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高性能 MEMS 压力传感器的进步:设计、制造和封装
Microsystems & Nanoengineering ( IF 7.3 ) Pub Date : 2023-12-19 , DOI: 10.1038/s41378-023-00620-1 Xiangguang Han 1, 2, 3 , Mimi Huang 1, 2, 3 , Zutang Wu 4 , Yi Gao 1, 2, 3 , Yong Xia 1, 2, 3 , Ping Yang 1, 2, 3 , Shu Fan 1, 2, 3 , Xuhao Lu 1, 2, 3 , Xiaokai Yang 1, 2, 3 , Lin Liang 1, 2, 3 , Wenbi Su 1, 2, 3 , Lu Wang 1, 2, 3 , Zeyu Cui 1, 2, 3 , Yihe Zhao 1, 2, 3 , Zhikang Li 1, 2, 3 , Libo Zhao 1, 2, 3 , Zhuangde Jiang 1, 2, 3
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压力传感器在航空航天、汽车、医疗和消费电子产品中发挥着至关重要的作用。尽管基于微机电系统(MEMS)的压力传感器已经广泛应用了几十年,但最近出现了压力传感器的新趋势,包括更高的灵敏度、更高的精度、更好的多功能性、更小的芯片尺寸和更小的封装尺寸。性能升级的需求导致了传感器材料、设计、制造和封装方法的突破,近几十年来频频出现。本文回顾了MEMS压力传感器的常见新趋势,包括微差压力传感器(MDPS)、谐振压力传感器(RPS)、集成压力传感器、小型化压力芯片和无引线压力传感器。为了实现具有广泛应用潜力的极其灵敏的 MDPS,包括在医疗呼吸机和火灾残压监测仪中,“梁-膜-岛”传感器设计表现出 66 μV/V/kPa 的最佳性能,固有频率为 11.3 kHz。在高精度应用中,对硅和石英 RPS 进行了分析,两种材料在不同的频率温度系数 ( TCF ) 控制方法方面均显示出 ±0.01%FS 的精度。为了提高MEMS传感器集成度,对不同的集成“压力+ x ”传感器设计和制造方法进行了比较。在这个领域,相互耦合效应仍然需要进一步研究。还回顾了微型压力传感器芯片的典型制造方法。迄今为止,芯片厚度尺寸可以控制在<0.1毫米,这对于植入传感器来说是有利的。 此外,还分析了无引线压力传感器,该传感器具有极小的封装尺寸和恶劣的环境兼容性。本次审查的结构如下。首先介绍压力传感器的背景。然后根据不同的应用场景对MEMS压力传感器进行了深入介绍。此外,还分析和总结了它们各自的特点和重大进展。最后分析了MEMS压力传感器在不同领域的发展趋势。
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