MEMS压力传感器及其应用_颜重光_图文.
MEMS微传感器在汽车中的应用PPT课件
材料生长和制造工艺流程复 杂，不能在高温条件下工作
微传感器的实例(1)——力学
微加速度传感器 微陀螺仪 微压力传感器 微麦克风
在此只重点介绍微加速度传感器。
微加速度传感器
主要用于测量物体运动过程中的加速度：过载、 振动和冲击
压阻式、电容式、压电剪切压阻系数
P型压敏电阻的变化率为 R R ll tt 7.8 1 l 6.3 6 t 1 5 0
N型压敏电阻的变化率为
R R l lt t 3.2 1 l 1.6 7 t 1 5 0
压阻式传感器输出信号的检测一般需要采用惠斯通电桥
R1 R3
R4' R2'
电容式
悬浮支架 加速度
固定支架 导电电极
质量块 衬底
a)垂直敏感电容微加速度计结构
固定支点
加速度 质量块
感应叉指
悬浮支架
b) 水平敏感电容微加速度计结构
电容式加速度计的不同敏感电容
1) 平行板电容式微加速度计
平行板结构电容式 硅 微加速度计虽然具 玻璃 有较高的灵敏度， 玻硅璃 但是其制作需要腐 硅
研1202班
主要内容
微传感器的概念 微传感器的分类 基本敏感原理介绍 微传感器的实例
微传感器的概念
微传感器：基于MEMS工艺的，能把被测物理量 转换为电信号输出的器件，通常由敏感元件和传输 元件组成。
MEMS微传感器原理框图
微传感器的概念
微传感器是今天最广泛使用的MEMS器 件，通常使用集成电路工业中发展起来的 手段和技术来制造，比如微金属版印制技 术、刻蚀技术等，也采用专门为微传感器 制造开发的新技术。
检测质量电极 检测质量
扭转铰链
MEMS传感器及其应用 ppt课件
微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）是将微电子技术与机械 工程融合到一起的一种工业技术，它的操 作范围在微米范围内。比它更小的，在纳 米范围的类似的技术被称为纳机电系统。 MEMS（微机电系统）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。
典型的MEMS压力传感器
典型的MEMS压力传感器管芯（die）结构和电原理如 图7所示，左是电原理图，即由电阻应变片组成的惠斯顿 电桥，右是管芯内部结构图。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，如图8所示。 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。
MEMS压力传感器
MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子：如 TPMS（轮胎压力监测系统）、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、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。
1)影像传感器 简单说就是相机镜头，由于只牵涉到微光学与微电子，没有机械 成份在里头，即便加入马达、机械驱动的镜头，这类的机械零件 也过大，不到「微」的地步，所以此属于光电半导体，属于光 学、 光电传感器。 2)亮度传感器
外界并不清楚iPhone4用何种方式感应环境光亮度，而最简单的实现方式 是用一个光敏电阻，或者，iPhone4直接用影像传感器充当亮度侦测，也 是可行。无论如此，此亦不带机械成份，属于光电类传感器，甚至可能 不是微型的，只是一般光学、光电传感器。
传感器的应用及工作原理图
传感器的应用及工作原理图1. 传感器的定义和分类传感器是一种将各种物理量转换成可以测量或使用的电信号或其他形式的信息输出的装置。
按照转换物理量的不同，传感器可以分为多种类型，包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器、光传感器、加速度传感器等。
2. 传感器的应用下面列举了几种常见的传感器应用：•温度传感器：用于测量物体的温度，广泛应用于工业、建筑、医疗等领域。
例如，温度传感器可用于监控设备的工作温度，防止过热造成故障。
•压力传感器：用于测量液体或气体的压力。
在汽车行业，压力传感器常用于发动机燃油系统的控制，以确保压力稳定，燃烧效率高。
•光传感器：根据感受到的光强度进行测量和控制。
在自动照明系统中，光传感器可用于检测室内或室外光线强度的变化，然后自动调整灯光亮度。
•位移传感器：用于测量物体的位移或变形。
在机械制造业中，位移传感器可用于测量零件的位置或变形，以确保生产过程的精度和质量。
•湿度传感器：用于测量空气中的湿度水分。
在农业领域，湿度传感器可用于监测土壤湿度，以便合理灌溉，提高农作物产量。
