轮胎压力传感器的设计与研制

为开发轮胎压力传感器，我们设计和研制出了一种适用的绝对压力传感器，它是一种基于MEMS硅体微机械加工技术的微型压阻绝对压力传感器，敏感元件为―集成惠斯顿全桥。力敏电阻按常规设计分布在正方形硅薄膜的四边边缘中心点，按〈110〉晶向排列，一对呈纵向布局，一对呈切向布局，从而形成惠斯顿应变全桥。电阻条宽8um，全长60um,平均有效应力可以保证20mV／V 的输出灵敏度。电阻采用离子注入掺杂形成，有优良的均匀性和掺杂准确度以保证零位和灵敏度的稳定性，电阻设计的阻抗为5KΩ，采用硅硅键合技术形成绝对压力传感器的真空参考腔。它比之用硅－pyrex玻璃阳极键合形成绝对压力参考腔有更优良的热膨涨系统匹配，因而更有利于产品的热稳定性和时间稳定性。采用这一设计工艺技术的另一重大优点是可以大大缩小单元芯片尺寸，本设计的单元芯片尺寸为1mm ×1mm，在1个四英硅圆片上可制作七千余个力敏感元件单元，而采用硅―玻璃键合设计的单元芯片尺寸一般为1.5×1.5mm至2.2×2.2mm，因而在一个四英吋的硅圆片上可制的压力敏感元件单元分别为3400个和1600个，显而易见，我们的设计有利于降低单元制作成本。当然，采用这一设计的前提是掌握好硅―硅键合技术及薄硅膜片制作技术。鉴于轮胎压力传感器的量程较大，硅膜片较厚，采用精密机械减薄或各向同性腐蚀技术都不难达到设计的要求，即使将这一设计的量程下延至汽车用MAP和AAP绝对压力传感器的量程，采用Smart Cut 技术或外延片电化学选择腐蚀技术亦不难获得15～20um厚的硅薄膜。

　　非线性：0.05～0.1%FS；迟滞与重复性：0.03%FS；输出灵敏度：10～20mV／V；量程：700Kpa；过载能力：300%；零点及灵敏度温度系数：1～3×10-4 /℃·FS。

　　本芯片亦可供轮胎压力传感器及手持式数字轮胎压力及配套使用。

　　结语

　　用MEMS硅体微机械加工技术制作成功轮胎压力监测系统用的轮胎压力传感器芯片，采用硅―硅键合设计与相关工艺技术缩小芯片尺寸，降低单元成本，为TPMS产品开发走出了第一步。

发布者：小宇