Сензорите за притисок на микроелектромеханичките системи (MEMS) се широко користени во различни индустрии, вклучително и автомобилската, воздушната и медицинската, и станаа важни уреди за модерното инженерство поради нивната висока точност и мала големина. Во последниве години, сензорите за притисок постигнаа значителен напредок во технологиите за дизајн, производство и пакување, а нивните перформанси беа значително подобрени. Во овој труд, ќе разговараме за најновите трендови во сензорите за микро диференцијален притисок (MDPS), сензорите за резонантен притисок (RPS), интегрираните сензори и минијатуризираните сензори за притисок.
Каталог
Да почнеме да разбираме!
1.Основни принципи на MEMS сензори за притисок
Сензорите за притисок MEMS работат врз основа на пиезорезиститивни, капацитивни, пиезоелектрични или резонантни принципи. На пример, пиезорезистивните сензори го мерат притисокот преку мостот Витстон и имаат висока чувствителност. Сепак, факторите како што се движењето на високите температури влијаат на нивната точност, што стана предизвик што го ограничува нивниот развој. Капацитивните сензори се карактеризираат со мала потрошувачка на енергија и добра температурна стабилност, но паразитските ефекти имаат влијание врз нивната точност.
2. Микро диференцијален сензор за притисок (MDPS)
MDPS е широко користен во медицинската опрема, следењето на притисокот на излезот од пожар итн. Особено е погоден за високопрецизни мерења во мали опсези на притисок. Во последниве години, MDPS еволуираше од традиционалната рамна мембранска структура до покомплексен дизајн „зрак-мембрана-остров“ за да се подобри чувствителноста и да се намали нелинеарноста.
Слика 1 ја илустрира еволуцијата на дизајнот на MDPS од рамна мембрана до остров со мембрана со зрак, со значително зголемување на чувствителноста и пооптимизирана концентрација на стрес.
Оваа структура постигнува чувствителност од 11,098 μV/V/Pa во опсег од 0-500 Pa, што е значително подобрување во однос на структурите од типот C и рамната мембрана. Последователните оптимизации вклучуваат дизајн на вкрстен сноп и шуплива островска структура за дополнително подобрување на распределбата на стресот и динамичните перформанси.
3. Технологија на производство на MDPS
Изработката на MDPS бара високопрецизни процеси на офорт, вклучувајќи длабоко реактивно јонско офортување (DRIE) и борски допинг процеси, за формирање на пиезорезисторите. Огребувањето на стоп слојот е од клучно значење за контрола на дебелината на дијафрагмата и помага да се одржи висока чувствителност.
- Слика 2 ги илустрира клучните чекори во изработката на MDPS, нагласувајќи ја важноста на точноста на офорт за униформност на филмот.
- Интеграцијата на кола за засилување на сигналот дополнително ја подобрува чувствителноста, при што некои дизајни постигнуваат 44,9 mV/V/kPa.
4.Резонантни сензори за притисок (RPS)
Сензорите за резонантен притисок се широко користени во полињата со висока класа, како што се воздушната и времето за следење поради нивната висока точност и стабилност. Овие сензори го реализираат мерењето на притисокот со мерење на карактеристиките на варијацијата на фреквенцијата на резонантниот зрак со притисокот.
Слика 3 ја илустрира критичната улога на резонантните зраци во мерењата на фреквенцијата со висока чувствителност.
Температурната стабилност може дополнително да се подобри со користење на материјали како што е кварцот, додека напредната технологија на пакување обезбедува долгорочна сигурност.
5.Интегриран чип на MEMS сензор
За да се задоволат потребите за мултифункционални минијатуризирани уреди, истражувачите развија чипови со интегрирано сензори за притисок, температура и вибрации, кои имаат важни апликации во паметните телефони, автомобилските системи и индустрискиот мониторинг.
Слика 4 го илустрира интегрираниот дизајн на чипот, нагласувајќи го неговиот компактен фактор на форма и способностите за мерење со повеќе параметри.
Распоредот на сензорот е оптимизиран за да се намали пречки во стресот, додека технологијата за повеќеслојно поврзување се користи за да се подобрат перформансите и издржливоста на запечатувањето.
6.Клучни предизвици и идни случувања
Сензорите за притисок MEMS сè уште се соочуваат со предизвиците на способноста за динамичен одговор, компензација на температурата и минијатуризација за специфични сценарија за примена. Преку воведување на нови материјали како графен и наножици, се очекува дополнително да се пробие постојните технолошки тесни грла.
Слика 5 ги сумира новите достигнувања во интеграцијата на материјалите и иновациите за пакување за MEMS сензорите.
Идните истражувања треба да се фокусираат на раздвојување на чувствителноста и фреквенцијата, намалување на нелинеарноста и динамичко подобрување на перформансите за да се постават темелите за примена на сензори од новата генерација.
Заклучок
Сензорите за притисок MEMS станаа една од основните технологии за мулти-индустриски апликации, а нивните перформанси се сеопфатно подобрени преку континуирани иновации во дизајнот, производството и технологиите за интеграција. Овој труд го истакнува најновиот напредок на сензорите за микро диференцијален притисок, сензорите за резонантен притисок и интегрираните сензори. Со понатамошна оптимизација на технологијата, MEMS сензорите ќе играат поважна улога во областа на интелигенцијата и високата прецизност.
Горенаведениот вовед само ја гребе површината на апликациите на технологијата на сензорот за притисок. Ќе продолжиме да ги истражуваме различните типови на сензорски елементи што се користат во различни производи, како тие функционираат и нивните предности и недостатоци. Ако сакате повеќе детали за она што се дискутира овде, можете да ја проверите поврзаната содржина подоцна во ова упатство. Ако сте притиснати за време, можете исто така да кликнете овде за да ги преземете деталите за овој водич Податоци за производ на сензорот за притисок на воздухот PDF.
За повеќе информации за други технологии на сензори, ве молиме Посетете ја страницата на нашите сензори.
Референци
[1] X. Han et al., “Напредокот во сензорите за притисок MEMS со високи перформанси: дизајн, изработка и пакување,” Микросистеми & Наноинженеринг, кн. 9, бр. 156, стр. 1-34, декември 2023 година, https://doi.org/10.1038/s41378-023-00620-1
Одрекување: Содржината на овој напис е да привлече упатување кон погледите на други сајтови, доколку има прекршување или други работи, ве молиме контактирајте не за да ги избришеме