压力传感器特点
压力传感器工艺
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目录
MEMS压力传感器简介
传感器结构和工作原理
一种电容式压力传感器制造工艺
总结
/CONTENTS
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特点：体积小、重量轻、精度高、温度特性好。
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作用是将压力这个物理量转化为电量来测量。
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MEMS压力传感器就是利用MEMS技术加工制造的压力传感器。
与压阻式压力传感器相比, 电容式压力传感器具有高灵敏度、低噪声和较大的动态范围等显著的优点。
接触式电容压力传感器由硅膜片、衬底、衬底电极和绝缘层构成。
左图是没有受到压力作用的情况, 上下电极间是一个电容结构; 右图是受压力作用后硅膜片变形的情况。这时, 可以发现电极间距d 发生了相应的变化。
MEMS的制造技术主要包括两类技术：集成电路技术和微机械加工技术。这两类加工技术的基本材料都是用硅。 集成电路技术：包括光刻、扩散、氧化等。 微机械加工技术：体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(利用X光深层曝光、电铸、机械加工)等。
分类： 目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器。 两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。
硅压阻式压力传感器 硅电容式压力传感器
传感器的制造工艺与半导体集成电路平面工艺兼容, 这就满足了传感器向智能化方向发展的要求。产生了微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路等集成一体的MEMS器件。
一种基于MEMS的电容压力传感器主要制作工艺过程如下： 图a：清洗 图b：湿氧氧化 图c：涂胶，光刻 图d：刻蚀
图e：干氧氧化 图f：硼（B）扩散 图g：键合 图h：腐蚀
图i：干法刻蚀 图j：湿法腐蚀 图k：溅射
JHM2102在压容陶瓷传感器上的应用
JHM2102在压容陶瓷传感器上的应用北京久好电子科技有限公司刘海军2019年5月21日一、压力传感器的种类及特点压力传感器的种类有溅射薄膜、硅压阻、应变片、蓝宝石、玻璃微熔、陶瓷压阻、陶瓷压容等，国内大批量生产主要是硅压阻、陶瓷压阻、玻璃微熔和陶瓷压容，下面分别介绍下这几种类型传感器的特点：1.硅压阻：利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性，通过集成电路工艺和MEMS加工工艺研制出了硅压阻传感器，目前硅压阻最小尺寸可以做到0.5*0.5mm以内，这样一片8寸晶圆上就可以切割出近10万支压力传感器。
硅压阻传感器作为微型传感器中的一种，具有尺寸小，产量高、成本低、过载能力强、抗干扰能力强、信号输出灵敏度高等优点。
由于常规封装一般采用正压结构，一般只可以测量一些纯净的没有腐蚀性的介质，温度漂移较大，满量程温漂达到0.15%F.S/℃。
目前硅压阻压力芯体常用的非隔离和隔离两种封装结构，非隔离式一般封装在塑料外壳内，硅片表面点硅凝胶保护，这种结构比较适合车用进气歧管压力、胎压和大气压力的测量，量程和成本优势明显，也有用点特殊胶水封装后应用与机油、水、尾气压力测量的，但使用寿命问题难以解决。
隔离封装一般使用金属膜片内部充油方法，这种封装方式可用于机油、冷媒、燃油、尾气等有腐蚀性或污染严重介质，但由于充油工艺复杂生产成本高，相对于其它种类的传感器来说性价比不是很明显。
除了以上的两种封装方式，目前国内厂家在开发一种倒封装结构，这种结构由硅片背面直接与介质接触，可以避免硅片表面的电路被腐蚀和污染的风险。
倒封装工艺一旦成熟一定可以使硅压阻传感器适合更多的应用。
