基于系统级封装技术的车用压力传感器
系统级封装
系统级封装（Sip）问题的研究1优势1.1较短的开发时间系统级封装产品研制开发的周期比较短，市场响应时间比较快。
全新的SoC需要耗费大量的时间与金钱，许多产品(特别是消费类产品)不堪重负。
例如，某些SoC的上市时间长达18个月，而SiP可以将该时间削减50%或更短。
1.2满足小型化需求，缩短互联距离将原本各自独立的封装元件改成以SiP技术整合，便能缩小封装体积以节省空间，并缩短元件间的连接线路而使电阻降低，提升电性效果，最终呈现微小封装体取代大片电路载板的优势，又仍可维持各别晶片原有功能。
系统级封装可以使多个封装合而为一，从而显着减小封装体积、重量，减少I／O引脚数，缩短元件之间的连线，有效传输信号。
SiP可以将微处理器、存储器(如EPROM与DRAM)、FPGA、电阻器、电容与电感器合并在一个容纳多达四或五个芯片的封装中。
与传统的IC封装相比，通常最多可节约80%的资源，并将重量降低90%。
通过垂直集成，SiP也可以缩短互连距离。
这样可以缩短信号延迟时间、降低噪音并减少电容效应，使信号速度更快。
功率消耗也较低。
1.3节约成本系统级封装减少了产品封装层次与工序，因此相应地降低了生产制造成本，提高了产品可靠性。
虽然就单一产品而言封装制造成本相对较高。
但从产业链整合、运营及产品销售的角度来看，SiP产品开发时间大幅缩短，而且通过封装产品的高度整合可减少印刷电路板尺寸及层数，降低整体材料成本，有效减少终端产品的制造与运行成本，提高了生产效率1.4能实现多功能集成系统级封装可以集成不同工艺类型的芯片，如模拟、数字与RF等功能芯片，很容易地在单一封装结构内实现混合信号的集成化。
1.5满足产品需求第一，要求产品在精致的封装中具有更高的性能、更长的电池寿命与不断提高的存储器密度；第二要求降低成本并简化产品因SiP是将相关电路以封装体完整包覆，因此可增加电路载板的抗化学腐蚀与抗应力（Anti-stress）能力，可提高产品整体可靠性，对产品寿命亦能提升。
汽车各类传感器的结构介绍与工作原理解析
汽车各类传感器的结构介绍与工作原理解析在现代社会，传感器的应用已经渗透到人类的生活中。
传感器是一种常见的装置，主要起到转换信息形式的作用，大多把其他形式的信号转换为更好检测和监控的电信号。
汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，把汽车运行中各种工况信息转化成电讯号输送给中央控制单元，才能使发动机处于最佳工作状态。
发动机、底盘、车身的控制系统，另外还有导航系统都是汽车传感器可以发挥作用的位置；汽车传感器还可检测汽车运行的状态，提高驾驶的安全性、舒适性。
汽车中的传感器按测量对象可分为温度、压力、流量、气体浓度、速度、光亮度、距离等。
以应用区域来分，又可分为作用于发动机、底盘、车身、导航系统等。
按输出信号，有模拟式的也有数字式的。
按功能分，有控制汽车运行状态的，也有检测汽车性能及工作状态的。
下面我们就按功能分别具体介绍汽车控制用传感器以及汽车性能检测传感器。
一、汽车控制用传感器1、发动机控制系统用传感器流量传感器汽车中的流量传感器大多测发动机空气流量和燃料流量，它能将流量转换成电信号。
其中空气流量传感器应用更多，主要用于监测发动机的燃烧条件、起动、点火等，并为计算供油量提供依据。
按原理分为体积型、质量型流量计，按结构分为热膜式、热线式、翼片式、卡门旋涡式流量计。
翼片式流量计测量精度低且要温度补偿；热线式和热膜式测量精度高，无需温度补偿。
总的来说，热膜式流量计因为较小的体积，更受工业化生产的青睐。
2、压力传感器压力传感器主要以力学信号为媒介，把流量等参数与电信号联系起来，可测量发动机的进气压力、气缸压力、大气压、油压等，常用压力传感器可分为电容式、半导体压阻式、差动变压器式和表面弹性波式。
电容式多检测负压、液压、气压，可测 20～100kPa 的压力，动态响应快速敏捷，能抵御恶劣工作条件；压阻式需要另设温度补偿电路，它常用于工业生产；相对于差动变压器式不稳定的数字输出，表面弹性波式表现最优异，它小巧节能、灵敏可靠，受温度影响小。
美国GE Nova公司压力传感器
美国GE Nova公司压力传感器NPC系列双列直插结构陶瓷封装芯片GE Nova Sensor公司NPC/410/1210/1220系列，适用于低成本、大批量应用场合；其双列直插结构，方便用于印刷电路板安装；并有多种压力接口和管脚结构供用户选用择。
正如Nova Sensor公司的所有硅压力传感器一样，NPC系列应用于了Senstable压阻传感技术，硅敏感元件采用了先进的离子注入工艺，由上述工艺所形成的高质量惠斯登电桥电路和精密的力学结构，实现了机电一体化转换。
本系列可用于兼容气体介质的绝压、表压、和差压检测，具有优良的性能。
