硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为 力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。惠斯 顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。其电原理 如图 1 所示。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图 2。
MEMS 硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采 用 MEMS 技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组 成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电 量，其测量精度能达 0.01%~0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图 3 所 示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜 上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。应力硅薄膜与真空腔 接触这一面经光刻生成如图 2 的电阻应变片电桥电路。当外面的压力经引压腔 进入传感器应力杯中，应力硅薄膜会因受外力作用而微微向上鼓起，发生弹性
TPMS 法则将促进 MEMS 压力传感器的出货量接近 1.379 亿，而 2009 年只有 4290 万个。
汽车领域 MEMS
各类 MEMS 器件的市场份额（自下往上第二个则是 Pressure Sensor）
压力传感器、陀螺、加速度计三类 MEMS 器件的市场比例
五、国内外供应商介绍
1、意法半导体（STM） 在 2010 年年底，STM 新推出的 MEMS 压力传感器 LPS001WP 成功地实现从地下 750 米
（3） 商业化集成加工阶段（1970 - 1980 年） ：在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的 各向异性的腐蚀技术，扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主，发展成为可 以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术，主要有 V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧 化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀，数千个硅压力 膜可以同时生产，实现了集成化的工厂加工模式，成本进一步降低。
精度/ %FS
0.5 0.2 0.5 0.3 1.0 1.0
0.5
0.5 0.5 0.5ຫໍສະໝຸດ 0.5 0.5~1.0 0.5 1.0 1.0 1.0
四、压力传感器应用、市场
汽车无疑是 MEMS 压力传感器最大的市场。一辆高端的汽车一般都会有上百个传感器， 包括 30~50 个 MEMS 传感器，其中就有十个左右的压力传感器。放眼众多种类的压力传感 器的应用和市场前景，在轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitor System，TPMS）中应用 的压力传感器，则是未来市场中最看好的部分。目前 99%的 TPMS 中采用的压力传感器都是 基于 MEMS 技术的，按照 Yole 预计，仅仅用于 TPMS 的 MEMS 压力传感器在 2012 年将达到 $ 183M，用于汽车的 MEMS 传感器 2010 年的销售额达到了$ 662.3M，比 2009 年的$ 501.2M 增长了 32.1%。亚太地区的 MEMS 压力传感器市场年增长率为 6.9%。2012 年是一个重要的 时间点。大多数的 MEMS 压力传感器政策截止时间都是在 2012 年，也就是说在 2012 年后， 发达国家汽车市场 TPMS 和 ESC 两种应用都会成为标配。中国的汽车要出口到欧美发达市场 都必须有以上配置，从这些国家进口的汽车也会带以上配置，这无疑将促进 MEMS 压力传 感器的广泛应用。
（2）技术发展阶段（1960 - 1970 年）：随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的（001） 或（110） 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形 成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、 稳定性好、成本低、便于集成化的优点，实现了金属- 硅共晶体，为商业化发展提供了可能。
5 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司 是目前国内第一家采用 MEMS 技术批量生产微型传感器的高新技术企业。公司以”北京
大学微电子学研究院”和”微米/纳米加工技术国家级重点实验室”为技术依托，专门从事各种 微型传感器的研发和生产。主要产品：MEMS 压力传感器芯片、MEMS 压力传感器、加速度 传感器。
一、压力传感器的发展历程
现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶 段：
（1） 发明阶段（1945 - 1960 年） ：这个阶段主要是以 1947 年双极性晶体管的发明 为标志。此后，半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯（C.S. Smith） 与 1945 发 现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。依据此 原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。 此阶段最小尺寸大约为 1cm。
三、MEMS 压力传感器的种类与应用范围
