- 壓力傳感器在航天飛船中集成電路的應用
- 來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2013/7/1
每個周六，中國兵器工業(yè)第214所研究員級高級工程師夏俊生，都會像工作日一樣早早地來到辦公室加班。日前“神舟十號”載人飛船上天，他和他的團隊貢獻了5種集成電路。其中，驅動控制的專用集成電路、壓力傳感器等成為確保航天飛行器各系統(tǒng)正常運行的關鍵器件。
航天工程對于集成電路的質量和可靠性都有特殊要求。夏俊生與同事們將下達的20多項參數(shù)指標，細化分解成50多項落地指標。兩年時間研制樣品，三四年時間來改進優(yōu)化，214所終于研制出高可靠性的集成電路。按照要求，電路要保證在-55℃至125℃的溫度范圍內正常工作。夏俊生等技術人員把電路承受的范圍擴大到-65℃至150℃。
隨著傳感器技術的發(fā)展，功能集成化和結構小型化或一體化則成為傳感器的主要發(fā)展趨勢之一。壓力開關傳感器的研制就是將功能單一的機械式壓力開關與壓力傳感器結構小型化、功能集成化，使二者在同一個壓力腔內能夠同時提供開關信號和連續(xù)電信號。該壓力開關傳感器研制要突破一體化結構、小型傳感器設計及機械壓力開關等關鍵技術難點，解決涉及多門學科相互交叉的綜合技術。
為了實現(xiàn)機械壓力開關與傳感器一體化結構的要求，二者必須位于同一壓力腔體中。如果沒有體積尺寸和重量的限制，傳感器與壓力開關只需平行排列就可以。但在較小結構空間內，我們擬將傳感器與壓力開關的感壓膜片面對面安裝在同一壓力腔內，共用同一個壓力接口與信號接插件。能夠同步感受外部傳遞的壓力，并同時提供階越信號與連續(xù)電信號。該結構外殼為不銹鋼材料，整體設計采用固體硬連接，利用氬弧焊、電阻焊和電子束等多種體連接方法實現(xiàn)傳感器結構內無可動部件，強化傳感器抗壓、抗振、抗沖擊特性。
壓力傳感器的工作原理選擇擴散硅壓阻工作機理。將構成惠斯登電橋的四個擴散硅電阻對稱設計在彈性體的正負應變區(qū)上，擴散硅電阻隨被測介質的壓力增加而增加或減小，造成惠斯登電橋的不平衡電壓與被測壓力成線性變化。
基于一體化結構設計壓力傳感器的敏感器件和芯體采用微小型化，與壓力開關形成上下配套結構，形成一體化設計。為傳感器小型體芯結構。傳感器設計利用自主開發(fā)的傳感器計算機輔助設計應用技術進行，使用ANSYS有限元分析平臺軟件和CV機械設計軟件及數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)資料，建立合理適用的傳感器數(shù)學模型。傳感器結構進行全固態(tài)設計，敏感芯片與玻璃之間、玻璃與金屬導壓管之間連接采用靜電封接，燒結座、導壓管、膜片及焊環(huán)之間采用氬弧焊接或電子束焊接，有效地避免了膠粘等軟連接對傳感器性能的影響，同時提高了芯體的穩(wěn)定性和可靠性。同時利用貼片或厚膜電阻網絡技術，采用全溫區(qū)的兩點和三點補償方案，對傳感器的零點失調電壓、零點和靈敏度的熱漂移進行二次溫度補償。
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