灌封型速度传感器受热应力影响的研究

文章以灌封型速度传感器在研发阶段的可靠性极限试验结果为分析源头,通过对完成极限试验的样品进行X-ray及解剖分析,确认极限环境下存在灌封材料热应力不平衡问题,进而导致器件焊点开裂.通过有限元分析、温度变化试验模拟,在快速温变过程中,灌封材料内部的热应力超过焊点强度极限.通过仿真分析,确定提升产品耐快温变环境的方向;通过应力计算,细化产品优化方案.完成样机研制及验证,确认热应力平衡解决方案的可行性,从而提升极限环境下的产品可靠性.     

变系数PID控温系统在半导体气体传感器中的应用

提出了一种用于半导体气体传感器的温度控制电路,包含键盘输入、液晶显示、温度采集、数控调压等模块,采用变系数PID算法实现对降压模块输出电压的调控,控制气敏元件的温度.实验表明:与恒压加热和常规PID控温相比,变系数PID控温的调节时间短、超调量小,具有较强的抗干扰能力.350℃加热时,与恒压加热相比调节时间从234 s缩短到了6 s,当环境温度从30℃变化到50℃时恒压加热敏感元件温度上升9℃,而改进后温度变化不超过0.3℃,是一种很有潜力的半导体型气体传感器控温系统.     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

某商用车鼓式制动器热固耦合分析

针对汽车制动鼓温度试验测试成本高、周期长等问题,利用Abaqus建立某商用车鼓式制动器有限元模型,采用完全热固耦合法分析制动鼓的温度场和热应力分布。仿真结果表明：紧急制动工况时,制动鼓的最高温度为156.5 ℃,最高热应力为130 MPa。有限元分析可快速获取制动器在工作状态时的温度和应力分布情况,有利于产品设计和改进,缩短产品迭代周期。     

宽温区工作压力传感器热力学研究

介绍了硅-蓝宝石压力传感器的钛合金-蓝宝石复合弹性膜片在宽温区工作时温度变化材料不匹配引起的结构热应力,对弹性膜片的受热情况进行了分析,对不同结构形式传感器热稳定性影响程度进行了对比,利用P型掺杂硅温度特性减少结构热应力影响、降低传感器的热零点漂移.通过膜片结构选择和设计、材料选择、工艺优化和控制等可以使硅-蓝宝石压力传感器在-55~350℃宽温度范围内工作时热漂移不大于0.015%FS/℃,提高了宽温区工作时传感器的热稳定性.     

实现工艺误差校准的脉冲宽度调制温度传感器

设计了一种脉冲宽度调制结构的温度传感器.采用了环形延迟阵列替代传统冗长的延迟阵列.针对该类型温度传感器精度较低的问题,分析了传感器工艺误差产生原理,在此基础上,设计误差校准电路.校准电路功能采用现场可编程门阵列(FPGA)验证,结果表明符合设计要求,可实现校准功能.采用SMIC 0.18 CMOS工艺对温度传感器电路进行仿真,结果表明:温度传感器温度范围为-20 ～60℃时,分辨率为1℃/LSB.     

带恒温控制与自校正的硅铝异质结构压力传感器研究

传统硅基压力传感器普遍具有灵敏度低、温漂和时漂明显等半导体器件固有属性.本文提出的硅铝异质结构MEMS压力传感器及其恒温控制和自校正方法可一定程度上解决该问题.采用SOI硅片制造了具有压阻放大效应的新型硅铝异质结构压力传感器芯片,利用有限元仿真验证了其有效性.随后为其设计了恒温控制封装结构和自适应优化目标值PID加热控制策略,采用热稳态分析验证了该恒温控制封装的合理性.传感器采用AD5420可调电流源来模拟传感器的标定压力,在传感器发生一定时漂特性后更新传感器的输出特性,完成自校正操作.实验表明单个应力敏感硅铝异质结构在恒温系统控制下达到0.283 mV/V/kPa的灵敏度,结合温度参考结构的差分输出,传感器的热零点漂移系数从-6.92×10-1％FS/℃减小至-1.51×10-3％FS/℃,且可达到±5.5 kPa的预测误差,同时自校正操作将传感器最大预测误差从-6.1 kPa减小至5.0 kPa.本文提出的硅铝异质结构压力传感器的温度补偿与时漂补偿方案对优化压阻式压力传感器的综合性能有着一定的借鉴意义.     

射孔套管应力强度及影响因素仿真分析

压裂过程中,套管温降产生附加热应力,将改变套管受力状态,影响套管安全。应用Solid Works和Workbench软件,建立射孔段套管-水泥环-围岩三维导热有限元模型,井底温度从125℃降至60℃,考虑温度与热应力场耦合,分析射孔套管的热应力分布和强度安全性。研究表明,存在一个水泥环临界厚度,超过临界值,套管热应力增加明显,于套管强度安全不利;针对建立模型,水泥环弹性模量增加15.3%,其应力增加6.3%,套管应力减小2.9%,水泥环泊松比增加50%,其应力增加15.8%,套管应力增加5.9%;据上述算法,可确定任意套管-水泥环-围岩组合水泥环最优弹性模量范围。     

一种高精度阈值可调节的过温保护电路设计

针对传统过温保护电路结构复杂、功耗大等问题,提出一种具有高精度的阈值可调节的过温保护电路。设计基于华虹0.35μm BCD工艺模型,通过将基准电压分压与随温度增大而增大的电压进行比较来实现功能,并在电路中引入迟滞,以消除比较器在跳变温度点附近的振荡现象。经Cadence Spectre软件仿真验证,当温度大于165℃时,输出由低变高,控制信号迫使整个芯片关断;当温度低于147℃时,输出由高转低,电路恢复正常工作状态,且有20℃的迟滞量。在3～5.5V电源电压范围内,该电路能很好的抑制电源电压变化造成的阈值点漂移,以较高精度确保电路性能稳定。     