特点：■低成本，可互换性；■双列直插式（PID）结构，可用于印刷电路板（PCB）安装■可测液、气兼容介质■恒流1.5mA供电■具有绝压、表压和差压形式■压力范围：0~2.5KPa到0~700KPa■高精度：±0.1%应用：■医疗设备：血压计、呼吸机和灌注泵■空调、通风设备■气流检测■计算机外围设备■过程控制■电缆泄露检测NPI系列充油隔离芯体GE Nova Sensor 公司NPI系列，将固态集成工艺与隔离膜片技术相结合，扩散硅芯片被封装在充油腔体内，并通过不锈钢膜片和外壳将其与测量介质隔离开来，向用户提供性价比良好的产品。
标准产品提供了多种压力接口，可满足焊接密封和侧密封设计要求正如Nova Sensor 公司的所有硅压力传感器一样，NPI系列应用于了Senstable压阻传感器技术及温度补偿工艺，将温度补偿电阻环路制作在混合陶瓷基片上，在0~70℃的温度补偿范围内，提供了最小的温度误差0.75%(最大值).本系列可广泛应用于气、液压力的检测,基至在恶劣环境下,如：污水、蒸气、弱腐蚀性介质，仍俱有优良的性能。
特点：■固态、高可靠性、高灵敏度■ 316不锈钢隔离膜片，腐蚀性介质可兼容■压力范围：0~17.2KPa到0~35MPa■提供恒流和恒压供电应用:■液、气压力控制系统■自动过程检测和过程控制系统■能源管理、环保及水处理系统■船舶及航海系统■冷冻及制氧设备■柴油机系统■农机设备NPH系列TO-8封装结构芯体GE Novasensor 公司的NPH系列，将集成化的敏感芯片封装于标准的TO-8型电子外壳内，便于安装到印制线路板上，是具有良好性价比的产品。
汽车传感器的应用现状及发展趋势
吴 车 传 感器 的应用现 状及 发展趋势
（ 尔滨市南 岗区城 市管理局 ， 哈 黑龙江 哈 尔滨 ］０ ０ ） ５０ ０
摘 要： 汽车传感器作 为汽车 ，ｆ ｇ ￣ 系统的信息源 ， Ｅｆ ： ］ － 是汽车电子控制 系统的关键部件 ， 对汽车传感器的应 用现状及发展趋 势展开论述 针 关键词 ： 汽车传感器； 发动机 ； 传感器 汽车用压力传感器应用较多的有 电容式 、 压 器、 汽车传 感器作 为汽车 电子控 制系统 的信 测 。 油温传感器等 。 制动 防抱死系统用传感器主 息源 ， 是汽车电子控制 系统 的关键部件 ， 也是汽 阻式、差 动变压器式 （ Ｖ Ｔ） Ｌ Ｄ 、表面弹性波式 要 有 ： 轮速传感器 、 车速传感器 ； 悬架 系统用传 车电子技 术领域研究 的核心 内容之一。 目前 ， 一 （ Ａ ） Ｓ Ｗ 。 感 器主要有 ： 车速 传感器、 节气门位置传感 器、 辆普通家用轿车上 大约安装几十到近百只传感 电容式压力传感器主要 用于检测负 压 、 液 加速度传感器、 车身高度传感器 、 方向盘转角传 器 ，而豪华轿车上 的传感器数量可多达二百余 压 、 压 。 量 范 围 ２ 气 测 ０—１０ Ｐ ， 有 输 人 能 量 感器等 ； ０ｋ ａ具 动力转向系统用传感器主要有 ： 车速传 动态响应 特性好 、 环境适 应性好等特点 ； 压 感器 、 只。据报道 ，０ ０ ２ ０ 年汽车传感器 的市场为 ６ ． 高 ， １ ７ 发动机转速传感器 、 矩传感器 、 转 油压传 亿美元（． 亿 件产 品） ２ ０ 年将 达到 ８ ． 阻式压力传感器受温度影 响较大 ，需要另设温 感器等。 ９４ ｏ ， ０５ 到 ４ ５ 亿美元（ ． 亿 件） １６ ２８ ， 增长率为 ６ （ ． 按美元计） ５ 和 度补偿 电路 ， 但适应于大量生产 ；Ｖ Ｔ式压力 ＬＤ １３车身控制用传感器 － 传感器有较大的输出 ， 易于数字输出 ， 但抗干扰 ７（ ． 按产品件数计） Ｏ 。 车身控制用传感器主要用于提高汽车的安 １ 汽车传感器 的应用分类 性差 ；ＡＷ 式压力传感器具有体 积小 、 Ｓ 质量 轻 、 全性、 可靠性和舒适性等 。 由于其工作条件不象 可靠性高 、 灵敏度高 、 分辨率高、 数字输 发动机和底盘那么恶劣 ，一般 工业用传感器稍 汽车传感 器在 汽车上 主要用 于发 动机 控 功耗低 、 制系统、 底盘控 制系统 、 车身控制系统和导航系 出等 特 点 ， 于 汽 车 吸气 阀压 力 检 测 ， 在 高 温 加 改 进 就 可 以应用 。主 要 有 用 于 自动 空 调 系 统 用 能 统中 。它的应用 ，大大提高了汽车电子化的程 下稳定地工作 ， 是一种较为理想的传感器 。 的温度传感器 、 湿度传感器 、 风量传感 器 、 照 日 度， 增加了汽车驾驶 的安全系数。 １ ＿ 量 传感 器 ． ３流 １ 传感器等 ；用于安全气囊系统 中的加速度传感 流量传感器主要用于发动机空气 流量和燃 器 ； １１发动机控制 系统用传感器 ． 用于门锁控制中的车速传感器 ； 用于亮度 自 发动 机控制 系统用传感 器是 整个 汽车 传 料 流 量 的 测 量 。 空 气流 量 的测 量 用 于发 动 机 控 动控制 中的光传感器 ；用于倒车控制 中的超声 感器 的核心 ， 种类很多 ， 包括温 度传感器 、 压力 制 系统 确定燃烧条件 、 控制空燃 比、 动 、 起 点火 波传感器或激光传感器 ；用于保持车距 的距离 空气流量传感器有旋转翼片式（ 叶片式） 卡 传 感器 ； 、 传感器 、 置和转速传感器 、 位 流量传感器 、 气体 等 。 