机油压力传感器MEMS详细介绍

发布网友发布时间：2022-04-23 06:46

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热心网友时间：2022-06-16 23:17

　　在我们的生活中，机器化的东西随处可见，汽车，洗衣机，洗碗机，吸尘器，还有最近的扫地机器人。想想就能发现，我们好像已经离不开机器了。而我们的所有机器，几乎都用到了机油压力传感器这个零件，这可以看出它有多重要了。它是微电子机械系统中不可缺少的零件。正是这个零件，使我们的生活多了许多机器用来代替人工，可以让我们有更多的时间去做其他的事情，下面就来详细介绍一下它。

　　机油压力传感器MEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。

　　一、特点MEMS压力传感器可以用类似集成电路的设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单、易用和智能化。

　　传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样，像集成电路那么微小，而且成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，相对于传统“机械”制造技术，其性价比大幅度提高。

　　二、MEMS压力传感器原理目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。

　　硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本。

　　MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形应力杯硅薄膜内壁，采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达0.01-0.03%FS。

　　电容式压力传感器利用MEMS技术在硅片上制造出横隔栅状，上下二根横隔栅成为一组电容式压力传感器，上横隔栅受压力作用向下位移，改变了上下二根横隔栅的间距，也就改变了板间电容量的大小，即△压力=△电容量。

　　三、MEMS压力传感器的应用前景MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子如TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器。消费电子如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器。工业电子如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。

　　典型的MEMS压力传感器管芯(die)结构和电原理，左是电原理图，即由电阻应变片组成的惠斯顿电桥，右为管芯内部结构图。典型的MEMS压力传感器管芯可以用来生产各种压力传感器产品。MEMS压力传感器管芯可以与仪表放大器和ADC管芯封装在一个封装内(MCM)，使产品设计师很容易使用这个高度集成的产品设计最终产品。

　　四、设计、生产、销售链MEMS压力传感器Die的设计、生产、销售链。目前集成电路的4寸圆晶片生产线的大多数工艺可为MEMS生产所用。但是需要增加双面光刻机、湿法腐蚀台和键合机三项MEMS特有的工艺设备。压力传感器产品生产厂商需要增加价格不菲的标准压力检测设备。对于MEMS压力传感器生产厂家来说，开拓汽车电子以及消费电子领域的销售经验和渠道是十分重要和急需的。特别是汽车电子对MEMS压力传感器的需要量在近几年激增，如捷伸电子的年需求量约为200-300万个。

　　五、MEMS芯片与IC的异同与传统IC行业注重二维静止的电路设计不同，MEMS以理论力学为基础，结合电路知识设计三维动态产品。对于在微米尺度进行机械设计会更多地依靠经验，设计开发工具(Ansys)也与传统IC(如EDA)不同。MEMS加工除了使用大量传统的IC工艺，还需要一些特殊工艺，如双面刻蚀，双面光刻等。MEMS比较传统IC，工艺简单，光刻步骤少，MEMS生产的一些非标准的特殊工艺，工艺参数需要按照产品的要求来进行调整。由于需要产品设计、工艺设计和生产三方面的密切配合，IDM的模式要优于Fabless+Foundry的模式。MEMS对封装技术的要求很高。传统半导体厂商的生产线正面临淘汰，即使用来生产LDO，其利润也非常低，但是，如果生产MEMS，则可获得较高的利润。线上的每一个圆晶片可生产合格的MEMS压力传感器Die5-6K个，每个出售后，可获成本7-10倍的毛利。转产MEMS对厂家的工艺要求改动不大，新增辅助设备有限，投资少、效益高。MEMS芯片与IC芯片整合封装是集成电路技术发展的新趋势，也是传统IC厂商的新机遇。

　　六、生产MEMS压力传感器Die成本估计圆晶片生产线生产MEMS压力传感器Die成本估计如表所示，新增固定成本是指为该项目投入的人员成本和新设备的折旧(人员：专家1名+MEMS设计师2名+工程师4名+工艺师5名+技工12名，年成本147万元，新增设备投入650万元，按90%四年折旧计算);现有成本是指在5次光刻条件下使用的成本(包括人工、化剂、水电、备件等的均摊成本);硅片材料成本是指双抛4寸硅片的价格。

　　上面很多词语也包含了一些专业术语，菜鸟级的我们可以选择跳过，看看一些主要功能的介绍，还有应用前景。从应用前景可以看出，我们的未来也不能缺少它了，不管是大型机器，还是小型的，它都可以协助机器更好的工作了。如果是从事这个机器方面的大家，可以仔细看看，因为这是从事这方面的必修课了。最后希望上文可以给大家带来一些帮助。