MEMS壓力傳感器Die的設計
、生產、銷售鏈如圖9所示。目前集成電路的4寸圓晶片生產線的大多數工藝可為MEMS生產所用。但是需要增加雙麵光刻機、濕法腐蝕台和鍵合機三項MEMS特有的工藝設備。壓力傳感器產品生產廠商需要增加價格不菲的標準壓力檢測設備。

 

對於MEMS壓力傳感器生產廠家來說，開拓汽車電子以及消費電子領域的銷售經驗和渠道是十分重要和急需的。特別是汽車電子對MEMS壓力傳感器的需要量在近幾年激增
，如捷伸電子的年需求量約為200-300萬個。

 

 

 

與傳統IC行業注重二維靜止的電路設計不同，MEMS以理論力學為基礎，結合電路知識設計三維動態產品。對於在微米尺度進行機械設計會更多地依靠經驗
，設計開發工具（Ansys）也與傳統IC（如EDA）不同。MEMS加工除了使用大量傳統的IC工藝，還需要一些特殊工藝
，如雙麵刻蝕，雙麵光刻等。MEMS比較傳統IC
，工藝簡單，光刻步驟少
，MEMS生產的一些非標準的特殊工藝，工藝參數需要按照產品的要求來進行調整。由於需要產品設計、工藝設計和生產三方麵的密切配合，IDM的模式要優於Fabless+Foundry的模式。MEMS對封裝技術的要求很高。傳統半導體廠商的4〃生產線正麵臨淘汰

，即使用來生產LDO，其利潤也非常低，但是，如果生產MEMS
，則可獲得較高的利潤。4〃線上的每一個圓晶片可生產合格的MEMS壓力傳感器Die5-6K個，每個出售後
，可獲成本7-10倍的毛利（如圖10）。轉產MEMS對廠家的工藝要求改動不大
，新增輔助設備有限，投資少、效益高。MEMS芯片與IC芯片整合封裝是集成電路技術發展的新趨勢，也是傳統IC廠商的新機遇。圖11是MEMS在4〃圓晶片生產線上。

 

 

4”圓晶片生產線生產MEMS壓力傳感器Die成本估計如表所示，新增固定成本是指為該項目投入的人員成本和新設備的折舊（人員：專家1名+MEMS設計師2名+工程師4名+工藝師5名+技工12名，年成本147萬元
，新增設備投入650萬元
，按90%四年折舊計算）；現有4”線成本是指在5次光刻條件下使用4”線的成本（包括人工、化劑
、水電、備件等的均攤成本）；矽片材料成本是指雙拋4寸矽片的價格。

 

 

目前的MEMS壓力傳感器有矽壓阻式壓力傳感器和矽電容式壓力傳感器，兩者都是在矽片上生成的微機械電子傳感器。

 

矽壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的

，具有較高的測量精度、較低的功耗和極低的成本。惠斯頓電橋的壓阻式傳感器，如無壓力變化，其輸出為零
，幾乎不耗電。其電原理如圖1所示。矽壓阻式壓力傳感器其應變片電橋的光刻版本如圖2。

圖6 電容式壓力傳感器實物

 

MEMS矽壓阻式壓力傳感器采用周邊固定的圓形應力杯矽薄膜內壁，采用MEMSjishuzhijiejiangsigegaojingmibandaotiyingbianpiankezhizaiqibiaomianyinglizuidachu，zuchenghuisidunceliangdianqiao
，zuoweilidianbianhuanceliangdianlu，jiangyalizhegewuliliangzhijiebianhuanchengdianliang，qiceliangjingdunengda0.01-0.03%FS。矽壓阻式壓力傳感器結構如圖3所suo示shi，上shang下xia二er層ceng是shi玻bo璃li體ti，中zhong間jian是shi矽gui片pian，矽gui片pian中zhong部bu做zuo成cheng一yi應ying力li杯bei
，其qi應ying力li矽gui薄bo膜mo上shang部bu有you一yi真zhen空kong腔qiang，使shi之zhi成cheng為wei一yi個ge典dian型xing的de絕jue壓ya壓ya力li傳chuan感gan器qi。應ying力li矽gui薄bo膜mo與yu真zhen空kong腔qiang接jie觸chu這zhe一yi麵mian經jing光guang刻ke生sheng成cheng如ru圖tu2的de電dian阻zu應ying變bian片pian電dian橋qiao電dian路lu。當dang外wai麵mian的de壓ya力li經jing引yin壓ya腔qiang進jin入ru傳chuan感gan器qi應ying力li杯bei中zhong，應ying力li矽gui薄bo膜mo會hui因yin受shou外wai力li作zuo用yong而er微wei微wei向xiang上shang鼓gu起qi，發fa生sheng彈dan性xing變bian形xing
，四si個ge電dian阻zu應ying變bian片pian因yin此ci而er發fa生sheng電dian阻zu變bian化hua，破po壞huai原yuan先xian的de惠hui斯si頓dun電dian橋qiao電dian路lu平ping衡heng，電dian橋qiao輸shu出chu與yu壓ya力li成cheng正zheng比bi的de電dian壓ya信xin號hao。圖tu4是封裝如集成電路的矽壓阻式壓力傳感器實物照片。

