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MEMS压力传感器成功迈向新性能境界

    工业设备在制造过程及整机性能测试中离不开各种机械量和几何量,有些工业设备在运行中还要经常对多种物量进行检测或半导体,包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、压力、流量、温度、硬度、密度、湿度、比重、黏度、长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等,这些均属于物理量。实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量(包括医学),而所有这一切,从信号工程的角度来看,都需要通过传感器,将其转换成电信号(近代还可以转换成光信号),而后再进行信号的传输、处理、存储、显示、控制,从信息的角度看,这些信号连同声音和图像信息都是信息的源头,所以传感器和检测仪表、测量仪表是信息科学技术的三部分(信息获取、信息传输、信息处理)中的重要部分。

 压力传感器是一种把非电量转变成电信号的器件,而检测仪表在模拟电子技术条件下,一般是包括传感器、检测点取样设备及放大器(进行抗干扰处理及信号传输),当然还有电源及现场显示部分(可选择),电信号一般为连续量、离散量两种,实际上还可分成模拟量、开关量、脉冲量等,模拟信号传输采用统一信号(4-20mADC等)。数字化过程中,检测仪表变化比较大,经过几个阶段,近来多采用ASIC专用集成电路,而且把传感器和微处理器及网络接口封装在一个器件中,完成信息获取、处理、传输、存贮等功能。在自动化仪表中经常把检测仪表称为变送器,如问题变送器、压力变送器等。

    从地下750米的深处到珠穆朗玛峰顶端,智能手机以及其它便携设备在不久的未来将能够确定所在位置的海拔高度变化,全球最大的消费电子和便携设备MEMS传感器供应商意法半导体以最新推出的MEMS(微机电系统)压力传感器成功地实现这个概念。

    新产品LPS001WP是一款微型压力传感器,采用创新的传感技术,能够精确地测量压力和海拔高度。该产品采用超轻巧、薄型封装,特别适用于智能手机、运动型手表、各种不同的便携设备、气象站,以及汽车和工业应用。

    意法半导体MEMS、传感器以及高性能模拟产品部总经理BenedettoVigna表示:“MEMS技术让我们不断地开发出可测量各种物理参数的新一代传感器产品,例如线性运动传感器、角动作传感器、压力传感器以及磁力传感器等;同时,这些创新产品的制造成本不断地降低,测量精密度也相对不断地提高。这些传感器的用途广到远远超出了我们的想象。”

    这款产品的首要目标应用之一是进阶型的便携式GPS定位设备,传统的GPS定位功能只能确定设备的2D位置。在整合LPS001WP压力传感器后,同一款设备将能提供精确的3D定位功能;举例来说,当整合压力传感器的GPS导航手机发送紧急求助呼叫时,消防人员、医疗救护人员或警察人员将能根据接收到的呼叫信号确定事故发生的具体所在位置和楼层。

    LPS001WP的压力检测量程从300毫巴至1100毫巴,相当于从-750米到+9000米海拔高度之间的气压,可检测到最小0.065毫巴的气压变化,相当于80厘米的海拔高度。该产品采用意法半导体独有的VENSENS制程,能够将压力传感器整合在单一晶片上,不但可以节省晶圆对晶圆的键合工序,还可最大幅度地提升产品的可靠性。

    LPS001WP内的压力传感器是通过覆盖在气腔上的柔性硅薄膜检测压力变化(其中气隙是可控制的,压力也已经定义)。与传统的硅微加工薄膜相比,新产品的薄膜非常小,内建的微机械止动结构可防止气压破坏薄膜。这个薄膜包括电阻值随着外部压力变化而改变的微型压电电阻器。压力传感器监控硅薄膜电阻的变化,采用温度补偿方法修正变化偏差,把检测到变化信息转换成二进制比特数据,通过工业标准I2C或SPI通信接口将数据传送至设备主处理器。    

    LPS001WP的主要技术特性:

    0.065毫巴的高分辨率:能够检测最小80厘米的海拔高度变化;

    意法半导体独有的VENSENS技术,拥有高耐破裂强度,最高强度值达全量程的20倍;

    内置温度传感器,可调整温度范围;

    所有器件均在晶圆厂完成压力和温度校准,无需在出货前进行; 

 

    采用小型塑胶基板栅格阵列:HCLGA-8L封装,该封装上有一个通风孔,外部压力通过封装上的通风口与传感元件接触;   

    因为压力传感器用于各行各业,加之近年家用电器、汽车、信息产业三方面的飞速发展,对传感器需求大增,所以传感器制造业发展很快,形成独立的产业,这就拉动了工业设备,特别是监视设备制造业的发展,所以人们有必要特别关注传感器产业。 压力传感器产品品种繁多,基于的科学原理多,技术密集,具有多样性、边缘性、综合性和技艺性,需要多学科、多种高新技术配合。

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