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微差压MEMS压力传感器国产化芯片技术取得重要突破


  来源: MEMS 时间:2022-11-08 编辑:仪器仪表WXF
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微差压传感器广泛应用于中央空调系统、智能家居、呼吸机、净化室设备、汽车油箱等需要实时监测十分微小压强差变化的场景,在家电、医疗、工业、汽车等领域应用前景广阔。由于1kPa至10kPa量程的微差压传感器的灵敏度很高,需要在制造中精确控制厚度非常薄的压力敏感膜片,加工过程中对成品率和一致性的控制难度远超一般量程的压力传感器。目前以“键合-减薄”为特征的国内传统压力传感器制造工艺,需将数百微米厚的晶圆减薄至数微米厚。由于刻蚀一致性误差以及晶圆自身难以避免的厚度偏差,传统工艺对膜片厚度的极限控制能力停留在10μm左右。由于无法制造更薄的膜片,因此微差压传感器需要用更大的芯片面积来实现较高的灵敏度。另一方面,超高灵敏度的超薄膜片往往带来大挠度的“气泡”效应,导致较大的非线性误差。


综上所述,微小量程差压传感器成为长期以来困扰国际范围传感器领域的产品化技术难题,在很长时间以来没有获得根本性的技术突破。当前市场主要被国际传感器巨头垄断,国内在1kPa至10kPa量程的产品提供上主要采用降低更大量程传感器到低量程来提供应用,因此在传感器的灵敏度、非线性精度误差等方面有很多缺陷,不能满足高性能应用的要求。


据麦姆斯咨询报道,在上海临港新片区2020年第二批高新产业和科技创新专项《微差压MEMS压力传感器产品化技术研究》的支持下,上海迷思科技有限公司(简称:迷思科技)近日发布了一款自主开发的1kPa至10kPa量程微差压MEMS传感器芯片产品。该芯片尺寸仅为0.9mm × 0.9mm,远小于目前市面上微同类进口芯片常见的2mm × 2mm大尺寸。其核心竞争力来自迷思科技开发的一种TUB(Thin-film Under Bulk-silicon)自主创新整套MEMS制造工艺,可将压力敏感膜片的厚度精确控制在1.5μm至2μm,并且有很高的成品率,突破了以往“键合-减薄”工艺的限制,从而能以很小芯片面积实现超高的压力灵敏度。


图:1kPa至10kPa微差压MEMS传感器芯片3D结构模型(左)和生产出的MEMS传感器芯片扫描电镜照片(右)


迷思科技此次公开的微差压MEMS传感器芯片在5V供电条件下,10kPa满量程输出达到了110mV,在实现高灵敏的同时,非线性亦控制在了±0.15% FS,可满足高精度测量应用。在1kPa量程下,该芯片亦有11.5mV满量程输出,非线性低至±0.06% FS。得益于极低的微伏噪声水平,该传感器实现了超高分辨率。同时,该传感器具有承受100kPa过载的高可靠性。


关于迷思科技


迷思科技是一家高科技MEMS传感器芯片产品公司,其团队核心和原始学术成果转化自中科院上海微系统所传感技术国家重点实验室。公司通过自主创新,掌握了可与博世(Bosch)公司的APSM工艺和意法半导体(ST)的VENSENS工艺竞争的新一代单片单面MEMS批产工艺,从成本和性能上全面超越上一代“键合-减薄”工艺。在先进制造工艺的加持下,迷思科技还推出了全球最小的0.4mm × 0.4mm尺寸100kPa至1.5MPa绝压MEMS传感器芯片产品,可批量供货。此外,超微型高温压力传感器和气体流量计也已开放样品申请。

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