3. 传感器的工作原理图不同类型的传感器有不同的工作原理。
下面以温度传感器为例，介绍其工作原理图：传感器工作原理图传感器工作原理图温度传感器的工作原理主要基于温度的热电效应。
常见的温度传感器有热电偶和热电阻两种类型。
•热电偶：由两种不同金属材料制成的导线连接，形成两个接触点。
当一个接触点受热，而另一个接触点处于低温状态时，两个金属之间会产生热电势差，通过测量这个差值可以推断出温度。
•热电阻：热电阻传感器通常采用铂电阻材料制成。
由于铂电阻材料对温度变化非常敏感，当温度变化时，电阻值也会相应变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定温度的变化。
除了温度传感器，其他类型的传感器的工作原理也各不相同。
例如，光传感器的工作原理基于光敏材料的光电效应，位移传感器的工作原理基于电容或电感的变化，压力传感器的工作原理基于应变片或受力杆的变形等。
mems压阻式压力传感器的应用实例
mems压阻式压力传感器的应用实例压阻式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它利用受压导电材料的电阻值随受压程度的变化而发生变化的原理进行压力传感。
下面将介绍几个压阻式压力传感器的应用实例。
1.汽车行业压阻式压力传感器在汽车行业得到广泛应用。
例如，在汽车的发动机控制系统中，压阻式压力传感器可以用于测量燃料压力、废气压力等参数，以便发动机控制单元能够准确控制燃料喷射和排放系统。
此外，压阻式压力传感器还可用于测量轮胎压力，实现胎压监测功能，并提醒驾驶员及时进行充气。
2.工业自动化压阻式压力传感器在工业自动化领域也有广泛应用。
例如，在液压系统中，压阻式压力传感器可以测量液体的压力，为系统提供实时的压力信息，以确保系统的稳定运行。
此外，在气压系统中，压阻式压力传感器可以实现对气体流量、压力的精确测量，并为系统的控制提供必要的数据支持。
3.医疗设备压阻式压力传感器在医疗设备中的应用也非常广泛。
例如，在呼吸机和血压监测设备中，压阻式压力传感器可以测量呼吸气流和血压的变化，以帮助医生对患者的呼吸和心血管状况进行监测和诊断。
此外，压阻式压力传感器还可用于测量人体接触物体的力度，如人体姿势检测、床垫压力监测等。
4.石油与天然气工业压阻式压力传感器在石油与天然气工业中的应用非常重要。
例如，在油井探测设备中，压阻式压力传感器可测量井口的压力，为石油开发提供必要的数据支持。
此外，在管道运输系统中，压阻式压力传感器可用于测量管道的压力和流量，以确保管道的安全运行。
5.空调与制冷设备压阻式压力传感器在空调与制冷设备中也有广泛应用。
例如，在冷冻空调系统中，压阻式压力传感器可以测量制冷剂的压力和温度，以保证系统的高效运行。
此外，在家用空调中，压阻式压力传感器还可用于测量空气流量和空气质量，提供舒适的室内环境。
综上所述，压阻式压力传感器在各个领域的应用非常广泛。
通过测量压力变化，它可以帮助实现对各种参数的准确测量和控制，为相关行业的设备和系统提供数据支持，提高生产效率和产品质量。
压力传感器MEMS简介演示
，且制造工艺复杂。
03
压电式
利用压电晶体感受压力，将压力转化为电压或电荷变化，输出电信号。
具有灵敏度高、响应速度快、体积小等优点，但易受温度和湿度影响，
且制造工艺复杂。
压力传感器的应用场景
工业控制
用于生产过程中的压力控制、 气体分析等。
汽车电子
用于汽车发动机控制、刹车系 统等。
医疗设备
用于血压、呼吸等生理参数的 监测。
谐振式MEMS压力传感器
利用谐振腔的谐振频率变化感应压力，具有高精 度和稳定性好的特点，适用于高端应用和工业过 程控制。
MEMS压力传感器制造工艺流程
制造工艺流程
MEMS压力传感器制造涉及微机械 加工、微电子加工、光电子加工等技 术，包括硅片加工、薄膜加工、掺杂 、光刻、腐蚀等工艺步骤。
制造材料
MEMS压力传感器制造常用的材料包 括单晶硅、多晶硅、玻璃、聚酰亚胺 等，不同材料适用于不同的应用场景 和性能要求。
医疗压力传感器应用案例
总结词
医疗领域是MEMS压力传感器的另一个重要应用领域，主要 用于监测血压、呼吸和内压等。
详细描述
在医疗领域，MEMS压力传感器主要用于监测人体的生理参 数，如血压、呼吸和内压等。这些传感器能够实时监测患者 的生理状态，为医生提供准确的数据参考，有助于诊断和治 疗。
工业过程控制压力传感器应用案例
总结词
工业过程控制是MEMS压力传感器的另一个应用领域，主要用于控制和监测工业生产过程中的各种气体和液体压 力。
详细描述
在工业过程控制中，MEMS压力传感器主要用于检测和控制各种气体和液体的压力，如空气、燃气、蒸汽、水等 。这些传感器能够实时监测压力变化，确保工业生产过程的稳定性和安全性。