用于消除驾驶员盲区的图象传感器等。 浓度传感 器和爆震传感器等。这些传感器 向发 门涡旋式 、 热线式、 热膜式等四种类型 。旋转翼 １ ． ４导航系统用传感器 动机的电子控制单元（ Ｃ ） Ｅ Ｕ 提供 发动机 的工作 片式 （ 叶片式 ） 空气流量计结构 简单 ， 测量精度 随着基 于 Ｇ ＳＧＳ （ Ｐ ／ Ｉ 全球定 位系统和地理 状况信息 ， Ｅ Ｕ对 发动机工作状 况进行精确 较低 ， 供 Ｃ 测得的空气流量需要进行温度补偿 ； 门 信息系统 ） 卡 的导航系统在汽车上 的应用 ， 导航用 控制 ， 以提 高发动机 的动力性 、 降低 油耗 、 减少 涡旋式空气流量计无可动部件， 映灵敏 ， 反 精度 传感器这几年得到迅速发展 。导航系统用传感 较高 ， 也需要 进行温度补偿 ； 热线式空气流量计 器 主要有 ： 废气排放和进行故 障检测 。 确定汽车行驶方 向的罗盘传感器、 陀 由于发动机工作在高温 （ 发动机表 面温度 测量精度高， 无需温度补偿 ， 但易受气体脉动 的 螺仪和车速传感器 、 方向盘转角传感器等。 可 达 １０（、 气 歧 管 可 达 ６ ０Ｃ 、 动（ｎ 度 影响 ， ５￣ 排 ２ ５ ￣）振 ａ 速 易断丝 ； 热膜式空气流量计 和热线式空气 ２汽车传感器的发展趋势 但体 积少 ， 适合大批量生 ３ ｇ、冲击 （ Ｏ） 加速度 ５ 、潮湿（０ Ｒ － Ｏ １０ Ｈ，４ ℃ 流量计测 量原理一样 ， 由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的 ］０Ｃ Ｉ 及蒸 汽、 ２ ￣） Ａ ） 盐雾 、 腐蚀 和油泥污 染 的恶 产 ，成本 低。空气流量传感器 的主要技术指标 重要作用和快速增长的市场需求 ，世界各国对 劣环境中 ，因此发动机控制系统用传感器耐恶 为 ： 工作范围 ０１ 一］ ３立方米 ／ ｉ ， ．１ ０ ｍ ｎ 工作温度 其理论研究、新材料应用 和新产品开发都都非 ０ ２ ｏ 精度 ≤ １ 。 劣环 境的技术 指标 要 比一 般工业 用传感 器高 ４ ℃ ～］ ０Ｃ， 常重视。 未来的汽车用传感器技术 ， 总的发展趋 ｌ２个 数 量 级 ，其 中最 关 键 的是 测 量 精 度 和可 一 １１ ．． 置 和 转 速 传感 器 ４位 势是微型化、 功能化、 成化和智能化。 多 集 位 置 和 转 速 传 感 器 主 要 用 于 检 测 曲 轴 转 靠性 。 否则 ， 由传感器带来 的测量误差将 最终导 微型传感器基于从半导体集成电路技术发 致发动机控制系统难 以正常工作 或产生故障。 角 、 动 机转 速 、 气 门 的 开度 、 速 等 。 发 节 车 目前 汽 展而来的 Ｍ ＭＳ￣电子机械系统）微型传感器 Ｅ （ ， 车使用的位置和转速传感 器主要有交流发电机 利用微机械加工技术将微米级 的敏感元件 、 １１１ 度 传 感 器 ．．温 信 温度传感 器主要用于检测发动机温度 、 吸 式 、 阻 式 、 尔 效 应 式 、 片 开 关 式 、 学 式 、 号处理器、 磁 霍 簧 光 数据处理装置封装在一快芯片上 。 由 。 入气体温度、 冷却水温度 、 燃油温度 以及催化温 半 导体 磁 性 晶体管式 等 ，其 测 量范 围 Ｏ ～ 于具有体积小 、 价格便宜 、 于集成等特点 ， 便 可 度等 。 温度用传感器有线绕 电阻式、 热敏电阻式 ３ ０ ， ６ 。 精度 ±０５ ．。以下 ， 测弯 曲角达 ±Ｏ１ ．。 以明显提高系统测试精度 。目前该技术 日渐成 车速传感器种类繁多 ， 有敏感车轮旋转的 、 熟 ，可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学 和热偶电阻式三种 主要类型。三种类型传感器 各有特点 ， 其应 用场合也略有区别。 线绕 电阻式 也 有敏感动力传动轴转动的，还有敏感差速从 量 、 热学量、 化学量和生物量的微型传感 器。由 当 Ｏ ｋ ｈ时 一 温度传感器的精度 高， 但响应特性差 ； 热敏 电阻 动 轴 转动 的 。 车速 高 于 ］ ０ｍ／ ， 般 测 量 于基 于 ＭＥ Ｓ技术 的微 型传感 器在 降低 汽车 Ｍ 式温度传感器灵敏度高 ， 响应特性较好 ， 但线性 方 法误差较大 ，需采用非接触式光电速度传感 电子系统成本及提高其性能方面的优势 ，它们 差 ， 应 温 度 较 低 ； 偶 电 阻 式 温度 传 感 器 的精 器 ， 速范围 ０５～２０ ｍ ｈ 重复精度 ０１ 距离 已开始逐 步取代基于传统机电技术的传感器 。 适 热 测 ． ５ｋ／， ．， ．。 度高 ， 测量温度范围宽 ， 但需要配合放大器 和冷 测 量 误差 优 于 ０３ 多功能化是指一个传感器能检测 ２个或者两个 １ ． 