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MEMS pressure sensor package used in precision pressure sensing systems

压力传感器

压力传感器在持续的机械负载下运行,即使是微小的材料变化也会随着时间的推移而积累。从最初的微观变形或漂移,最终可能导致测量精度和系统可靠性受损。SCHOTT 玻璃材料专为在此类工况下维持尺寸稳定性、机械完整性和长期性能而设计。

本页重点说明玻璃在关键系统接口处的性能如何影响机械稳定性、尺寸控制和长期屏障完整性——这些关键因素直接决定了传感器长期的可靠性。

概览

当压力成为关键时,材料决定成败

压力传感器承受着持续的机械应力。它们必须在化学腐蚀性、热不稳定或机械要求苛刻的环境下,连续多年稳定地输出精准、可靠的数据。

实际上,压力传感器极少因电子元件或信号处理故障而失效。真正导致失效的是材料的漂移、变形、老化或完整性丧失。因此,材料选择成为关键的设计决策。

 

实时压力传感不容有失

压力不是短暂事件,而是一种持续状态。

即使是材料的微小变化也会随时间积累。微小的变形、微观泄漏或逐渐的漂移最初可能不易察觉,直到它们影响测量精度、系统安全或运行可靠性。

可靠的压力传感依赖于材料能够长时间保持一致性能,而不仅仅是在初始规格范围内。

挑战

与可能突然失效的光学系统不同,压力传感器会逐步老化。材料的性能最终决定了测量稳定性能够维持的时长。

为什么压力传感器会随着时间推移而失效

压力传感器通常不会突然失效,而是逐渐发生故障。

常见的失效机制包括:

  • 持续载荷下的机械蠕变
  • 材料之间的热膨胀不匹配
  • 密封界面退化
  • 长时间使用导致的应力漂移

一旦投入使用,这些影响无法通过后续信号处理予以纠正。材料的性能决定了系统的运行极限。

压力传感:容不得任何失误

与许多电子系统不同,压力传感器无法在不中断的情况下实现持续校准。一旦投入使用,材料的变形、漂移或泄漏都无法实时修正。

压力传感会在系统层面充分展现材料的行为表现。

测量稳定性完全取决于材料在受载情况下的表现,而非依赖任何后续的校正。
Wearable pressure sensing device measuring physiological signals with stable and continuous data acquisition

密封性:一项材料挑战,而非营销主张

长期密封性能常被承诺,但很少得到准确的定义。实际性能并非由短期测试结果决定,而是取决于材料在持续机械应力、温度循环和环境暴露下,能否始终如一地保持屏障完整性。

在压力传感系统中,即便是微小的泄漏或界面逐渐劣化,随着时间推移也会不断累积。最初看似微不足道的问题,最终可能导致测量精度下降、系统安全性受损,或影响长期可靠性。

真正的密封性取决于界面级的材料稳定性。这不是可选功能,而是传感器可靠性的基础。

材料性能

材料稳定性:压力传感性能的基础

在压力传感应用中,材料特性不仅仅是优化因素,而是决定传感器在持续负载下能可靠运行多长时间的关键。玻璃具备独特的性能,能够在其他材料逐渐劣化的情况下依然保持稳定性。

为什么材料行为对实时传感至关重要

实时性能依赖于可预测性,而非峰值参数。当材料行为保持稳定时,压力信号始终可靠,无需重新校准、补偿或延迟。

在压力传感中,实时性能的基础是材料在受载时的表现,而不是电子元件本身。


玻璃:压力传感中的有源元件

在高性能压力传感器中,玻璃远不只是保护。其经过精确控制的厚度、均匀性和表面质量,使其在压力下能够实现可控的机械变形。

这种可重复性直接影响:

  • 一致的力传递
  • 稳定的测量特性
  • 各生产批次的性能一致性
玻璃解决方案

应对压力传感挑战的玻璃解决方案

SCHOTT 为压力传感器开发人员提供材料专业知识和特定应用的玻璃平台,以解决压力传感系统的根本性限制。玻璃材料用于关键系统接口,在这些接口处,机械稳定性、尺寸控制和长期屏障完整性会直接影响传感器的可靠性。
    Video showing the range of applications of pressure sensors
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    SCHOTT-FLEXINITY®-Picture-Pressure Sensor MEMS-2021 04 20
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    Video showing the manufacture of a MEMS die and how it's used in a pressure sensor
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    特种玻璃平台