一文深度了解MEMS传感器的应用场景（值得典藏）
一文深度了解MEMS传感器的应用场景（值得典藏）MEMS传感器作为获取信息的关键器件，对各种传感装置的微型化起着巨大的推动作用，已在太空卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、各种车辆、生特医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。
MEMS传感器典型应用如下图：随着电子技术的发展，MEMS的应用领域越来越广泛，由最早的工业、军用航空应用走向普通的民用和消费市场。
在智能手机上，MEMS传感器提供在声音性能、场景切换、手势识别、方向定位、以及温度/压力/湿度传感器等广泛的应用；在汽车上，MEMS传感器借助气囊碰撞传感器、胎压监测系统（TPMS）和车辆稳定性控制增强车辆的性能；医疗领域，通过MEMS传感器研成功制出微型胰岛素注射泵，并使心脏搭桥移植和人工细胞组织成为现实中可实际使用的治疗方式；在可穿戴应用中，MEMS传感器可实现运动追踪、心跳速率测量等。
汽车电子MEMS传感器的应用汽车电子产业被认为是MEMS传感器的第一波应用高潮的推动者，MEMS传感器在汽车上应用的快速发展主要是受益于各国政府全面推出汽车安全规定（比如要求所有汽车采用TPMS系统）和汽车智慧化的发展趋势。
全球平均每辆汽车包含10個传感器，在高档汽车中，大约采用25至40只MEMS传感器，车越好，所用的MEMS就越多，BMW740i汽车上就有70多只MEMS。
MEMS传感器可满足汽车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本低的要求。
其应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统（ABS）、电子车身稳定程序（ESP）、电控悬挂（ECS）、电动手刹（EPB）、斜坡起动辅助（HAS）、胎压监控（EPMS）、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等等。
目前，压力传感器、加速度计、陀螺仪与流量传感器四类器件合计占汽车MEMS系统的99%。
MEMS压力传感器MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器，至少18个汽车应用领域促进压力传感器的增长，包括：轮胎压力，电子稳定控制系统中的刹车传感器，侧面气囊，与日益严格的排放标准相关的引擎控制，大气压力与废气再循环压力。
MEMS传感器及其应用
微机电系统（ 微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）是将微电子技术与机械 Systems，MEMS）是将微电子技术与机械 工程融合到一起的一种工业技术，它的操 作范围在微米范围内。比它更小的，在纳 作范围在微米范围内。比它更小的，在纳 米范围的类似的技术被称为纳机电系统。 MEMS（微机电系统）是指集微型传感器、 MEMS（微机电系统）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。
二、MEMS技术基础 MEMS技术基础
MEMS的技术基础可以分为以下几个方面： MEMS的技术基础可以分为以下几个方面： （1）设计与仿真技术； （2）材料与加工技术； （3）封装与装配技术； （4）测量与测试技术； （5）集成与系统技术等
三、MEMS应用研究 MEMS应用研究
人们不仅要开发各种制造MEMS的技术，更重要 人们不仅要开发各种制造MEMS的技术，更重要 的是如何将MEMS技术与航空航天、信息通信、 的是如何将MEMS技术与航空航天、信息通信、 生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器 等应用领域相结合，制作出符合各领域要求的微 传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。 传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。 MEMS还用于大量声波双工器 MEMS还用于大量声波双工器 （BulkAcousticWaveduplexer）与滤波器、麦克风、 BulkAcousticWaveduplexer）与滤波器、麦克风、 MEMS自动聚焦致动器、压力感测器、MEMS微 MEMS自动聚焦致动器、压力感测器、MEMS微 微型投影仪，甚至MEMS陀螺仪。 微型投影仪，甚至MEMS陀螺仪。
第十五章MEMS传感器讲述课件
感谢您的观看