MEMS 压力传感器广泛应用于汽车电子：如 TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车 系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器（TMAP）、柴油机共轨压力传感器； 消费电子：如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、
吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控 制压力传感器；工业电子：如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。比如针对汽车， 压力传感器大有所为。
Bosch、ST、VTI 三家公司 MEMS 器件的销售额对比
3 飞思卡尔（freescale） 1980 年 Freescale 凭借第一款压力传感器产品进入 MEMS 传感器市场。20 世纪 80 年代
中期，公司推出温度补偿压力传感器，并于 80 年代后期开始为汽车安全气囊市场开发第一 款表面微机加速传感器。在过去的 30 年里，Freescale 在汽车、消费、工业和医疗产品上实 现重大变化，一直在传感器领域处于领先地位，最近其传感器装运量突破 10 亿只，取得重 要里程碑。 Freescale 提供众多的压力传感器系列，包括不同的压力范围、各种封装和端口 连接选项。基于 MEMS 技术的压力传感器为家用电器、医疗设备、消费电子、工业控制和 汽车市场提供了强劲的解决方案。Freescale 的压力传感器可用于极低压力的测量，压力测量 范围从几个英寸水柱到 150psi。大致分三类：未补偿硅压力传感器（如 MPXC12DT1 ），补 偿压力传感器（如 MPX2300DT1），集成式硅压力传感器（如 MPXx4006）
另外，STM 推出的面向手机及平板电脑的新款 MEMS 麦克风和 MEMS 压力传感器，为 将来的增长奠定了基础。从 2011 年开始，这些产品将会提高意法半导体的利润。
2 博世（bosch） 在压力传感器市场的地位也十分强大，尤其是面向中国市场歧管空气压力低压力型硅
MEMS 压力传感器。博世向许多中高档汽车供应此类传感器。根据中国许多城市推出的相当 于 EURO 4 的排放规定，压力传感器正在更多的汽车生产中得到采用。自 1995 年开始，博 世公司的歧管空气压力低压力传感器开始占领市场，并且一直处于领先地位，在该领域获得 质量最上乘的美誉。
（4） 微机械加工阶段（1980 年-） ：上世纪末出现的纳米技术，使得微机械加工工 艺成为可能。通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器，其线度可 以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜，使得压力传感 器进入了微米阶段。
二、MEMS 压力传感器原理 MEMS 压力传感器按原理分，有电容型、压阻型，压电式，金属应变式， 光纤式等。重点介绍硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在 硅片上生成的微机电传感器。
的深处到珠穆朗玛峰顶端都能够确定所在位置的海拔高度，智能手机以及其它便携设备在不
久的未来将能够与这类传感器进行整合。新产品 LPS001WP 是一款微型压力传感器，采用创 新的传感技术，能够精确地测量压力和海拔高度。该产品采用超轻巧、薄型封装，特别适用 于智能手机、运动型手表、各种不同的便携设备、气象站，以及汽车和工业应用。这款产品 的首要目标应用之一是进阶型的便携式 GPS 定位设备，传统的 GPS 定位功能只能确定设备 的 2D 位置。在整合 LPS001WP 压力传感器后，同一款设备将能提供精确的 3D 定位功能； 举例来说，当整合压力传感器的 GPS 导航手机发送紧急求助呼叫时，消防人员、医疗救护 人员或警察人员将能根据接收到的呼叫信号确定事故发生的具体所在位置和楼层。 LPS001WP 的压力检测量程从 300 毫巴至 1100 毫巴，相当于从-750 米到 9000 米海拔高度之 间的气压，可检测到最小 0.065 毫巴的气压变化，相当于 80 厘米的海拔高度。该产品采用 意法半导体独有的 VENSENS 制程，能够将压力传感器整合在单一晶片上，不但可以节省晶 圆对晶圆的键合工序，还可最大幅度地提升产品的可靠性。
4 敏芯微电子技术有限公司 公司的管理团队有着深厚的半导体封装和 MEMS 产业背景，公司的技术核心团队有着
在国内外顶尖大学微电子实验室从事 MEMS 与集成电路（IC）技术研究的宝贵经验，拥有 数项涉及 MEMS 关键技术的突破性发明和世界级科研成果。主要产品：MEMS 微型硅麦克 风（如 MSMA42 ），硅压力传感器（如 MPS40）。
在计量部门，汽车工业，航空，石油开采，家电产品，医疗仪器中应用广泛，如下表所
示。
压力量程/kPa 0.1—100 100--2000
5000--50000
应用
真空技术 高度计 血压计 水位计及流量测量 泄漏检测 机器人控制 汽车速度控制，点火控制，喷射控 制 油位控制 冷却系统、空调 空气压缩机 水泵、油泵 压铸 材料检验 流体力学、空气动力学 阀门 结构设备
MEMS 压力传感器及其应用
来源： 电子工程网 发布者：OFweek 电子工程网 时间：2011 年 3 月 16 日 07:58
MEMS 压力传感器可以用类似集成电路（IC）设计技术和制造工艺，进行 高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的 成本大量使用 MEMS 传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能 化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形 到电量转换输出，因此它不可能如 MEMS 压力传感器那样做得像 IC 那么微小， 成本也远远高于 MEMS 压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS 压 力传感器的尺寸更小，最大的不超过 1cm，使性价比相对于传统“机械”制造 技术大幅度提高。