盘 控 制 用 传感 器 ２底 以上的特性参数或者化学参数 ，从而减少 汽车 端处理一起使用 。 底 盘 控 制 用 传 感 器是 指用 于 变 速 器 控 制 系 传感器数量 ， 已实 用 化 的产 品 有 热 敏 电 阻 式 温 度 传 感 提高系统可靠性 。 器 ｆ 用型 一 ０ ～］０ 精度 １ ， 通 ５℃ ３ ℃， ． 响应 时 间 统 、 ５ 悬架控制 系统 、 动力转向系统 、 制动 防抱死 集成化是指利用 Ｉ ｃ制造技术 和精细加 工 １ｍｓ 高温型 ６ ０Ｃ～１０ ℃ ， ０ ； ０ｏ ００ 精度 ５ 响 应时 系统等底盘控制系统中的传感器 。这些传感器 技术制作 Ｉ 式传感器。 ， Ｃ 智能化是指传感器与大规模集成电路 相结 间 ］ｍ ） ０ｓ 、铁氧体 式温度传 感器 （ ＮＯ Ｆ型 ， 尽 管分布在不 同的系统中 ， Ｏ ／Ｆ 但工作原理与发动 ４ ％ ～１０Ｃ， ０ ２ ￣ 精度 ２０、 ．）金属或半导体膜空气 机中相应 的传感器是相同的。 而且 ， 随着汽车电 合 ， 带有 Ｃ Ｕ， Ｐ 具有智能作用 ， 以减少 Ｅ Ｕ的复 Ｃ 温度传感器（４ ％ ～１０ 精度 ２０ ５ 响应时 子控制系统集成化程度的提高和 Ｃ Ｎ Ｂ Ｓ技 杂程度 ， －Ｏ ５ ℃， ．、 ， Ａ—Ｕ 减少其体积 ， 并降低成本。 术 的广泛应用 ，同一传感器不仅可以给发动机 总之 ，随着电子技术 的发展和汽车电子控 间 ２ ｍｓ 。 ０ ） 等 １． ． ２压力 传 感 器 １ 控 制系统提供信号 ，也可为底盘控制系统提供 制系统应用 的日益广泛 ，汽车传感器市场需求 压 力 传 感 器 主 要 用 于 检 测 气 缸 负 压 、 气 信 号。 大 自动变速 器系统用传感 器主要有 ： 车速传 将 保 持 高 速 增 长 ， 型 化 、 功 能化 、 成 化 和 微 多 集 压 、 轮 发 动 机 的 升压 比 、 缸 内 压 、 压 等 。 感 器 、 涡 气 油 吸 加速踏板位 置传感器 、 加速度传感器 、 节 智能化 的传感器将逐步取代传统 的传感器 ， 成 气 负压式传感器主要用于吸气压、 负压、 油压检 气门位置传感器 、 发动机转速传感器、 温传感 为汽车传感器的主流。 水
压力传感器说明
陶瓷压阻式压力传感器陶瓷压阻式压力传感器 概述：陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料，并具有绝佳的热稳定性。
高性能、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也被越来越多的用户所接受。
陶瓷压阻式压力传感器，是在净化环境下通过高温烧结工艺直接将惠斯通电桥和补偿电路沉淀在印陶瓷膜片上，并通过激光刻蚀方法调整偏移量和温度特性，因此具有测量精度高、长期稳定性好、耐高温、耐腐蚀、抗冲击等优点，广泛使用于汽车、工业控制以及食品、医药等领域。
外形尺寸外形尺寸：：1、电源正 2、 传感器输出负 3、 电源负4、 传感器输出正 主要技主要技术指标术指标术指标：：1．外形尺寸：φ18.0×6.35 mm2．量程范围：0－250 bar3．工作电压：2－40V4．零点输出：± 1 mv5．输出灵敏度：2-4mv/V 典型值2±0.2 mv/V6．线性、迟滞、重复性：0.1 %7．响应时间：<1mS8．使用温度：－55～150℃9．温度漂移：±0.01%FS/℃、±0.02%FS/℃10. 安全过载：3倍额定量程(灵敏度为典型值时)11．稳定性： 优于0.15 %FS / 年汽车机油压力变送器概述：汽车机油压力变送器选用高精度、高稳定性的干式陶瓷压阻式压力传感器敏感芯体，并集成专用调理芯片，对传感器的便宜、灵敏度、温漂进行补偿，将被测介质的压力转换成标准电信号。
高质量的传感器、全自动的贴片和激光调校生产线、精湛的封装技术、完善的装配工艺确保了该产品的高质量和优异性能。
本产品提供多种螺纹接口形式和引线方法，能够最大限度的满足客户的需求。
特点特点：集成度高、体积小；精度高、稳定性好、功耗低、一致性好；抗腐蚀能力强；抗过载冲击和干扰能力强；过压过流保护；适用温度范围广。
技术参数技术参数：：1、 量程范围：0-10bar （可定制）2、 供电电压：5±0.25V DC（最低2.7V DC）3、 输出方式：比例电压输出 0.5-4.5v 标准信号输出（可定制）4、 综合精度：0.5% 1% （0-80℃）5、 工作温度：-40~125℃6、 响应时间：＜1ms7、 温度漂移：＜±0.01%FS/℃8、 线性、迟滞、重复性：＜0.1%9、 稳定性：优于0.15%FS/年10、外壳材料：不锈钢 11、外壳防护等级：IP65 12、螺纹接口：1/8NPT 1/4NPT M20*1.5 M18*1.5 (外螺纹)用户可自选 13、电气连接：标准Packard Metri-pack 连接器 14、接线方式：三线制电压：红（+） 黑（地） 绿（输出）概述：电压输出型压力变送模块，采用陶瓷压阻式压力传感器做为敏感元件，并用本公司自行研发的芯片对传感器的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行补偿，具有集成度高、体积小、精度高、一致性好、抗干扰能力强、响应速度快、温度范围宽等卓越特性。
