Entendiendo MEMS

Comprensión del uso y función de los sensores de presión piezoresistivos MEMS

Los sensores de presión son componentes vitales que desempeñan un papel crucial en diversas industrias. Se prevé que el mercado de sensores de presión experimente un crecimiento notable, como lo indican investigaciones recientes, y se espera que alcance casi 24.5 mil millones de dólares en 2028.

Encuentran aplicaciones en automoción, automatización industrial y control de procesos, productos de consumo como buceo, bicicletas eléctricas y, lo que es más importante, en el campo médico.

Los sensores de presión funcionan según el principio de fuerza de un fluido dividida por área. Para ponerlo en perspectiva, consideremos una jeringa: una más pequeña puede generar más presión que una más grande aplicando la misma fuerza. Comprender este concepto es crucial cuando se trata de sensores de presión.

La presión atmosférica es un término que escuchamos a menudo...

La presión atmosférica es esencialmente el peso del aire que nos presiona. A medida que se asciende en un avión o nave espacial, el aire se vuelve menos denso, con menos moléculas y menos oxígeno. Es importante considerar la presión atmosférica al medir la presión en su aplicación, ya que determinará el tipo de sensor de presión necesario.

No solo automotriz

Los sensores de presión encuentran aplicaciones en un espectro diverso de industrias, expandiéndose mucho más allá de su uso tradicional en el sector automotriz. Uno de los sectores en los que los sensores de presión desempeñan un papel fundamental es la industria del buceo. En este campo, se emplean sensores de presión para monitorear la profundidad de los buceadores bajo el agua, permitiéndoles calcular los tiempos de ascenso y descenso con precisión. El hostil entorno submarino requiere mediciones de presión fiables para garantizar la seguridad de los buceadores.

Los sensores de presión se han abierto camino en el mercado de productos de consumo. Por ejemplo, en el ámbito de las bicicletas, especialmente en la categoría emergente de bicicletas eléctricas, los sensores de presión están integrados en varios componentes. Estos sensores se pueden utilizar en amortiguadores, neumáticos y otras piezas críticas de bicicletas para mejorar el rendimiento general y la experiencia del usuario.

¿Cuáles son las aplicaciones típicas de los sensores de presión piezoresistivos y cómo funcionan?

Los sensores de presión piezoresistivos son un subtipo de sensores de presión conocidos por su versatilidad y uso en diversas aplicaciones. Los sensores piezoresistivos funcionan según un principio que implica un cristal de silicio semiconductor dopado, lo que les permite medir la presión de forma más repetible que otras tecnologías.

Para comprender sus aplicaciones típicas, cabe destacar que los sensores de presión piezorresistivos no están restringidos a un solo campo. Se utilizan en una variedad de industrias, incluido el sector médico. En procedimientos médicos como la angioplastia, donde los cirujanos inflan globos dentro de las arterias, los sensores de presión desempeñan un papel crucial. En estos procedimientos, la salida del sensor de presión ayuda al cirujano a controlar el nivel de inflado dentro del balón y a evaluar el estado general del procedimiento.

Qué es la tecnología MEMS y sus ventajas

MEMS significa Sistemas Microeléctricos-Mecánicos, y existen muchos tipos diferentes de MEMS. Los pasos de deposición, implantación de iones y difusión son fundamentales para la fabricación de semiconductores, así como la fotolitografía y el grabado de sensores de presión MEMS. Los sensores de presión MEMS cuentan con un diafragma de silicio elástico, lo que significa que están libres de histéresis y fluencia. Esta elasticidad beneficia al sensor porque le permite sufrir ciclos de presión repetidos sin alterar sus propiedades. Cuando las cosas tienden a moverse o cambiar, casi siempre es el resultado de cómo están empaquetadas, no necesariamente del chip de silicio en sí. Colocar miles de sensores de presión en una oblea también ayuda significativamente a reducir costos.

Merit Sensor tiene su fábrica de obleas en Utah. Hay muchas ventajas al trabajar con un proveedor que tiene su fábrica de obleas. Cuando se trata de desarrollar un nuevo producto, tener tu propia fábrica de obleas es una gran ventaja, ya que te permite controlar la cadena de suministro. Mantener el diseño interno a menudo se considera la clave para el desarrollo y lanzamiento exitoso de cualquier producto.

La característica clave del diseño de un Sensor de presión MEMS son los puente de Wheatstone difundido en el diafragma de silicio. El cambio en la salida de este puente corresponde a un cambio en la presión aplicada. Cuando un cliente necesita un rango de presión más alto, el sensor requiere un diafragma más grueso para manejar el aumento de presión. Por el contrario, para medir presiones bajas, como pulgadas de agua o pascales bajos, basta con un diafragma delgado.

Tras el proceso de fabricación, el silicio se une a una pieza de vidrio. El vidrio puede tener un orificio para crear un respiradero para diversas aplicaciones de presión, o puede sellarse sin orificio. En este último caso, el vidrio y el silicio se unen al vacío.

Cuando no hay ningún agujero en el vidrio, se le conoce como sensor absoluto porque el espacio entre el silicio y el vidrio representa presión absoluta cero.

Hay dos tipos de sensores absolutos hechos de MEMS muere. El tipo tradicional no tiene orificio en el cristal posterior, lo que crea una referencia de vacío sellada para una presión absoluta. Sin embargo, este diseño requiere protección para los circuitos en la parte superior para evitar la corrosión y los cortocircuitos debido a la humedad.

Como alternativa existe el sensor absoluto con presión trasera. En este diseño, se agrega un trozo de vidrio a la parte superior del silicio, creando una referencia de vacío sellada en la parte superior y permitiendo la presión trasera sobre el elemento MEMS. Este tipo se usa comúnmente en aplicaciones automotrices y de alta temperatura, así como con líquidos.

Los troqueles MEMS son comunes en aplicaciones de transductores de presión o transmisores de presión donde el troquel MEMS está en un cabezal. El cabezal se suelda a una carcasa de acero inoxidable con un diafragma de acero inoxidable. El acero inoxidable es una excelente opción ya que es muy amigable con los medios y la mayoría de las personas suelen estar muy familiarizadas con las capacidades del acero inoxidable. Este paquete es adecuado para muchas aplicaciones industriales.

Después de soldar el diafragma de acero inoxidable y el paquete, se vuelve a llenar de aceite esta carcasa. Un aceite de silicona limpio rodea la matriz MEMS, transmitiendo presión entre el diafragma de acero inoxidable y el diafragma de silicio del elemento MEMS.

En HVAC En la industria, el troquel MEMS puede adquirirse por separado o empaquetarse en nuestra serie LP y colocarse en un tablero de control. Estos tableros de control se encuentran en edificios grandes, ya sea en la cima del edificio cerca de la entrada de aire o en el cuarto de servicio del edificio, donde se ubican los intercambiadores de calor y los sistemas de flujo de aire.

Otra aplicación común es el transporte. Los sensores de presión se utilizan ampliamente en varios tipos de automóviles. Esta área continúa creciendo a medida que la legislación impulsa la demanda de mayor eficiencia y emisiones más limpias.

(fuente: https://www.azosensors.com/ extracto de la entrevista a scott sidwell, Gerente de Ingeniería en Merit Sensor Sistemas)

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