Repensando a fabricação de sensores de pressão com a EMST

Os sensores de pressão são utilizados em uma ampla variedade de aplicações: em sistemas de suspensão a ar na indústria automotiva, em sistemas de ar comprimido na tecnologia ferroviária ou em sistemas de bombas de alta precisão na tecnologia médica. Por mais distintas que sejam as aplicações, todas têm algo em comum: os sensores de pressão são microssistemas, ou seja, componentes micromecânicos (ou micro-ópticos) que combinam e integram elementos microeletrônicos em um sistema complexo.

Em sistemas ou máquinas, os sensores de pressão medem a pressão de líquidos ou gases. Eles convertem a força mecânica que a pressão exerce sobre uma superfície específica — geralmente a membrana do sensor — em um sinal elétrico. Quando a pressão é aplicada à membrana, ela se deforma. Essa deformação pode ser medida com precisão e utilizada para calcular a pressão efetivamente aplicada. Assim, os sensores de pressão desempenham um papel crucial no monitoramento e no controle de processos e sistemas.

Sensores de pressão são normalmente fabricados por processos litográficos sobre substratos de silício. Sensores que medem pressão por meio de uma membrana de sensor — ou seja, de forma resistiva — consistem em quatro extensômetros (strain gauges) dispostos em uma ponte de Wheatstone. A membrana defletível permite uma deformação reprodutível em relação ao sensor sob diferentes pressões ambientais. Essa deformação resulta em uma alteração da resistência na estrutura do extensômetro, devido às propriedades físicas da liga em filme fino, à estrutura em meandro e ao alongamento do condutor.

A produção litográfica da estrutura do sensor é uma tecnologia de ponta, econômica e reprodutível para grandes volumes. No entanto, o principal desafio de um sensor de pressão de filme fino é a fabricação da membrana do sensor. Quando o sensor é construído sobre um substrato de silício, a membrana precisa ser afinada com alto custo por meio de processos de polimento, como o polimento químico-mecânico. Em seguida, a membrana é separada por cortes e montada em uma estrutura de suporte em um processo complexo. Outras abordagens baseiam-se na corrosão das estruturas de silício na face traseira por meio de gravação profunda por íons reativos (Deep Reactive Ion Etching – DRIE) até atingir uma espessura de membrana definida. Abordagens mais recentes em tecnologia de microssistemas utilizam até mesmo membranas de vidro afinadas por ataque químico. Esses métodos mais modernos também exigem o uso de substâncias químicas, tornando a produção de sensores de pressão complexa, arriscada e onerosa.

Ensinger Microsystems Technology (EMST) está transformando a forma como sensores de pressão são fabricados. Eliminamos o uso de substâncias químicas corrosivas, métodos de montagem complexos e etapas de processo complicadas que consomem recursos desnecessários. Nossa tecnologia recém-desenvolvida, baseada no plástico de alto desempenho PEEK, permite fabricar sensores de pressão de forma muito mais eficiente e com menor consumo de recursos – além de oferecer benefícios adicionais em termos de funcionalização, integração e individualização.

Em nossa nova cadeia de processo, as estruturas do meandro do sensor são transferidas para um substrato em formato de wafer por meio de processos especiais de moldagem por injeção, sem necessidade de litografia. A funcionalização do substrato e as estruturas do sensor resultantes são criadas por revestimento PVD e posteriormente expostas. A membrana do sensor pode ser diretamente moldada na face traseira durante o processo de injeção ou posteriormente afinada até a espessura previamente definida por meio de fresagem de alta precisão. A espessura, as propriedades do material e o diâmetro da membrana determinam a deflexão e, consequentemente, a faixa de pressão resultante.

Mas a EMST vai um passo além. Além de simplificar a cadeia de processos e conservar recursos na produção de sensores de pressão, nossa tecnologia de fabricação recém desenvolvida oferece um grau de personalização sem precedentes – para sensores de pressão individuais, precisamente adaptados às suas necessidades. Formatos e posicionamentos dos sensores, faixas de carga, quantidades e funcionalidades podem ser ajustados à aplicação sem grande esforço técnico ou financeiro. O elevado grau de liberdade também permite integrar os sensores em aplicações que antes eram inimagináveis. O material TECACOMP PEEK LDS que utilizamos possibilita ainda uma solução inovadora de contato elétrico do sensor por meio do processo de laser direct structuring (LDS).

Teremos prazer em auxiliar você no desenvolvimento da sua solução personalizada de sensor de pressão com a EMST.