什么是MEMS壓力傳感器？

MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的縮寫，即微電子機械系統。微電子機械系統(MEMS)技術是建立在微米/納米技術(micro/nanotechnology)基礎上的21世紀前沿技術，是指對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術。

MEMS即微電子機械系統，它可將機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統集成為一個整體單元的微型系統，MEMS壓力傳感器是具有電源、接口電路、執行器、微型傳感器和信號處理的微型的機電系統。

它可將機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統集成為一個整體單元的微型系統。這種微電子機械系統不僅能夠采集、處理與發送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據外部的指令采取行動。

它用微電子技術和微加工技術(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術)相結合的制造工藝，制造出各種性能優異、價格低廉、微型化的傳感器、執行器、驅動器和微系統。 微電子機械系統(MEMS)是近年來發展起來的一種新型多學科交叉的技術，該技術將對未來人類生活產生革命性的影響。它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、材料等多學科。

MEMS壓力傳感器是具有電源、接口電路、執行器、微型傳感器和信號處理的微型的機電系統。它可以使用在制作工藝和電路設計上，低成本而高精度地進行大量的生產。其實傳統的壓力傳感器是在當金屬彈性體受到外力的作用而導致變形的時候，經過機械量的彈性的變形，然后待電量轉換之后再輸出，因此，MEMS壓力傳感器的優越性有很多，尺寸很小，性價比很高。它主要分為兩種：硅電容式和硅壓阻式。

根據MEMS的有關技術，制造出電容式傳感器的形狀為橫隔柵狀的，上面跟下面的兩根橫隔柵就可以組成一組傳感器。當上橫隔柵受到壓力作用的時候，就會向下移動，接著，就會使上面跟下面的兩根橫隔柵之間的距離發生改變，換句話說，板之間的電容量就會發生變化。硅壓阻式壓力傳感器使用了精密度很高的半導體電阻應變片來形成惠更斯電橋，這樣就可以利用它來作為力電變換來測量有關的電路。它的成本較低、功耗較低、測量的精密度較高。這種傳感器，如果壓力沒有發生變化，那么它的輸出就為零，所以幾乎是不需要耗電的。

而MEMS硅壓阻式壓力傳感器就是應用了四周的固定、形狀為圓形的應力杯硅薄膜的內壁，同時應用MEMS的有關技術，可以直接地把四個精密度高的半導體應變片直接地刻制到它的表層應力最大的地方，這樣就可以形成惠更斯電橋，因此可以作為力電變換來測量電路了，這是直接地把壓力轉換成為電量而測量的。

微電子機械系統(MEMS)設備將小型機械和電子元件結合在硅芯片上。用于制造集成電路(IC)上的晶體管、互連和其他組件的制造技術也可以用于制造機械組件，如彈簧、可變形薄膜、振動結構、閥門、齒輪和杠桿。

該技術可用于制造各種傳感器，包括幾種類型的壓力傳感器。它能夠在單個 IC 上結合精確的傳感器、強大的處理能力和無線通信（例如，Wi-Fi 或藍牙）。受益于傳統集成電路的規模優勢和成本效率，MEMS傳感器可以大批量生產，

MEMS壓力傳感器的種類：

1、MEMS電容式壓力傳感器

為了制造電容式傳感器，導電層沉積在膜片和腔體底部以制造電容。電容通常為幾皮法拉德。膜片的變形改變了導體之間的間距，從而改變了電容?？梢酝ㄟ^將傳感器包含在調諧電路中來測量變化，該電路會隨著壓力的變化而改變其頻率。

該傳感器可與芯片上的電子元件一起使用，產生一個振蕩器，產生輸出信號。由于在硅上制造大電感的困難，這通常是基于RC電路。這種方法非常適合無線讀出，因為它會產生高頻信號，可以用合適的外部天線檢測到。或者，可以通過測量從電流源向電容充電所花費的時間，可以更直接地測量電容。在這兩種情況下，電子設備和傳感器元件的無限接近將雜散電容和噪聲引起的誤差降至最低。

2、MEMS壓阻式應變傳感器

壓阻式應變傳感器是最早成功的MEMS壓力傳感器，廣泛用于汽車、醫療和家用電器等。

導電傳感元件直接制造在膜片上，這些導體電阻的變化提供了一種測量施加壓力的方法。電阻的變化與應變成正比，應變就是導體長度的相對變化。電阻器連接在惠斯通電橋中，可以非常準確的測量電阻變化。壓阻元件可以布置成使它們經受相反的應變（一半被拉伸，另一半被壓縮）以最大化給定壓力的輸出信號（見下圖）。

3、其他類型的MEMS壓力傳感器

例如，可以使用作為施加壓力的函數的共振頻率來創建機械結構（如調整鋼琴弦）。施加信號使結構振動并測量諧振頻率的變化。這種設備可能非常精確，但難以制造，并且對其他環境因素（如溫度）也很敏感，這些因素也會改變諧振頻率。

表面聲波 (SAW) 傳感器的工作原理是通過壓電材料薄膜發送振動。波被另一個換能器拾取并轉換回電信號?？梢詼y量由表面變形引起的聲信號的幅度或相位的變化，以給出壓力的指示。

MEMS壓力傳感器的應用非常廣泛，工業電子：工業配料稱重、數字流量表以及數字壓力表等。

消費電子：太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器、洗碗機、飲水機、洗衣機、空調壓力傳感器，微波爐、健康秤以及血壓計等等。

汽車電子：柴油機的共軌壓力傳感器、汽車發動機的進氣歧管壓力傳感器、汽車剎車系統的空氣壓力傳感器以及發動機的機油壓力傳感器等等。

現在很多集成電路之中的四寸圓形的晶片的很多工藝都是MENS生產出來所用的。但一定要加上三個MEMS工藝的特有設備：鍵合機、雙面光刻機以及濕法腐蝕臺。

對于壓力傳感器生產商來說，一定要加上價格很昂貴的標準的壓力檢測的設備。而MEMS生產商，他們很需要開拓消費電子和汽車電子的范疇的渠道以及銷售的經驗。尤其是汽車電子，它對于MEMS壓力傳感器來說，是越加的重要，在最近幾年的時間里，它的需求量增加得很快。例如：捷伸電子每一年對它的需求量已經達到二百到三百萬個了。隨著科技的進步，MEMS壓力傳感器在市場上的需求量會越來越大的，而且它的發展前景無比廣闊。