MEMS是在集成電路生產(chǎn)技術(shù)和專用的微機(jī)電加工方法的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來的高新技術(shù)，用MEMS技術(shù)研制的壓力傳感器具有體積小、重量輕、響應(yīng)快、靈敏度高、易于批量生產(chǎn)、成本低的優(yōu)勢(shì)，它們已經(jīng)開始逐步取代基于傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的壓力傳感器。目前已有多種MEMS壓力傳感器應(yīng)用到了汽車電子系統(tǒng)中，如發(fā)動(dòng)機(jī)共軌壓力、機(jī)油壓力、歧管空氣進(jìn)氣壓力、汽車胎壓壓力等。其中機(jī)油壓力傳感器是用于測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油壓力的重要傳感器，其可靠性直接關(guān)系到汽車和人的安全性。本文選用MEMS壓力芯片，成功開發(fā)出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器，研究了機(jī)油壓力傳感器的封裝工藝和可靠性。在傳感器的開發(fā)過程中，嚴(yán)格按汽車電子產(chǎn)品質(zhì)量要求，對(duì)傳感器的封裝及組裝過程進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和測(cè)試，并通過工藝優(yōu)化極大地提高了傳感器的可靠性能。
1 工作原理和制造工藝
MEMS壓力傳感器是利用壓阻效應(yīng)原理，采用集成工藝技術(shù)經(jīng)過摻雜、擴(kuò)散，沿單晶硅片上的特定晶向，制成應(yīng)變電阻，構(gòu)成惠斯通電橋，利用硅材料的彈性力學(xué)特性，在同一硅材料上進(jìn)行各向異性微加工，制成了一個(gè)集力敏與力電轉(zhuǎn)換檢測(cè)于一體的擴(kuò)散硅傳感器。通常傳感器芯片上制作有4個(gè)多晶硅電阻，電阻制作在硅薄膜的邊沿位置，這是因?yàn)樵诒∧さ倪呇靥?，?dāng)薄膜受到作用力時(shí)，應(yīng)變引起的電阻變化最大。4個(gè)壓阻 R1，R2，R3，R4組成惠斯通電橋構(gòu)成壓力檢測(cè)電路，當(dāng)電橋中輸入電壓為Vin，并設(shè)膜片上的4個(gè)壓阻相等(即R1=R3=R3=R4=R)，當(dāng)薄膜受力變形時(shí)，兩個(gè)電阻變大，兩個(gè)電阻變小，且△R1=-△R2=△R3=-△R4=△R，則其輸出電壓Vout可表示為
式中Voffset是在零應(yīng)力和零應(yīng)變時(shí)傳感器的輸出。由式(1)可知壓阻壓力傳感器有兩種工作方式，一種是恒電壓工作方式，另一種為恒流工作方式。
MEMS壓力傳感器的一一種重要封裝形式是采用充油的不銹鋼結(jié)構(gòu)，稱為充油壓敏芯體，其基本制造工藝過程包括貼片、引線、封裝殼體、充油及二次組裝等。圖1是充油壓敏芯體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是壓力傳感器二次封裝樣品。