THANKS
应用范围
体微加工技术适用于制造 一些特殊类型的MEMS传 感器，如流体传感器、生 物传感器等。
键合与封装技术
定义
键合与封装技术是将MEMS传感 器与外部电路和保护壳体进行连
接和封装的过程。
工艺流程
键合与封装技术包括芯片粘接、引 线键合、密封填充等步骤，以确保 MEMS传感器能够在实际应用中稳 定工作。
。
集成化
MEMS传感器通常与其 他电子器件集成在一起 ，形成一个完整的系统
。
高精度
MEMS传感器的精度非 常高，能够实现高精度
的测量。
低功耗
MEMS传感器的功耗非 常低，能够延长设备的
续航时间。
材料选择
单晶硅
单晶硅是MEMS传感器的主要材料之一，具 有高强度、高刚度和良好的热稳定性。
多晶硅
多晶硅材料具有较好的塑性和韧性，适合用 于制造柔性MEMS传感器。
未来发展趋势
01
新材料应用
随着新材料的发展，MEMS传 感器的性能将得到进一步提升 。
02
智能化
未来MEMS传感器将更加智能 化，能够自适应调整参数以提 高性能。
03
网络化
随着物联网技术的发展， MEMS传感器将更加网络化， 实现远程监控和管理。
04
个性化与定制化
随着需求的多样化，MEMS传 感器的设计和应用将更加个性 化与定制化。
分辨率与精度
分辨率
分辨率是指传感器能够检测到的 最小输入信号变化量。分辨率越 高，传感器能够检测到的信号变 化越细微。
精度
精度是指传感器测量结果的准确 性。高精度的传感器能够提供更 接近真实值的测量结果。
《MEMS技术及其应用》课件
欢迎来到《MEMS技术及其应用》PPT课件，我们将介绍MEMS技术的基本原 理和应用领域，以及其未来发展趋势。
什么是MEMS技术
MEMS技术是微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的简称。它是一种将微尺寸机械系统、电子 元器件和集成电路技术结合在一起的技术。 MEMS技术的发展历程经历了多年的研究和创新，目前已在许多领域得到广泛应用。 MEMS技术主要应用于传感器、执行器、生物医学、无线通信等领域，为现代科技带来了巨大的进步。
MEMS执行器的应用
MEMS执行器是一种能够通过控制电信号产生机械运动的微小器件，具有高精 度和高响应速度的特点。
MEMS执行器在光学、声学、微流控等领域发挥着重要作用，例如光学开关、 喷墨打印头和微型马达等。
MEMS执行器的典型应用还包括振动马达、微型阀门和微钳等，为各种微机电 系统提供动力和控制。
MEMS感器的应用
MEMS传感器是一种能够转换感知参数为电信号的微小器件，具有体积小、功 耗低和高灵敏度的特点。
MEMS传感器广泛应用于汽车、智能手机、医疗设备等领域，为实时监测、精 确测量和智能控制提供了关键支持。
典型的MEMS传感器应用包括加速度计、陀螺仪、压力传感器等，在自动驾驶、 健康监测等方面具有重要作用。
MEMS技术未来发展趋势
MEMS技术未来的发展方向包括更小尺寸、更低功耗、更高性能、更多功能的 微型器件和系统。
MEMS技术在人工智能、物联网、无人驾驶等领域具有极大的应用前景，将为 社会带来更多便利和创新。
随着MEMS技术的进一步发展，我们可以期待更多智能、高效和可靠的微型设 备的出现。
MEMS技术的基本原理
MEMS技术利用微纳加工艺制造微小的机械结构，并将其与电子元器件集成在一起，形成复杂的功能器件。
MEMS压力传感器原理与应用简介 ppt课件
ppt课件
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硅压阻式压力传感器结构如图3所示，上下二层是玻璃体，中间是硅 片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一 个典型的压力传感器。应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2 的电阻应变片电桥电路。当外面的压力经引压腔进入传感器应力杯中，应 力硅薄膜会因受外力作用而微微向上鼓起，发生弹性变形，四个电阻应变 片因此而发生电阻变化，破坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，电桥输出与压 力成正比的电压信号。图4是封装IC的硅压阻式压力传感器实物照片。
硅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（图 5）。电容式压力传感器实物如图6。
图5 电容式压力传感器结构
ppt课件
图6 电容式压力传感器实物
13
4 MEMS压力传感器的应用
ppt课件
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ppt课件
