压力传感器

MEMS微型压力传感器是一种小体积、低功耗、高可靠性产品。它们的特点在于不同环境条件下都具有高可重复性，高精确度和高可靠性。除此以外，传感器之间配合工作时还具有非常好的协调性，不需要额外的校正就可以进行替换。压力传感器所包含的感应元件由4个压电电阻组成，它们埋藏在一个化学蚀刻而成的薄硅隔膜表面下。压力的变化使得隔膜产生形变，产生一个拉扯或扭曲力，这样电阻的值就随之发生改变，通过电路产生一个输出电信号。我们提供3种测量类型的压力传感器－绝压、差压、表压(包括真空表压和双向压力)。这些压力传感器测量范围很宽，输出信号有放大的和不放大型。我们生产的兼容小型硅压传感器，可以满足OEM传感器设计者的需要。具有工业标准封装、精密标刻、全信号调整的压敏电阻微结构压力传感器系列产品的工作范围是0.5英寸水柱到30 psi。我们的高效服务和完整的产品系列使您可以在举手之间便得到完美的传感器解决方案。

压力传感器产品型号一览表 　　封装件 　 产品系列 元件类型 0.15到3.0 PSI 5到100 PSI 100 PSI SM 53系列 表面贴片封装, 无补偿 SM5350 SM5310   SM 54系列 管脚贴片封装, 无补偿 SM5450 SM5410     SM5420 SM5470 SM5430 SM56系列 双列直插式封装及SMT，校准、有补偿 SM5651 SM5611   SM5652 SM5612 SM58系列 集成、贴片式封装、 放大、校准 SM5852 SM5872 SM5822 SM5822 　 　　晶圆 Wafers 　 产品系列 元件类型 0.15到3.0 PSI 5到100 PSI 100到300PSI SM51系列 压力传感器芯片 SM5103 SM5102精密 SM5102精密 SM5106低价 SM5106低价 SM5108 大批量 SM5108大批量 SM5112背面绝对压力 SM5112背面绝对压力

*产品技术原理

压阻式：压阻式传感器是采用集成电路制造技术在半导体基片上直接生成扩散电阻并组成电桥，半导体材料通常为硅材料，所以压阻式传感器又常称为扩散硅压力传感器。由于采用了集成电路生产技术，这类传感器非常适合大批量生产，成本也很低，压阻式传感器面临的主要问题是受温度影响较大。

美国SMI微压传感器的技术原理

美国Silicon Microstructures INC.开发了一系列价位低、线性度在0.3%到0.05%范围内的硅微结构压阻式传感器，满量程为0.15psi(1KPa)、0.3psi(2KPa)、0.8psi(5KPa)、1.5psi(10KPa)、3 psi(20KPa)、最低满量程为0.15psi(1KPa)，被列为超低压力测量范围。

美国SMI廉价的压阻式、超低压传感器成功的关键是它的创新的物理刻蚀设计。一般来说,硅微压力传感器芯片采用扁平膜来测量压力。SMI传感器芯片采用三维膜片结构,用硅刻蚀工艺将产生的应力(压力)集中在传感电阻处。这样在保持总体精度和线性度的同时仍有很高的灵敏度。80%的应力传递到膜片中的梁式区域,而膜片丢失的应力只有20%。
除了压阻器所处的四周外，膜片的所有部分都减薄，从而得到膜片的浮凸结构。由于传感器看起来象机械力放大器，因而便于把膜片运动的应力集中在压阻器上，增加的应力极大地提高了信号输出，膜片上的浮凸用做终止层。四周的薄膜有效地将器件密封起来。因此压力不会前后移动。此外，在器件的结构内，离子注入电阻形成压阻式惠斯登电桥，凹坑减少了器件的总震动质量。

