什么是MEMS壓力傳感器？

MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的縮寫，即微電子機械系統(tǒng)。微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)(micro/nanotechnology)基礎(chǔ)上的21世紀前沿技術(shù)，是指對微米/納米材料進行設(shè)計、加工、制造、測量和控制的技術(shù)。

MEMS即微電子機械系統(tǒng)，它可將機械構(gòu)件、光學系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)集成為一個整體單元的微型系統(tǒng)，MEMS壓力傳感器是具有電源、接口電路、執(zhí)行器、微型傳感器和信號處理的微型的機電系統(tǒng)。

它可將機械構(gòu)件、光學系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)集成為一個整體單元的微型系統(tǒng)。這種微電子機械系統(tǒng)不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動。

它用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術(shù))相結(jié)合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器和微系統(tǒng)。 微電子機械系統(tǒng)(MEMS)是近年來發(fā)展起來的一種新型多學科交叉的技術(shù)，該技術(shù)將對未來人類生活產(chǎn)生革命性的影響。它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、材料等多學科。

MEMS壓力傳感器是具有電源、接口電路、執(zhí)行器、微型傳感器和信號處理的微型的機電系統(tǒng)。它可以使用在制作工藝和電路設(shè)計上，低成本而高精度地進行大量的生產(chǎn)。其實傳統(tǒng)的壓力傳感器是在當金屬彈性體受到外力的作用而導致變形的時候，經(jīng)過機械量的彈性的變形，然后待電量轉(zhuǎn)換之后再輸出，因此，MEMS壓力傳感器的優(yōu)越性有很多，尺寸很小，性價比很高。它主要分為兩種：硅電容式和硅壓阻式。

根據(jù)MEMS的有關(guān)技術(shù)，制造出電容式傳感器的形狀為橫隔柵狀的，上面跟下面的兩根橫隔柵就可以組成一組傳感器。當上橫隔柵受到壓力作用的時候，就會向下移動，接著，就會使上面跟下面的兩根橫隔柵之間的距離發(fā)生改變，換句話說，板之間的電容量就會發(fā)生變化。硅壓阻式壓力傳感器使用了精密度很高的半導體電阻應(yīng)變片來形成惠更斯電橋，這樣就可以利用它來作為力電變換來測量有關(guān)的電路。它的成本較低、功耗較低、測量的精密度較高。這種傳感器，如果壓力沒有發(fā)生變化，那么它的輸出就為零，所以幾乎是不需要耗電的。

而MEMS硅壓阻式壓力傳感器就是應(yīng)用了四周的固定、形狀為圓形的應(yīng)力杯硅薄膜的內(nèi)壁，同時應(yīng)用MEMS的有關(guān)技術(shù)，可以直接地把四個精密度高的半導體應(yīng)變片直接地刻制到它的表層應(yīng)力最大的地方，這樣就可以形成惠更斯電橋，因此可以作為力電變換來測量電路了，這是直接地把壓力轉(zhuǎn)換成為電量而測量的。

微電子機械系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備將小型機械和電子元件結(jié)合在硅芯片上。用于制造集成電路(IC)上的晶體管、互連和其他組件的制造技術(shù)也可以用于制造機械組件，如彈簧、可變形薄膜、振動結(jié)構(gòu)、閥門、齒輪和杠桿。

該技術(shù)可用于制造各種傳感器，包括幾種類型的壓力傳感器。它能夠在單個 IC 上結(jié)合精確的傳感器、強大的處理能力和無線通信（例如，Wi-Fi 或藍牙）。受益于傳統(tǒng)集成電路的規(guī)模優(yōu)勢和成本效率，MEMS傳感器可以大批量生產(chǎn)，

MEMS壓力傳感器的種類：

1、MEMS電容式壓力傳感器

為了制造電容式傳感器，導電層沉積在膜片和腔體底部以制造電容。電容通常為幾皮法拉德。膜片的變形改變了導體之間的間距，從而改變了電容?？梢酝ㄟ^將傳感器包含在調(diào)諧電路中來測量變化，該電路會隨著壓力的變化而改變其頻率。

該傳感器可與芯片上的電子元件一起使用，產(chǎn)生一個振蕩器，產(chǎn)生輸出信號。由于在硅上制造大電感的困難，這通常是基于RC電路。這種方法非常適合無線讀出，因為它會產(chǎn)生高頻信號，可以用合適的外部天線檢測到?；蛘?，可以通過測量從電流源向電容充電所花費的時間，可以更直接地測量電容。在這兩種情況下，電子設(shè)備和傳感器元件的無限接近將雜散電容和噪聲引起的誤差降至最低。

2、MEMS壓阻式應(yīng)變傳感器

壓阻式應(yīng)變傳感器是最早成功的MEMS壓力傳感器，廣泛用于汽車、醫(yī)療和家用電器等。

導電傳感元件直接制造在膜片上，這些導體電阻的變化提供了一種測量施加壓力的方法。電阻的變化與應(yīng)變成正比，應(yīng)變就是導體長度的相對變化。電阻器連接在惠斯通電橋中，可以非常準確的測量電阻變化。壓阻元件可以布置成使它們經(jīng)受相反的應(yīng)變（一半被拉伸，另一半被壓縮）以最大化給定壓力的輸出信號（見下圖）。

3、其他類型的MEMS壓力傳感器

例如，可以使用作為施加壓力的函數(shù)的共振頻率來創(chuàng)建機械結(jié)構(gòu)（如調(diào)整鋼琴弦）。施加信號使結(jié)構(gòu)振動并測量諧振頻率的變化。這種設(shè)備可能非常精確，但難以制造，并且對其他環(huán)境因素（如溫度）也很敏感，這些因素也會改變諧振頻率。

表面聲波 (SAW) 傳感器的工作原理是通過壓電材料薄膜發(fā)送振動。波被另一個換能器拾取并轉(zhuǎn)換回電信號。可以測量由表面變形引起的聲信號的幅度或相位的變化，以給出壓力的指示。

MEMS壓力傳感器的應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)電子：工業(yè)配料稱重、數(shù)字流量表以及數(shù)字壓力表等。

消費電子：太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器、洗碗機、飲水機、洗衣機、空調(diào)壓力傳感器，微波爐、健康秤以及血壓計等等。

汽車電子：柴油機的共軌壓力傳感器、汽車發(fā)動機的進氣歧管壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)的空氣壓力傳感器以及發(fā)動機的機油壓力傳感器等等。

現(xiàn)在很多集成電路之中的四寸圓形的晶片的很多工藝都是MENS生產(chǎn)出來所用的。但一定要加上三個MEMS工藝的特有設(shè)備：鍵合機、雙面光刻機以及濕法腐蝕臺。

對于壓力傳感器生產(chǎn)商來說，一定要加上價格很昂貴的標準的壓力檢測的設(shè)備。而MEMS生產(chǎn)商，他們很需要開拓消費電子和汽車電子的范疇的渠道以及銷售的經(jīng)驗。尤其是汽車電子，它對于MEMS壓力傳感器來說，是越加的重要，在最近幾年的時間里，它的需求量增加得很快。例如：捷伸電子每一年對它的需求量已經(jīng)達到二百到三百萬個了。隨著科技的進步，MEMS壓力傳感器在市場上的需求量會越來越大的，而且它的發(fā)展前景無比廣闊。