18
ppt课件
19
国内外主要供应商
1) 2) 3) 4) 5)
意法半导体（STM） 博世（bosch） 飞思卡尔（freescale） 敏芯微电子技术有限公司 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司
ppt课件
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结束语
当前 ,MEMS技术正处于高速发展前夕 , 21世纪会展现一个大发展的局面 ,它的广泛应 用和效益将强有力地显示出来 ,它对信息、航 空、航天、自动控制、医学、生物学、力学、 热学、光学、近代物理和工程学等诸领域发 展的影响将是深远的 ,人类的生产和生活方式 也会因此而发生重大改变
17ppt课件18ppt课件19ppt课件国内外主要供应商?1意法半导体stm?2博世bosch?3飞思卡尔freescale?4敏芯微电子技术有限公司?5北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司20ppt课件结束语?当前mems技术正处于高速发展前夕21世纪会展现一个大发展的局面它的广泛应用和效益将强有力地显示出来它对信息航空航天自动控制医学生物学力学热学光学近代物理和工程学等诸领域发展的影响将是深远的人类的生产和生活方式也会因此而发生重大改变21ppt课件22p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。
MEMS压力传感器综述
2.5 键合技术
MEMS 封装技术是 MEMS 工艺中的关键性技术，而键合技术则是 MEMS 封装中的关键技
术。 硅片键合技术是指通过化学和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其它材料紧密地结合 起来的方法。其中阳极键合技术是目前较为先进的键合技术。 2.5.1 硅-硅直接键合 两硅片通过高温处理可以直接键合在一起，不需要任何粘结剂和外加电场，工艺简单。 主要工艺流程： （1）将两抛光硅片先经含 HF 的溶液浸泡处理； （2）在室温下将两硅片抛光面贴合在一起； （3） 贴合好的硅片在氧气或氮气环境中经数小时的高温处理， 这样就 合。 技术关键： （1）在键合前对硅片进行表面处理，使其表面吸附是至关重要的；
功耗以及微型化带来了挑战。 电容式压力传感器 灵敏度高,适宜于进行微压测量；功耗低,电阻 是完全的耗能元件,而电容是储能元件；输出的重复性和长期稳定性好；微型化变的相对简单。 但其电容变化与施加压力成非线性关系；硅微结构导致感测电容非常小, 电容的变化量更小； 传感器的动态范围受到了初始电容的限制。
压阻式压力传感器的基本原理如图 1.1 所示，惠斯登全桥电路。
R1 R4 R2 R3
B,E 间电势差 UBE=0，电路无电压输出；
R1 R4 R2 R3
B,E 间电势差 UBE 不为零。根据此电路特性，将 R1,R2,R3,R4 制成为高精密半导体电阻应变片， 利用其半导体的压阻效应， 将压力造成的机械形变转化为电阻本身的阻值变化，进而改变电路 中的电势差 UBE，以此来测量出压力大小。图 1.2 为硅压阻式压力传感器结构示意图。中间紫 色部分是硅杯， 具有圆形的应力杯硅薄膜内壁，通常将惠斯登电桥刻蚀正在其表面应力最大处 刻成惠斯登测量电桥；上下玻璃体，上部为真空腔，形成绝压压力传感器。压力施加于下部， 令硅杯发生形变，从而采集压力信息。
传感器原理及应用光敏传感器重点PPT课件
人类视觉灵敏度最高：555nm=>绿光；650nm=>红光降低约 10%
大多数红外受光在波长900nm附近灵敏度最高；
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传感器原理及应用
第2章 光敏传感器——智能红外遥控器的设计
红外接收器件： 光电二极管
与亮电阻之比一般在102~106之间。
光电灵敏度：电压相对灵敏度Ks=>在单位外加电压下入射单位光通
量 量
时 入
所 射
输 时
出 ，
的 电
光 阻
电 值
流 的
值 相
： 对
变K光 敏s化= I率L /：( Φ
U)；积分灵敏度S积= S积=(RT-RC)/(ΦRC)
>
单
位
光
通
电
阻
的
伏
安
特
性
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传感器原理及应用
传感器原理及应用
第2章 光敏传感器——光电导效应器件及其应用
光电导效应：
光照射半导体材料时，材料吸收光子而产生电子-孔穴对，使导电性能 加强，电导率增加，人们把这种光照后电导率发生变化的现象称为光电 导效应。该过程在半导体材料内进行的，故又称为内光电效应。
