想要MEMS壓力傳感器更精準靈敏？陶瓷封裝基板了解一下

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。隨著工業(yè)技術的進步，小型化、智能化、集成化的傳感器已成為未來趨勢，由此MEMS傳感器應運而生。

MEMS的全稱是微型電子機械系統(tǒng)（Micro-ElectroMechanical System），微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，將微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等集成于一塊或多塊芯片上的微型器件或系統(tǒng)。作為物聯(lián)網(wǎng)時代電子信息行業(yè)的“大米”，MEMS傳感器采用微電子和微機械加工技術制造，與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。同時在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機械傳感器所不能實現(xiàn)的功能。

MEMS傳感器的種類根據(jù)其工作作用、工作原理、工作環(huán)境的不同種類繁多，今天主要介紹的是其中的一種：MEMS壓力傳感器。目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器。

（1）MEMS硅壓阻式壓力傳感器采用周邊固定的圓形的應力杯硅薄膜內壁，采用MEMS技術直接將四個高精密半導體應變片刻制在其表面應力最大處，組成惠斯頓測量電橋，作為力電變換測量電路，將壓力這個物理量直接變換成電量，其測量精度能達0.01%～0.03%FS。硅壓阻式壓力傳感器結構如圖3所示，上下二層是玻璃體，中間是硅片，硅片中部做成一應力杯，其應力硅薄膜上部有一真空腔，使之成為一個典型的絕壓壓力傳感器。應力硅薄膜與真空腔接觸這一面經(jīng)光刻生成阻應變片電橋電路。當外面的壓力經(jīng)引壓腔進入傳感器應力杯中，應力硅薄膜會因受外力作用而微微向上鼓起，發(fā)生彈性變形，四個電阻應變片因此而發(fā)生電阻變化，破壞原先的惠斯頓電橋電路平衡，電橋輸出與壓力成正比的電壓信號。圖4是封裝如IC的硅壓阻式壓力傳感器實物照片。

（2）電容式壓力傳感器利用MEMS技術在硅片上制造出橫格柵狀，上下二根橫隔柵成為一組電容式壓力傳感器，上橫隔柵受壓力作用向下位移，改變了上下二根橫隔柵的間距，也就改變了板間電容量的大小，即△壓力=△電容量（圖5）。電容式壓力傳感器實物如圖6。

MEMS傳感器的加工工藝需要用到MEMS技術，基于已經(jīng)相當成熟的微電子技術、集成電路技術及其加工工藝。它與傳統(tǒng)的IC工藝有許多相似之處，如光刻、薄膜沉積、摻雜、刻蝕、化學機械拋光工藝等，但是有些復雜的微結構難以用IC工藝實現(xiàn)，必須采用微加工技術制造。微加工技術包括硅的體微加工技術、表面微加工技術和特殊微加工技術。體加工技術是指沿著硅襯底的厚度方向對硅襯底進行刻蝕的工藝，包括濕法刻蝕和干法刻蝕，是實現(xiàn)三維結構的重要方法。表面微加工是采用薄膜沉積、光刻以及刻蝕工藝，通過在犧牲層薄膜上沉積結構層薄膜，然后去除犧牲層釋放結構層實現(xiàn)可動結構。陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷基板具有更牢，更低阻的金屬膜層，陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40 ～135 ℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。

斯利通DPC薄膜陶瓷金屬化工藝，工藝特點是在各種陶瓷基材上濺射一層結合力良好的金屬材，基材的應用范疇廣泛，包括單晶硅片，玻璃基（SiO2），氮化硅，碳化硅，氧化鋁，氮化鋁，氧化鋯，ZTA，金剛石，藍寶石等。陶瓷電路板在新能源、汽車電子、電力電子、智能傳感、5G通訊、智慧照明、生物醫(yī)療、航空航天等領域廣泛應用。解決芯片發(fā)熱、型號穩(wěn)定輸出、傳感測量精準等市場痛點。

MEMS壓力傳感器封裝工藝—管芯（die）結構和電原理如圖7所示，左是電原理圖，即由電阻應變片組成的惠斯頓電橋，右是管芯內部結構圖。典型的MEMS壓力傳感器管芯可以用來生產各種壓力傳感器產品，如圖8所示。MEMS壓力傳感器管芯可以與儀表放大器和ADC管芯封裝在一個封裝內（MCM），使產品設計師很容易使用這個高度集成的產品設計最終產品。

MEMS壓力傳感器廣泛應用于汽車電子：如TPMS、發(fā)動機機油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器、汽車發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器（TMAP）、柴油機共軌壓力傳感器；消費電子：如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器，空調壓力傳感器，洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器；工業(yè)電子：如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱重等。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的逐步到來，傳感器現(xiàn)正被廣泛應用于包括各類智能終端、智能汽車、生物醫(yī)療等在內的眾多新興領域，需求量與日俱增。

伴隨著下游應用領域的發(fā)展，MEMS壓力傳感器逐漸由單一的、僅起到壓力數(shù)據(jù)采集作用的器件向集合多種數(shù)據(jù)采集和處理為一體的智能傳感器發(fā)展。壓力傳感器、陀螺儀、溫度傳感器等多種傳感器以及其他功能器件集為一體，實現(xiàn)高度智能化，為拓展下游應用端完成多維度數(shù)據(jù)采集提供條件。在國家政策的大力支持下，國內MEMS行業(yè)的研發(fā)與生產體系正在不斷完善，上下游供應鏈的布局也在如火如荼地開展中。作為高新技術企業(yè)的一員，斯利通懷揣“科技創(chuàng)新推動電子產業(yè)發(fā)展”的美好愿景，秉承“用心服務客戶，提供放心產品”的偉大使命，努力為國家完成這一戰(zhàn)略性布局努力奮斗！

審核編輯：湯梓紅