陶瓷基板在传感器中的应用 点击:36 | 回复:0



斯利通

    
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发表于:2022-11-03 15:31:02
楼主

传感器,英文名称transducer,是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成,

敏感元件直接感受被测量,并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。

 

一、按照制造工艺来分类的话:

1.集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上,例如现在大力发展MEMS传感器。

2.薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。

3.厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。

 4.陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶、凝胶等)生产。完成适当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。

 

二、根据测量目的的不同,传感器的使用环境也不一样。

不同的环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面:

1.高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器;另外,必须加有隔热、水冷或气冷等装置。

2.粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的,其密闭性存在着很大差异。常见的密封有密封胶充填或涂覆;橡胶垫机械紧固密封;焊接(氩弧焊、等离子束焊)和抽真空充氮密封。从密封效果来看,焊接密封为最佳,充填涂覆密封胶为最差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器,可选择涂胶密封的传感器,而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器,应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。

3.在腐蚀性较高的环境下,如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响,应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩,抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。

4.电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下,应对传感器的屏蔽性进行严格检查,看其是否具有良好的抗电磁能力。

易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害,而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此,在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求:在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器,这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性,还要考虑到防爆强度,以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。

 

       综上所述,传感器无非从灵敏度、频率响应、线性范围、稳定性和精度这几个方面去考量,其中稳定性与基板材质有很大关系,前面几项主要看制造工艺,从稳定性来讲的话,那么最适合传感器的非陶瓷封装基板莫属。陶瓷材料的稳定性能相当出色,只要制造的工艺技术能过关,陶瓷封装基板无疑要比其他PCB好用很多。

      但是目前国内传感器生产厂商还是以中小为主,依然有很多在使用薄膜工艺,用的是FR-4基板,使用寿命不长,稳定性差,遇到稍微恶劣些的环境,就直接罢工了。想要传感器跟上国际水准,还需要付出很大努力。

      国内传感器行业要想更新迭代、不断进步,肯定绕不过大范围应用陶瓷封装基板,陶瓷封装基板具有以下优点:

1.更高的热导率:氧化铝陶瓷的热导率:1535 W/m·K氮化铝陶瓷的热导率:170230 W/m·k,铜基板的导热率为2W/m·K

2.更匹配的热膨胀系数:陶瓷和芯片的热膨胀系数接近,不会在温差剧变时产生太大变形导致线路脱焊,内应力等问题!

3.更牢、更低阻的金属膜层:产品上金属层与陶瓷基板的结合强度高,金属层的导电性好,电流通过时发热小;

4.绝缘性好:耐击穿电压高达20KV/mm

5.导电层厚度在1μm1mm内任意定制:铜厚可以定制,对MEMS的贡献可不小。

6.高频损耗小,可进行高频电路的设计和组装;介电常数小,

7.可进行高密度组装,线/间距(L/S)分辨率可以达到20μm,从而实现设备的短、小、轻、薄化;


      说到底,传感器还是需要陶瓷封装基板的,目前在发达国家已经广泛应用了,我国目前真的不是技术制约了发展,传感器电路板的更新换代,还得看各大生产厂家,歌尔,大华这些中国龙头起到带头作用,厂家们进行技术革新,才能做大做强,我国的传感器行业也才能迎头赶上世界步伐。




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