Solutions pour les capteurs de pression automobile

Types et caractéristiques des capteurs de pression

Les types de capteurs de pression comprennent le film de pulvérisation, la piézorésistance au silicium, les jauges de déformation, le saphir, la microfusion du verre, la piézorésistance céramique, la capacité de pression céramique, etc. La production de masse domestique est principalement la piézorésistance de silicium, la piézorésistance céramique, la microfusion de verre et la capacité de pression de la céramique, les caractéristiques de ces types de capteurs sont introduites ci-dessous:

1. piézorésistance de silicium

LefooEn utilisant l'effet piézorésistif et la bonne élasticité des matériaux semi-conducteurs, un capteur piézorésistif au silicium a été développé grâce à la technologie des circuits intégrés et à la technologie de traitement MEMS. À l'heure actuelle, la taille minimale de la piézorésistance au silicium peut être comprise entre 0.5*0.5mm, de sorte que sur une plaquette de 8 pouces, près de 100,000 capteurs de pression peuvent être découpés. Le capteur piézorésistif au silicium, en tant que type de micro-capteur, présente les avantages d'une petite taille, d'une sortie élevée, d'un faible coût, d'une forte capacité de surcharge, d'une forte capacité anti-interférence et d'une sensibilité de sortie de signal élevée. Puisque le paquet conventionnel adopte généralement une structure de pression positive, il ne peut généralement mesurer que certains milieux purs et non corrosifs, et la dérive de température est relativement grande, et la dérive de température à grande échelle peut atteindre 0.15% F.S/℃.

À l'heure actuelle, il existe deux structures d'emballage couramment utilisées pour les noyaux de pression piézorésistifs en silicium: non isolés et isolés. Le type non isolé est généralement encapsulé dans une coque en plastique et la surface de la puce de silicium est protégée par un gel de silicone. Cette structure est plus adaptée à la pression du collecteur d'admission automobile. La mesure de la pression des pneus et de la pression atmosphérique présente des avantages évidents en termes de plage et de coût. Il peut également être utilisé pour mesurer la pression de l'huile moteur, de l'eau et des gaz d'échappement après l'emballage avec de la colle spéciale, mais le problème de la durée de vie est difficile à résoudre. L'emballage d'isolement utilise généralement la méthode interne de remplissage d'huile du diaphragme métallique. Cette méthode d'emballage peut être utilisée pour les milieux corrosifs ou polluants tels que l'huile moteur, le réfrigérant, le carburant, les gaz d'échappement, etc., mais en raison du processus de remplissage d'huile compliqué, le coût de production est élevé, par rapport à d'autres types de capteurs Le rapport prix/performance n'est pas évident.

En plus des deux méthodes d'emballage ci-dessus, domestiqueFabricant de capteurs de pressionEn train de développer une structure d'emballage inversée. Cette structure entre directement en contact avec le diélectrique à l'arrière de la tranche de silicium, ce qui peut éviter le risque de corrosion et de pollution du circuit à la surface de la tranche de silicium. Une fois que le processus d'emballage inversé est mature, le capteur piézorésistif en silicium conviendra à plus d'applications.

Figure 1-1 Noyau de pression en silicium diffus

2. piezorésistance en céramique

La technologie de résistance en céramique utilise un processus d'impression à film épais pour imprimer le pont de Wheatstone sur la surface de la structure en céramique et utilise l'effet varistance pour convertir le signal de pression du milieu en un signal de tension. La céramique est un matériau reconnu avec une élasticité élevée, résistance à la corrosion, résistance à l'usure, résistance aux chocs et aux vibrations.

