2017/1/5 13:39:28
每个周六，中国兵器工业第214所研究员级高级工程师夏俊生，都会像工作日一样早早地来到办公室加班。日前“神舟十号”载人飞船上天，他和他的团队贡献了5种集成电路。其中，驱动控制的专用集成电路、压力传感器等成为确保航天飞行器各系统正常运行的关键器件。
“航天工程对于集成电路的质量和可靠性都有特殊要求。”夏俊生与同事们将下达的20多项参数指标，细化分解成50多项落地指标。两年时间研制样品，三四年时间来改进优化，214所终于研制出高可靠性的集成电路。按照要求，电路要保证在-55℃至125℃的温度范围内正常工作。夏俊生等技术人员把电路承受的范围扩大到-65℃至150℃。
从“神一”到“神十”，从无人到载人，任务技术参数要求不断“加码”。“集成电路的技术参数每提高一点点，都要经历上百次乃至上千次的实验。”
随着传感器技术的发展，功能集成化和结构小型化或一体化则成为传感器的主要发展趋势之一。压力开关传感器的研制就是将功能单一的机械式压力开关与压力传感器结构小型化、功能集成化，使二者在同一个压力腔内能够同时提供开关信号和连续电信号。该压力开关传感器研制要突破一体化结构、小型传感器设计及机械压力开关等关键技术难点，解决涉及多门学科相互交叉的综合技术。
为了实现机械压力开关与传感器一体化结构的要求，二者必须位于同一压力腔体中。如果没有体积尺寸和重量的限制，传感器与压力开关只需平行排列就可以。但在较小结构空间内，我们拟将传感器与压力开关的感压膜片面对面安装在同一压力腔内，共用同一个压力接口与信号接插件。能够同步感受外部传递的压力，并同时提供阶越信号与连续电信号。该结构外壳为不锈钢材料，整体设计采用固体硬连接，利用氩弧焊、电阻焊和电子束等多种体连接方法实现传感器结构内无可动部件，强化传感器抗压、抗振、抗冲击特性。
传感器输出的毫伏信号需要经过放大电路转化成0～5V标准信号输出。根据使用要求将电路板设计安装在电路盒体内，电路盒的结构设计如图3所示。外壳采用金属铝材料，表面进行阳极氧化，电路板经过固定安装后，电路盒四周采用密封处理，输出信号通过电连接器与外部仪表连接。
压力传感器的工作原理选择扩散硅压阻工作机理。将构成惠斯登电桥的四个扩散硅电阻对称设计在弹性体的正负应变区上，扩散硅电阻随被测介质的压力增加而增加或减小，造成惠斯登电桥的不平衡电压与被测压力成线性变化。
基于一体化结构设计压力传感器的敏感器件和芯体采用微小型化，与压力开关形成上下配套结构，形成一体化设计。为传感器小型体芯结构。传感器设计利用自主开发的传感器计算机辅助设计应用技术进行，使用ANSYS有限元分析平台软件和CV机械设计软件及数据库的数据资料，建立合理适用的传感器数学模型。传感器结构进行全固态设计，敏感芯片与玻璃之间、玻璃与金属导压管之间连接采用静电封接，烧结座、导压管、膜片及焊环之间采用氩弧焊接或电子束焊接，有效地避免了胶粘等软连接对传感器性能的影响，同时提高了芯体的稳定性和可靠性。同时利用贴片或厚膜电阻网络技术，采用全温区的两点和三点补偿方案，对传感器的零点失调电压、零点和灵敏度的热漂移进行二次温度补偿。