浅谈传感器在福瑞达车上的应用
２ 汽 车用传 感器 的发展 趋势
由于传感器在汽车 电子控 制系统中 的重 要作用和快速 增 长的市场 需求， 世界各国对 其理论研 究、 生产技术 、 新材料的应用和新产品开发都 非常重视。未来的汽车用传感器技术总的发展趋势有 以下特点： （ １ ） 发动机控制系统 、 车辆监控和 白诊 断系统方面仍 将是 当前 及今 １ ＿ ３ 节气 门位 置 传 感 器 节气 门位 置传 感器又称为节气门开度传感器或节气 门开关， 安装于 后汽车用传感 器应用 的关注焦点。 （ ２ ） 新 的生产技术和新材料 的应用 节气 门体上 ， 由驾驶员通过加速踏 板来操纵 ， 用 以感 知发动机 的负荷大 基 于 ＭＥ ＭＳ（ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ Ｅ １ ｅ ｅ ｔ ｒ ｏ Ｍｅ ｅ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ， 微 电子机械 系统） 技 小和加减速工况， 从而 控 制 发 动 机 的 运 转 。它 实 质 上 是 一 只可 变 电阻 器 ， 信号处 理器、 数据 处理装 与节气 门同轴安装在节气 门体外侧 ，根据节气 门不同的位置 向 Ｅ Ｃ Ｕ输 术生产 的微 型传感器能将微米级 的敏 感元件 、 由于具有 体积小、 价格便宜 、 便 于集成等特 点 ， 可 出相应的 电压信号， Ｅ Ｃ Ｕ根据此 电压信号 ， 结合进气温度 、 进气压力 的信 置封装在 一快芯片上 ， 以明显提高系统测试精度。 目前该技术 日渐成熟， 可以制作各种能敏感 号计算 出发动机的进气量 ， 精确控制喷油量 ， 以保 证供给发 动机 最佳混 和检测力学量、 磁学量、 热学量、 化学量和生物量的微型传感器 。由于基 合气并达到排气净化 效果等 。 于 ＭＥ ＭＳ技 术的微型传感器在 降低汽 车电子系统成本及提 高其性能方 １ ． ４ 曲轴 位 置传 感 器 丽 的优势 ， 体积更小、 造价更低、 功能更强的微型传感器将广泛应用在汽 曲轴位 置传 感器也称 曲轴转 角传感器 ， 安装 在变速器 壳体上 ， 其作 车 的各个方面。 用 是检测发动机转速信 号、 凸轮轴上止 点信 号和 曲轴转角信 号， 并将其 新 的半导体材料碳 化硅 （ Ｓ Ｉ Ｃ ） 、 金 刚石等很好地 解决 了在 高温环境 输入 Ｅ Ｃ Ｕ ， 从而使 Ｅ Ｃ Ｕ能按气缸 的点火顺序发出最佳 点火时刻指令。目 下温度测量 问题， 它们具有高击穿 电场、 高饱和 电子漂移速率 、 高热导率 前， 曲轴位置传感器主 要有交流发 电机式 、 磁 阻式、 霍尔效应 式、 簧片 开 及抗辐照能力强等一系列优点 ，可 以直接与高温油箱和排气管接触 ， 特 关式 、 光学式、 半 导 体 磁 性 晶 体管 式 等 。 别适 合制 作高温 、 高压 、 高功率、 耐辐照等 半导体器件 ， 能进 …步获得有 １ ． ５ 冷却液温度传 感器 关燃料燃烧效率和减少废气排放的更多信息。光导纤维型传感器 由于抗 冷 却液温度传感器一般 安装在发动机缸盖上 ， 与冷却液 接触 ， 用 来 干 扰性强、 灵敏度高 、 重量轻、 体积小 ， 适 于遥 测等特点正受 到人 们的普 检测 发动机冷却液的温度 ，并将检测结果传输给 Ｅ Ｃ Ｕ 以便修正 发动机 遍 重视 。 变热过程 中的喷油量和点火正时。冷却液温 度传感器通常采用对温度 变 （ ３ ） 未来 的汽车用传感器 ， 正向着微 型化、 多功 能化、 集成化 和智 能 化非常敏感 的热敏 电阻制作成成 。 化 的方 向发展。微型化是指传感器体积小， 单件成本低 ， 易构成大规模和
《MEMS设计技术》课件
案例二：MEMS陀螺仪在导航系统中的应用
总结词
MEMS陀螺仪是导航系统中的关键传感 器，具有高精度、小型化和低成本等特 点。
VS
详细描述
MEMS陀螺仪采用微机械加工技术，将陀 螺仪的机械部分和电路部分集成在一个芯 片上，具有体积小、重量轻、成本低等优 点。它能够测量和保持方向信息，广泛应 用于航空、航天、军事等领域。在导航系 统中，MEMS陀螺仪可以提供高精度的角 度信息，用于计算航向、姿态和位置等参 数。
可靠性测试
进行全面的可靠性测试和评估，确保 MEMS器件的稳定性和可靠性。
06
MEMS设计案例分析
案例一：MEMS压力传感器在汽车中的应用
总结词
汽车压力传感器是MEMS技术的重要应用之一，具有高精度、可靠性和稳定性等特点。
详细描述
