MEMS技術(shù)的智能化硅壓阻汽車壓力傳感器

文中介紹通過采用MEMS（micro electro mechanical systems）技術(shù)制造的硅壓阻力敏元件結(jié)合智能集成化信號調(diào)理技術(shù)設(shè)計了適合批量制造的小型化堅固封裝的通用汽車壓力傳感器。通過智能調(diào)理技術(shù)將傳感器的零位和滿度進行溫度校準實現(xiàn)了寬溫度工作范圍內(nèi)的高精度測量，并且適合于批量制造。

0 引言

當今汽車性能的不斷提升得益于汽車電子的不斷發(fā)展。其中具有代表性的核心元件是傳感器。傳感器將各種物理信號轉(zhuǎn)化為電信號從而將汽車行駛的具體狀態(tài)傳送給電子控制單元來實現(xiàn)汽車控制。作為汽車電子的關(guān)鍵部件在電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天倍受矚目。美國汽車傳感器權(quán)威弗萊明在2000年的汽車電子技術(shù)綜述就指出了MEMS技術(shù)在汽車傳感器領(lǐng)域的美好前景。設(shè)計了基于MEMS技術(shù)和智能化信號調(diào)理的擴散硅壓力傳感器應(yīng)對汽車壓力系統(tǒng)的壓力檢測。

1 傳感器原理及封裝設(shè)計

為了將壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號采用了應(yīng)變原理，將惠斯頓檢測電橋通過MEMS技術(shù)制作在單晶硅片上。使得單晶硅片成為一個集應(yīng)力敏感與力電轉(zhuǎn)換為一體的敏感元件。如圖1所示。

圖1敏感元件

當硅芯片受到外界的應(yīng)力作用時，硅應(yīng)變電橋的橋臂電阻將產(chǎn)生變化，一般都為惠斯頓電橋檢測模式。如圖2所示。

圖2惠斯頓電橋

其輸出電壓表示為vo=KAR／R（Rl=如=R3=R4，△R1=△R3=△R2=△R4）。

因為電阻的變化直接與應(yīng)力P有關(guān)，則：

式中：Vo為輸出電壓，mV；S為靈敏度，mV／V／Pa；P為外力或應(yīng)力，Pa；VB為橋壓，VOS為零位輸出，mV.

單一的硅片芯片只能作為一個檢測單元的一部分無法獨立完成信號的轉(zhuǎn)換，所以必須有特定的封裝使其具備壓力檢測的能力。將圖2中的硅片芯片與PYREX玻璃環(huán)靜電封接在一起。