Weltweit kleinste piezoresistive MEMS-Drucksensoren

ALPS hat mit der HSPP-Serie die weltweit kleinsten piezoresistiven MEMS-Drucksensor-ICs zur Erfassung des Absolutdrucks mittels Barometer- und Höhensensoren entwickelt.

Die oberflächenmontierbaren Bauelemente sind als Kompakttyp (HSPAR) bzw. als Version mit Verstärker (HSPAA) erhältlich und sind nur 2,5 x 2,5 x 0,7 mm (HSPAR) bzw. 3,5 x 3,5 x 1,0 mm (HSPAA) groß. Der Messbereich liegt zwischen 50 kPa und 110 kPa. Die Drucksensoren arbeiten im Temperaturbereich von –20 bis +85 °C. Sie benötigen eine konstante Stromversorgung von 0,55 mA (HSPPAR) bzw. eine konstante Spannungsversorgung von 2,5 V ± 0,125 V.

Bei 110 kPa liegt ihre Ausgangsspannung bei 79 bzw. 1600 mV. Weitere technische Merkmale sind Offset-Temperaturcharakteristiken von -4 bis 6 Prozent FS, eine Genauigkeit der Temperaturmessung von -4 bis 4 Prozent FS, ein Brückenwiderstand von 4 bis 7 kΩ (HSPPAR) und eine Ausgangsimpedanz von 7 bis 13 kΩ (HSPPAA). Daher eignet sich die HSPP-Serie von ALPS zur Druckmessung in tragbaren Navigationsgeräten oder Armbanduhren, Schrittzählern und Mobiltelefonen.

Aufgrund der jüngsten Entwicklungen, tragbare Navigationsgeräte und Schrittzähler mit einer Funktion zur Höhenmessung auszustatten, steigt der Bedarf an kleineren und dünneren Drucksensoren. Die HSPP-Serie besteht aus zwei Sensorarten, für die Oberflächenmontage geeignet sind.

Die Sensoren ermitteln die Drücke, indem sie elektrische Signale auslesen, die aus einer Änderung des elektrischen Widerstands resultieren. Die Widerstandsänderung wird durch externen Druck auf eine Membrane erzeugt, die sich durchbiegt und ein piezoresistives Element verformt, das sich auf der Membrane befindet. Dabei wirkt sich die Flexibilität der Membrane (durch eine spezielle Konstruktion mit einem einzigen Element) unmittelbar auf den elektrischen Widerstand des piezoresistiven Elements aus.

Durch ihre minimalen Schwankungseigenschaften verfügen die Sensoren über eine stabile Hohlraum-Konfiguration. Diese Konstruktion resultiert aus einer optimierten Ätztechnik (Si-Si-versiegelte Anschlüsse, die die Auswirkungen externer Einflüsse auf die Bauteile verringern) und der Verwendung von keramischen Materialien, die resistent gegen Temperaturschwankungen sind.