MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 압력 센서는 단일 실리콘 칩의 기계 및 전기 부품을 결합하는 소형 장치입니다. 이 센서는 제공하여 압력 측정 필드를 변환했습니다. 작은 크기, 저전력 소비, 비용 효율성, 그리고 높은 감도. 그들은 널리 사용됩니다 자동차 시스템, 의료 기기, 소비자 전자 제품 및 산업 응용 분야.
이 기사는 다음을 탐구합니다 작업 원칙,,, 디자인 아키텍처,,, 제조 공정,,, 유형,,, 응용 프로그램, 그리고 미래의 트렌드 MEMS 압력 센서의 엔지니어, 학생 및 제품 개발자를위한 포괄적 인 참조입니다.
1. MEMS 압력 센서 란 무엇입니까?
1.1 정의
MEMS 압력 센서는 압력 변화를 감지하고이를 사용하여 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 마이크로 스케일 기계식 요소 제작 반도체 제조 기술.
MEMS 압력 센서 = 기계적 감지 구조 (예 : 다이어프램) + 전기 변환 회로 + 실리콘 기판
1.2 주요 기능
- 미세 스케일 크기
- 저비용 배치 생산
- 높은 감도와 정밀도
- 디지털 시스템과의 호환성
- 가혹한 환경에 내구성이 뛰어나고 강력합니다
2. MEMS 압력 센서의 작동 원리
2.1 압력 감지 요소
MEMS 압력 센서의 핵심은 얇은 다이어프램 그것은 압력에 따라 변형됩니다.
2.2 형질 도입 메커니즘
기계적 변형은 다음을 사용하여 전기 신호로 변환됩니다.
- 압전성 효과: 변형으로 인한 저항의 변화
- 용량 성 효과: 다이어프램 변위로 인한 커패시턴스 변화
- 공명 주파수 이동: 진동 주파수 변화
- 광학 변위: 간섭 또는 반사 변조
3. MEMS 압력 센서의 아키텍처
3.1 기본 구조
- 횡격막: 얇은 실리콘 또는 중합체 막
- 감지 요소: piezoresistor 또는 커패시터
- 공동: 에칭 기술을 사용하여 형성
- 기판: 실리콘 웨이퍼
- 신호 컨디셔닝 회로: 신호를 증폭시키고 필터링하고 디지털화합니다
3.2 포장
MEMS 센서는 종종 필요합니다 밀폐 된 밀봉 그리고 미디어 격리 환경 손상으로부터 보호하고 장기 안정성을 보장합니다.
4. MEMS 압력 센서의 유형
| 유형 | 설명 | 일반적인 응용 프로그램 |
|---|---|---|
| piezorestive mems | 변형은 확산 저항의 저항 변화를 유발합니다 | 자동차, 산업, 생물 의학 |
| 용량 성 MEM | 압력은 플레이트 사이의 커패시턴스를 변경합니다 | 의료, HVAC, 저압 시스템 |
| 공명 mems | 압력 변화 공진기의 진동 주파수 | 항공 우주, 고정밀 계측 |
| 광학 MEM | 조명 경로 변경 또는 간섭 패턴을 사용합니다 | 위험하거나 폭발적인 환경 |
5. 압력 측정 유형
MEMS 압력 센서는 어떤 종류의 압력을 측정하는지에 따라 분류 할 수 있습니다.
5.1 절대 압력
진공 참조에 대해 측정.
5.2 게이지 압력
주변 대기압에 비해 측정.
5.3 차등 압력
두 지점 사이의 압력 차이를 측정합니다.
5.4 밀봉 압력
밀봉 된 기준 (보통 1 atm)에 대해 측정됩니다.
6. MEMS 압력 센서의 제조 공정
MEMS 압력 센서의 제조에는 고급이 포함됩니다 미세한 기술.
6.1 일반 단계
- 웨이퍼 준비: 실리콘 웨이퍼로 시작하십시오.
- 산화: 절연 또는 마스킹을 위해 산화 층을 재배합니다.
- 포토 리소그래피: Photoresist 및 UV Light를 사용하여 웨이퍼의 패턴을 정의하십시오.
- 에칭:
- 젖은 에칭: KOH, HF 솔루션
- 드라이 에칭: 혈장 또는 반응성 이온 에칭 (Rie)
- 도핑 또는 확산: piezorestive 지역을 만듭니다.
- 본딩:
- 양극 결합 (실리콘 유리)
- 퓨전 결합 (실리콘-실리콘)
- 포장: 리드 프레임 또는 PCB에 센서 다이를 부착하십시오. 봉인 공동.