图1-1 扩散硅压力芯体2.陶瓷压阻：陶瓷电阻技术采用厚膜印刷工艺将惠斯通电桥印刷在陶瓷结构的表面，利用压敏电阻效应，实现将介质的压力信号转换为电压信号。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。
陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40 ～135 ℃，电气绝缘程度2kV，这样高的绝缘强度其它传感器很难做到，目前国内有较多厂家提供陶瓷电阻压力传感器芯体。
压力传感器的分类与原理介绍
压力传感器的分类与原理介绍什么是压力传感器？压力传感器是一种用于测量压力的装置，它将压力转化为电信号输出，以便进行测量和监测。
压力传感器广泛应用于各个领域，包括工业控制、环境监测、医疗设备和汽车工业等。
压力传感器的分类压力传感器按照原理和工作方式的不同，可分为多种类型。
以下将介绍几种常见的压力传感器及其原理。
1. 压阻传感器（Resistive Pressure Sensors）压阻传感器基于传导材料的电阻与其受到的压力成反比的原理工作。
内部含有传导材料的薄膜在受到压力时会发生形变，导致电阻值发生改变。
这种传感器的性能受到温度和湿度等环境因素的影响较大。
2. 压电传感器（Piezoelectric Pressure Sensors）压电传感器利用由压电材料产生的电荷或电压信号测量压力。
当受到压力时，压电材料会产生电荷分布的变化，从而产生电压信号。
这种传感器具有高灵敏度、宽工作频率范围和较小的尺寸等优点，广泛应用于汽车、航空航天和医疗设备等领域。
3. 电容传感器（Capacitive Pressure Sensors）电容传感器是利用微小的电容变化来测量压力。
传感器中的两个电极之间会形成一个微小的电容，当受到压力时，电容值会发生微小的变化。
通过测量电容的改变，可以推导出压力的大小。
这种传感器具有较高的精确度和可靠性。
4. 音圈热导传感器（Strain Gauge Pressure Sensors）音圈热导传感器通过测量压力对弹性体的形变来获得压力值。
传感器中包含一个或多个应变片（Strain Gauge），当受到压力时，弹性体会产生形变，进而导致应变片的电阻值发生改变。
测量这种电阻值的变化可以反推出压力的大小。
压力传感器的工作原理无论是哪种类型的压力传感器，它们的工作原理都是基于压力力学和电信号转换原理。
以下将分别介绍几种常见压力传感器的工作原理。
- 压阻传感器的工作原理：传感器内部的弹性体会因受到外力而发生形变，导致传导材料的电阻发生变化。
druckUNIK5000系列
druckUNIK5000系列
UNIK5000系列druck压力传感器具有好的性能表现，模块式设计和精益生产技术的满足客户特殊的应用需求。
详情介绍：
UNIK5000系列提供了高性能的可配置压力测量解决方案。
德鲁克硅技术和模拟电路的优势使其在稳定性、低功率和频率响应方面具有好的性能表现。
模块式设计和精益生产技术的采用使用户可以灵活的选择产品，满足其特殊的应用需求。
UNIK5000系列压力传感器特点：
量程：7kPa (1.0 psi) ~ 70MPa(10,000psi)；
三个精度等级：可至±0.04%FSBSL；
不锈钢结构；
危险区域证书；
mV、mA、电压和可调电压输出；
多种电气接口选顶；
本质**型及隔爆型；
多种压力接口选顶；
工作温度范围：-55~+125°C；
频率响应：3.5 kHz；
可靠性；
稳定性；
高过压能力；
测量指标；
压力量程：
表压量程:0~7kPa至0~7MPa之间任意选择；
密封压力量程:0~1MPa至0~70MPa之间任意选择；
绝压量程:0~10kPa至0~70MPa之间任意选择；
差压量程：
湿/干式单向或双向：7kPa~3.5MPa；
湿/湿式单向或双向：35kPa~3.5MPa；
静压：大7MPa；
大气压量程：
大气压量程小量程跨度为35kPa；
复合量程：
复合压力量程也可供选择；。
智能无线压力传感器、无线压力变送器应用范围与技术特点
智能无线压力传感器、无线压力变送器应用X围及技术特点
无线传感器产品为系统级产品，即包括现场无线传感器、数据转发网关和监控主机等在内的整体解决方案。
