論SMI SM95D/G在充油芯體領域應用

引言：

隨著電子技術及MEMS技術的發(fā)展，我們身邊越來越多的充斥著各種各樣的傳感器，如溫度、濕度、壓力、光學、磁性等，他們在我們生活中扮演著如耳朵、眼睛等非常重要的角色，今天我們的重點則是關于壓力傳感器方面的應用，壓力傳感器目前在工業(yè)自動化、石油化工、航空航天、電力、醫(yī)療、汽車尾氣檢測等行業(yè)應用非常廣泛、而充油芯體則是壓力傳感器中非常重要的組成部分，目前充油芯體核心基本以擴散硅式設計為主，設計上更為便捷應用上更為方便，本文將介紹基于SMI公司的SM95系列微壓壓阻式硅傳感器在壓力芯體上的應用。

壓力變送器及壓力芯體的結構及原理簡介：

壓力芯體在壓力測量中充當了壓力信號的初值反饋，最終壓力信號經(jīng)過校準、調(diào)理等將信號給到壓力變送器中，當壓力作用在測量膜片的表面時，膜片產(chǎn)生微小的形變，測量膜片上的高精度電路將這個微小的形變變換成為與壓力成正比的高度線性并與激勵電壓也成正比的電壓信號，然后將該信號給出，達到壓力測量的效果，壓力變送器一般由壓力充油芯體、調(diào)制電路、連接器、安裝口、外殼等組成。其中壓力充油芯體最為重要，它決定了壓力變送器的精度、穩(wěn)定性等關鍵性能指標，其中圖一及圖二分別展示了一般壓力變送器的結構圖及充油芯體圖，從變送器結構圖中我們也可以清楚的看到變送器測量端壓力充油芯體的位置。

壓力芯體是制造壓力傳感器及變送器的核心部件，作為一種高性能的敏感器件可以很方便的進行信號放大處理，裝配成標準信號輸出到變送器，將壓力敏感器件即壓力MEMS芯片（DIE）封裝到一定材料的基座中，外加壓力通過不銹鋼膜片、內(nèi)部密封然后充油，通過硅油傳遞到MEMS芯片上，MEMS芯片不直接接觸被測介質(zhì)，形成壓力測量的全固態(tài)結構，所以適用于各種環(huán)境、包括惡劣的腐蝕介質(zhì)環(huán)境，MEMS芯片外加氟橡膠圈進行壓力可靠密封裝配，然后將MEMS芯片測量值通過電壓信號傳輸出去，圖二外形圖展示了壓力芯體的結構，具有可靠性高、抗腐蝕、應用廣泛等特點。

SM95D/G系列微壓MEMS芯片介紹：

SM95系列是一款硅型微壓電阻式壓力傳感芯片，其滿量程為0.15 到1.5PSI（1到 10 kPa），特別適用于OEM和高容量應用，以DIE形式提供，可作為OEM系統(tǒng)的一部分貼裝在陶瓷基板或PCB基板上。此外還可以封裝到專有系列傳感器或特定應用系列傳感器中，其結構如圖三，以表壓及差壓形式提供，具有2*2mm封裝，適合用于微壓充油芯體領域。

SM95系列采用壓阻式壓力測量，為全橋式測量方式，如圖四，其內(nèi)部等效方式如圖五，這種方式由于采用差分信號計算，有效的避免了壓力隨溫度變化的影響，在壓力測量上更加準確，同時采用topside micromachined工藝技術，有效的降低了生產(chǎn)成本，SM95系列的關鍵參數(shù)如圖六，其過載壓力達到8倍，爆破壓力達到10倍，處于行業(yè)領先地位。

圖四

SM95D/G在充油芯體上應用測試：

我們利用SM95D通過標準生產(chǎn)工藝對其進行粘片、壓焊等，最后生產(chǎn)出壓力傳感器成品（壓力芯體），測試其參數(shù)性能，測試芯片為SM95系列中1KPa差壓型Die，型號為：SM9520-010M-G-D，芯片封裝形式如圖七，芯片測量壓焊如圖八。

通過以上壓焊工作后，對傳感器自身參數(shù)進行測試，其溫度漂移實測表如表一。

表一

將基于SM9520-010M-G-D的芯體做到變送器進行TC零漂、正反行程、靈敏度等參數(shù)實測，其測試數(shù)據(jù)如表二。

表二

通過以上測試數(shù)據(jù)可以看出，SM95系列在壓力芯體上的應用對靈敏度溫漂和零點時漂測試，同樣對重復性和遲滯進行測試，其性能指標均能達到行業(yè)較高水平。該芯片可以作為陶瓷封裝芯片使用也可作為充油方式使用。

結束語：

基于SMI公司的SM95D/G系列表壓及差壓型微壓壓力芯片（DIE）從產(chǎn)品內(nèi)部結構、工藝技術以及實際應用到變送器上測試的角度來說，其在壓力芯體上的應用參數(shù)性能均達到較高水平，其1KPa及10KPa型號非常適合用在壓力充油產(chǎn)品上，希望大家根據(jù)不同的應用及壓力參數(shù)要求選擇合適的壓力芯片。

參考文獻：

1、SM95D-G_Datasheet

2、SMI compressed

3、SMI芯片測試報告 2017-8-17