Compreendendo os MEMS

Compreendendo o uso e a função dos sensores de pressão piezoresistivos MEMS

Sensores de pressão são componentes vitais que desempenham um papel crucial em vários setores. O mercado de sensores de pressão deverá ter um crescimento notável, conforme indicado por pesquisas recentes, e deverá atingir quase 24.5 bilhões de dólares até 2028.

Eles encontram aplicações em automação automotiva, automação industrial e controle de processos, produtos de consumo como mergulho, e-bikes e, principalmente, na área médica.

Os sensores de pressão funcionam com base no princípio da força de um fluido dividida por área. Para colocar em perspectiva, considere uma seringa – uma menor pode gerar mais pressão do que uma maior com a mesma força aplicada. Compreender este conceito é crucial quando se trata de sensores de pressão.

Pressão atmosférica é um termo que ouvimos com frequência...

A pressão atmosférica é essencialmente o peso do ar que nos pressiona. À medida que você sobe em um avião ou espaçonave, o ar se torna menos denso, com menos moléculas e menos oxigênio. É importante considerar a pressão atmosférica ao medir a pressão em sua aplicação, pois ela determinará o tipo de sensor de pressão necessário.

Não apenas automotivo

Os sensores de pressão encontram aplicações em um espectro diversificado de indústrias, expandindo-se muito além do seu uso tradicional no setor automotivo. Um dos setores onde os sensores de pressão desempenham um papel crítico é a indústria do mergulho. Neste campo, sensores de pressão são empregados para monitorar a profundidade dos mergulhadores debaixo d’água, permitindo-lhes calcular com precisão os tempos de subida e descida. O ambiente subaquático hostil necessita de medições de pressão confiáveis ​​para garantir a segurança do mergulhador.

Os sensores de pressão chegaram ao mercado de produtos de consumo. Por exemplo, no domínio das bicicletas, especialmente na categoria emergente de e-bikes, os sensores de pressão são integrados em vários componentes. Esses sensores podem ser utilizados em amortecedores de bicicletas, pneus e outras peças críticas para melhorar o desempenho geral e a experiência do usuário.

Quais são as aplicações típicas dos sensores de pressão piezoresistivos e como funcionam?

Sensores de pressão piezoresistivos são um subtipo de sensores de pressão conhecidos por sua versatilidade e uso em diversas aplicações. Os sensores piezoresistivos funcionam segundo um princípio que envolve cristal de silício semicondutor dopado, o que lhes permite medir a pressão de forma mais repetitiva do que outras tecnologias.

Para entender suas aplicações típicas, vale ressaltar que os sensores de pressão piezoresistivos não estão restritos a um único campo. Eles são usados ​​em uma variedade de indústrias, incluindo o setor médico. Em procedimentos médicos como a angioplastia, onde os cirurgiões insuflam balões dentro das artérias, os sensores de pressão desempenham um papel crucial. Nestes procedimentos, a saída do sensor de pressão ajuda o cirurgião a monitorar o nível de inflação dentro do balão e a avaliar o estado geral do procedimento.

O que é a tecnologia MEMS e suas vantagens

MEMS significa Sistemas Micro-Elétrico-Mecânicos, e existem muitos tipos diferentes de MEMS. As etapas de deposição, implantação iônica e difusão são fundamentais para a fabricação de semicondutores, bem como a fotolitografia e gravação de sensores de pressão MEMS. Os sensores de pressão MEMS apresentam um diafragma de silicone elástico, o que significa que estão livres de histerese e deformação. Essa elasticidade beneficia o sensor porque permite que ele passe por repetidos ciclos de pressão sem alterar suas propriedades. Quando as coisas tendem a mudar ou mudar, quase sempre é o resultado de como são embaladas, não necessariamente do próprio chip de silício. Colocar milhares de sensores de pressão em um wafer também ajuda significativamente a reduzir custos.

Merit Sensor tem sua fábrica de wafer em Utah. Há muitas vantagens em trabalhar com um fornecedor que possui sua fábrica de wafers. Quando se trata de desenvolver um novo produto, ter sua fábrica de wafer é uma grande vantagem, pois permite controlar a cadeia de suprimentos. Manter o design internamente é frequentemente considerado a chave para o desenvolvimento e lançamento bem-sucedido de qualquer produto.

A principal característica de design de um Sensor de pressão MEMS é o Ponte Wheatstone difundido no diafragma de silício. A mudança na saída desta ponte corresponde a uma mudança na pressão aplicada. Quando um cliente precisa de uma faixa de pressão mais alta, o sensor requer um diafragma mais espesso para lidar com o aumento de pressão. Por outro lado, para medir baixas pressões, como polegadas de água ou baixos pascais, um diafragma fino é suficiente.

Após o processo de fabricação, o silício é colado a um pedaço de vidro. O vidro pode ter um orifício para criar uma ventilação para várias aplicações de pressão ou pode ser selado sem orifício. Neste último caso, o vidro e o silício são unidos no vácuo.

Quando não há furo no vidro, ele é conhecido como sensor absoluto porque o espaço entre o silício e o vidro representa pressão zero absoluta.

Existem dois tipos de sensores absolutos feitos de MEMS morre. O tipo tradicional não possui furo no vidro traseiro, criando uma referência de vácuo selada para pressão absoluta. No entanto, este projeto requer proteção para o circuito na parte superior para evitar corrosão e curtos-circuitos devido à umidade ou umidade.

Alternativamente, existe o sensor absoluto com pressão traseira. Neste projeto, um pedaço de vidro é adicionado ao topo do silício, criando uma referência de vácuo selada na parte superior e permitindo a pressão traseira no elemento MEMS. Esse tipo é comumente usado em aplicações automotivas e de alta temperatura, bem como com líquidos.

As matrizes MEMS são comuns em aplicações de transdutores de pressão ou transmissores de pressão onde a matriz MEMS está em um coletor. O coletor é soldado em uma caixa de aço inoxidável com diafragma de aço inoxidável. O aço inoxidável é uma escolha excelente, pois é muito amigável à mídia, e a maioria das pessoas geralmente está familiarizada com as capacidades do aço inoxidável. Este pacote é adequado para muitas aplicações industriais.

Depois de soldar o diafragma de aço inoxidável e a embalagem, há um enchimento de óleo neste alojamento. Um óleo de silicone limpo envolve a matriz MEMS, transmitindo pressão entre o diafragma de aço inoxidável e o diafragma de silício do elemento MEMS.

No HVAC indústria, a matriz MEMS pode ser adquirida separadamente ou embalada em nossa série LP e colocada em uma placa de controle. Essas placas de controle são encontradas em grandes edifícios, no topo do edifício, próximo à entrada de ar, ou na despensa do edifício, onde estão localizados trocadores de calor e sistemas de fluxo de ar.

Outra aplicação comum é no transporte. Sensores de pressão são amplamente utilizados em vários tipos de automóveis. Esta área continua a crescer à medida que a legislação impulsiona a procura de maior eficiência e emissões mais limpas.

(fonte: https://www.azosensors.com/ trecho da entrevista para Scott Sidwell, Gerente de Engenharia da Merit Sensor Sistemas)

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