汽车黑匣子速度信号采集电路的研究与设计

介绍了一种基于霍尔转速传感器的速度信号采集电路,电路主要为汽车行驶状态记录仪提供转速信号,通过对霍尔转速传感器信号进行放大整形,使处理后的信号转换成标准的方波信号。实际功能验证表明,该转速信号完全能满足汽车行驶状态记录仪的设计需要。     

极限电流型氧传感器热力学分析及结构优化

阐述正面开孔氧传感器的结构机理,并对特定结构的氧传感器进行了电热耦合分析,进而利用特定环境下传感器尺寸的仿真设计规律,对敏感芯体结构进行优化设计,并分析不同结构参数的敏感芯体热性能,优化敏感芯体的工作形状.对比电热耦合数值仿真分析与优化后的氧传感器测试结果,研究分析表明:施加2.2W加热功率即可使氧传感器达到400～500℃的工作温度;特定工况环境下,对传感器封接层和敏感芯体厚度的多目标优化设计结果稳定、方法可靠.     

热荧光分析仪温度传感器的研究

采用J型热电偶,设计了一种用于热荧光分析仪加热板温度测量的温度传感器。该传感器的设计主要通过对热电偶分度表进行线性回归分析,根据分析结果搭建热电偶测量电路,实现了±0．4℃的温度测量精度。同时,采用PN结法对热电偶的冷端温度变化进行补偿,通过线性回归分析,对补偿电路的输入一输出特性进行近似化处理,将温度补偿精度由±0．5℃提升到了±0．2℃。设计结果表明,该温度传感器精度高,线性度好,能够满足热荧光分析仪的测温要求。     

集成CMOS温度传感器设计、实现和测试

基于MOS管的阈值电压和载流子迁移率随温度的变化关系,设计了一种与CMOS工艺兼容的集成温度传感器。该温度传感器选用charted0.35μm工艺库,以Cadence进行电路图、版图设计,并以CadenceSpectre工具进行仿真,最后经流片、测试,实测与仿真对比结果显示:温度在25～105℃之间变化时,输出频率的变化范围为10.19～5.81MHz,且有较好的线性。此传感器对片上系统温度的监测、过热报警和振荡器频率漂移的补偿等均有重要的意义。     

一种流量压力温度一体化传感器的设计

为了实现多参数综合测量,设计出一种小流量、压力、温度一体化传感器,该传感器主要由敏感元件和调理电路组成,信号输出采用0～5 V模拟输出.对传感器进行各项环境试验,试验结果表明:该传感器流量精度优于3％,压力精度优于0.2％,温度精度优于0.5％,流量热零点漂移小于0.2％ FS/℃,压力热零点漂移小于0.1％ FS/℃...     

原子磁传感器原子气室无磁控温技术

针对原子磁传感器碱金属原子气室对无磁加热的需求,解决磁力仪共振谱线信号信噪比低的问题,使用了差分对的布线方法,采用微加工膜工艺,在陶瓷基板上制备了方形纯铜材质的无磁加热线圈.使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件分析了线圈在2.2mA直流条件下产生的附加稳态磁场分布情况,结合Pro/Engineer软件构建的铜质气室固定支架及其热仿真分析结果,得到了比较理想的加热线圈固定位置.进一步分析确定了20kHz交流加热方案,最终制作完成了具有3W加热功率和0.1℃控温精度的无磁加热器.实验结果表明:该加热器瞬时磁扰动为2.24pT,满足原子气室无磁加热要求.其结果对原子磁传感器气室的设计及工作参数的优化改进具有一定的参考意义.     

一种带曲率补偿的基准及过温保护电路

介绍了一种低温漂的 BiCMOS 带隙基准电压源及过温保护电路。采用 Brokaw 带隙基准核结构,通过二阶曲率补偿技术,设计了一种在-40℃～+160℃的温度变化范围内温度系数为25ppm/K、输出电压为1.2±0.000 5V 的带隙基准电压源电路。电源电压抑制比典型情况下为72dB。这种用于内部集成的带热滞回功能的过温保护电路,过温关断阈值温度为160℃,温度降低,安全开启阈值温度140℃,设计的热滞回差很好地防止了热振荡现象。     

基于DSP的实时PCR仪温度控制系统研制

为小型实时聚合酶链式反应(PCR)仪研制一种基于数字信号处理器(DSP)芯片TMS320F2812的温度控制系统。由DSP产生的脉冲宽度调制(PWM)波经功率放大电路驱动半导体加热制冷片以Pt100作为温度传感器构建一种消除非线性误差的电桥传感电路,将温度信号转换为电压信号,电压信号送入DSP的A/D转换模块,同时进行位置式PID算法,然后调节PWM波的占空比,使整个系统对温度信号达到闭环控制。实验结果表明:系统的升降温速率能达到4℃/s,精度为0.2℃。     

一种电压输出型CMOS集成电容湿度传感器

设计一种湿度传感器。该传感器选用聚酰亚胺作为湿度传感器的感湿介质,采用叉指电容式结构以增加感湿灵敏度,以电荷转移电路为微电容测量电路,用0.35μm多晶硅栅进行设计,形成单片集成湿度传感器。整个组成电路均与CMOS工艺兼容。仿真结果表明:在测量激励方波激励下,片上湿度传感器在27℃下模拟显示出较好的直流电压输出特性。