Robust Pressure Sensor in SOI Technology with Butterfly Wiring for Airfoil Integration

材料科学 风洞 翼型 微电子机械系统 压力传感器 绝缘体上的硅 稳健性(进化) 光电子学 航空航天工程 机械工程 工程类 生物化学 基因 化学
作者
Jan Niklas Haus,Martin Schwerter,Michael Schneider,Marcel Gäding,Monika Leester-Schädel,Ulrich Schmid,Andreas Dietzel
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:21 (18): 6140-6140 被引量:7
标识
DOI:10.3390/s21186140
摘要

Current research in the field of aviation considers actively controlled high-lift structures for future civil airplanes. Therefore, pressure data must be acquired from the airfoil surface without influencing the flow due to sensor application. For experiments in the wind and water tunnel, as well as for the actual application, the requirements for the quality of the airfoil surface are demanding. Consequently, a new class of sensors is required, which can be flush-integrated into the airfoil surface, may be used under wet conditions-even under water-and should withstand the harsh environment of a high-lift scenario. A new miniature silicon on insulator (SOI)-based MEMS pressure sensor, which allows integration into airfoils in a flip-chip configuration, is presented. An internal, highly doped silicon wiring with "butterfly" geometry combined with through glass via (TGV) technology enables a watertight and application-suitable chip-scale-package (CSP). The chips were produced by reliable batch microfabrication including femtosecond laser processes at the wafer-level. Sensor characterization demonstrates a high resolution of 38 mVV-1 bar-1. The stepless ultra-smooth and electrically passivated sensor surface can be coated with thin surface protection layers to further enhance robustness against harsh environments. Accordingly, protective coatings of amorphous hydrogenated silicon nitride (a-SiN:H) and amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC:H) were investigated in experiments simulating environments with high-velocity impacting particles. Topographic damage quantification demonstrates the superior robustness of a-SiC:H coatings and validates their applicability to future sensors.
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