MEMS是在集成電路生產(chǎn)技術(shù)和專用的微機電加工方法的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來的高新科技,其研究開發(fā)主要集中在微傳感器、微執(zhí)行器和微系統(tǒng)三個方面,目前主導MEMS市場的傳感器已形成產(chǎn)業(yè)。用此技術(shù)研制的五花八門的微傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、響應快、靈敏度高、易生產(chǎn)、成本低的優(yōu)勢,可以測量各種物理量、化學量及生物量。在市場引導、科技推動、風險投資、政府介入等多重作用下,汽車MEMS傳感器發(fā)展迅速,現(xiàn)已成為相關(guān)部門爭先投資開發(fā)的熱點。在高檔汽車中,大約采用25至40只MEMS傳感器,技術(shù)上日趨成熟完善,可滿足汽車環(huán)境苛刻、可靠性高、精度準確、成本低的要求,極大地推動了電子技術(shù)在汽車上的應用。
汽車電子控制系統(tǒng)一直被認為是MEMS壓力傳感器的主要應用領(lǐng)域之一,可用于測量進氣歧管壓、大氣壓、油壓、輪胎氣壓等,表1示出一些主要用途。
最流行的汽車MEMS壓力傳感器采用壓阻式力敏原理,這是現(xiàn)有幾種力敏傳感器中用量最大的一種,開發(fā)出幾代產(chǎn)品,年產(chǎn)量為數(shù)千萬只。這種傳感器用單晶硅作材料,以MEMS技術(shù)在材料中間制作成力敏膜片,然后在膜片上擴散雜質(zhì)形成4只應變電阻,再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路,來獲得高靈敏度,其輸出大多為0~5V模擬量,測量范圍取決于力敏膜片的厚度,一枚晶片上可同時制作許多個力敏芯片,易于批量生產(chǎn),力敏芯片受溫度影響性能采用調(diào)理電路補償。
汽車用壓力傳感器被稱為是軍品的質(zhì)量、民品的價格。其環(huán)境實驗要求是極為嚴格的(表2)。封裝好的傳感器通過嚴格的環(huán)境測試后,一般能保證0.1%~0.3%F.S.的穩(wěn)定性,即使經(jīng)受最嚴格的長時間測試,仍能維持1%F.S.的穩(wěn)定性。信號調(diào)理電路和標定及封裝也是生產(chǎn)中的極其關(guān)鍵技術(shù),科技含量超過力敏芯片的制作。例如,測量燃油噴射的壓力傳感器長期與液態(tài)燃料接觸,并承受高壓,組裝固定和安裝尺寸的設(shè)計,涉及到大量的結(jié)構(gòu)分析、機械應力測試、介質(zhì)暴露測試、電路修正等技術(shù)。
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