GB T 20522-2006 半导体器件 第14-3部分 半导体传感器 压力传感器.pdf

1、ICS 31. 080. 01 L 40 中华人民共和国国家标准GB/T 20522一2006/IEC60747-14” 3:2001 半导体器件第14-3部分：半导体传感器一压力传感器2006-08-23发布Semiconductor devices-Part 143: Semiconductor sensors Pressure sensors CIEC 6074714 3 :2001,ID丁）中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会2007-02-01实施发布GB/T 20522 2006/IEC 60747-14-3:2001 前菌半导体器件第14部分：半导体传感

2、器分为以下黑部分：一直在1部分：总则和分类：十一第2部分：草草尔元件s第3部分：E五力传感器。本标准为第3部分，边用于是扣导体压力传感器，它等同采用！EC60747！4“3,2001半导体器件第14-3部分g半导体传感器一压力传感器（英文版）。!EC 60747 14心中对于FSS和FSO有些混用。4正标准明确所有测缝结果均是相对于FSS的自分比，这样也与目前E国内的情况统一，这悬本标准与！EC60747 14 3的支殃民别。本标准由中华人民共和国信息产业部提出。本标准由全国半导体器件标准化技术委员会归网。本标准起直在单Sr：中阴电子技术标准化研究所CESIJ。本标准主要越草人：张秋、陈勤。本

3、标准首次发布。GB/T 20522 2006/IEC 60747翩14唰3:2001半睡体器件第14-3部分：半导体传感器一一压力传感器1 2在周本标准规定了测最绝胀、表II和辈在压的半导体传感苦苦的要求2 规范性引用立件下列文件中的条款通过本标准的引IJll J筒成为本标准的条款。凡是法日期的引用文件，其随后所有的修改岛生（不包销助设的内容）或修订版均不附于本标准，然而，鼓励根据本你准达成协议的各方研究是否可使用这段文件的数新版本。凡是不注目翔的寻lJll义件，其草草新版本适用于本你准，GB/T 17573 1998半导体器件分立器件和集成电路第1部分z总则(idt!EC 60747-1,1

4、983) GB丁205212006半导体将件第14“1部分2半导体传感器总则和分类3 术语和定义、文字符号下列i岳和1主义、文字称号运用于本标准。3. 1 通用术语3. 1. 1 半导体压力传感榻semiconductor p阴阳ure幽nsors半导体EE力传感器将两个压力之间的事转化为咆输出量其中个可能是参考压力（见3.2. 3). 半导体压力传感楼包括线性压力传磁带苦和压力开关。线性传感榕的电输出霞随着压力的变化而线性地改变。开关ll2传感器的输出最随着增加或减小的压力主主超过特定阀值时，在接通或断开这两个稳定的状态之间切苦足。在本标准巾，电输出量是用电压来描述的，也适用于其他输出量，如

5、GB/T205212006中3.8所描述的阻扰、电容、电压比、频调输出或数字输出等输出量。3. 1. 2 传感方式挫nsin事methods3. 1. 2. 1 压电式pi四oel配Iriesensing ff也替罪牛的基本原理是压电材料受到应力，产生也衍，经咆椅放大楼放大，转化为与电荷成正比的电压。压电式传感器的主要优点是工作温度范围宽（可达300），频率范围宽可达lookHzl。3. 1阮2.2压阻式piezoresisti刊sensingff阻的基本原理是当敏感电阻受到应力作用产生形变时，阻值发生变化。敏感电阻可以分成p划和n型两种。其位于压力传感器膜片上的合活位置壁上时，对应变和ffi

6、力非常敏感。四个合适取向的同主阻构成桥式应变it.除了桥式应变计，还可以采用横向电压应变计。它是膜片上的一个然也阻碍虽无咆ffi拍头饺子电阪两喻的中心。封电流流过电随时，没有受到应力作用，则输出电JI栩等g受到.JiZ力作隙，则产生电旅美输出。GB/T 20522-2006/IEC 60747-14” 3:2001 3. 1. 2. 3 电容itcapacitive sensing 胶片和极板间的小介质问隙构成了咆辛辛器，其电容量随胶片的运动而变化。岛生电容威主主分电辛辛技术可用于开路线闭路系统中。同2容草草电辛辛的变化f盖面E!J饼式电路线开关也辛辛技术米测盘。任何采用做机械立在构的咆辛辛敏

