У специјализованим индустријским и одбрамбеним апликацијама-као што су топљење челика, праћење издувних гасова мотора и бушење нафте-постоји потреба за мерењем притиска у условима високе{2}}температуре. Дакле, како сензори притиска издржавају високе температуре и шта чини сензор притиска способним да издржи тако екстремна топлотна окружења?
Да бисмо разумели овај проблем, морамо да почнемо са неколико кључних компоненти: чип сензора притиска, материјали за везивање чипа и коло које обрађује сигнале и врши температурну компензацију. У наставку ћемо разговарати о изазовима и решењима са којима се ове компоненте суочавају на високим температурама.
1. Чип за детекцију притиска
Најчешћи тип је чип сензора притиска са дифузним силиконом, који обично има максималну радну температуру од 125 степени и често се назива чипом за аутомобиле{1}}. За више температуре користе се СОИ (силицијум на изолатору) чипови под притиском. СОИ чипови са алуминијумским електродама могу да издрже температуре до 180 степени; СОИ чипови са композитним електродама могу да издрже температуре до приближно 450 степени.
лево:Шема чипа под притиском дифузног силицијумског супстрата. Дифузна површина силицијума је допирана концентрованим бором да би се формирала наранџаста-жута пиезорезистивна пругаста област. Како температура расте, носиоци наелектрисања из ових региона мигрирају у подлогу, мењајући излаз сензора-отуда и његово ограничење од око 125 степени, слично температури обрнутог пробоја диоде.
десно:Структура супстрата СОИ. Густи слој силицијум диоксида у средини спречава да носиоци набоја процуре у подлогу на високим температурама, чиме се побољшава отпорност на топлоту. Пошто су алуминијум и силицијум интердифузни изнад 180 степени, СОИ чипови са алуминијумским електродама су генерално ограничени на 180 степени. Са композитним електродама, чип може да ради до 450 степени.
За још више температуре користе се чипови супстрата од силицијум карбида (СиЦ). Као полупроводнички материјал треће{1}}генерације-широког појасног размака, СиЦ омогућава сензорима притиска да функционишу на температурама до 650 степени.
2. Материјали за лепљење чипова
Органски лепкови који се користе за лепљење чипова обично могу да издрже температуре до 260 степени. Да би се додатно побољшала отпорност на температуру, користи се синтеровање стаклене фрите. Стаклена фрита је вискозна мешавина стакленог праха, органских везива и испарљивих материја. Током -синтеровања на високим температурама, испарљиве материје и део органских материја испаравају, остављајући за собом стабилан стаклени слој који чврсто везује чип за његову металну основу. Пошто је доњи материјал чипа под притиском стакло, његово усклађивање напона везивања је релативно добро.
3. Компензација кола и температуре
Већина електронских компоненти може да издржи само до 125 степени, а неке су оцењене на 150 степени или 180 степени. Стога, ако се користи конвенционална електроника, део кола сензора високог{4}}притиска високе температуре је генерално ограничен на 180 степени. За рад изнад овог опсега обично се примењује отпорна мрежна компензација. Овај метод укључује додавање серијских или паралелних отпорника на Витстонов мост, као што је приказано на десној слици изнад. Ова компензација обично постиже укупни температурни помак од око 3–5% у целом температурном опсегу. Као резултат тога, листови са подацима сензора за високу{12}температуру притиска често наводе температурни помак као ±0,05% ФС/степен.
