Sensor de presión de aceite MEMS (Micro?Electromechanical? system) se refiere a un sistema microelectromecánico que integra microsensores, actuadores, circuitos de control y procesamiento de señales, circuitos de interfaz, comunicaciones y fuentes de alimentación.
1. Características Los sensores de presión MEMS pueden lograr una producción en masa de alta precisión y bajo costo utilizando tecnologías de diseño y fabricación similares a los circuitos integrados, abriendo así la puerta a sensores MEMS de bajo costo para productos electrónicos de consumo y productos de control de procesos industriales. El uso de compuertas a escala hace que el control de la presión sea simple, fácil de usar e inteligente.
Los sensores de presión mecánicos tradicionales se basan en la deformación de elastómeros metálicos, que convierten la deformación elástica de cantidades mecánicas en salida de conversión de energía eléctrica. , por lo que es imposible hacer que el sensor de presión MEMS sea tan pequeño como el circuito integrado, y el costo es mucho mayor que el sensor de presión MEMS. En comparación con el sensor de cantidad mecánico tradicional, el sensor de presión MEMS es más pequeño y tiene un tamaño máximo. de menos de un centímetro en comparación con la tecnología de fabricación "mecánica", su rentabilidad ha mejorado enormemente
2. Principio del sensor de presión MEMS Actualmente, los sensores de presión MEMS incluyen sensores de presión piezorresistivos de silicio y sensores de presión capacitivos de silicio. sensores, ambos sensores de presión piezoresistivos de silicio. Un sensor electrónico micromecánico producido en un chip de silicio.
El sensor de presión piezoresistivo de silicio utiliza un puente de Wheatstone compuesto por galgas extensométricas de resistencia semiconductora de alta precisión como circuito de medición. para conversión electromecánica, con alta precisión de medición y alta eficiencia. Bajo consumo y costo extremadamente bajo. Si no hay cambio de presión, la salida del sensor piezoresistivo del puente de Wheatstone casi no consume energía. El sensor de presión piezoresistivo utiliza una pared interior de membrana de silicio de copa de tensión circular fija periféricamente y utiliza tecnología MEMS para grabar directamente cuatro galgas extensométricas semiconductoras de alta precisión en el punto de máxima tensión de su superficie para formar un puente de medición de Wheatstone como un circuito de medición de conversión electromecánica. , la cantidad física de presión se convierte directamente en electricidad y la precisión de la medición puede alcanzar 0,01-0,03 FS.
El sensor de presión capacitivo utiliza tecnología MEMS para producir una rejilla de diafragma en una oblea de silicio y la parte inferior. La rejilla del diafragma forma un conjunto de sensores de presión capacitivos. La rejilla del diafragma superior se mueve hacia abajo bajo presión, cambiando la distancia entre la rejilla del diafragma superior y la rejilla del diafragma inferior, y también cambiando la capacitancia entre placas, es decir, △ presión = △ capacitancia.
3. Perspectivas de aplicación de los sensores de presión MEMS Los sensores de presión MEMS se utilizan ampliamente en TPMS, sensores de presión de aceite, sensores de presión de aire del sistema de frenos de automóviles, sensores de presión del colector de admisión de motores de automóviles (TMAP) y rieles comunes de motores diésel. Sensores de presión y otros campos de la electrónica automotriz, medidores de presión de neumáticos, monitores de presión arterial, básculas para gabinetes, básculas sanitarias, sensores de presión para lavadoras, lavavajillas, refrigeradores, hornos microondas, aspiradoras, sensores de presión para aire acondicionado, sensores de presión para control de nivel de líquido para lavadoras. dispensadores de agua, lavavajillas, máquinas, calentadores de agua solares y otros productos electrónicos industriales, como manómetros digitales, medidores de flujo digitales, pesaje de ingredientes industriales, etc.
Estructura eléctrica y estructura de chip de sensor de presión MEMS típico. principio La imagen de la izquierda muestra el principio eléctrico. La imagen muestra un puente de Wheatstone compuesto por galgas extensométricas de resistencia. La imagen de la derecha muestra la estructura interna del chip. Se pueden utilizar chips de sensores de presión MEMS típicos para producir diversos productos de sensores de presión. El chip sensor de presión MEMS se puede empaquetar en un solo paquete (MCM) con el amplificador de instrumentación y el chip ADC, lo que permite a los diseñadores de productos diseñar fácilmente productos finales con un grado tan alto de integración.