7、感技术都要在被测电容上施加交流电压。电容式传感有下列优势g体积小，二E作温度流阁宽，易于修调，线做皮虫子，与CMOS信号调现电路兼容。3. 1. 2. 4 砖谐振式silicon ibrating sensing j蹲过ffi电线电场能驱动俊微机械结构的硅谐振单元保持振荡。施加在被膜上的压力使敬机械结构产线成变，测i重振i;IJ频$可以确定所施加的压力。3. 1. 2. 5 倍哥哥调整signal conditioning 半导体原力传感苦苦主要指i苦奋敏感单元的微机械结构。其他电路可与敏感单元集成封装在一起。大多数ffi力传感器集成了馆等调理功能。信号调E恩将传感器的初始输出f育号转化为一个

8、校液商号，这个过草里可以创新几种功能，例如，零点输出和压力敏膛的校准，零点和灵敏度的说Ill补偿，输出傍辛苦的放大利I非线性的补偿”3. 1. 2. 6 温度补偿temperature compensation 半导体f专感曾对温度敏感，有些传感器没有温度补偿，有些则利用附加电路或材料来补偿温度误是去。对于没有溢度补偿的传感器，囱温度带来的变化遵从物理jE律，用温度系数（）描述这种现象。对于有漏l!t补偿的传感器，补偿后残留误毅与括王度补偿的方法有关，这种误差用最大的温度偏毅(I）来表汰。3.2 定义GB/T 17573中的定义及F判定义适用于本标准。3. 2. 1 压阪系数piezoresi

9、stance coefficient 半导体材料在EJ)iZ力作闲下的压阻效应的度盘。3.2.2 绝对压力a恼。lutepres喝ore以绝对2:作为参考点的Eth0 3.2.3 毒品零压力reference pressure 用来定义其他服力的原力参考点，通常是绝对S!或环境大气压力。3.2.4 毅压differential pr嘟”re问时作Jij1膜片两个相对端自盖上的问个（绝对）压力的象。3.2.5 相对压力relative pr嗣sure当把两个压力的其中一个作为参考压力，另个作为被测压力时，两个压力之堂堂为相对压力。3.2.6 袋应gauge pre制ure当把环城火气压力作为参考

10、ffi力时的相对压力GB/T 205222006/IEC 60747“ 143:2001 3.2. 7 系统压力或共模压力）system pressure ( or common” mode pressure) 对羡压传感苦苦来讲，作用在传感器上倒并不被转化的静态压力。3.2.8 过压能力over-prr 零点输出的植面度恶数Temperature coefficient of offset voltage v 惕满最穗输出的泪度系数Temperature coefficient of full-scale span Vrss 零点输出电隘的最大温度偏盖在c.v., Maximum tempe

11、rature deviation of the offset voltage 满最程输嗣同！ffi的最大温度偏羡tVrs龟Maximum temperature deviation of fullscale span 输出电胀的压力循环攥移AV., Pressure咖cyclingdrift of output voltage 输出电压的温度循环漂移AV，凡TTemperature-cycling drift of output voltage 输出电质的压力循环不穰定候范倒AV, Pressurecycling instability range of output voltage 输出电压

12、的温度循环不稳定性范围AY,;T Temperature-cycling instability range of output飞。ltage4 3蓝本锁定僚和特性4. 1 概述4. 1. 1 用于原隐传感器的传感器材料半导体压力传感苦苦所用的材料是有显著压阻效应的半导体材料，例如，硅化食物半导体以及某些金属氧化物半导体。lli力传感器的额定值取决于其所用的材料。4. 1. 2 使用注意事项使用传感苦苦时，必须遵守GB/T17573 1998 在IX篇第l京中所给朗的使用注意慕项。4. 1. 3 类型自必须说明压力传感苦苦所测压力的类组，比如绝对压力、远是压、压等。4.2 额定债4. 2. 1

