MEMS verstehen

Verstehen der Verwendung und Funktion von piezoresistiven MEMS-Drucksensoren

Drucksensoren sind lebenswichtige Komponenten, die in verschiedenen Branchen eine entscheidende Rolle spielen. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass der Markt für Drucksensoren ein bemerkenswertes Wachstum verzeichnen wird und bis 24.5 voraussichtlich fast 2028 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Sie finden Anwendungen in der Automobilindustrie, der industriellen Automatisierung und Prozesssteuerung, bei Konsumgütern wie Tauchen, E-Bikes und vor allem im medizinischen Bereich.

Drucksensoren arbeiten nach dem Prinzip der Kraft einer Flüssigkeit geteilt durch die Fläche. Um es ins rechte Licht zu rücken: Betrachten Sie eine Spritze – eine kleinere kann bei gleicher Kraft mehr Druck erzeugen als eine größere. Das Verständnis dieses Konzepts ist beim Umgang mit Drucksensoren von entscheidender Bedeutung.

Atmosphärendruck ist ein Begriff, den wir oft hören ...

Der atmosphärische Druck ist im Wesentlichen das Gewicht der Luft, die auf uns drückt. Wenn Sie in einem Flugzeug oder Raumschiff aufsteigen, wird die Luft weniger dicht, enthält weniger Moleküle und weniger Sauerstoff. Bei der Messung des Drucks in Ihrer Anwendung ist es wichtig, den Atmosphärendruck zu berücksichtigen, da dieser die Art des benötigten Drucksensors bestimmt.

Nicht nur Automobil

Drucksensoren finden in den unterschiedlichsten Branchen Anwendung und gehen weit über ihren traditionellen Einsatz im Automobilsektor hinaus. Einer der Sektoren, in denen Drucksensoren eine entscheidende Rolle spielen, ist die Tauchindustrie. In diesem Bereich werden Drucksensoren eingesetzt, um die Tiefe von Tauchern unter Wasser zu überwachen und es ihnen zu ermöglichen, die Auf- und Abstiegszeiten genau zu berechnen. Die lebensfeindliche Unterwasserumgebung erfordert zuverlässige Druckmessungen, um die Sicherheit der Taucher zu gewährleisten.

Drucksensoren haben ihren Weg in den Konsumgütermarkt gefunden. Beispielsweise werden im Fahrradbereich, insbesondere in der aufstrebenden Kategorie der E-Bikes, Drucksensoren in verschiedene Komponenten integriert. Diese Sensoren können an Fahrradstoßdämpfern, Reifen und anderen wichtigen Teilen eingesetzt werden, um die Gesamtleistung und das Benutzererlebnis zu verbessern.

Was sind typische Anwendungen piezoresistiver Drucksensoren und wie funktionieren sie?

Piezoresistive Drucksensoren sind eine Unterart von Drucksensoren, die für ihre Vielseitigkeit und ihren Einsatz in verschiedenen Anwendungen bekannt sind. Piezoresistive Sensoren basieren auf dem Prinzip eines dotierten Halbleiter-Siliziumkristalls, wodurch sie den Druck wiederholbarer messen können als andere Technologien.

Um ihre typischen Anwendungen zu verstehen, ist hervorzuheben, dass piezoresistive Drucksensoren nicht auf ein einzelnes Feld beschränkt sind. Sie werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter auch im medizinischen Bereich. Bei medizinischen Eingriffen wie der Angioplastie, bei der Chirurgen Ballons in Arterien aufblasen, spielen Drucksensoren eine entscheidende Rolle. Bei diesen Eingriffen hilft der Ausgang des Drucksensors dem Chirurgen, den Grad der Inflation im Ballon zu überwachen und den Gesamtstatus des Eingriffs zu beurteilen.

Was MEMS-Technologie ist und welche Vorteile sie bietet

MEMS steht für Micro-Electrical-Mechanical Systems, und es gibt viele verschiedene Arten von MEMS. Die Abscheidungs-, Ionenimplantations- und Diffusionsschritte sind alle von grundlegender Bedeutung für die Halbleiterherstellung sowie für die Fotolithographie und das Ätzen von MEMS-Drucksensoren. MEMS-Drucksensoren verfügen über eine elastische Siliziummembran und sind daher frei von Hysterese und Kriechen. Diese Elastizität kommt dem Sensor zugute, da er wiederholten Druckwechseln standhalten kann, ohne seine Eigenschaften zu verändern. Wenn Dinge dazu neigen, zu kriechen oder sich zu verändern, liegt das fast immer an der Verpackung und nicht unbedingt am Siliziumchip selbst. Auch die Unterbringung tausender Drucksensoren auf einem Wafer trägt erheblich zur Kostensenkung bei.

