传感器 | 密度测量系列：3.MEMS技术

简介

本节以TrueDyne sensor例如，公司介绍了什么MEMS传感器技术及其技术MEMS传感器技术的积累过程。MEMS与传统谐振器技术相比，传感器的技术核心是硅谐振测量通道，MEMS传感器具有尺寸小、应用广泛等优点，即使在低压、极短的放映时间内也能实现精确的气体密度测量。

01什么是MEMS技术？

MEMS的全称，是Micro-Electro-Mechanical Systems，即基于硅半导体技术的微机电系统，在复杂的微系统中结合了微电子和微机械功能。它是一门前沿的高科技学科，集成了各种微加工技术，应用了微电子技术和最新成果。

在传统的电子产品中，电子电路由机械制造的的组件组成的。TrueDyne Sensors AG MEMS芯片集成度较高，不仅具有电子功能，还具有与机械和流体相关的性能。

由于对各组件的要求很高，TrueDyne 传感器公司MEMS芯片通常不限于硅基板。相反，不同的材料用于不同的组件，并通过各种组装和连接技术组合在一起。

02MEMS技术应用领域

MEMS技术应用广泛，在我们的日常生活中无处不在。MEMS系统的应用领域包括：汽车工业应用的防盗、安全气囊控制或车辆翻车检测系统；移动通信领域的导航用于显示方向或应用于移动游戏；微流体系统在医学工程中也巨大的应用潜力，特别是在生物分子分析中，该领域的关键词是芯片实验室或BioMEMS。

下面介绍MEMS四个常用的传感器领域：

汽车电子：

MEMS传感器能满足汽车环境恶劣、可靠性高、精度准确、成本低的要求。其应用方向和市场需求包括车辆防抱死系统（ABS）、电子车身稳定程序（ESP）、电控悬挂（ECS）、电动手刹（EPB）、辅助斜坡启动（HAS）、胎压监控（EPMS）、发动机防抖、车辆倾角测量、车内心跳检测等。汽车电子工业被认为是MEMS第一波传感器应用高潮的推动者，世界上每辆车平均有10个传感器，在高端汽车中约有25到40个MEMS传感器。

消费电子：

随着消费电子领域的巨大发展和产品创新的出现，特别是由于智能手机和平板电脑的快速发展，消费电子已经取代了汽车领域MEMS最大的应用市场。MEMS传感器在消费电子领域的应用包括运动/坠落检测、导航数据补偿、游戏/人机界面、电源管理、GPS这些MEMS该技术大大提高了用户体验。

航空航天设备：

MEMS传感器应用于航空航天领域，需要适应不同的空间环境，以及航天器系统工作或空间环境诱导环境，航空航天传感器主要包括状态传感器、环境传感器，前者包括各种活动部件的即时位置传感器、飞机状态传感器、飞机姿态传感器等，环境传感器主要包括温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、压力传感器、流量传感器等。

生物医学：

MEMS传感器技术的突破也给医疗应用带来了前所未有的便利和体验。体外诊断、药物研究、患者监测、给药方法、植入式医疗器械等领域都在不断发展。系统集成商需要创新技术，快速提高产品性能，降低产品成本，缩小产品尺寸。生物医学行业常用MEMS传感器包括：医用压力测量传感器、植入式传感器、压电聚合传感器、心脏起搏器、MEMS加速传感器、生物传感器等。

03TrueDyne 传感器公司MEMS技术

几年来，TrueDyne 传感器公司一直致力于利用它Coriolis开发和实现流体微系统或测量原理MEMS芯片。Coriolis测量原理所需的流体通道由硅基板形成并集成到MEMS芯片中。在TrueDyne在传感器公司的研究中，该系统尚未然而，研究表明，振动硅通道可以非常有效地用于谐振器密度计。

如今，TrueDyne传感器公司MEMS芯片很小，尺寸不超过6.9 x 6.9 x 1.5 mm3.它包括电子元件、流体测量通道和温度传感器。

TrueDyne 传感器公司MEMS芯片

四个晶片用于制造：

（1）两个硅晶片通过等离子蚀刻技术形成测量通道。因此，每个通道的一半被蚀刻到硅晶片中。通过连接两个半部分（连接方法）来创建通道。

(2)玻璃晶片包括金属电极、流体孔和温度传感器。

(3)另一个硅晶片用于真空包装测量通道。这使得测量通道在没有空气阻尼的情况下振荡。

由于芯片的微型化(测量通道)= 0.5 μl体积)和通道材料的优良质量(硅)使得MEMS芯片具有许多优点和新的应用领域。芯片的微型化是目前的MEMS微型化在技术发展的主要趋势中起着非常强大的作用，特别是在小批量样品和紧凑结构的应用中。

硅优异的热力学和机械性能也意味着它将给传感器带来更强大的功能。硅是一种很好的热导体。因此，通道和环境之间不会有很大的温差。这使得密度测量所需的温度信息能够准确、容易地确定。

硅的机械性能也有利于密度测量。硅通道的低自重和低刚度意味着测量灵敏度非常高。这种性质对轻质液体和气体尤为重要。因此，气体测量仍然可以在低压环境度测量气体(目前指定的压力范围为1-20 bar之间）。此外，硅通道可以高频振动。这样可以缩短测量时间，并使测量信号不受外部机械干扰振动的影响。

参考文献

[1] Praxiswissen Mikrosystemtechnik, F. V?lklein und T. Zetterer, 2006, Vieweg Teubner Verlag

[2] 传感器四大应用领域详解 https://tech.hqew.com/fangan_1764444MEMS