MEMS压力传感器的结构与工作原理及应用技术培训讲学

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。MEMS压力传感器的结构与工作原理及应用技术-MEMSHYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E5%8E%8B%E5%8A%9B%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank压力传感器的结构与工作原理及应用技术MEMS是指集微型压力HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.s

2、earch.yjjlinkt_blank传感器、HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E6%89%A7%E8%A1%8C%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank执行器以及HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E5%A4%84%E7%90%86&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank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。MEMS压力传感器可以用类似HYPERLINK/z/Searc

3、h.e?sp=S%E9%9B%86%E6%88%90%E7%94%B5%E8%B7%AF&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank集成电路（IC）设计技术和HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E5%88%B6%E9%80%A0%E5%B7%A5%E8%89%BA&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank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HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E8%BF%87%E7%A8%8B%E6%8E%A7%E5

4、%88%B6&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank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。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HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank半导体电阻应变片组成惠斯顿HYPERLI

5、NK/z/Search.e?sp=S%E7%94%B5%E6%A1%A5&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank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。MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E5%BA%94%E5%8A%9B&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank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

6、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HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E7%8E%BB%E7%92%83%E4%BD%93&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank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

7、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。传统的机械量压力传感器是基于金属HYPERLINK/z/Search.e?sp=S%E5%BC%B9%E6%80%A7%E4%BD%93&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlinkt_blank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

8、“机械”制造技术大幅度提高。回答人的补充2010-04-1800:00STMEMS产品技术详解技术分类：模拟设计陆楠，EDNChina执行主编MEMS技术正在成为芯片公司的新贵，从移动通信和计算机，到消费电子、保健产品和工业控制，MEMS应用正在迅速扩张成为增长热点。作为主要的MEMS供应商，ST加速传感器量产至今出货量已超过数亿片。目前，该公司已经拥有一整套产品系列，包括各种陀螺仪、压力传感器、话筒传感器和模块化解决方案。本周一（12月8日），ST在深圳首场举办了其微机电系统（MEMS）技术研讨会，向与会者介绍了其2009年MEMS技术开发计划和专门为大中国市场设计的系列产品。EDNChin

9、a在第一时间为大家介绍有关详情。ST的MEMS技术图1ST的MEMS是一个3维结构器件，通过ThELMA和VenSENS2种特殊的工艺实现（图1）。目前，ST的MEMS产品以加速度传感器为主，正在逐渐扩大到压力传感器、话筒传感器、6轴传感器（模块化解决方案）以及功能型传感器。ST工作人员表示，ST拥有一条8英寸MEMS生产线，这在半导体公司中为数不多。图2ST的工程师介绍了MEMS的工作原理（图2），是基于运动引起的差分电容的改变输出不同的信号，通过接口IC传出并由控制器作出相应的处理。MEMS器件通常是由MEMS传感器和接口IC通过堆叠和并排的方式将双芯片封装在同一个器件内。图3为它的内部结

10、构。图3ST的MEMS产品规划图4介绍了ST目前已经量产的MEMS产品，其中，针对中国市场的两个数字传感器系列分别是LIS35DE和LIS33DE，前者目前出货量最大，后者是目前市面上封装最小的加速度传感器。而在模拟产品上，目前主要是LIS244AL/LIS344AL，2/3轴模拟低性能传感器。ST计划，在2009年年底前，将推出LIS331DLF/M/H，6/8/10位3轴数字加速传感器；在09年下半年将推出LIS352AR/AX3轴模拟加速传感器。图4除了加速度传感器，陀螺仪是ST的一个重要规划产品，目前已量产的1轴偏航陀螺仪产品型号是LISY300AL，带有容性驱动单元和感应单元（图5）

11、，另有一款1轴偏航陀螺仪的样品LY530AL。陀螺仪的工作原理是基于在旋转参考系中产生的柯氏加速度，将输入信号（角速率）转换为差分电容变化，再由接口IC驱动质量振动并将差分电容变化转换为输出电信号。图5ST工程师还重点介绍了压力传感器的工作原理和他们的产品，其工作原理是将输入信号（压力）转换为电阻变化，即通过惠斯登电桥架构的压阻式压力传感器感应施加在薄隔膜上的压力。压力传感器的一个重要参数是灵敏度，高分辨率的小型压力传感器使得气压计/高度计应用得以在移动终端中实现，比如在GPS的应用中，高度计能够准确判断出位置是在桥上还是桥下。图6为压力传感器工作原理示意。图6据悉，目前，ST将其MEMS产品

12、的目标市场分为4块，移动电话、游戏机、便携式媒体播放器和笔记本电脑，下一步，他们将把数码相机和其他消费电子产品作为拓展方向。在总结ST的MEMS产品战略优势时，ST相关工作人员表示，ST拥有专用的8寸晶圆厂和LGA后端生产线，其双管芯方案能够实现快速量产和上市。图7ST在研讨会现场展示采用其MEMS方案的产品和应用，包括游戏手柄、无线鼠标和掌上游戏机等。提问人的追问2010-04-1800:08你好ST的意思是？回答人的补充2010-04-1800:40“ST”是意法半导体的简称意法半导体（ST）成立于1987年，是意大利SGS半导体公司和法国汤姆逊半导体合并后的新企业，公司自1994年起公开上市，意法半导体股票在纽约证券交易所（交易代码：STM）、泛欧巴黎证券交易所和意大利米兰证券交易所挂牌上市。从成立之初至今，意法半导体的增长速度超过了半导体工业的整体增长速度。自2005年起，意法半导体始终是世界五大半导体公司之一。整个集团共有员工约50,000人，拥有16个先进的研发机构、39个设计和应用中心、13个主要制造厂，并在36个国家设有78个销售办事处。公司总部设在瑞士日内瓦，同时也是欧洲、中东和非洲地区（EMEA）市场的总部；公司的美国总部设在德克萨斯州达拉斯市的卡罗顿；亚太区总部设在新加坡；日本的业务则以东京为总部；大中国区总部设