En cuarto lugar, la cadena de diseño, producción y venta del molde del sensor de presión MEMS. La mayoría de los procesos actuales en la línea de producción de circuitos integrados de obleas de 4 pulgadas se pueden utilizar para la producción de MEMS.
Sin embargo, es necesario agregar tres equipos de proceso MEMS únicos: máquina de fotolitografía de doble cara, estación de grabado húmedo y máquina de unión. Los fabricantes de productos de sensores de presión necesitan agregar costosos equipos estándar de detección de presión. Para los fabricantes de sensores de presión MEMS, es muy importante y urgente desarrollar experiencia y canales de ventas en los campos de la electrónica automotriz y la electrónica de consumo. En particular, en los últimos años ha aumentado la demanda de sensores de presión MEMS en el campo de la electrónica automotriz. Por ejemplo, la demanda anual de Shenjie Electronics es de entre 2 y 3 millones de unidades.
5. Las similitudes y diferencias entre los chips MEMS y los circuitos integrados son diferentes de la industria tradicional de circuitos integrados que se centra en el diseño de circuitos estáticos bidimensionales. MEMS se basa en la mecánica teórica y se combina con el conocimiento de circuitos para diseñar productos dinámicos tridimensionales. El diseño mecánico a nivel de micras dependerá más de la experiencia, y la herramienta de diseño y desarrollo (Ansys) también es diferente de los circuitos integrados tradicionales (como EDA). Además de una gran cantidad de procesos IC tradicionales, el procesamiento MEMS también requiere algunos procesos especiales, como grabado de doble cara, fotolitografía de doble cara, etc. En comparación con los circuitos integrados tradicionales, los procesos MEMS son simples y tienen menos pasos de fotolitografía. Algunos procesos especiales no estándar en la producción de MEMS deben ajustarse de acuerdo con los requisitos del producto. Debido a la estrecha cooperación entre el diseño del producto, el diseño del proceso y la producción, el modelo IDM es superior al modelo Fabless Foundry. MEMS tiene altos requisitos en cuanto a tecnología de embalaje. Las líneas de producción de los fabricantes de semiconductores tradicionales se enfrentan a la eliminación. Incluso si se utilizan para producir LDO, las ganancias son muy bajas, pero si se utilizan para producir MEMS, se pueden obtener mayores ganancias. Cada oblea en línea puede producir entre 5 y 6 mil sensores de presión MEMS calificados. Después de vender cada oblea, la ganancia bruta puede ser de 7 a 10 veces el costo. El cambio a MEMS implica pocos cambios en los requisitos de proceso del fabricante, equipos auxiliares adicionales limitados, baja inversión y alta eficiencia. El empaquetado integrado de chips MEMS y chips IC es una nueva tendencia en el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados y una nueva oportunidad para los fabricantes de circuitos integrados tradicionales.
Verbo intransitivo Estimación de costos para producir chips de sensores de presión MEMS La estimación de costos para producir chips de sensores de presión MEMS en una línea de producción de obleas se muestra en la tabla. Los nuevos costos fijos se refieren a los costos de personal y la depreciación de los nuevos equipos invertidos en este proyecto (personal: 65.438 expertos 0 2 diseñadores de MEMS 4 ingenieros 5 técnicos 12, el costo anual es de 14.700 yuanes y la inversión en nuevos equipos es de 6,5 millones de yuanes ). El costo existente se refiere al costo de uso en condiciones de fotolitografía de 5 pulgadas (incluidos los costos compartidos de mano de obra, productos químicos, agua, electricidad, repuestos, etc.; el costo del material de las obleas de silicio se refiere al precio del pulido dual); Obleas de silicio de 4 pulgadas.
Muchas de las palabras anteriores también contienen algunos términos profesionales. Podemos optar por saltarnos el nivel principiante y ver una introducción a algunas de las características principales. También hay perspectivas de aplicación. Se puede ver en las perspectivas de la aplicación que no nos puede faltar en el futuro, ya sea una máquina grande o pequeña, puede ayudar a que la máquina funcione mejor. Si está trabajando en esta máquina, puede echarle un vistazo más de cerca, porque este es un curso obligatorio en este campo. Finalmente, espero que lo anterior pueda brindarle alguna ayuda.
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