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壓力傳感器發展過程的下四個階段解析

電子設計 ? 來源:傳感器大佬 ? 作者:傳感器大佬 ? 2021-02-05 12:14 ? 次閱讀

壓力傳感器的歷史可追溯到70多年前......壓力傳感器以半導體傳感器的發明為標志,整個發展過程可以分為以下四個階段...

在現代工業設備中,壓力傳感器和檢測儀表是不可或缺的一部分。壓力傳感器是一種把非電量轉變成電信號的器件,而檢測儀表在模擬電子技術條件下,一般是包括傳感器、檢測點取樣設備及放大器(進行抗干擾處理及信號傳輸),當然還有電源及現場顯示部分(可選擇),電信號一般為連續量、離散量兩種,實際上還可分成模擬量、開關量、脈沖量等,模擬信號傳輸采用統一信號(4-20mADC等)。數字化過程中,檢測儀表變化比較大,經過幾個階段,近來多采用ASIC專用集成電路,而且把傳感器和微處理器網絡接口封裝在一個器件中,完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。在自動化儀表中經常把檢測儀表稱為變送器,如問題變送器、壓力變送器等。

而壓力傳感器的歷史可追溯到70多年前......壓力傳感器以半導體傳感器的發明為標志,整個發展過程可以分為以下四個階段:

1、發明階段(1945-1960年)

這個階段主要是以1947年雙極性晶體管的發明為標志。此后,半導體材料的這一特性得到較廣泛應用。史密斯(C.S.Smith)與1945發現了硅與鍺的壓阻效應,即當有外力作用于半導體材料時,其電阻將明顯發生變化。依據此原理制成的壓力傳感器是把應變電阻片粘在金屬薄膜上,即將力信號轉化為電信號進行測量。此階段最小尺寸大約為1cm。

2、發展階段(1960-1970年)

隨著硅擴散技術的發展,技術人員在硅的(001)或(110)晶面選擇合適的晶向直接把應變電阻擴散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成較薄的硅彈性膜片,稱為硅杯。這種形式的硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定性好、成本低、便于集成化的優點,實現了金屬-硅共晶體,為商業化發展提供了可能。

3、商業化階段(1970-1980年)

在硅杯擴散理論的基礎上應用了硅的各向異性的腐蝕技術,擴散硅傳感器其加工工藝以硅的各項異性腐蝕技術為主,發展成為可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術,主要有V形槽法、濃硼自動中止法、陽極氧化法自動中止法和微機控制自動中止法。由于可以在多個表面同時進行腐蝕,數千個硅壓力膜可以同時生產,實現了集成化的工廠加工模式,成本進一步降低。

4、微機械加工階段(1980年至今)

上世紀末出現的納米技術,使得微機械加工工藝成為可能。通過微機械加工工藝可以由計算機控制加工出結構型的壓力傳感器,其線度可以控制在微米級范圍內。利用這一技術可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜,使得壓力傳感器進入了微米階段。

如今壓力傳感器應用于各行各業,加之近年家用電器、汽車、信息產業三方面的飛速發展,對傳感器需求大增,所以傳感器制造業發展很快,形成獨立的產業,這就拉動了工業設備,特別是半導體設備制造業的發展。
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