MEMS(微機電系統)是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統。 MEMS壓力傳感器可以用類(lèi)似集成電路(IC)設計技術(shù)和制造工藝,進(jìn)行高精度、低成本的大批量生產(chǎn),從而為消費電子和工業(yè)過(guò)程控制產(chǎn)品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開(kāi)方便之門(mén),使壓力控制變得簡(jiǎn)單易用和智能化。傳統的機械量壓力傳感器是基于金屬彈性體受力變形,由機械量彈性變形到電量轉換輸出,因此它不可能如MEMS壓力傳感器那樣做得像IC那么微小,成本也遠遠高于MEMS壓力傳感器。相對于傳統的機械量傳感器,MEMS壓力傳感器的尺寸更小,最大的不超過(guò)1cm,使性?xún)r(jià)比相對于傳統“機械”制造技術(shù)大幅度提高。 MEMS壓力傳感器原理 目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器,兩者都是在硅片上生成的微機電傳感器。 典型的MEMS壓力傳感器管芯(die)結構和電原理如圖7所示,左是電原理圖,即由電阻應變片組成的惠斯頓電橋,右是管芯內部結構圖。典型的MEMS壓力傳感器管芯可以用來(lái)生產(chǎn)各種壓力傳感器產(chǎn)品,如圖8所示。MEMS壓力傳感器管芯可以與儀表放大器和ADC管芯封裝在一個(gè)封裝內(MCM),使產(chǎn)品設計師很容易使用這個(gè)高度集成的產(chǎn)品設計最終產(chǎn)品。 與傳統IC行業(yè)注重二維靜止的電路設計不同,MEMS以理論力學(xué)為基礎,結合電路知識設計三維動(dòng)態(tài)產(chǎn)品,對于在微米尺度進(jìn)行機械設計會(huì )更多地依靠經(jīng)驗,設計開(kāi)發(fā)工具(Ansys)也與傳統IC(如EDA)不同,MEMS加工除使用大量傳統IC工藝,還需要一些特殊工藝,如雙面刻蝕,雙面光刻等。MEMS較傳統IC工藝簡(jiǎn)單,光刻步驟少,MEMS生產(chǎn)有一些非標準的特殊工藝,工藝參數需按產(chǎn)品要求進(jìn)行調整,由于需要產(chǎn)品設計、工藝設計和生產(chǎn)三方面的密切配合,IDM的模式要優(yōu)于Fabless+Foundry(無(wú)芯片生產(chǎn)線(xiàn)公司+代工廠(chǎng))的模式。MEMS對封裝技術(shù)的要求很高。傳統半導體廠(chǎng)商的4英寸生產(chǎn)線(xiàn)正面臨淘汰,即使用來(lái)生產(chǎn)LDO也只有非常低的利潤,如轉而生產(chǎn)MEMS則可獲較高的利潤;4英寸線(xiàn)上的每一個(gè)圓晶片可生產(chǎn)合格的MEMS壓力傳感器Die 5~6千個(gè),每個(gè)出售后可獲成本7~10倍的毛利(圖10);轉產(chǎn)MEMS改動(dòng)工藝不大、新增輔助設備有限,投資少、效益高;MEMS芯片與IC芯片整合封裝是IC技術(shù)發(fā)展的新趨勢,也是傳統IC廠(chǎng)商的新機遇。圖11是MEMS在4英寸圓晶片生產(chǎn)線(xiàn)上。 |
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