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图4 硅压阻式压力传感器实物 WWW※PLCJS_COM-PL#C-技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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图6 电容式压力传感器实物 WWW_P※LCJS_CO※M-PLC-技-.术_网
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图5 电容式压力传感器结构 WWW_P※LCJS_COM-PLC-)技.术_网
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电容式压力传感器利用MEMS技术在硅片上制造出横隔栅状,上下二根横隔栅成为一组电容式压力传感器,上横隔栅受压力作用向下位移,改变了上下二根横隔栅的间距,也就改变了板间电容量的大小,即△压力=△电容量(图5)。电容式压力传感器实物如图6。 plcjs.技.术_网
MEMS压力传感器的应用 WWW_PLC※JS_COM-PmLC-技.术_网
MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子如TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器。消费电子如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤,洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器,空调压力传感器,洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器。工业电子如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。 WWW_PL※CJS_COM-PLC-技.术_网
典型的MEMS压力传感器管芯(die)结构和电原理如图7所示,左是电原理图,即由电阻应变片组成的惠斯顿电桥,右为管芯内部结构图。典型的MEMS压力传感器管芯可以用来生产各种压力传感器产品,如图8所示。MEMS压力传感器管芯可以与仪表放大器和ADC管芯封装在一个封装内(MCM),使产品设计师很容易使用这个高度集成的产品设计最终产品。 WWW_PLC※JS_COM-PLC-技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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MEMS压力传感器的设计、生产、销售链 plcjs.技.术_网
MEMS压力传感器的设计、生产、销售链如图9所示。目前集成电路的4寸圆晶片生产线的大多数工艺可为MEMS生产所用。但是需要增加双面光刻机、湿法腐蚀台和键合机三项MEMS特有的工艺设备。压力传感器产品生产厂商需要增加价格不菲的标准压力检测设备。 WW.W_PLC※JS_C,OM-PL,C-技.术_网
对于MEMS压力传感器生产厂家来说,开拓汽车电子以及消费电子领域的销售经验和渠道是十分重要和急需的。特别是汽车电子对MEMS压力传感器的需要量在近几年激增,如捷伸电子的年需求量约为200-300万个。 W1WW_P4LCJS_COM-PLC-技.术_网
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MEMS芯片在设计、工艺、生产方面与IC的异同 WWW_PLCJS※COM-PLC-技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
与传统IC行业注重二维静止的电路设计不同,MEMS以理论力学为基础,结合电路知识设计三维动态产品。对于在微米尺度进行机械设计会更多地依靠经验,设计开发工具(Ansys)也与传统IC(如EDA)不同。MEMS加工除了使用大量传统的IC工艺,还需要一些特殊工艺,如双面刻蚀,双面光刻等。MEMS比较传统IC,工艺简单,光刻步骤少,MEMS生产的一些非标准的特殊工艺,工艺参数需要按照产品的要求来进行调整。由于需要产品设计、工艺设计和生产三方面的密切配合,IDM的模式要优于Fabless Foundry的模式。MEMS对封装技术的要求很高。传统半导体厂商的4〃生产线正面临淘汰,即使用来生产LDO,其利润也非常低,但是,如果生产MEMS,则可获得较高的利润。4〃线上的每一个圆晶片可生产合格的MEMS压力传感器Die5-6K个,每个出售后,可获成本7-10倍的毛利(如图10)。转产MEMS对厂家的工艺要求改动不大,新增辅助设备有限,投资少、效益高。MEMS芯片与IC芯片整合封装是集成电路技术发展的新趋势,也是传统IC厂商的新机遇。图11是MEMS在4〃圆晶片生产线上。 WWW_PLC※JS_COM-PLC-技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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4〃生产MEMS压力传感器成本估计 WWcW_PLCJS_COM-PLC-技.术_网
4”圆晶片生产线生产MEMS压力传感器成本估计如表所示,新增固定成本是指为该项目投入的人员成本和新设备的折旧(人员:专家1名 MEMS设计师2名 工程师4名 工艺师5名 技工12名,年成本147万元,新增设备投入650万元,按90%四年折旧计算);现有4”线成本是指在5次光刻条件下使用4”线的成本(包括人工、化剂、水电、备件等的均摊成本);硅片材料成本是指双抛4寸硅片的价格。 WWcW_PLCJS_COM-PLC-技.术_网
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