光敏电阻器：
光敏电阻器就是利用光敏材料的内光电效应制成的
传感器原理及应用
第2章 光敏传感器——光生伏特效应器件
主要光生伏特探测器：
1.ＰＮ结光电池
Ａ．光照强度与开路电压的关系：因为光照强度越大，产生的电子孔穴 对越多，光电流越大，运动到PN结边界的电荷量增加，VOC增加。 Ｂ．伏安特性(如前图)
MEMS压力传感器及其应用_颜重光
MEMS(微机电系统)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。
M E M S 压力传感器可以用类似集成电路(IC)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压力传感器那样做得像IC那么微小，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1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。
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电传感器。
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，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。
其电原理如图1所示。
硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。
M E M S 硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用M E M S 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。
硅压阻式压力传感器结构如图3所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。
应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电MEMS压力传感器及其应用MEMS Pressure Sensor Principle and Application颜重光 华润矽威科技(上海)有限公司(上海201103)本文于2009年3月22日收到。
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MEMS(微机电系统是指集微型
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。
M E M S 压力传感器可以用类似集成电路(IC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
做得像IC那么微小，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1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。
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电传感器。
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，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。
其电原理如图1所示。
硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。
M E M S 硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用M E M S 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。
硅压阻式压力传感器结构如图3
所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。
应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电
MEMS压力传感器及其应用
MEMS Pressure Sensor Principle and Application
颜重光华润矽威科技(上海有限公司(上海201103
本文于2009年3月22日收到。
颜重光：高工，上海市传感技术学会理事，从事IC应用方案的设计策划和客户应用技术支持。
