MEMS壓力傳感器應(yīng)用
MEMS壓力傳感器可以用類似集成電路(IC)設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝,進(jìn)行高精度、低成本的大批量生產(chǎn),從而為消費(fèi)電子和工業(yè)過程控制產(chǎn)品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開方便之門,使壓力控制變得簡單易用和智能化。
MEMS壓力傳感器原理
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(jī)械電子傳感器。
硅壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的,具有較高的測量精度、較低的功耗,極低的成本?;菟诡D電橋的壓阻式傳感器,如無壓力變化,其輸出為零,幾乎不耗電。其電原理如圖1所示。硅壓阻式壓力傳感器其應(yīng)變片電橋的光刻版本如圖2。
MEMS硅壓阻式壓力傳感器采用周邊固定的圓形的應(yīng)力杯硅薄膜內(nèi)壁,采用MEMS技術(shù)直接將四個(gè)高精密半導(dǎo)體應(yīng)變片刻制在其表面應(yīng)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(gè)物理量直接變換成電量,其測量精度能達(dá)0.01%~0.03%FS。硅壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)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(yīng)力杯,其應(yīng)力硅薄膜上部有一真空腔,使之成為一個(gè)典型的絕壓壓力傳感器。應(yīng)力硅薄膜與真空腔接觸這一面經(jīng)光刻生成如圖2的電阻應(yīng)變片電橋電路。當(dāng)外面的壓力經(jīng)引壓腔進(jìn)入傳感器應(yīng)力杯中,應(yīng)力硅薄膜會(huì)因受外力作用而微微向上鼓起,發(fā)生彈性變形,四個(gè)電阻應(yīng)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(hào)。圖4是封裝如IC的硅壓阻式壓力傳感器實(shí)物照片。
圖1 惠斯頓電橋電原理
圖2 應(yīng)變片電橋的光刻版本
圖3 硅壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)
評(píng)論