La stabilité thermique de la céramique et sa résistance au film épais peuvent rendre sa plage de température de fonctionnement aussi élevée que-40 à 135 ℃, et l'isolation électrique est de 2kV. Une telle résistance d'isolation élevée est difficile à atteindre pour d'autres capteurs. À l'heure actuelle, de nombreux fabricants nationaux fournissent des céramiques. Noyau de capteur de pression de résistance. Cependant, la sensibilité de sortie du signal de cette technologie est faible, la plage est généralement limitée à 500kPa ~ 10MPa, et la structure creuse conventionnelle ne dépend que de la pression du diaphragme, qui a une faible résistance à la surcharge. Lorsque la pression du milieu à mesurer est surchargée, le capteur de résistance en céramique aura la rupture du diaphragme. Risque de fuite des médias. La piézorésistance en céramique convient aux applications de mesure de pression du réfrigérant, de l'huile moteur et des freins.

Le noyau de capteur piézorésistif en céramique a sa propre compensation de température, et la dérive de température peut atteindre 0.02% F.s/℃, donc pour la plupart des applications, aucune compensation de température n'est nécessaire, ce qui peut réduire les coûts de production. Le problème de la dérive temporelle des capteurs piézorésistifs en céramique générale est plus important, ce qui nécessite un approvisionnement en matériaux et des processus de production plus élevés.

Figure 1-2 Noyau piézorésistif en céramique

3. verre micro-fusion

La technologie de micro-fusion du verre utilise un procédé de frittage à haute température pour combiner une jauge de contrainte au silicium avec une structure en acier inoxydable. TQuatre résistances équivalentes à la jauge de contrainte en silicium forment un pont de Wheatstone. Lorsqu'il y a une pression moyenne de l'autre côté du diaphragme en acier inoxydable, le diaphragme en acier inoxydable produit une petite déformation qui fait changer le pont, formant un signal de tension proportionnel au changement de pression. Le processus de micro-fusion du verre est difficile à réaliser et le coût est élevé. Les principaux avantages sont une bonne tolérance moyenne et une forte résistance aux surcharges. Il convient généralement aux plages de haute pression et d'ultra-haute pression, telles que 10MPa ~ 200MPa, et son application est relativement limitée.

Les capteurs de pression de micro-fusion du verre présentent des avantages évidents dans les applications à haute pression telles que le rail commun diesel, l'hydraulique de chargement et les pompes à carburant. Pour les applications inférieures à 2MPa, il n'y a aucun avantage de coût. De plus, la dérive de température du capteur de pression de micro-fusion du verre est équivalente à celle du capteur piézorésistif au silicium, et une compensation de température est nécessaire pour atteindre la précision requise lors de l'étalonnage.

Figure 1-3 Noyau de micro-fonte de verre

4. capacité de pression en céramique:

La technologie de volume de pression en céramique adopte une base en céramique fixe et une structure de diaphragme en céramique mobile, et le diaphragme mobile est scellé et fixé avec la base au moyen d'une suspension de verre. Les motifs d'électrode sont imprimés à l'intérieur entre les deux pour former un condensateur variable. Lorsque la pression du milieu sur le diaphragme change, la capacité entre les deux change. Le signal est converti et conditionné par la puce de conditionnement, puis envoyé à l'étage suivant pour utilisation.

La technologie céramique de capacité de pression présente les avantages d'une large gamme, de bonnes caractéristiques de température, d'une forte capacité de surcharge et d'une bonne stabilité à long terme. Il est largement utilisé dans la mesure de pression du réfrigérant, de l'huile moteur, du frein, du carburant, etc. Le noyau de capacité de pression en céramique a de bonnes caractéristiques de température, par exemple, la dérive de température du noyau de 2MPa est meilleure que 0.5% F.s par 100 °C.

Figure 1-4 Noyau de capacité de pression en céramique

La technologie céramique domestique pression-capacité est très mature. Le processus de production des noyaux de capacité de pression en céramique est plus simple que celui des noyaux piézorésistifs, et le coût de production est inférieur à celui piézorésistif. Maintenant, les prix des noyaux de capacité de pression en céramique et des noyaux piézorésistifs en céramique sont stables. Les avantages inhérents à la capacité de pression céramique le rendent particulièrement adapté aux applications à haute fiabilité.