. Основные достоинства использования ЭВМ при проектировании топологии микросхем и микросборок.
презентация [372,7 K], добавлен 29.11.2013Анализ и назначение сверхбольших интегральных схем программируемой логики. Сущность, особенности, структура и классификация микропроцессоров. Общая характеристика и задачи системы автоматизированного проектирования матричных больших интегральных схем.
курсовая работа [447,3 K], добавлен 31.05.2010Работа полупроводниковых электронных приборов и интегральных микросхем. Некоторые положения и определения электронной теории твердого тела. Кристаллическое строение полупроводников. Электронно-дырочный переход. Вольтамперная характеристика п-р перехода.
лекция [196,9 K], добавлен 15.03.2009Устройство и принцип действия биполярных транзисторов. Структура и технология изготовления полупроводниковых интегральных микросхем на основе биполярного транзистора с помощью метода диэлектрической изоляции; подготовка полупроводниковой подложки.
контрольная работа [710,2 K], добавлен 10.06.2013Кремний как основной материал микроэлектроники. Блок-схема датчика давления, применение в них тензометрических, резонансных или емкостных преобразователей. Преимущества интегральных механоэлектрических преобразователей по сравнению с традиционными.
реферат [313,1 K], добавлен 29.09.2010Использование серийных микропроцессорных датчиков давления серии "МЕТРАН" вразработке математической модели датчика давления и реализации ее в системах измерения давления. Аналогово-цифровой преобразователь системы: параметры структурных составляющих.
курсовая работа [32,0 K], добавлен 27.02.2009Информационно-измерительные системы на объектах трубопроводного транспорта. Классификация датчиков, единицы измерения давления. Защита манометров и преобразователей давления, исследование скважин. Функциональная схема интерфейса "токовая петля".
дипломная работа [917,1 K], добавлен 19.06.2011Надежность электронных компонентов, туннельный пробой в них и методы его определения. Надежность металлизации и контактов интегральных схем, параметры их надежности. Механизм случайных отказов диодов и биполярных транзисторов интегральных микросхем.
реферат [420,4 K], добавлен 10.12.2009Микроэлектронные технологии производства больших интегральных микросхем и их логические элементы. Нагрузочные, динамические параметры, помехоустойчивость переходов микросхем с одноступенчатой логикой и их схемотехническая реализация на транзисторах.
реферат [985,0 K], добавлен 12.06.2009
