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MEMS压力传感器的结构与工作原理及应用技术

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MEMS压力传感器的结构与工作原理及应用技术

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MEMS是指集微型压力传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS压力传感器可以用类似集成电路（IC）设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。

MEMS压力传感器原理：

目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。

MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达0.01%～0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图3所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电桥电路。当外面的压力经引压腔进入传感器应力杯中，应力硅薄膜会因受外力作用而微微向上鼓起，发生弹性变形，四个电阻应变片因此而发生电阻变化，破坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，电桥输出与压力成正比的电压信号。

传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

回答人的补充??2010-04-1800:00

STMEMS产品技术详解技术分类：模拟设计??

陆楠，EDNChina执行主编

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MEMS技术正在成为芯片公司的新贵，从移动通信和计算机，到消费电子、保健产品和工业控制，MEMS应用正在迅速扩张成为增长热点。作为主要的MEMS供应商，ST加速传感器量产至今出货量已超过数亿片。目前，该公司已经拥有一整套产品系列，包括各种陀螺仪、压力传感器、话筒传感器和模块化解决方案。本周一（12月8日），ST在深圳首场举办了其微机电系统（MEMS）技术研讨会，向与会者介绍了其2009年MEMS技术开发计划和专门为大中国市场设计的系列产品。EDNChina在第一时间为大家介绍有关详情。

ST的MEMS技术

图1

ST的MEMS是一个3维结构器件，通过ThELMA和VenSENS2种特殊的工艺实现（图1）。目前，ST的MEMS产品以加速度传感器为主，正在逐渐扩大到压力传感器、话筒传感器、6轴传感器（模块化解决方案）以及功能型传感器。ST工作人员表示，ST拥有一条8英寸MEMS生产线，这在半导体公司中为数不多。

图2

ST的工程师介绍了MEMS的工作原理（图2），是基于运动引起的差分电容的改变输出不同的信号，通过接口IC传出并由控制器作出相应的处理。MEMS器件通常是由MEMS传感器和接口IC通过堆叠和并排的方式将双芯片封装在同一个器件内。图3为它的内部结构。

图3

ST的MEMS产品规划

图4介绍了ST目前已经量产的MEMS产品，其中，针对中国市场的两个数字传感器系列分别是LIS35DE和LIS33DE，前者目前出货量最大，后者是目前市面上封装最小的加速度传感器。而在模拟产品上，目前主要是LIS244AL/LIS344AL，2/3轴模拟低性能传感器。ST计划，在2009年年底前，将推出LIS331DLF/M/H，6/8/10位3轴数字加速传感器；在09年下半年将推出LIS352AR/AX3轴模拟加速传感器。

图4

除了加速度传感器，陀螺仪是ST的一个重要规划产品，目前已量产的1轴偏航陀螺仪产品型号是L