微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)在壓力傳感方面的應(yīng)用屢見不鮮。此種應(yīng)用方式數(shù)十年來一直常見于各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)并獲得了良好的效果。微電子機(jī)械系統(tǒng)具有性能好、可靠性高、尺寸緊湊等特性,特別適用于汽車和醫(yī)療領(lǐng)域。目前其主要用于低壓應(yīng)用(0至5 bar),與此同時(shí)MEMS在推動(dòng)壓力標(biāo)度技術(shù)發(fā)展方面表現(xiàn)出的潛在優(yōu)勢(shì)也開始得到認(rèn)可。
傳統(tǒng)上,10至50 bar范圍的壓力測(cè)量系統(tǒng)主要依賴于繁瑣的機(jī)電技術(shù),例如陶瓷基板應(yīng)變儀。這既是其固有的特點(diǎn),但同時(shí)也限制了其應(yīng)用范圍。首先,其結(jié)構(gòu)過于臃腫,這意味著這些裝置并不適合空間有限的應(yīng)用場(chǎng)合。其次,隨著使用時(shí)間的增加,這些裝置易出現(xiàn)磨損和斷裂問題(由于其密封件最終失效)。
相比之下離散型MEMS方案更具優(yōu)勢(shì),但此類方案也存在一些負(fù)面問題。通常傳感器應(yīng)來源于同一家供應(yīng)商,但供應(yīng)商并不具備必要的相關(guān)知識(shí)為電子元件提供支持,因此還需要與其他供應(yīng)商協(xié)調(diào)。不僅導(dǎo)致裝配過程復(fù)雜化,而且在后續(xù)使用時(shí)需要安裝防護(hù)裝置并進(jìn)行必要的測(cè)試,以保證MEMS方案符合電磁兼容性(EMC)標(biāo)準(zhǔn)。此種解決方案的繁瑣使我們需要根據(jù)測(cè)定中等壓力值的場(chǎng)合對(duì)MEMS做重大改進(jìn),提高M(jìn)EMS的耐用性、緊湊性,同時(shí)降低成本,使MEMS方案更具吸引力。
某些情況下單純使用離散型MEMS方案并不能滿足要求,而需要采用集成式解決方案,即一個(gè)傳感器中整合了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理等所有功能。為滿足這一需求,Melexis經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)人員提供了一種能夠基于MEMS測(cè)量中等壓力值的特殊方案,可以將所有必要的功能直接整合到一個(gè)芯片之中。在研發(fā)過程中我們借鑒了此前在使用各種復(fù)雜工程原理時(shí)積累的大量經(jīng)驗(yàn),決定通過設(shè)計(jì)創(chuàng)新解決技術(shù)難題。最終我們研發(fā)了更為先進(jìn)、更易于實(shí)現(xiàn)的壓力傳感方案。
MLX90819傳感元件包含了一種蝕刻在CMOS基片背面的微加工隔膜。當(dāng)相對(duì)的兩面存在壓力差時(shí),該隔膜將膨脹。相應(yīng)地,位于隔膜邊緣的壓阻型傳感器會(huì)產(chǎn)生信號(hào),從而精確測(cè)定相對(duì)壓力值。該裝置采用了創(chuàng)新型玻璃底座布局(如上圖中所示),這意味著傳感器元件可以直接裸露于應(yīng)用環(huán)境下,與連接焊點(diǎn)和引線鍵合位置隔開。
同樣,上述元件能夠避免暴露在有害介質(zhì)(例如油類)下導(dǎo)致?lián)p壞。該芯片具有極佳的性能特性——在其整個(gè)工作壓力范圍內(nèi)其線性度始終為±0.2%,響應(yīng)時(shí)間為1ms。此外,該芯片還具有溫度偏移和增益補(bǔ)償、以及大范圍診斷功能。
新一代的中等壓力測(cè)量解決方案,充分利用了MEMS技術(shù)的許多關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。
采用不同的接口類型可以使傳感器傳遞不同的信號(hào):模擬信號(hào)或(滿足數(shù)字輸出)SENT協(xié)議數(shù)據(jù)包。實(shí)際使用時(shí),可根據(jù)汽車和工業(yè)的應(yīng)用要求進(jìn)行不同的設(shè)置,其工作溫度的范圍為-40°C至150°C。這種傳感解決方案特別適合測(cè)量汽車HVAC中的液體壓力、機(jī)油/冷卻液壓力、雙離合器式變速器以及無級(jí)變速系統(tǒng)中的液體壓力、卡車氣閘壓力,以及工廠自動(dòng)化設(shè)備中的液體壓力。