壓力變送器的發展歷程

壓力變送器以半導體變送器的發明為標志,而半導體變送器的發展可以分為四個階段[1] :

1） 發明階段（1945-1960年）:

  這個階段主要是以1947 年雙極性晶體管的發明為標志。此后,半導體材料的這一特性得到較廣泛應用。史密斯（C.S. Smith） 與1945 發現了硅與鍺的壓阻效應[2] ,即當有外力作用于半導體材料時,其電阻將明顯發生變化。依據此原理制成的壓力變送器是把應變電阻片粘在金屬薄膜上,即將力信號轉化為電信號進行測量。此階段zui小尺寸大約為1cm。

2） 技術發展階段（1960-1970年）:

  隨著硅擴散技術的發展,技術人員在硅的（001） 或（110） 晶面選擇合適的晶向直接把應變電阻擴散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成較薄的硅彈性膜片,稱為硅杯[3] 。這種形式的硅杯變送器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定性好、成本低、便于集成化的優點,實現了金屬- 硅共晶體,為商業化發展提供了可能。

3） 商業化集成加工階段（1970-1980年）:

  在硅杯擴散理論的基礎上應用了硅的各向異性的腐蝕技術,擴散硅變送器其加工工藝以硅的各項異性腐蝕技術為主,發展成為可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術[4 ] ,主要有V 形槽法、濃硼自動中止法、陽極氧化法自動中止法和微機控制自動中止法。由于可以在多個表面同時進行腐蝕,數千個硅壓力膜可以同時生產,實現了集成化的工廠加工模式,成本進一步降低。

4） 微機械加工階段（1980 年-今）:

  上世紀末出現的納米技術,使得微機械加工工藝成為可能。通過微機械加工工藝可以由計算機控制加工出結構型的壓力變送器,其線度可以控制在微米級范圍內。利用這一技術可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜,使得壓力變送器進入了微米階段。

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