中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
聯(lián)系人：李鋒
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什么是MEMS壓力傳感器
MEMS是Micro Electro Mechanical systems的縮寫(xiě)，即微電子機械系統。MEMS技術(shù)被譽(yù)為21世紀具有革命性的高新技術(shù)之一，可追溯至20世紀50年代。
微電子機械系統(MEMS)技術(shù)是指對微米/納米材料進(jìn)行設計、制造、測量和控制的技術(shù)。
MEMS壓力傳感器是利用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)(包括硅體微加工、硅表面微加工、鍵合等技術(shù))相結合的制造工藝，制造的壓力傳感器。MEMS壓力傳感器在尺寸、精度、響應速度等各方面均表現卓越。
MEMS壓力傳感器的分類(lèi)
基于硅材料的MEMS壓力傳感器基于不同的工作原理，可將其分為三類(lèi)：硅壓阻式、硅電容式和硅諧振式。
硅壓阻式壓力傳感器
壓阻效應，是指當半導體材料受到應力作用時(shí)，引起能帶的變化，能谷的能量移動(dòng)，使半導體電阻的電阻率發(fā)生變化的現象。
壓阻式壓力傳感器是利用壓阻效應設計的壓力傳感器，其具有尺寸小、靈敏度高和快速響應等特點(diǎn)，但其工藝復雜，易受溫度和振動(dòng)的影響，需要溫度補償。
硅電容式壓力傳感器
硅電容式壓力傳感器是一種利用硅材料作為感應元件，并將被測量變化轉換成電容量變化的壓力傳感器。
它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當薄膜感受壓力而變形時(shí)，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過(guò)測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。
這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩定性好、線(xiàn)性范圍寬等，缺點(diǎn)是成本較高、容易受到溫度和濕度的干擾。
硅諧振式壓力傳感器
硅諧振式壓力傳感器是在硅材料上利用外界壓力變化導致諧振子諧振頻率的變化的原理，將被測量壓力變化轉換成諧振頻率變化的壓力傳感器。
硅諧振式壓力傳感器，具有高精度、高分辨率、高抗干擾能力、適用于長(cháng)距離傳輸、能直接與數字設備相連等特點(diǎn)，但其生產(chǎn)周期長(cháng)、成本高、輸出頻率與被測量往往是非線(xiàn)性關(guān)系。
壓阻式壓力傳感器的工作原理
MEMS壓阻式壓力傳感器的敏感元件由敏感芯片和支撐襯底組成，敏感元件的初始特征參數固化了傳感器的多項關(guān)鍵參數指標，是傳感器的核心。
硅壓阻壓力敏感芯片是敏感元件與轉換元件集成在同一單晶硅襯底基片上的敏感芯片。感知壓力的敏感元件是周邊密封固支的彈性硅平面膜片，膜片背面硅材料被去除，形成倒四邊錐體空腔。不同厚度的硅彈性膜片確定了不同壓力測量范圍、靈敏度、過(guò)載能力。
周邊密封固支的彈性硅平面膜片
為了優(yōu)化膜片周邊支撐側壁的強度、剛硬封裝應力的隔離和芯片襯底的電絕緣性能，芯片硅襯底要層疊在熱漲特性匹配的厚玻璃基片上。層疊后空腔與環(huán)境大氣壓相通的芯片可用于表壓測量，空腔與環(huán)境大氣壓隔絕的芯片可用于絕壓測量。
將感知的被測壓力轉換成電信號的擴散硅壓阻電阻位于平膜片的上表層，常規設計是將壓阻電阻放置在平面膜片的邊緣或中心附近。當平膜片受到被測壓力作用發(fā)生形變時(shí)，在膜片小撓度 （膜片中心最大撓度遠小于500微應變）前提下，利用壓阻電阻率變化，輸出一個(gè)與膜片撓度、即與壓力變化成線(xiàn)性變化的電信號。
為了優(yōu)化敏感芯片的測量性能，四個(gè)壓阻敏感電阻在平面上布局成的惠斯登電橋 (Wheatstone bridge)。當被測壓力作用時(shí)，其中一組對臂電阻增大、另一組對臂電阻減小，使惠斯登電橋的不平衡電壓輸出與被測壓力成線(xiàn)性變化。
壓阻式壓力傳感器的應用
MEMS壓阻式壓力傳感器在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域應用廣泛，如航空航天、航海、石油化工、機械制造與自動(dòng)化、水利水電、工業(yè)氣體、生物醫學(xué)工程、氣象、地質(zhì)、地震測量等。
作為國內MEMS壓力傳感器的先行者，昆山雙橋傳感器擁有50余年的技術(shù)積累和沉淀，產(chǎn)品在風(fēng)工程、流體力學(xué)測量、空氣動(dòng)力學(xué)測量、燃爆沖擊測量、巖土力學(xué)測量、航天航空、特種機器人、船舶、高鐵、特種車(chē)輛、微創(chuàng )醫學(xué)、工業(yè)控制等領(lǐng)域廣泛應用，其中部分產(chǎn)品填補了國內外空白。