硅芯片的加工过程和硅微结构如图1所示，
现逐步简述如下：

第一步是硅片的一面沉积外延层，上下两面形成氧化层。
第二步将P材料扩散到上方氧化层，形成压敏电阻半导体。
第三步半导体装金属接点。
第四步绕硅片中心四蚀刻掉部分硅片，形成一个环形的凹槽，这个凹槽的顶部只剩下外延层和氧化层，厚度仅约10µMI。
第五步从硅片上方蚀刻掉图1（eof.）所示的四块压阻半导体，剩下的四根条状的压敏电阻半导体作传感器的压阻敏感元件使用，再经多次蚀刻，将它们连接成惠斯登电桥。
第六部将硅片与底座粘结，连引线。底座分陶瓷和玻璃两层，中间有通气孔。
从图1（f）可见，当硅片上方受压时，其力将主要由四根条状的压阻半导体承受。由于应力集中，压阻的变化明显增加，从而大大提高了传感器的灵敏度。柜硅片下方中心四周蚀刻成凹槽状，见效了敏感部分的质量，有利于提高传感器上方与下方阻断：这部分只消耗约20%上方受压时产生的力。硅片的下凸部分，当传感器受力过大时将与玻璃相碰，因此它起挡板作用。这种三维的传感器结构显然与传统的平板式结构不同。
SMI压力传感器无需校准即能提供线性度优于1%的传感信号。因此，SMI压力传感器是一种性能优越、全集成化的单片硅器件。
SMI使用了一套专门设计的软件由计算机对传感器作静态和动态仿真，并进一步计算压力传感器芯片的尺寸，使灵敏度和线性度满足预定要求。在生产方面，官方采用双板、CMOS或EPROM等成功的工艺，从而提高器件的可靠性、增加成品率并降低成本。
图1 硅微传感器加工过程和结构示意图
　

　

*产品分类 外型尺寸和接口方式

一、产品分类

· 硅微压力传感器测量类型分类
A（绝压）　　D（差压）　　G（表压）
· 硅微压力传感器量程分类

0.15psi~3psi（1kPa~20 Pa）

	5651	5652
以	5551	5552	型号命名为低压量程段
	5350	5450	5103

5psi~100psi（35kPa~700 Pa）

　

	5501	5502
以	5310	5410	型号命名为高压量程段
	5350	5612	5102

· 硅微压力传感器以温补特征分类

55系列 56系列为带温补型,温度范围0~70°C,0~60°C
53系列 54系列 5102 5103芯片为不带温补型

· 硅微压力传感器以封装型式分类

55系列为塑封 56、54系列为陶瓷封装
5102、5103为裸片，即为传感器芯片，未加封装

· 硅微压力传感器以电气引脚方式分类

55系列为单列6引脚输出
53 54 56为双列6引脚输出

· 硅微压力传感器以驱动电源类型分类

5551 5501 5651 5611末位为“1”为恒流驱动工作
5552 5502 5652 5612 末位为“2”为恒压驱动工作
53系列 54系列 5102 5103即可以为恒流驱动工作，也可为恒压驱动工作

二、产品外形尺寸

附图2~图5
图2 SM53、SM54系列传感器外形尺寸图
图3 SM55系列传感器外形尺寸图
图4 SM56系列传感器外形尺寸图
图5 SM51系列传感器外形尺寸图

三、接口方式

通常采用软管连接，软管材质通常为胶 管，橡胶管，壁厚保证在1mm或者尼龙硬管配合连接。若采用金属管连接，需配置金属密封过渡接头。

四、产品型号总揽

量程：0.15psi（1KPa）、0.3psi（2KPa）、0.8psi（5KPa）、1.5psi（10KPa）
　

恒 流 型	型 号	5551	压力测量类型
		5651	表压---G
		5350 5450	差压----D
		5103	绝压---A

　

恒 压 型	型 号	5552	压力测量类型
		5652	表压---G
		5450 5350	差压----D
		5103	绝压---A

量程 5psi（35KPa）、15psi（100KPa）、30psi（200KPa）、60psi（400KPa）、100psi（700KPa）

恒 流 型	型 号	5501	压力测量类型
		5611	表压---G
		5410 5310	差压----D
		5102	绝压---A

　

　

恒 压 型	型 号	5502	压力测量类型
		5612	表压---G
		5410 5310	差压----D
		5102	绝压---A

　

　

*产品技术参数

一、 SM55系列产品技术参数
（一）、电气连接方式 附图6、图7

图6 SM5501型和SM5502型电气连接方式

图7 SM5551型和SM5552型电气连接方式

（二）、SM55系列性能指标及测试条件
１、5501型，Iexc=1.5mA T=25°C； 5502型，Vexc=10.0V

参数	最小值	标准值	最大值	单位
激励 电流(5501) 电压(5502)	0.00 0.00	1.50 10.00	3.00 20.00	mA V
输出（FS） FS(5501)* FS(5502) 零压	50.0 49.5 -1.00	100.0 50.0 . +/-0.2	170.0 50.5 1.00	mV mV mV
温度系数 满量程** 零点** 温度滞后	-1.20 -1.20 -0.15	±0.20