因具有成本低、X围大、布设灵活、移动支持等
特点，无线传感器终端产品在智慧城市、工业监控、智慧泵房、智慧水务、医疗
健康、环境监测等行业的应用一直广受重视;
智能无线压力传感器的技术特点：
1、一般情况下，无线压力传感器可配备液位、压力、水浸、温湿度、振动、温度等多种传感器探头；
2、智能无线压力传感器的传输方式可分为GPRS/LORa/
LORaWAN/NB-iot等；
3、智能无线压力传感器一般情况下可以进行远程参数设置、远程软件升级
等操作功能；
4、也可以使用锂电池供电、并且超低功耗设计；
5、根据智能无线压力传感器的使用环境，一般情况下压力传感器防水等级高，使用寿命长可以长期用于水下、地下工况等。
随着智能无线传感器终端技术的不断成熟，以及市场需求的不断提升，智能无线传感器终端产品对传统工业传感器替代效果不断提升。
市场前景广阔。
从有线到无线的变化将加速无线传感器终端的成长，透过无线传感器可接触到比有线更广泛、更弹性化以及可扩展的多元应用。
随着近几年无线传感器技术的飞速发展，越来越多的无线传感器终端产品开
始投入使用。
目前无线传感器终端产品主要用于检测和监测两部分市场。
在这些监测领域中，无线传感器终端产品相对于有线产品具有成本低，灵活性高和应用情景广等显着特点，无线替代有线已呈现未来的发展趋势。
温度压力一体化传感器的功能特点是什么？
温压一体传感器综合了温度传感器和压力传感器的双层特点，既可以测温度又可以测压力，其结构设计一般是在压力传感器的下面增加一个温度传感器探头，所以性状和普通的压力传感器有区别，也不想普通的温度传感器，温压一体传感器一般有四线输出，温度信号和压力信号分开输出，这样设计是有原因的，因为虽然用户需要温压一体传感器，但这是处于安装考虑的，信号还是要分开采集的，这样有助于分开分析信号。
温压一体传感器大大节约了传感器材料，使得温压一体传感器的价格比单独温度传感器和压力传感器价格相加要便宜一些。
温压一体的这种传感器大大方便了客户的使用，尤其是在管道上有时需要测量多处的温度和压力，如果使用分开的温度传感器和压力传感器就会显得管道上布满了传感器，而却线路也特别复杂。
温压一体传感器很好的解决了这一问题。
温压一体传感器是新型的传感器，它顺应了时代的发展。
不仅满足了客户的需要而且是传感器行业的一个突破，使得传感器行业有了一个新的研究热点。
传感器厂家也只有提高自身的生产生平，才能使得温压一体传感器更加符合客户的需要。
温度传感器和压力传感器可以说是传感器行业使用得最大的两种传感器，而且温度传感器和压力传感器经常一起使用，是传感器行业的一对姊妹花。
每次需要测管道里面液体或者气体的压力和温度的时候都需要安装压力传感器和温度传感器，这十分的不方便。
尤其是在空间有限的地方，温压一体变送器显示出独有的魅力。
温压一体传感器综合了温度传感器和压力传感器的双层特点，既可以测温度又可以测压力，其结构设计一般是在压力传感器的下面增加一个温度传感器探头，所以性状和普通的压力传感器有区别，也不想普通的温度传感器，温压一体传感器一般有四线输出，温度信号和压力信号分开输出，这样设计是有原因的，因为虽然用户需要温压一体传感器，但这是处于安装考虑的，信号还是要分开采集的，这样有助于分开分析信号。
温压一体传感器大大节约了传感器材料，使得温压一体传感器的价格比单独温度传感器和压力传感器价格相加要便宜一些。
压力传感器的原理和应用
压力传感器的原理和应用压力传感器是一种用于检测和测量压力变化的装置，广泛应用于各个领域。
本文将介绍压力传感器的原理以及其在不同领域的应用。
一、压力传感器的原理压力传感器的基本原理是根据弹性元件的形变来测量外界压力的变化。
弹性元件可以是金属薄膜、金属绞线、气体或液体等，在外界压力的作用下发生形变，通过检测这种形变来测量压力的大小。
1. 金属薄膜压力传感器原理金属薄膜压力传感器是最常见的一种类型。
它由金属薄膜贴附在载体上构成。
当外界压力作用于金属薄膜时，金属薄膜发生形变，形变后的电阻值发生变化，利用电桥测量这种变化可以得出压力的数值。
2. 压阻式压力传感器原理压阻式压力传感器将电阻与弹性元件相结合。