汽车压力传感器主要用于监测发动机进气歧管压力、燃油压力、气瓶压力等，以确保发动机正常工作 和提高燃油经济性。MEMS压力传感器采用微型机械加工技术，具有体积小、重量轻、功耗低等优点 ，能够实现高精度、快速响应和长期稳定性。
惯性传感器的设计需要综合考 虑材料、工艺和信号处理等因 素，以确保其性能和可靠性。
化学传感器设计
01
化学传感器是用于检测气体或 液体的化学成分的传感器，其 设计需要考虑选择性、灵敏度 、稳定性等因素。
02
常用的化学传感器类型包括电 化学式、光学式和热导式等， 其工作原理和结构各不相同。
03
化学传感器的设计需要综合考 虑材料、工艺和信号处理等因 素，以确保其性能和可靠性。
MEMS的发展历程与趋势
要点一
总结词
MEMS的发展经历了萌芽期、发展期和成熟期三个阶段， 未来将向更小尺寸、更高精度和智能化方向发展。
汽车传感器技术的应用研究
汽车传感器技术的应用研究作者：杨红瑶赵云龙来源：《中国新技术新产品》2012年第23期摘要：“没有传感器技术就没有现代汽车”，汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。
本文简要介绍了汽车传感器的种类，论述了汽车传感器的应用领域与重要性。
并就我国发展汽车传感器产业的途径做出了探讨。
关键词：汽车；传感器；应用；发展中图分类号： U461 文献标识码：A“没有传感器技术就没有现代汽车”，汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。
汽车传感器对车用各种信息进行实时、准确的测量。
当前，一辆国内普通家用轿车上大约安装了数十个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达200余只。
这显示出传感器的数量和水平日益成为衡量现代高级轿车控制系统水平的重要参照。
一、汽车传感器的种类汽车传感器的分类方法有很多，一般业内按照功能将传感器分为3类：驱动系统传感器、安全管理系统传感器和车身舒适系统传感器。
其中，驱动系统传感器目前数量最多，但安全系统和舒适系统传感器市场发展最快。
下面分别做一简介：1驱动系统传感器主要有进气压力传感器、空气温度传感器、缸压传感器、爆震传感器、曲轴传感器、水温传感器、滑油温度传感器、氧气浓度传感器、节气门位置传感器、怠速传感器；此外，在当今广泛发展的自动变速箱技术中，车轮速传感器、发动机转速传感器和油门踏板位置传感器是必不可少的。
驱动系统传感器向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，ECU则根据这些信息对发动机各项工况进行准确控制，从而提高发动机的动力性、可维护性，降低油耗和减轻排放。
由于工作环境恶劣，因此驱动系统的传感器比一般工业用传感器在精度上和可靠性上都要求高出1-2个数量级。
2安全管理系统传感器现代汽车的安全系统发展趋势是采用主动安全控制技术。
在这一类技术当中，当前比较成熟、并被广泛采用的有ABS防抱死制动系统、EBD防侧滑系统、安全气囊系统、安全预警系统等。
传感器在汽车上的应用及发展
传感器在汽车上的应用及发展1 前言随着现代电子技术的发展，汽车的电子化程度越来越高，特别是电子计算机控制系统在汽车上的应用，使汽车的使用性能得到了明显改善和提高。
但是，由于人们对现代汽车安全、舒适、环保、经济性、动力性及自动化程度等性能要求的逐步提高，使得汽车必须能够实现对各部位进行精密的自动控制，而实现精密控制的第一信号源就是各种各样的传感器。
汽车传感器作为汽车电子计算机控制系统的重要组成部件，其使用数量和技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系统的工作状况。
普通汽车上大约安装几十只传感器，而高级豪华轿车上的传感器数量可达200多只，这些传感器主要分布在汽车各大系统中。
汽车电子化越发达，智能化程度越高，对传感器的依赖性也就越大，因此，传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。
2 车用传感器的作用及性能要求传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
它可把物理量、电量和化学量等信息变换成计算机能够理解的电信号，这种变换包括能量形式的变换，所以也称为换能器。
汽车传感器是安装于汽车上，用来感测行车过程中外在变化的传感器。
汽车传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况的信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电信号输给计算机，使汽车处于最佳工作状态。
传感器的精度及可靠性对汽车而言是非常重要的两个参数，一般说来，车用传感器性能主要有以下要求：（1）精度要求高对于车用传感器的精度要求1%或1%以下，要求在-40～+120°C 的范围内能长期工作，耐振动为150～2000Hz，耐冲击能达到从1m高处落在混凝土上而不引起精度的下降，并能抗电磁干扰、耐腐蚀。
