ЖУРНАЛ СТА 4/2009

70 СТА 4/2009 РАЗРАБОТКИ КОНТРОЛЬНО ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ www.cta.ru Т ЕНЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ : ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА , ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСОБЕННОСТИ ООО ЭПО «Сигнал» выпускает ши рокую номенклатуру датчиков и скане ров давления для аэрокосмической промышленности. В основе чувстви тельных элементов датчиков давления лежат структуры «кремний на сапфи ре» (КНС). Структуры КНС впервые были полу чены в середине 60 х годов прошлого века и сразу привлекли к себе внима ние как специалистов по полупровод никовому материаловедению, так и разработчиков твердотельных микро схем. В первую очередь это было связа но с ожидаемым повышением быстро действия комплементарных структур «металл окисел полупроводник» (КМОП) на основе КНС, обусловлен ным хорошими диэлектрическими свойствами сапфировой подложки, а также высокой радиационной стой костью микросхем на основе КНС. В настоящее время основным приме нением структур КНС в полупровод никовом приборостроении является разработка радиационно стойких мик росхем, а также микросхем для опто электронных систем. Практически сразу после разработ ки технологии КНС наметилось ещё одно направление использования этих структур – тензоэлектрические преобразователи (ТП) механических величин. Это направление было пред ложено и успешно развивалось в на шей стране сначала в «НИИ Тепло прибор» (г. Москва) и «НИИ измери тельной техники» (г. Королёв), а затем в НПК «Ульяновский центр микроэ лектроники и автоматизации в маши ностроении», промышленной группе «Микроэлектронные датчики» (ПГ МИДА, г. Ульяновск), ПГ «Метран» (г. Челябинск), ООО ЭПО «Сигнал» (г. Энгельс) и других предприятиях. На базе тензочувствительных элемен тов КНС были разработаны и серийно производятся датчики давления «Кристалл», серии датчиков «Сап фир», МИДА и др. По сравнению с широко используе мыми твердотельными кремниевыми тензочувствительными элементами с диффузионными или имплантирован ными тензорезисторами полупровод никовые чувствительные элементы (ПЧЭ) на основе КНС имеют ряд пре имуществ. Во первых, в ПЧЭ на осно ве КНС отсутствует p n переход, изо лирующий тензорезисторы от подлож ки в твердотельных ПЧЭ, что позволя ет в десятки раз повысить пробивное напряжение датчиков и увеличить ра бочую температуру ПЧЭ. Во вторых, структуры на КНС имеют высокую ра диационную стойкость. Кроме того, технологии изготовления преобразова телей механических величин с ПЧЭ на основе КНС практически не требуют чистых условий твердотельного произ водства. В целом применение структур КНС в тензопреобразователях оказа лось настолько удачным, что абсолют ное большинство датчиков давления использует чувствительные элементы на основе КНС. Сапфир можно жёстко соединять посредством пайки высокотемпера турным припоем с титаном и его спла вами, поэтому в тензопреобразовате лях силы и давления широкое распро странение получили двухслойные мембранные элементы, изготовлен ные из титанового сплава с напаянны ми на них ПЧЭ на основе КНС. Двух мембранные ТП позволяют изготав ливать датчики давления из материа лов, отличных от титана (например, из нержавеющей стали), что расширяет возможности создания датчиков дав ления для агрессивных сред. Вместе с тем большая разница в температурных коэффициентах расширения титана и сапфира ведёт к дополнительной тем пературной деформации ПЧЭ и, как следствие, к дополнительной погреш ности ТП из за возникающей темпе ратурной зависимости начального вы ходного сигнала мостовой тензосхе мы, а технология пайки ПЧЭ ограни чивает выбор материала для упругого элемента ТП. Наряду с преобразователями на ос нове двухслойных мембран широкое распространение получили ТП, в кото рых упругим элементом служит сапфи ровая мембрана (то есть сам ПЧЭ на основе КНС), жёстко соединённая вы сокотемпературным стеклоприпоем с Установка калибровки сканеров и датчиков давления Описанная в статье установка предназначена для калибровки и поверки датчиков и сканеров давления с аналоговым или цифровым интерфейсом. Установка разработана и изготовлена компанией «Трайтек Инфосистемс» по техническому заданию ООО ЭПО «Сигнал», специализирующегося на выпуске датчиков давления для аэрокосмической промышленности. Валерий Батурин, Александр Ефентьев, Роман Ефимов, Олег Малкин, Юрий Афанасьев, Виктор Солотов © СТА-ПРЕСС