当外界压力作用于弹性元件时，导致电阻值的变化，通过测量电阻值的变化来计算压力大小。
3. 容性式压力传感器原理容性式压力传感器利用弹性体的变形引起的电容量的变化来测量压力。
当外界压力作用于弹性体时，弹性体形变，使电容量发生变化，通过测量电容量的变化来判断压力的大小。
二、压力传感器的应用领域压力传感器在许多领域中都有广泛的应用，下面将介绍其中几个常见的应用领域。
1. 工业自动化领域在工业自动化领域，压力传感器用于监测和控制各种工艺中的气体或液体的压力变化。
例如，在制造业中，通过监测设备中的气压来确保生产过程的稳定性和安全性。
2. 汽车领域压力传感器在汽车领域中扮演着至关重要的角色。
它们用于监测发动机中的油压、冷却系统中的压力以及制动系统中的液压压力。
这些信息可以用来确保发动机的正常运行和提供安全的制动性能。
3. 医疗领域在医疗领域，压力传感器用于监测患者体内的生理参数，如血压、呼吸压力等。
它们还被应用于手术设备和人工呼吸机等医疗设备中，以监测和调节压力。
4. 环境监测领域压力传感器在环境监测领域中的应用越来越广泛。
它们被用于监测气候变化、水位高度、大气压力等参数。
这些数据对于环境保护和天气预测等方面具有重要意义。
压力传感器的原理和应用
压力传感器的原理和应用压力传感器是一种专门用于测量压力的装置，可以将压力信号转化为与之对应的电信号输出。
它主要由感应元件、信号处理电路和输出设备组成。
压力传感器的原理基于一系列物理效应，如电阻效应、压电效应、电容效应等，通过感应元件对压力进行感应和转化。
一、压力传感器的原理压力传感器的原理有多种，包括电阻式、压电式、电容式等。
1. 电阻式压力传感器：这种传感器的原理基于电阻的改变。
当压力作用于感应元件时，感应元件的电阻会随之改变，通过测量感应元件上的电阻变化，可以确定压力的大小。
电阻式压力传感器的优点是精度高、响应速度快，但缺点是较为复杂，体积较大。
2. 压电式压力传感器：这种传感器的原理基于压电效应。
压电材料在受到机械力作用时，会产生电荷，通过感应元件将机械能转化为电能。
压电式压力传感器具有高灵敏度和稳定性好的特点，广泛应用于工业控制领域。
3. 电容式压力传感器：这种传感器的原理基于电容效应。
压力导致感应元件结构的微小变形，从而改变感应元件的平行板之间的电容量。
通过测量电容的变化，可以获得压力的信息。
电容式压力传感器的优点是结构简单、精度较高，但对环境的适应性较差。
二、压力传感器的应用压力传感器在许多领域都有广泛的应用，以下是其中几个主要的应用领域：1. 工业控制：压力传感器可以用于测量和监测工业过程中的压力变化。
比如，在冶金行业中，压力传感器常用于测量高炉中的压力变化，以控制冶炼过程；在石油化工行业中，压力传感器常用于监测管道中的压力，确保安全运行。
2. 汽车工业：压力传感器在汽车工业中有多种应用，常见的如汽车发动机的油压检测、轮胎胎压监测等。
这些应用可以提高汽车的性能和安全性。
3. 医疗领域：压力传感器在医疗领域中扮演着重要的角色，用于监测患者的生理参数。
例如，血压计就是一种常见的压力传感器，它可以测量人体血管中的压力值，帮助诊断和治疗疾病。
4. 家用电器：压力传感器也广泛应用于家用电器中，如洗衣机、空调等。
MEMS压力传感器分析
MEMS压力传感器名词解释：MEMS：Micro-Electro Mechanical System，微型电子机械系统或微机电系统，是利用半导体集成电路加工和超精密机械加工等多种技术，并应用现代信息技术制作而成的微型器件或系统。
半导体集成电路：一种通过一定工艺把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，具备所需电路功能的微型电子器件或部件。
晶圆：硅半导体集成电路或 MEMS 器件和芯片制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。
单晶硅：硅的一种形态，具有完整的点阵结构且晶体内原子都是呈周期性规则排列的硅晶体，是 MEMS 的主要材料。
多晶硅：硅的一种形态，晶体内各局部区域里原子呈周期性排列，但不同局部区域之间的原子排列无序，在MEMS 中多用于结构层和电极导电层。