13、 压力4. 2. 1. 1 最大压力（P皿）4.2“ 1. 2 破坏压力（P，酬）4. 2. 1. 3 过Bi能力4. 2. 1. 4 规定服力的最大的底力循环歇。4.2.2 温度4. 2. 2. 1 最低和最高贮存温度CT.啕）4.2.2.2 最低利.商工作1Ail!l( T，附）4.2. 3 息服续高供电电JI(V州路）或直盖商供it电流CJ,mu)o 4. 3 特性GB/T 205222006/IEC 60747蛐14“3:2001除非另有规定，资则下朋规定的特恢只在4.2.2.2规定的工作混度范围内适用。4. 3. 1 满量稳输出（V阳）二E作温度为十25。C时，传感器输出上限与下限之

14、间的ft数浆。4.3.2 消费1Jll输出（V)工作温度为25时，测量范围内传感器输出的上限。注zv，即v.11十V附4.3. 3 3电敏皮（S)夜规定的供电电压草草供电电流下，单ill压力变化所引起的输出的变化。4.3.4 满量程爽敏度的温度系敛（岛生佼温度变化所引起的灵敏度的变化与规定源度（通常为25）下灵敏度的百分比。4.3.5 零点输出国2压（VM)；陈网寇的工作温度和规定的供电也压成咆流下，传感器在没有被施加压力时输出的援大利最小值。4.3.6 零点输出电压的温度系敛（）单位温度的变化所引起的零点输出电压的变化与规定温度下（通常为25）的零点输出电压的百分比。4.3. 7 输出电压的

15、压力迟糟（H句）在规定的压力范阁内，夜规定的供it咆底或电流下，输出咆版的最大利最小值与满量极输出电压的百分比。4.3.8 输出电压的）.！度i且滞CH制）在规定的温度范朋内，在规定的供电电压成电流下，输出电底的最大利最小值与满幸章程输lli咆压的自分比。4.3.9 晌Iii.时间从一个阶激励施加到传感器上，到传感器晌JJil并稳定在规定值所需时间。4. 3. 10 预热rm热是指传感器在E供电并且JI力达到稳定后传感将达到规定的输出自应所吉普耍的时间，4. 3. 11 尺寸技术团纸中m规定中曹公主意的尺寸。4. 3. 12 机械特性质量ti3注腔体积；外休积3GB/T 20522 2006/

16、IEC 60747唰14翩3,2001密封性。5 测试方法5. 1 概始5. 1. 1 注激事项GB/T 175731998第VJ稿费在2j在所列出的注意事项适用于本标准。5. 1. 2 测，E条件除非另有规定，ll!tl锺应在25下，在工作压力范围内迸行。5.2 输出晦压的测E5. 2. 1 阔的测量规定条件下的输出也应。5.2.2 测lJj费现a) 电路图II阻塑bl 咆胳描述及要求测簸仪表和成测簸仪器的内阻不能影响被视ll咆赂的做能和测试纺泉。注：半导体应力传感器对温度非常敏感，必须在被测传感器达到热稳定厨手耳边行测锺。槌E区ii恒梳源电脏囊1 输出，z输入十；3一一输入一；4输出。的恒

17、压糠b）恒流源因1测E输出电压的基本电路5. 2. 2. 1 测量程序一一满量程输出环境温度已经稳定。使用图1所示电路，在传感器的输入端施加规定的电压或电流。将引出端拨人电路的传感添置于规定ff力下等你温度稳定。在最大压力Pm.处测簸满刻if输出VFso，夜不施加压力的情况下测黛零点输出V”。利用下隘的公式计算满盘程输出VFss:5.2.2.2 瓣襄规定的测试条件YI域曲直皮或参考混度。施加的尽力。供电电Eli或电流。5.3 漠敏度（S)5. 3. 1 目的测叠传感器在规定条件下的灵敏度8 VFss = V阳几GB/T 20522 2006/IEC 60747“14也：20015.3.2 测量

