mems传感器在汽车中的应用及发展new

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1、万方数据2008年6月第3期(总第68期)济南职业学院学报JournalofJinanVocationalCollegeJun．2008No．3(SerialNo．68)MEMS传感器在汽车中的应用及发展刘成刚(济南职业学院电子工程系，山东济南250103)摘要：介绍汽车MEMS(微电子机械系统)传感器的应用现状及发展趋势，其中重点介绍几种传感器的原理和结构，同时对该领域的产业化也进行了探讨。关键宇：汽车传感器；微电子机械系统中图分类号：TP212．6文献标识码：A一、引言MEMS(Mieroelectro—mechanicalsystems的缩

2、写，即微电子机械系统)是在集成电路生产技术和专用的微机电加工方法的基础上蓬勃发展起来的高新科技，其研究开发主要集中在微传感器、微执行器和微系统三个方面，目前主导MEMS市场的传感器已形成产业。用此技术研制的五花八门的微传感器具有体积小、质量轻、响应快、灵敏度高、易生产、成本低的优势，可以测量各种物理量、化学量及生物量。在市场引导、科技推动、风险投资、政府介入等多重作用下，汽车MEMS传感器发展迅速，现已成为相关部门争先投资开发的热点。在高档汽车中，大约采用25至40只MEMS传感器，技术上日趋成熟完善，可满足汽车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本

3、低的要求，极大地推动了电子技术在汽车上的应用。二、压力传感器．汽车电子控制系统一直被认为是MEMS压力传感器的主要应用领域之·，可用于测量进气管压、大气压、油压、轮胎气压等。最流行的汽车MEMS压力传感器采用压阻式力敏原理，这是现有几种力敏传感器中用量最大的一种，开发出几代产品，年产量为数千万只。这种传感器用单晶硅作材料，以MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成4只应变电阻，再以差动全桥的方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度，电路的输出电压大多为0—5V模拟量，测量范围取决于力敏膜片的厚度，一枚晶片上可同时制作许多个力

4、敏芯片，易于批量生产，力敏芯片受温度影响性能采用恒流电路补偿。汽车用压力传感器被称为是军品的质量、民品的价格。其环境实验要求是极为严格的。封装好的传感器通过严格的环境测试后，一般能保证0．1％一0．3％F．S．的稳定性，即使经受最严格的长时间测试，仍能维持I％F．S．的稳定性。信号调理电路和标定及封装也是生产中的极其关键技术，科技含量超过力敏芯片的制作。例如，测量燃油喷射的压力传感器长期与液态燃料接触，并承受高压，组装固定和安装尺寸的设计，涉及到大量的结构分析、机械应力测试、介质暴露测试、电路修正等技术。目前，可以提供汽车MEMS压力传感器的有美

5、国凯乐尔、特种测量、SSI、菲尔科、德州仪器、德国博世、日本电装等公司，一般年产量在100万只以上。这是汽车量产的需求，也是回收巨额投资的条件。部分厂家已研制成功力敏芯片与外围信号处理电路集成化的汽车MEMS压力传感器，估计今后的价格会降至5—7美元。博世公司采用表面MEMS技术，研制出微型化的硅质量流量传感器，很多汽车厂家正对这种新型传感器进行评估。汽车电控燃油喷射系统EFI要使用多重压力MAP传感器，监测发动机进气歧绝对压力，提高其动力性能，降低油耗，减少废气排放。微型硅压阻式MEMS压力传感器可用于发动机废气循环系统，替代陶瓷电容式压力传感

6、器，汽车空调压缩机中的压力测量也是MEMS的一个很大市场。除现有的各种应用外，另一个极具市场前景的是轮胎气压自动监测系统，MEMS压力传感器适合于任何类型的轮胎，在轮胎胎壁埋设一小块感压力敏芯片，自动测量轮胎气压、温度、转作者简介：刘成刚(1978一)，男，山东滨州人．济南职业学院电子工程系助教。·8l·万方数据速和其它一些数据，并用特定的代码发送出来。目前，已有不少实时胎压监测系统问世，使轮胎始终保持良好的应用性能，可提高安全系数，缩短制动距离5～10％，并能降低油耗10％左右。三、微加速度计微加速度计通常由一个平行的悬臂梁构成，梁的一端固定在

7、边框架上。另一端悬挂一个小质量物体块(约lOmg)，无加速度时质量块不运动，而当有垂直方向加速度时，质量块运动，对加速度敏感，并转换为电信号，经C／V转变、放大相敏解调输出。按检测方式，微加速度计有压阻式、电容式、隧道式、共振式、热形式等几种。其中，电容式微加速度计质量块在有加速度时向下运动，与边框上的另一个电极的距离发生变化，通过检测电容的变化可获得质量块运动的位移，主要结构分为悬臂摆片式和梳齿状的折叠梁式，并变异成其它类型。前者结构相对简单些，制作上也多采用体硅加工方法，简单的摆片式结构南上、下固定电极和可动敏感硅悬臂梁电极组成，用半导体平面

8、工艺各向异性腐蚀，静电封接技术封装完成制作。后者可看作是悬臂梁的并、串组合，设计上要复杂得多，微加工方法则以表面额牲层技术为主，多晶硅材