二氧化硅：硅的一种氧化物，一般指通过热氧化和沉积等方法制作而成的薄膜材料，在MEMS 中多用于绝缘层、掩膜和牺牲层。
惠斯顿电桥：由四个电阻组成的电桥电路，是一种可利用电阻变化来测量外部物理量变化的电路器件设计。
压电效应：某些电介质受到外部机械力作用而变形时，电介质材料内部产生极化并产生正负相反的电荷的现象。
EDA：Electronic Design Automation，电子设计自动化，指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术，完成电子产品的自动设计。
封装：集成电路和 MEMS 的安装、固定、密封工艺过程，具有实现集成电路、MEMS 管脚与外部电路的连接，并防止外界杂质腐蚀电路的作用。
PCB：Printed Circuit Board，印制电路板，是组装电子产品各电子元器件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。
温漂：温度漂移，指环境温度变化造成半导体集成电路、MEMS 等器件性能参数变化，导致器件参数不稳定甚至无法工作的现象。
压力传感器的信号特征及误差分析
压力传感器的信号特征及误差分析▪传感器的误差只要有测量就一定存在误差。
对于具体应用而言，即使有误差，从某种意义上来讲，误差却也是相对的，只要误差在允许的范围之内，就可以被接受，并且专业的用户一般在实际应用中会遵循“适用，优选”的原则来选择传感器。
压力传感器在应用中，其关注的特性包括但不限于以下几种特征：•压力测量范围：FSO-kPa（差压/静压，表压/密封表压，绝压）•压力测量误差：±kPa•测量分辨率：kPa/bit•工作电压/电流•存储、工作温度范围，测量介质•压力测量响应特性,重复性，长期稳定性在这些压力参数之下，掩藏着一颗将压力转换为电信号的压力传感器芯体或者模块。
测量压力有多种原理方式，但不是每种原理都可以涵盖所有的压力类型及压力范围：•硅压阻•溅射薄膜•硅谐振•电容式•电涡流•力平衡熔石英波登管•应变片…关于误差分析，以下内容将针对硅压阻方式的压力传感器进行一个简单的说明。
图-1硅阻压力传感器从硅片到各型封装应用在图-1中，列举了当前在各个领域中广泛应用的基于硅压阻压力传感器从裸片到若干封装的几个典型形式。
产品类型中有的仅作外部封装，有的将对应量程输出模拟信号经过温度补偿和校准，可以进行互换操作的，有的进一步将模拟信号放大处理的，及进一步数字化处理后输出，有的进行数字化校准后使用相应的接口协议在工业界广泛应用的压力变送器形式的，以及在汽车，医疗等行业的应用中，集成其它诸如温度或者气体等传感器的成为一种综合形式的模块。
当然，也有利用待测介质的压力特性测量其它对应的物理量，比如用于呼吸机等领域的基于低差压传感器的流量传感器等。
一般而言，在未经数字化处理之前的压力传感器，多会在产品的特性栏中描述迟滞（压力、温度）及线性度、温度系数等特征参数，而经过数字化处理后的压力传感器或者变送器，在描述输出信号特性的时候，大多不再描述这些参数指标，而是提供总体的测量精度等参数。
这种差异并不是因为数字化可以消除类似迟滞等特性，而是数字化处理后很难再区分是因为传感器元件的测量信号还是固件处理本身引起的某些类似迟滞等特性，因此一般均把迟滞、温度特性等引起的元件测量误差和量化处理误差综合成为了产品最终的测量精度、误差及长期稳定性的描述上更为合理。
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压力传感器特点：
1.传感器的量程和功能都得到了进一步扩展，能实现对基本参数和特殊参数的测量，满足不
同场合的需要。
2.传感器的灵敏度和测量精度也同时得到了提高，对于微弱信号测量，各种信号的校正和补
偿都可以实现，测量数据可以根据需要进行存储。
3.数据测量的稳定性和可能性得到提升，减小外界环境对压力传感器输出干扰，可以对测量
有选择性地进行。
4.能够实现自我诊断功能，对发生故障的部位能及时且准确地进行锁定，故障状态迅速识别，
解决一些通过硬件不能实现的问题。
5.信号输出形式和接口选择更为多样，通信距离得到更大提高。