1、MEMS壓力傳感器原理與應用,報告人：高峰,主要內(nèi)容,1.MEMS壓力傳感器簡介 2.MEMS壓力傳感器原理 3.MEMS壓力傳感器的制作過程簡介 4.MEMS壓力傳感器的應用,MEMS壓力傳感器,MEMS（微電子機械系統(tǒng)）是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。 MEMS壓力傳感器可以用類似集成電路（IC）設(shè)計技術(shù)和制造工藝，進行高精度、低成本的大批量生產(chǎn)。傳統(tǒng)的機械量壓力傳感器是基于金屬彈性體受力變形，由機械量彈性變形到電量轉(zhuǎn)換輸出，因此它不可能如MEMS壓力傳感器那樣做得像IC那么微小，成本也遠遠高于MEMS壓力傳感器。相對于傳統(tǒng)的機械量

2、傳感器，MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過1cm，使性價比相對于傳統(tǒng)“機械”制造技術(shù)大幅度提高。,MEMS壓力傳感器原理,目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器。,硅壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的，具有較高的測量精度、較低的功耗，極低的成本。由惠斯頓電橋組成的壓阻式傳感器，如無壓力變化，其輸出為零。 其電原理如圖1所示。硅壓阻式壓力傳感器其應變片電橋的光刻版本如圖2。,圖1 惠斯頓電橋電原理,圖2 應變片電橋的光刻版本,MEMS硅壓阻式壓力傳感器采用周邊固定的圓形的應力杯

3、硅薄膜內(nèi)壁，采用MEMS技術(shù)直接將四個高精密半導體應變片刻制在其表面應力最大處，組成惠斯頓測量電橋，作為力電變換測量電路，將壓力這個物理量直接變換成電量，其測量精度能達0.01%0.03%FS。,硅壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖3所示，上下二層是玻璃體，中間是硅片，硅片中部做成一應力杯，其應力硅薄膜上部有一真空腔，使之成為一個典型的壓力傳感器。應力硅薄膜與真空腔接觸這一面經(jīng)光刻生成如圖2的電阻應變片電橋電路。當外面的壓力經(jīng)引壓腔進入傳感器應力杯中，應力硅薄膜會因受外力作用而微微向上鼓起，發(fā)生彈性變形，四個電阻應變片因此而發(fā)生電阻變化，破壞原先的惠斯頓電橋電路平衡，電橋輸出與壓力成正比的電壓信號。圖4

4、是封裝IC的硅壓阻式壓力傳感器實物照片。,圖3 硅壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu),圖4 硅壓阻式壓力傳感器實物,硅電容式壓力傳感器利用MEMS技術(shù)在硅片上制造出橫隔柵狀，上下二根橫隔柵成為一組電容式壓力傳感器，上橫隔柵受壓力作用向下位移，改變了上下二根橫隔柵的間距，也就改變了板間電容量的大?。▓D5）。電容式壓力傳感器實物如圖6。,圖5 電容式壓力傳感器結(jié)構(gòu),圖6 電容式壓力傳感器實物,MEMS壓力傳感器的應用,MEMS壓力傳感器廣泛應用于汽車電子：如TPMS、發(fā)動機機油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器、汽車發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器（TMAP）、柴油機共軌壓力傳感器；消費電子：如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器，空調(diào)壓力傳感器，洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器；工業(yè)電子：如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱重等。,如圖7所示。MEMS壓力傳感器管芯可以與儀表放大器和AD