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柯力傳感器PST-300KG：翼騰自動化分享壓力傳感器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展歷程

發(fā)布時間：2024-12-23

傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測量和自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。幾乎所有的技術(shù)領(lǐng)域都依賴于傳感器，無論是宇宙開發(fā)還是海底勘探，無論是生產(chǎn)過程控制還是現(xiàn)代生活，傳感器都發(fā)揮著重要作用。多個國家對傳感器技術(shù)的發(fā)展高度重視，例如，六大中心技術(shù)(計算機(jī)、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器)中，日本將傳感器技術(shù)列為其中之一。因此，任何從事現(xiàn)代測量和自動控制的技術(shù)人員都有必要了解和熟悉壓力傳感器的演進(jìn)過程。

以半導(dǎo)體傳感器的發(fā)明為標(biāo)志，現(xiàn)代壓力傳感器的發(fā)展可劃分為四個階段：

1. 發(fā)明階段(1945-1960年)

這個階段的關(guān)鍵事件是1947年雙極晶體管的發(fā)明。自那時起，半導(dǎo)體材料的電性質(zhì)被廣泛應(yīng)用。1945年，C.S.Smith發(fā)現(xiàn)了硅和鍺的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)外力施加到半導(dǎo)體材料上時，電阻會顯著變化?；谶@個原理，壓力傳感器通過將應(yīng)變電阻粘貼在金屬薄膜上制造，將力信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行測量。

2. 技術(shù)發(fā)展階段(1960-1970年)

隨著硅擴(kuò)散技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員將應(yīng)變電阻直接擴(kuò)散到硅晶面上，選擇了硅的(110)或(001)晶向，形成了薄而有彈性的硅膜片，然后在背面進(jìn)行凹形加工，形成硅杯。這種硅杯傳感器具有體積小、穩(wěn)定性好、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點。金屬硅共晶的實現(xiàn)為商業(yè)化開發(fā)提供了可能。

3. 商業(yè)化集成加工階段(1970-1980年)

基于硅杯擴(kuò)散理論，采用了硅的各向異性腐蝕技術(shù)。擴(kuò)散硅傳感器已發(fā)展成為一種可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術(shù)，其中加工技術(shù)主要集中在硅的各種各向異性腐蝕技術(shù)上。這些技術(shù)包括V型槽法、濃硼自動中止法、陽極氧化自動中止法和微機(jī)控制自動中止法。由于可以同時在多個表面進(jìn)行腐蝕，數(shù)千個硅壓力膜可以同時生產(chǎn)，實現(xiàn)了集成化的工廠加工模式，進(jìn)一步降低了成本。

4. 微機(jī)械加工階段(1980年至今)

上世紀(jì)末納米技術(shù)的出現(xiàn)使微加工成為可能。通過微加工過程，壓力傳感器的結(jié)構(gòu)可以通過計算機(jī)控制進(jìn)行加工，其線性度可以控制在微米范圍內(nèi)。利用這項技術(shù)，壓力傳感器進(jìn)入了微米級階段，可以加工和蝕刻微米級的溝槽、條紋和膜片。

在各種傳感器中，壓力傳感器廣泛應(yīng)用于壓力、高度、加速度、液體流量、氣體流量、液位和壓強的測量和控制。它具有體積小、穩(wěn)定可靠、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點。壓力傳感器已成為各類傳感器中穩(wěn)定性高、性價比優(yōu)越、技術(shù)成熟的產(chǎn)品。