 

電容式壓力傳感器利用MEMSjishuzaiguipianshangzhizaochuhenggezhazhuang，shangxiaergenhenggezhachengweiyizudianrongshiyalichuanganqi
，shanghenggezhashouyalizuoyongxiangxiaweiyi，gaibianleshangxiaergenhenggezhadejianju，yejiugaibianlebanjiandianrongliangdedaxiao，ji△壓力=△電容量（圖5）。電容式壓力傳感器實物如圖6。

 

 

MEMS壓力傳感器廣泛應用於汽車電子如TPMS

、發動機機油壓力傳感器
、汽車刹車係統空氣壓力傳感器、汽車發動機進氣歧管壓力傳感器（TMAP）

、柴油機共軌壓力傳感器。消費電子如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器，空調壓力傳感器

，洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控製壓力傳感器。工業電子如數字壓力表、數字流量表、工業配料稱重等。

 

典型的MEMS壓力傳感器管芯（die）結構和電原理如圖7所示，左是電原理圖，即由電阻應變片組成的惠斯頓電橋，右為管芯內部結構圖。典型的MEMS壓力傳感器管芯可以用來生產各種壓力傳感器產品
，如圖8所示。MEMS壓力傳感器管芯可以與儀表放大器和ADC管芯封裝在一個封裝內（MCM），使產品設計師很容易使用這個高度集成的產品設計最終產品。

MEMS（Micro Electromechanical System，即微電子機械係統）是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控製電路
、接口電路、通tong信xin和he電dian源yuan於yu一yi體ti的de微wei型xing機ji電dian係xi統tong。它ta是shi在zai融rong合he多duo種zhong微wei細xi加jia工gong技ji術shu，並bing應ying用yong現xian代dai信xin息xi技ji術shu的de最zui新xin成cheng果guo的de基ji礎chu上shang發fa展zhan起qi來lai的de高gao科ke技ji前qian沿yan學xue科ke。

 

MEMS技術的發展開辟了一個全新的技術領域和產業，采用MEMS技術製作的微傳感器、微執行器、微型構件
、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。MEMS技術正發展成為一個巨大的產業，就象近20年來微電子產業和計算機產業給人類帶來的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場深刻的技術變革並對人類社會產生新一輪的影響。目前MEMS市場的主導產品為壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀

、墨水噴咀和硬盤驅動頭等。大多數工業觀察家預測
，未來5年MEMS器件的銷售額將呈迅速增長之勢，年平均增加率約為18%，因此對對機械電子工程、精密機械及儀器、半導體物理等學科的發展提供了極好的機遇和嚴峻的挑戰。

 

MEMS壓力傳感器可以用類似集成電路的設計技術和製造工藝
，進行高精度

、低成本的大批量生產
，從而為消費電子和工業過程控製產品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開方便之門
，使壓力控製變得簡單、易用和智能化。傳統的機械量壓力傳感器是基於金屬彈性體受力變形，由機械量彈性變形到電量轉換輸出
，因此它不可能如MEMS壓力傳感器那樣
，像集成電路那麼微小，而且成本也遠遠高於MEMS壓力傳感器。相對於傳統的機械量傳感器，MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過一個厘米
，相對於傳統“機械”製造技術
，其性價比大幅度提高。

圖3 矽壓阻式壓力傳感器結構