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溅射合金薄膜压力传感器带电阻网络补偿的版图设计

发布时间:2018-5-30      发布人:泽天科技      点击:

溅射合金薄膜压力传感器广泛用于恶劣环境下气体、液体或蒸汽的压力测量。通常的压力传感器是通过外串零点补偿电阻、温度补偿电阻对传感器进行零点、温漂的补偿。这种补偿方法需增加手工丝绕电阻进行反复调试,给传感器带来了可靠性隐患,尤其是振动、冲击要求高的测试环境。对低于-55℃、高于175℃的使用环境,外串电阻的补偿方式不适应。本补偿方式,提高传感器的补偿可靠性,提高传感器的补偿温度范围。

为了解决上述技术问题,提供了一种在芯片上设计薄膜电阻网络进行零点补偿、灵敏度补偿的方法。具体设计是针对周边固支平膜片,在平膜片最大压应变、最大拉应变区各设计两个应变电阻,组成惠斯登全桥应变电路,在平膜片的非应变区设计一系列小薄膜补偿电阻组合,对应变电桥进行初始的零点平衡;在平膜片的非应变区设计铂热电阻,对桥路的正灵敏度漂移进行补偿。

通过设计,对合金薄膜电阻桥路进行零点补偿的电阻采用的是与组成桥路同一材质、同一工艺、同一时间溅射成膜的合金电阻,通过对桥臂电阻串接小的薄膜补偿电阻,可以使电桥达到初始平衡。这种补偿方式形成了纯合金电阻桥,这种应变电路因本身的自补偿性,不需要进行零点温漂补偿,实现了电桥电路的非补偿性。

在平膜片上非应变区溅射成铂热电阻,可以对薄膜电阻桥的正灵敏度温漂进行补偿,减小测试的灵敏度温漂。采用上述版图设计的合金压力传感器,可以有效减小传感器的温度误差,提高传感器的补偿温度范围达-196~250℃,传感器在补偿温度范围内的误差≤0.02%FS/℃。取消外串电阻补偿方式,有利于传感器的小型化结构设计,减少两个手工丝绕电阻,可以提高传感器的抗振性与可靠性。

溅射合金薄膜压力传感器带电阻网络补偿的版图具体实施

薄膜压力传感器的工作原理:通过对周边固支的平膜片(金属弹性体)进行研磨、抛光,然后在其上溅射沉积绝缘膜、应变电阻膜、保护膜,通过平膜片感受压力产生形变,溅射在其上的合金薄膜电阻也相应产生形变,电阻阻值发生改变,在膜片中心与边缘的电阻阻值变化方向相反,通过组成全桥应变电路,输出一个与压力值基本成线性的电信号。

薄膜压力电阻网络的设计要点

1.设计4个合金薄膜栅条电阻,电阻阻值设计为相同值,其中两个分布在膜片中心最大压应变区,两个分布在膜片边缘最大拉应变区,组成惠斯登全桥应变电路。

2.考虑在相同工艺下,由于系统误差和偶然误差的影响,4个栅条电阻不可能完全一致,导致桥路不可能完全匹配。为了适当调整栅条电阻的大小,在设计的每个栅条电阻尾端,增加设计了几个小的薄膜电阻,提供给每个栅条电阻选择。每个小的薄膜电阻的阻值各不相同,按一定比例设计,通过一系列小电阻的组合式选取,可以使电桥电路达到初始平衡。

3.在电桥的输入端设计了两个铂热电阻,沉积在平膜片的非应变区。通过在桥路中串入铂热电阻,可以有效补偿电阻桥的正的灵敏度温漂。本文源自泽天传感,版权所有,转载请保留出处!