Piezoresistive wasserdichte MEMS-Drucksensoren

Die Bauelemente der HSPPA-Serie sind laut Alps die weltweit kleinsten wasserdichten MEMS-Drucksensoren.

Mit der HSPPA-Serie bringt Alps laut eigenen Angaben die weltweit kleinsten wasserdichten piezoresistiven MEMS-Drucksensoren zur Ermittlung des Absolutdrucks auf den Markt, deren messbarer Druckbereich zwischen 50 und 110, 50 und 200 oder 100 und 500 kPa liegt.

Die Bauelemente, die mittels Luft- und Wasserdruck-Messfunktionen den Absolutdruck ermitteln sowie eine konstante Stromversorgung von 0,15 mA und eine Spannungsversorgung von 16,5, 19,5 oder 20,8 mV benötigen, besitzen einen Durchmesser von nur 3,95 mm und eine Bauhöhe von nur 1,85 mm. Die Ausgangsspannung der HSPPA-Serie beträgt 12,0 (110 kPa/16,6 mV), 39,0 (200 kPa/19,5 mV) oder 4,0 mV (100 kPa/20,8 mV). Die Drucksensoren arbeiten im Temperaturbereich von –20 bis +60 °C. Ihr Offset-Temperaturbereich reicht von –2 bis +3% FS, ihre Genauigkeit der Temperaturmessung von –2 bis +3% FS und ihr Brückenwiderstand von 4 bis 7 kΩ.

Die Sensoren ermitteln den Druck, indem sie elektrische Signale auslesen, die aus einer Änderung des elektrischen Widerstands resultieren. Diese Widerstandsänderung lässt sich durch externen Druck auf eine Membrane erzeugen, die sich durchbiegt und ein piezoresistives Element verformt, das sich auf der Membrane befindet. Die Flexibilität der Membrane wirkt sich unmittelbar auf den elektrischen Widerstand des piezoresistiven Elements aus, wodurch ein einfacher Aufbau des Elements möglicht ist.

Dank der Verwendung von Strukturen und Materialien, die zur Realisierung wasserdichter Eigenschaften entwickelt wurden, erreichen die HSPPA-Sensoren zudem einen hohen Grad an Wasserfestigkeit, der einen Einsatz bis zu einer Wassertiefe von 50 Meter gestattet. Gleichzeitig lässt sich eine hohe Empfindlichkeit bei der Druckmessung erzielen. Infolge ihrer stabilen Hohlraum-Konfiguration zeichnen sich die Sensoren darüber hinaus durch minimale Schwankungseigenschaften aus. Diese Konstruktion resultiert aus einer optimierten Ätztechnik und Si-Si-versiegelten Anschlüssen, die die Auswirkungen externer Einflüsse auf die Bauteile verringern.

Im Kfz-Umfeld kommen Drucksensoren insbesondere zur Ermittlung des Öldrucks in Bremsen und der Servolenkung sowie zur Verbrennungssteuerung in Motoren zum Einsatz.