    不同的压力传感应用需要采用不同的玻璃解决方案。材料选择应根据系统需求进行,而非基于默认选项。

    MEMpax®

    适用于对稳定性要求极高的高应力压力传感应用。

    MEMpax® 在压力传感器需承受持续机械载荷并要求长期尺寸稳定性的应用中表现卓越。其明确的机械特性确保传感器在整个使用寿命期间具备可预测的性能和最小的漂移。
    Glass substrates for pressure sensors designed for long-term stability under continuous mechanical load

    D 263® T eco

    适用于紧凑、可扩展的压力传感器设计。

    D 263® T eco 可实现公差极严的薄型、紧凑型传感器架构。其卓越的表面质量和工艺兼容性,有力支持小型化设计,并确保在大批量生产中的性能一致性。
    Thin precision glass substrates enabling compact and scalable pressure sensor designs with tight tolerances

    BOROFLOAT® 33

    BOROFLOAT® 33 集热稳定性、机械强度和出色的耐化学性于一身,是高要求压力传感器应用的理想选择。其低热膨胀率保证了尺寸的稳定性和与硅的兼容性,即使在不同温度和恶劣条件下,也能实现可靠的键合和长期测量精度。
    Borosilicate glass for pressure sensing in aggressive media and high-temperature environments
    选择合适的玻璃平台直接决定压力传感器的稳定性和长期可靠性。

    小型传感器,大材料挑战

    随着压力传感器尺寸的不断缩小,公差愈发严格,材料性能也变得至关重要。在尺寸缩小的情况下,许多在更大尺度上可行的解决方案往往会失效。

    薄玻璃能够在不影响机械稳定性或长期屏障完整性的前提下,实现紧凑的传感器设计。其对可扩展制造工艺的良好适应性,确保了大批量生产中始终如一的测量稳定性。


    专为最严苛条件而设计

    压力传感器常在材料面临极端挑战的环境中运行:

    • 腐蚀性化学品和流体
    • 动态压力循环
    • 安全关键运行条件

    在汽车、工业和医疗等应用领域,材料降解根本不是选项。在其他材料会膨胀、老化或失效的环境下,玻璃依然能够保持其卓越性能。

    应用领域

    情境中的压力传感

    压力传感属于一个更大的实时传感生态系统,其中材料行为决定系统的稳定性。
    Automotive in-cabin sensing system with driver-assistance perception overlay

    汽车应用领域

    汽车系统中的压力传感器必须在多年运行过程中,经受连续负载、振动和温度循环时仍能保持稳定。材料漂移或界面退化会直接影响系统的安全性和可靠性。长期稳定性决定了在整个车辆生命周期内传感是否始终可信。
    CMOS image sensor module used in 3D sensing applications

    成像系统

    在复杂的传感架构中,压力监测有助于系统的稳定性和环境控制。材料产生的微小变化可能会影响集成系统中的校准、对准或信号一致性。可靠的性能依赖于材料在不同条件下的稳定性。
    Person using smartphone for mobile sensing applications

    移动设备

    移动压力传感器在高度小型化的环境中运行,具有高度集成和持续的使用周期。材料的变形、漂移或疲劳会直接影响数百万台设备的测量精度。在大规模应用中,实现一致性依赖于材料在反复应力下的可预测行为。
    Medical monitoring using digital devices to measure vital signs

    医疗设备

    医用压力传感要求在连续运行和严格监管条件下实现精确且稳定的测量。材料的漂移、泄漏或降解可能危及诊断准确性和患者安全。长期可靠性依赖于能够在负载和暴露环境下保持稳定性的材料。

    当压力成为决定性因素时,材料性能至关重要

    持续负载、温度变化和介质暴露决定了压力传感器随时间推移的性能表现。请告知您的应用需求,我们将协助您匹配合适的玻璃特性,以确保性能的稳定性和可预测性。

    马丁·纳斯

    马丁·纳斯

    传感与视觉产品经理

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    洞悉传感性能的全局

    材料属性决定了系统的行为。深入了解信号质量、系统架构和实际条件如何塑造各类应用中的传感性能。
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