《电气测试技术第5版》 课件 4.3 硅压阻式微型压力传感器

02December20244.3硅压阻式微型压力传感器4.3.1硅盒制作工艺简述4.3.2普通型单片集成压力传感器4.3.3具有温度补偿功能集成压力传感器4.3.4频率输出型压阻式集成压力传感器4.3.5集成压力传感器MPX31004.3.6MPX7000系列压力变送器4.3.7扩散硅差压变送器02December20244.3.1硅盒制作工艺简述

图4-10为硅盒式集成压力传感器芯片剖面图，采用硅盒结构将压敏元件与CMOS信号调理电路集成在同一硅芯片上制作微型压力传感器。其制作工艺简述如下：（1）首先在下层硅片表面通过掩蔽腐蚀方法形成深10，长和宽各60的凹坑。

图4-10硅盒结构集成压力传感器剖面（2）将上层硅片与下层硅片在1150℃高温下烧结键合在一起便形成一个参照压力空腔。（3）将上层硅片减薄至30，并将便面抛光，通过光刻对中方法在参照压力空腔上方的硅膜片上用离子注入工艺形成压敏全桥。

（4）用标准CMOS工艺在参照压力空腔周围的上层硅片上制作具有各种功能的信号调理电路。最后将引脚引出和封装，形成单片集成微型压力传感器。02December20244.3.2普通型单片集成压力传感器整个压力传感器芯片面积为1.5mm2，其原理电路见图4-11。图4-11集成压力传感器原理02December20244.3.3具有温度补偿功能集成压力传感器上述单片集成压力传感器由于没有补偿功能，零点漂移和灵敏度漂移在所难免。因此，传感器的精度和温度特性难以得到大幅度的提高。这里介绍一种具有零点漂移和灵敏度漂移补偿功能的集成压力传感器，其组成框图见图4-12。图4-12具有补偿功能的集成压力传感器02December20244.3.4频率输出型压阻式集成压力传感器图4-14频率输出型压阻集成传感器02December20244.3.5集成压力传感器MPX3100该传感器将压敏电阻、补偿电路、基准电压源和信号调理电路集成在同一芯片上，其剖面图见图4-15a；敏感元件的符号和引脚功能见图4-15b。该传感器的敏感元件为单个X型压敏电阻，它的工作原理是利用单片硅压敏电阻产生随被测压力而变化的输出电压。图b中，3、1脚接激励电压；2、4脚为输出电压。图4-15MPX3100传感器的结构a）剖面图

b）敏感元件的符号02December2024MPX3100传感器电路原理该传感器的电路原理见图4-16。图中，A1用于补偿压力传感器的零位温漂，并起提高输入阻抗作用。A2将差分输入转换成单端对地输出，并起阻抗变换作用。A3为精密基准电压源，其作用是校准传感器零位输出电压。A4是电压放大器，其增益由经激光修整的精密电阻

来校准。该传感器的测量范围为0~0.1MPa，输出电压为（0.5~2.5）V。图4-16MPX3100传感器电路原理02December20244.3.6MPX7000系列压力变送器该系列压力变送器为DC4~20mA输出的二线制变送器，传输距离达50m以上，负载电阻为150～400，可与DDZ-III调节器组成自动控制系统。该系列变送器具有温度自动补偿，线性度好，灵敏度高，重复性好和精度高的特点。该变送器采用X型压敏电阻作为压力检测元件，其符号及引脚功能见图4-15b，再配接运放A组成。其电路原理见图4-17。图4-17MPX7000系列压力变送器原理图02December20244.3.7扩散硅差压变送器扩散硅差压变送器检测元件的结构见图4-18a。整个检测元件由两片研磨后胶合而成（即硅杯）的硅片组成。在硅杯上制作压阻元件，利用金属丝将压阻元件引接到印刷电路板上。再穿过玻璃密封引出。硅杯两面浸在硅油中，硅油与被测介质间有金属隔离膜分开。被测差压

引入测量元件后，通过金属膜