（2）环境适应性强汽车的使用环境非常恶劣，有来自发动机产生的热、振动、汽油或柴油的蒸气，以及轮胎的污泥、飞溅的水花，可概括为温度、湿度等气候条件，振动冲击等机械条件，电源、电磁干扰等电气条件，或简单地归纳为温度、湿度、振动等物理环境，过压电磁波等电气环境。
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基于系统级封装技术的车用压力传感器 来源：中国自动化网 摘要：本文在对扩散硅压力传感器的工作原理和传统封装形式分析的基础上，在压力传感器 的设计中借鉴系统级封装的基本思想，将扩散硅压力敏感芯片及其相应的驱动放大电路等附 属电路系统集成在一块特殊设计的印刷电路板上，再运用专门设计的MEMS 系统级封装工艺 将其封装在一个金属壳体中，形成完整的压力传感器。 关键词：系统级封装，汽车，扩散硅压力传感器，MEMS 1、引言 经过几十年的研究与开发，MEMS 器件与系统的设计制造工艺逐步成熟，但产业化、市 场化的MEMS 器件的种类并不多，还有许多MEMS 仍未能大量走出实验室，充分发挥其在军事 与民品中的潜在应用，还需要研究和解决许多问题，其中封装是制约MEMS 走向产业化的一 个重要原因之一[1,2]。 为了适应MEMS 技术的发展，人们开发了许多新的MEMS 封装技术和工艺，如阳极键合， 硅熔融键合、共晶键合等，已基本建立起自己的封装体系。现在人们通常将MEMS 封装分为 以下几个层次：即裸片级封装（Die Level）、器件级封装（Device Level）、硅圆片级封 装（Wafer Lever Packaging）、单芯片封装（Single Chip Packaging）和系统级封装（System in Packaging）。 系统级封装（SIP）的目的主要是使MEMS 器件满足不同类型产品的需要。微系统用户必 须为器件定义环境和提出使用的条件，对复杂的MEMS 系统，则要求设计、制造和封装等各 方面的专家一起制定解决方案，确定系统结构和制造流程等。 本文在对扩散硅压力传感器的工作原理和传统封装形式分析的基础上，在压力传感器的 设计中借鉴系统级封装的基本思想，将扩散硅压力敏感芯片及其相应的驱动放大电路等附属 电路系统集成在一块特殊设计的印刷电路板上，再运用专门设计的MEMS 系统级封装工艺将 其封装在一个金属壳体中，形成完整的压力传感器。 2、扩散硅压力传感器及其封装 半导体的压阻效应是在1954 年由Smith C. S.发现的[3]。之后，MEMS 压力传感器的研 究一直持续不衰,出现了集成压力传感器、柔性基低压力传感器以及圆片级封装的压力传感 器等[4-10]。 利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特定晶向，制 成应变电阻，构成惠斯通电桥，利用硅材料的弹性力学特性，在同一硅材料上进行各向异性 微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器，如图1 所示。 图1 压阻压力传感器原理 扩散硅压力敏感芯片本身并不能完成压力测量或者说从压力到电信号的转换，必须有合 适的封装和配套的电路系统。 概括起来，压力传感器的封装应该满足以下几方面的要求：1）机械上是坚固的，抗振 动，抗冲击；2）避免热应力对芯片的影响；3）电气上要求芯片与环境或大地是绝缘的；4） 电磁上要求是屏敝的；5）用气密的方式隔离腐蚀气体或流体，或通过非气密隔离方式隔离 水气。6）低的价格，封装形式与标准制造工艺兼容。压力传感器常用的封装形式有TO 封装、 气密充油的不锈钢封装、小外形塑料封装（SOP）等。 3、基于SIP 技术的车用压力传感器 3.1 系统级封装 在某型车用压力传感器的设计中，借鉴了SIP 技术的基本思想，将扩散硅压力敏感芯片、 放大器芯片和其他外围电子元器件集成于一片基板上，一起植入气密充油的不锈钢外壳中， 从而得到一个系统级封装的压力传感器。系统级封装的具体结构及其与传统封装结构的区别 如图3 所示。 由图2 可以看到，传统的压力敏感头的封装内部只有扩散硅压力芯片，必须外接驱动放 大电路，因此必须有一块外接电路板。通常情况下，敏感头和电路板再一起放入一个金属外 壳中形成一个完整的压力传感器。 (a)传统压力传感器的封装 1.金属膜片 2.金属壳体 3.TO 管座 4.电路板 5.引脚 6.转接板 7.填充陶瓷片 8.扩散硅 压力敏感芯片 (b) 基于系统级封装的压力传感器的封装 1.金属膜片 2.金属壳体 3.引脚 4.电路板 5.填充陶瓷片 6.扩散硅压力敏感芯片 图2 传统封装与系统级封装 由于有两层壳体，造成压力传感器体积大，成本也不易降低，同时由于将敏感头和电路 板放入外壳的过程中需要加压、卷边，将导致敏感头产生内部应力，出现零点飘移。 当应用SIP 技术将敏感芯片和电路一起植入外壳中时，体积明显比传统封装工艺小，省 掉一道外壳也降低了成本。