摘要：简述M E M S 压力传感器的结构与工作原理，并探讨了其应用、压力传感器Die的设计及生产成本分析，覆盖了从系统应用到销售链。
关键词：M E M S 压力传感器；惠斯顿电桥；硅薄膜应力杯；硅压阻式压力传感器；硅电容式压力传感器
D O I : 10. 3969/j. i s s n. 1005-5517.2009.06.015
图1 惠斯顿电桥电原理
图2 应变片电桥的光刻版本
图3 硅压阻式压力传感器结构
图4 硅压阻式压力传感器实物责任编辑：王莹
技术长廊｜智能传感器
５８
2009.6
桥电路。
当外面的压力经引压腔进入传感器应力杯中，应力硅薄膜会因受外力作用而微微向上鼓起，发生弹性变形，四个电阻应变片因此而发生电阻变化，破坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，产生电桥输出与压力成正比的电压信号。
图4是封装如IC的硅压阻式压力传感器实物照片。
电容式压力传感器利用M E M S 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(图5。
电容式压力传感器实物如图6。
MEMS压力传感器的应用
M E M S 压力传感器广泛应用于汽车电子：如TPMS(轮胎压力监测系统、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、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M E M S 压力传感器管芯
(die结构和电原理如图7所示，左是
电原理图，即由电阻应变片组成的惠斯顿电桥，右是管芯内部结构图。
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，如图8所示。
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。
M E M S 压力传感器D i e 的设计、生产、销售链
MEMS压力传感器Die的设计、生产、销售链如图9所示。
目前IC的4英寸圆晶片生产线的大多数工艺可为MEMS生产所用；但需增加双面光刻
图5 电容式压力传感器结构
责任编辑：王莹
ＳｍａｒｔＳｅｎｓｏｒ｜Ｃｏｒｒｉｄｏｒ
Technology
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2009.6
机、湿法腐蚀台和键合机三项MEMS特有工艺设备。
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M E M S 压力传感器生产厂
家来说，开拓汽车电子、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近几年激增，如捷伸电子的年需求量约为200~300万个。
MEMS芯片在设计、工艺、生产
方面与IC的异同
与传统IC行业注重二维静止的电路设计不同，M E M S 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，M E M S 加工除使用大量传统I C 工艺，还需要一些特殊工艺，如双面刻
蚀，双面光刻等。
M E M S 较传统I C 工艺简单，光刻步骤少，MEMS生产有一些非标准的特殊工艺，工艺参数需按产品要求进行调整，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(无芯片生产线公司+代工厂的模式。
MEMS对封装技术的要求很高。
传统半导体厂商的 4英寸生产线正面临淘汰，即使用来生产LDO也只有非常低的利润，如转而生产MEMS则可获较高的利润；4英寸线上的每
一个圆晶片可生产合格的MEMS压力传感器Die 5～6千个，每个出售后可获成本7～10倍的毛利(图10；转产MEMS改动工艺不大、新增辅助设备有限，投资少、效益高；M E M S 芯片与IC芯片整合封装是IC技术发展的新趋势，也是传统IC厂商的新机遇。
图11是MEMS在4英寸圆晶片生产线上。
参考文献：
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[3]颜重光.新型实用传感器应用指南[M].北京:电子工业出版社,1998
[4]颜重光.TPMS的设计方案思考[J].电子设计应用,2004,12[5]颜重光.传统半导体厂商对MEMS的思考[R/OL].(2008-01-31.
/article/78478.htm
图10 4英寸圆晶片上上千个MEMS压力传感器Die
图11 MEMS在4英寸圆晶片生产线责任编辑：王莹
技术长廊｜智能传感器６０
2009.6。