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(jī)械系統(tǒng)。微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)(micro/nanotechnology)基礎(chǔ)上的21世紀(jì)前沿技術(shù)，是指對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造、測(cè)量和控制的技術(shù)。
MEMS即微電子機(jī)械系統(tǒng)，它可將機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)集成為一個(gè)整體單元的微型系統(tǒng)，MEMS壓力傳感器是具有電源、接口電路、執(zhí)行器、微型傳感器和信號(hào)處理的微型的機(jī)電系統(tǒng)。
它可將機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)集成為一個(gè)整體單元的微型系統(tǒng)。這種微電子機(jī)械系統(tǒng)不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動(dòng)。
它用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術(shù))相結(jié)合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器和微系統(tǒng)。 微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型多學(xué)科交叉的技術(shù)，該技術(shù)將對(duì)未來(lái)人類生活產(chǎn)生革命性的影響。它涉及機(jī)械、電子、化學(xué)、物理、光學(xué)、生物、材料等多學(xué)科。
MEMS壓力傳感器是具有電源、接口電路、執(zhí)行器、微型傳感器和信號(hào)處理的微型的機(jī)電系統(tǒng)。它可以使用在制作工藝和電路設(shè)計(jì)上，低成本而高精度地進(jìn)行大量的生產(chǎn)。其實(shí)傳統(tǒng)的壓力傳感器是在當(dāng)金屬?gòu)椥泽w受到外力的作用而導(dǎo)致變形的時(shí)候，經(jīng)過(guò)機(jī)械量的彈性的變形，然后待電量轉(zhuǎn)換之后再輸出，因此，MEMS壓力傳感器的優(yōu)越性有很多，尺寸很小，性價(jià)比很高。它主要分為兩種：硅電容式和硅壓阻式。
根據(jù)MEMS的有關(guān)技術(shù)，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(dāng)上橫隔柵受到壓力作用的時(shí)候，就會(huì)向下移動(dòng)，接著，就會(huì)使上面跟下面的兩根橫隔柵之間的距離發(fā)生改變，換句話說(shuō)，板之間的電容量就會(huì)發(fā)生變化。硅壓阻式壓力傳感器使用了精密度很高的半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片來(lái)形成惠更斯電橋，這樣就可以利用它來(lái)作為力電變換來(lái)測(cè)量有關(guān)的電路。它的成本較低、功耗較低、測(cè)量的精密度較高。這種傳感器，如果壓力沒(méi)有發(fā)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(yīng)用了四周的固定、形狀為圓形的應(yīng)力杯硅薄膜的內(nèi)壁，同時(shí)應(yīng)用MEMS的有關(guān)技術(shù)，可以直接地把四個(gè)精密度高的半導(dǎo)體應(yīng)變片直接地刻制到它的表層應(yīng)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(lái)測(cè)量電路了，這是直接地把壓力轉(zhuǎn)換成為電量而測(cè)量的。
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備將小型機(jī)械和電子元件結(jié)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(shù)也可以用于制造機(jī)械組件，如彈簧、可變形薄膜、振動(dòng)結(jié)構(gòu)、閥門、齒輪和杠桿。
該技術(shù)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(gè) IC 上結(jié)合精確的傳感器、強(qiáng)大的處理能力和無(wú)線通信（例如，Wi-Fi 或藍(lán)牙）。受益于傳統(tǒng)集成電路的規(guī)模優(yōu)勢(shì)和成本效率，MEMS傳感器可以大批量生產(chǎn)，
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(dǎo)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(dǎo)體之間的間距，從而改變了電容。可以通過(guò)將傳感器包含在調(diào)諧電路中來(lái)測(cè)量變化，該電路會(huì)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(chǎn)生一個(gè)振蕩器，產(chǎn)生輸出信號(hào)。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(wú)線讀出，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生高頻信號(hào)，可以用合適的外部天線檢測(cè)到。或者，可以通過(guò)測(cè)量從電流源向電容充電所花費(fèi)的時(shí)間，可以更直接地測(cè)量電容。在這兩種情況下，電子設(shè)備和傳感器元件的無(wú)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(yīng)變傳感器
壓阻式應(yīng)變傳感器是最早成功的MEMS壓力傳感器，廣泛用于汽車、醫(yī)療和家用電器等。
導(dǎo)電傳感元件直接制造在膜片上，這些導(dǎo)體電阻的變化提供了一種測(cè)量施加壓力的方法。電阻的變化與應(yīng)變成正比，應(yīng)變就是導(dǎo)體長(zhǎng)度的相對(duì)變化。電阻器連接在惠斯通電橋中，可以非常準(zhǔn)確的測(cè)量電阻變化。壓阻元件可以布置成使它們經(jīng)受相反的應(yīng)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(hào)（見(jiàn)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(shù)的共振頻率來(lái)創(chuàng)建機(jī)械結(jié)構(gòu)（如調(diào)整鋼琴弦）。施加信號(hào)使結(jié)構(gòu)振動(dòng)并測(cè)量諧振頻率的變化。這種設(shè)備可能非常精確，但難以制造，并且對(duì)其他環(huán)境因素（如溫度）也很敏感，這些因素也會(huì)改變諧振頻率。
表面聲波 (SAW) 傳感器的工作原理是通過(guò)壓電材料薄膜發(fā)送振動(dòng)。波被另一個(gè)換能器拾取并轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。可以測(cè)量由表面變形引起的聲信號(hào)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(yīng)用非常廣泛，工業(yè)電子：工業(yè)配料稱重、數(shù)字流量表以及數(shù)字壓力表等。
消費(fèi)電子：太陽(yáng)能熱水器用液位控制壓力傳感器、洗碗機(jī)、飲水機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)壓力傳感器，微波爐、健康秤以及血壓計(jì)等等。
汽車電子：柴油機(jī)的共軌壓力傳感器、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)的空氣壓力傳感器以及發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油壓力傳感器等等。
現(xiàn)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(chǎn)出來(lái)所用的。但一定要加上三個(gè)MEMS工藝的特有設(shè)備：鍵合機(jī)、雙面光刻機(jī)以及濕法腐蝕臺(tái)。
對(duì)于壓力傳感器生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，一定要加上價(jià)格很昂貴的標(biāo)準(zhǔn)的壓力檢測(cè)的設(shè)備。而MEMS生產(chǎn)商，他們很需要開(kāi)拓消費(fèi)電子和汽車電子的范疇的渠道以及銷售的經(jīng)驗(yàn)。尤其是汽車電子，它對(duì)于MEMS壓力傳感器來(lái)說(shuō)，是越加的重要，在最近幾年的時(shí)間里，它的需求量增加得很快。例如：捷伸電子每一年對(duì)它的需求量已經(jīng)達(dá)到二百到三百萬(wàn)個(gè)了。隨著科技的進(jìn)步，MEMS壓力傳感器在市場(chǎng)上的需求量會(huì)越來(lái)越大的，而且它的發(fā)展前景無(wú)比廣闊。