7. 성능 매개 변수
| 매개 변수 | 설명 |
|---|---|
| 감광도 | 압력 단위당 출력 변화 |
| 정확성 | 실제 압력 값으로부터의 편차 |
| 선형성 | 이상적인 직선 출력과의 편차 |
| 히스테리시스 | 압력 증가/감소를위한 출력 차이 |
| 경향 | 시간과 온도에 따른 장기 안정성 |
| 응답 시간 | 압력 변화를 등록하는 데 걸리는 시간 |
| 지나친 압력 | 영구적 인 손상 전에 최대 압력 |
8. MEMS 압력 센서의 장점
- ✅ 소형화: 공간 제한된 응용 프로그램에 이상적입니다
- ✅ 배치 제조: 저렴한 비용으로 대량 생산을 가능하게합니다
- ✅ 저전력 소비: 배터리 작동 장치에 적합합니다
- ✅ 디지털 인터페이스: 임베디드 시스템에 쉽게 통합됩니다
- ✅ 높은 감도: 미세한 압력 변화를 감지 할 수 있습니다
- ✅ 환경 적 견고성: 가혹한 산업용 사용에 적합합니다
9. MEMS 압력 센서의 응용
9.1 자동차
- 타이어 압력 모니터링 시스템 (TPMS)
- 흡기 매니 폴드 압력
- 연료 레일 및 오일 압력
- 에어백 배치 시스템
9.2 의료 기기
- 혈압 모니터
- 인공 호흡기의 호흡기 센서
- 주입 펌프
- 카테터 팁 압력 센서
9.3 소비자 전자 제품
- 스마트 폰의 기압 센서
- 피트니스 추적을위한 웨어러블
- 스마트 워치의 고도계
9.4 산업 및 HVAC
- 공압 시스템 압력 제어
- 클린 룸 모니터링
- HVAC 덕트 압력 조절
9.5 항공 우주
- 캐빈 및 외부 압력 모니터링
- 비행 기기
MEMS 압력 센서의 주요 제조업체
| 회사 | 주목할만한 제품 |
|---|---|
| Bosch Sensortec | BMP280, BMP388 (기압 센서) |
| 꿀웰 | 신뢰성 ™ HSC/SSC 시리즈 |
| stmicroelectronics | LPS22HH, LPS33HW |
| TE 연결 | MS5803, MS8607 |
| NXP 반도체 | MPX 시리즈 |
| 인피 논 | DPS310, Xensiv ™ 시리즈 |
| 이기다 | WPAK63, WPCK07, WEPAS01 |
11. IoT 및 스마트 시스템과의 통합
MEMS 압력 센서는 중요한 역할을합니다 사물 인터넷 (IoT) 그들이 기여하는 응용 프로그램 실시간 모니터링,,, 예측 유지 보수, 그리고 에너지 효율적인 자동화.
11.1 IoT의 기능
- 초 저전력 모드
- I²C 및 SPI 디지털 인터페이스
- 내장 된 온도 보상
- BLE 또는 LORA 모듈과의 무선 연결
12. 도전과 제한
| 도전 | 설명 |
|---|---|
| 온도 드리프트 | 출력은 환경 온도 변화에 따라 다를 수 있습니다 |
| 미디어 호환성 | 액체와 가스는 감지 요소를 부식시킬 수 있습니다 |
| 포장 복잡성 | 작은 형태 계수에서 밀봉 된 씰 유지 |
| 소음과 교차 감민 | 기계적 충격 또는 EM 필드의 간섭 |
13. MEMS 압력 센서의 미래 추세
13.1 모 놀리 식 통합
압력 센서를 결합합니다 온도, 습도 및 가스 센서 하나의 죽음.
13.2 AI 기반 교정
머신 러닝 사용 자동 교정 그리고 실시간 오류 수정.
13.3 유연하고 웨어러블 밈
사용하기위한 그래 핀 및 유연한 폴리머와 같은 새로운 재료 웨어러블 및 의료 패치.
13.4 더 높은 압력 범위
적합한 MEMS 센서 개발 유압 및 심해 환경.
MEMS 압력 센서에 대한 FAQ
Q1 : MEMS 압력 센서는 얼마나 정확합니까?
정확도를 달성 할 수 있습니다 ± 0.25% ~ ± 2% 풀 스케일모델 및 교정에 따라.
Q2 : MEMS 압력 센서가 진공을 측정 할 수 있습니까?
예, 절대 MEMS 압력 센서 진공 수준 (~ 0 PA)까지 측정 할 수 있습니다.
Q3 : MEMS 센서가 액체 매체에 적합합니까?
일부는 함께 설계되었습니다 미디어 격리 액체와 함께 사용하지만 표준 모델은 건조 가스 용입니다.
Q4 : MEMS 압력 센서의 일반적인 크기는 얼마입니까?
치수는 범위입니다 2 × 2 mm ~ 6 × 6 mm패키지에 따라.
15. 요약 표 : 한 눈에 MEMS 압력 센서
| 특징 | 설명 |
|---|---|
| 크기 | 미세 스케일 (밀리미터 범위) |
| 원칙 | 압전성, 용량 성, 공명, 광학 |
| 출력 유형 | 아날로그 또는 디지털 (I²C, SPI) |
| 압력 범위 | 수백 바에 진공 |
| 정확성 | ± 0.25% –2% fs 전형 |
| 작동 온도 | –40 ° C ~ +125 ° C (일부 모델 최대 150 ° C) |
| 일반적인 응용 프로그램 | 자동차, 의료, IoT, 산업, 항공 우주 |
결론
MEMS 압력 센서는 수렴을 보여줍니다 현미경 공학, 전자 제품 및 재료 과학, 광범위한 산업에서 정확하고 신뢰할 수 있으며 저렴한 압력 측정을 제공합니다. 지속적인 발전으로 소형화, 디지털 통합 및 무선 통신,이 센서는 미래를 형성하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 스마트 시스템, 웨어러블 기술 및 지능형 자동화.