Merit Sensor hat seine Waferfabrik in Utah. Die Zusammenarbeit mit einem Anbieter, der über eine eigene Waferfabrik verfügt, bietet viele Vorteile. Wenn es um die Entwicklung eines neuen Produkts geht, ist die eigene Waferfabrik ein großer Vorteil, da Sie so die Kontrolle über die Lieferkette haben. Das Design im eigenen Haus zu behalten, wird oft als der Schlüssel zur erfolgreichen Entwicklung und Markteinführung eines Produkts angesehen.

Das wichtigste Designmerkmal von a MEMS-Drucksensor lernen muss die Wheatstone Brücke in die Siliziummembran diffundiert. Die Änderung der Leistung dieser Brücke entspricht einer Änderung des angelegten Drucks. Wenn ein Kunde einen höheren Druckbereich benötigt, benötigt der Sensor eine dickere Membran, um den erhöhten Druck zu bewältigen. Umgekehrt reicht für die Messung niedriger Drücke, z. B. Zoll Wassersäule oder niedrige Pascal, eine dünne Membran aus.

Nach dem Herstellungsprozess wird das Silizium mit einem Stück Glas verbunden. Das Glas kann ein Loch haben, um eine Entlüftung für verschiedene Druckanwendungen zu schaffen, oder es kann ohne Loch abgedichtet werden. Im letzteren Fall werden Glas und Silizium im Vakuum miteinander verbunden.

Wenn im Glas kein Loch vorhanden ist, spricht man von einem Absolutsensor, da der Raum zwischen Silizium und Glas einen absoluten Nulldruck darstellt.

Es gibt zwei Arten von Absolutsensoren, die aus hergestellt werden MEMS stirbt. Der herkömmliche Typ hat kein Loch im hinteren Glas, wodurch eine versiegelte Vakuumreferenz für absoluten Druck entsteht. Dieses Design erfordert jedoch einen Schutz der Schaltkreise auf der Oberseite, um Korrosion und Kurzschlüsse durch Feuchtigkeit oder Nässe zu verhindern.

Alternativ gibt es den Absolutsensor mit Rückseitendruck. Bei diesem Design wird oben auf dem Silizium ein Stück Glas angebracht, wodurch auf der Oberseite eine versiegelte Vakuumreferenz entsteht und ein rückseitiger Druck auf das MEMS-Element ermöglicht wird. Dieser Typ wird häufig in Automobil- und Hochtemperaturanwendungen sowie bei Flüssigkeiten eingesetzt.

MEMS-Chips kommen häufig in Druckwandler- oder Drucktransmitteranwendungen vor, bei denen sich der MEMS-Chip auf einem Header befindet. Der Sammler ist in ein Edelstahlgehäuse mit einer Edelstahlmembran eingeschweißt. Edelstahl ist eine ausgezeichnete Wahl, da er sehr medienverträglich ist und die meisten Menschen mit den Fähigkeiten von Edelstahl in der Regel bestens vertraut sind. Dieses Paket ist für viele industrielle Anwendungen geeignet.

Nach dem Zusammenschweißen der Edelstahlmembran und des Gehäuses erfolgt eine Rückfüllung des Öls in dieses Gehäuse. Ein sauberes Silikonöl umgibt den MEMS-Chip und überträgt den Druck zwischen der Edelstahlmembran und der Siliziummembran des MEMS-Elements.

Im HVAC In der Industrie kann der MEMS-Chip separat erworben oder in unserer LP-Serie verpackt und auf einer Steuerplatine platziert werden. Diese Steuertafeln befinden sich in großen Gebäuden, entweder auf dem Dach des Gebäudes in der Nähe des Lufteinlasses oder im Hauswirtschaftsraum des Gebäudes, wo sich Wärmetauscher und Luftführungssysteme befinden.

Eine weitere häufige Anwendung ist der Transport. Drucksensoren werden häufig in verschiedenen Fahrzeugtypen eingesetzt. Dieser Bereich wächst weiter, da die Gesetzgebung die Nachfrage nach höherer Effizienz und saubereren Emissionen vorantreibt.

(Quelle: https://www.azosensors.com/ Auszug aus dem Interview zu Scott Sidwell, Technischer Leiter bei Merit Sensor Systeme)

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