18、穗序测簸传感梯在压力川，只下的输出矶，陀，则S=(V2 Y1l/CP1 P,) 法g实际测量章中，矶、P，通常为Bi力乎在阔的极限傻；参考漏度为25，在这种情况下所得到的策敏度也可以叫做满量稳灵敏皮5.3.3 需要在规定的测试条件环境温度或参考温度。施加的压力供电电ffi成电流。5.4 灵敏度的激度系撒（5. 4. 1 目的测量置在规定条件下传感器灵敏度的温度系数。5. 4. 1. 1 4补偿传感铸计算传感器在压力为直圣火值Pm时，在整个激it范围内的灾敏度相对于在25时的旦这敏度。的SCT川）SCTm l 100/ CT川Tmio）5(25）放l：实际测肇中，Tm，常取测最温度范阙的下限，T

19、，常取测囊括革庶的J二限“单位是%。5. 4. 1. 2 补偿型传感精输出电ffi夜测量tfl臣度泡自司内的相对于25时的输出版胀的偏蒙。5.4.2 幡要规定的测1世条件进行测臻的温度。供电电f五lllC供电叶主流。5.5 满量程温度系蚊（V田）和满量程最大温度漂移C&V幽）5. 5. 1 目的测盛传l悠榕在规定条件F的j商量章程温度系数。5. 5. 1. 1 非补偿型传感栅测盘在簸大Eli力下传感榕在整个括最度范自圈内的满绩平是输出电胀，与25时的满簸稳输出电应相比较。v附CVFssT，） Y,ssCT,) X 100/(T刷XTmml X YFss(25） 注：在实际测肇中，1卢筑和T.，

20、通常是测盘谧If泡隘的高点和低点。单位是%FSS。5. 5. 1. 2 补偿骂自传感器在最尚和最低工作说度下传J擦擦满援草草输出电EE之间的簇，与25时的满簸程输出电EE之比。注：夜实际应用中使用了满簸程输出的最大偏靠在（.c,V，领）这个慨念，它是t旨在给寇的温度拖网内（如085）的精锺革思输出与25时满1量程输出的簸大偏袭。.:;V=Max(V附T）一V附（25）T是整个测量温度范围内的任意温度。5.5.2 再要规定的测试条件进行测量量的激度。供电咆压和叶主流。5.6 零点输出电底的混废系数（“）初等点输出电膜的簸大il置腹偏幸言C&V）5. 6. 1 自的测最零点输出咆EEBJ温度系数。

21、5. 6. 1. 1 非补偿到传感器计算传感榕在没有压力作用时在温度TH和TL下的零点输11电Bi:GB/T 20522-2006/IEC 60747-14-3,2001 V“T.） V归（Trn;)/(T鼠Tm;)1啕在实际测最巾，T.，在测最温度被阔的较低点，T.在测癫扭U!.li.!阔的较高点.；棋位是V。5. 6. 1. 2 补偿型传感榻夜不施加力的情况下，传感器在整个测量去温度范围内输出的变化与25时传感器输出的偏袭。注：实际上，用t.V，”来我承零点输出电压的最大偏差，它是指传感锦在规定的温度lY!B盟内（通常是085）的零点输出电底与25时的零点输出咆胀的最大偏熬。t, =Max

22、( V00 （丁）v,.(25门，T；！温度范围内的任愈谧度5.6.2 瓣要规定的测试条件进行测攘的混度。供电叶！E五和电流。5. 7 输出晦压的压力迟滞(H即）5. 7. 1 阔的测f量输出电艇的压力迟滞。5. 7.2 电路图和对电路的描述按期1。对输出也应的压力迟滞的定义和说明请参照GB/T20521-2006的3.3和l到2，在本条中，变最为所施加的压力，输均为规定条件下的输l:ll电压。5. 7.3 锵要规定的条件进行测试时的温度a供电也应成电流。5. 8 输出电压的温度迟滞（H幽T)5. 8. 1 阔的测第输出电庄的温度迟滞。5.8.2 测量过程对输出电l泵的混度迟滞的定义和说明请参照GB/T20521-2006的3.3和民自2，在本条中，当f.！最为温度，输出为规定条件下的输出Fl!压。5”8刷3需要规定的条件进行测量适时的压力。供电咆压成电流。10