微差壓MEMS壓力傳感器產(chǎn)品化技術(shù)研究

微差壓傳感器廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)、智能家居、呼吸機(jī)、凈化室設(shè)備、汽車油箱等需要實(shí)時(shí)監(jiān)測十分微小壓強(qiáng)差變化的場景，在家電、醫(yī)療、工業(yè)、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。由于1kPa至10kPa量程的微差壓傳感器的靈敏度很高，需要在制造中精確控制厚度非常薄的壓力敏感膜片，加工過程中對成品率和一致性的控制難度遠(yuǎn)超一般量程的壓力傳感器。目前以“鍵合-減薄”為特征的國內(nèi)傳統(tǒng)壓力傳感器制造工藝，需將數(shù)百微米厚的晶圓減薄至數(shù)微米厚。由于刻蝕一致性誤差以及晶圓自身難以避免的厚度偏差，傳統(tǒng)工藝對膜片厚度的極限控制能力停留在10μm左右。由于無法制造更薄的膜片，因此微差壓傳感器需要用更大的芯片面積來實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度。另一方面，超高靈敏度的超薄膜片往往帶來大撓度的“氣泡”效應(yīng)，導(dǎo)致較大的非線性誤差。

綜上所述，微小量程差壓傳感器成為長期以來困擾國際范圍傳感器領(lǐng)域的產(chǎn)品化技術(shù)難題，在很長時(shí)間以來沒有獲得根本性的技術(shù)突破。當(dāng)前市場主要被國際傳感器巨頭壟斷，國內(nèi)在1kPa至10kPa量程的產(chǎn)品提供上主要采用降低更大量程傳感器到低量程來提供應(yīng)用，因此在傳感器的靈敏度、非線性精度誤差等方面有很多缺陷，不能滿足高性能應(yīng)用的要求。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，在上海臨港新片區(qū)2020年第二批高新產(chǎn)業(yè)和科技創(chuàng)新專項(xiàng)《微差壓MEMS壓力傳感器產(chǎn)品化技術(shù)研究》的支持下，上海迷思科技有限公司（簡稱：迷思科技）近日發(fā)布了一款自主開發(fā)的1kPa至10kPa量程微差壓MEMS傳感器芯片產(chǎn)品。該芯片尺寸僅為0.9mm × 0.9mm，遠(yuǎn)小于目前市面上微同類進(jìn)口芯片常見的2mm × 2mm大尺寸。其核心競爭力來自迷思科技開發(fā)的一種TUB（Thin-film Under Bulk-silicon）自主創(chuàng)新整套MEMS制造工藝，可將壓力敏感膜片的厚度精確控制在1.5μm至2μm，并且有很高的成品率，突破了以往“鍵合-減薄”工藝的限制，從而能以很小芯片面積實(shí)現(xiàn)超高的壓力靈敏度。

圖：1kPa至10kPa微差壓MEMS傳感器芯片3D結(jié)構(gòu)模型（左）和生產(chǎn)出的MEMS傳感器芯片掃描電鏡照片（右）

迷思科技此次公開的微差壓MEMS傳感器芯片在5V供電條件下，10kPa滿量程輸出達(dá)到了110mV，在實(shí)現(xiàn)高靈敏的同時(shí)，非線性亦控制在了±0.15% FS，可滿足高精度測量應(yīng)用。在1kPa量程下，該芯片亦有11.5mV滿量程輸出，非線性低至±0.06% FS。得益于極低的微伏噪聲水平，該傳感器實(shí)現(xiàn)了超高分辨率。同時(shí)，該傳感器具有承受100kPa過載的高可靠性。

關(guān)于迷思科技

迷思科技是一家高科技MEMS傳感器芯片產(chǎn)品公司，其團(tuán)隊(duì)核心和原始學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化自中科院上海微系統(tǒng)所傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。公司通過自主創(chuàng)新，掌握了可與博世（Bosch）公司的APSM工藝和意法半導(dǎo)體（ST）的VENSENS工藝競爭的新一代單片單面MEMS批產(chǎn)工藝，從成本和性能上全面超越上一代“鍵合-減薄”工藝。在先進(jìn)制造工藝的加持下，迷思科技還推出了全球最小的0.4mm × 0.4mm尺寸100kPa至1.5MPa絕壓MEMS傳感器芯片產(chǎn)品，可批量供貨。此外，超微型高溫壓力傳感器和氣體流量計(jì)也已開放樣品申請。

審核編輯 ：李倩