只需要将膜片上的压环设计成需要的螺纹接口，同时将壳体另一 端压接合适的输出和电源接头就能满足不同场合的需要。 3.2 陶瓷基板实现敏感元件和电路的一体化 封装首先在位置上要固定敏感器件，其次要能够进行必须的电路连接，常用的封装形式 有TO 封装、气密充油的不锈钢封装、小外形塑料封装等。 扩散硅压力芯片和玻璃载体之间的静电封接工艺是MEMS 芯片封装中常用的工艺。为了 避免芯片在封接时是产生大的热应力，通常选用热膨胀系数与硅相近的材料作芯片的载体。 为减小压力传感器的体积，实现系统级封装，必须将扩散硅压力芯片和相关电路集成在一块 电路基板上，也就是电路板本身作为扩散硅压力芯片的载体，达到此目的的首要条件是电路 基板材料的热膨胀系数与硅片的热膨胀系数相近，在普通电路板所使用的基板材料中只有陶 瓷基板满足要求，因此在电路板设计中选用陶瓷基板，并根据体积和结构的要求，选用0402 封装的电阻、电容和电感，极大地缩小了电路系统的体积和外形尺寸，实现敏感元件和电路 的一体化，绑定好压力芯片、焊接了驱动放大电路的电路板如图3 所示。 图3 印刷电路板和陶瓷填充片 3.3 陶瓷填充片有效减少硅油填充量 不锈钢隔膜片封装的硅压阻压力传感器的结构为气密封装，它的结构特点非常有利于发 展成系列化的、通用型的传感器。基于SIP 技术的系统级封装压力传感器也采用这类基本封 装形式。 这种隔离膜压力传感器头由金属基座、管壳、硅油、传感器压力芯片及不锈钢膜片组成。 其主要的制造工艺为：硅芯片直接帮定在陶瓷电路基板上，与恒流原激励电路、放大电路、 温度补偿电路和其他电路一起构成完整的电路基板，电路基板用胶接工艺固定在不锈钢管壳 内的基座上；不锈钢隔膜与壳体采用熔焊工艺进行焊接, 焊接工艺可用激光焊接、氩弧焊接 或电子束焊接等。硅油灌充工艺一般采用真空灌充技术，可基本消除残余气体对隔离测压系 统的影响，提高传感器的精度及稳定性。 在保证压力传感器内部电路基板安装间隙、帮定引线安全，并且保证压力可靠有效传递 的前提下，专门设计了陶瓷填充片，图4 中白色物体即陶瓷填充片，它能有效减少压力传感 器内部充油空间，降低传感器的飘移。 3.4 硅油的净化和真空灌注 硅油灌充工艺采用真空灌充技术，可基本消除残余气体对隔离测压系统的影响，提高传 感器的精度及稳定性。 在传感器的结构设计中，利用电路板将壳体内部的空间分隔为两个部分（参见图2）， 不锈钢膜片1 和电路板4 之间的空间是硅油灌注空间，为减少硅油灌充量，在此空间安放了 陶瓷环片5，同时采用先焊接不锈钢膜片后灌充硅油的工艺，将电路板和陶瓷环片放入壳体 中，然后利用氩弧滚焊将压环和不锈钢膜片焊接完成，再采用真空灌充技术完成硅油的灌充。 3.5 多点温度补偿技术 压力芯片、恒流激励源、放大电路及其封装材料等不可避免的温度特性最终导致压力传 感器的输出随温度的变化而有飘移，这种温度飘移如果不加补偿，将使传感器的输出随温度 而变化，导致传感器输出的不确定性，从而无法使用。 硅压阻压力传感器本身有一个固有的特性，就是温度系数较大；因此需要对其进行温度 误差补偿。常用的温补方式是在应变电桥上附加电阻网络，通过测试及计算其高低温特性， 确定网络阻值，以达到温度补偿的目的。 车用压力传感器要求在-40℃～+125℃的超宽工作温度范围内稳定工作，常用的温度补 偿方法难以实现这个目标，为此，在附加电阻网络的基础上，通过多个热敏电阻分别对应变 电桥、恒流激励源、放大电路增益进行温度补偿，从而保证在-40℃～+125℃的超宽工作温 度范围内的稳定工作。 由于系统采用多点温度补偿技术，相应增加了系统的复杂程度，尤其是电路的调试，针 对该问题通过大量的实验、调试以及数据分析，相应设计并建立了一套完善的调试方法，批 量生产中可以根据该方法设计压力传感器温度补偿测试系统，实现该工作的自动化。 4、测试结果 根据SIP 的基本思想和上述封装工艺，设计试制了一小批压力传感器样品，如图4 所示。 图4 基于SIP 的压力传感器 图5 表示样品1、2、3 的输出特性，通过对三个样品的比较，我们可以看到三个压力传 感器输出信号随压力变化的趋势基本一致。 样品４加入了温度补偿电路，并做了初步的温度补偿调试。由图6 可以看出，经过温度 补偿后的压力传感器输出电压随着压力变化的斜率稍微有点下降，但是零点的输出特性有了 很好的改观如图7 所示，达到了温度补偿的目的。曲线显示样品温度补偿稍微偏大，使无温 度补偿时随温度增大而上漂的特性变为了略微负漂，但足以证明补偿方法是完全可行的。 图5 压力传感器输出特性 图6 无温补和有温补的输出特性比较 图7 温度补偿后的零点电压随温度变化曲线 ５、结束语 本文以系统级封装技术为基础，提出了将扩散硅压力敏感芯片和相应的驱动放大电路集 成在一块电路板上并直接放入金属壳体形成一个完整的压力传感器的方案，并通过完成电路 设计、封装工艺设计、温度补偿电路调试等试制了小批样品，经测试完全满足车用压力传感 器的技术要求。 采用SIP 技术的压力传感器与传统的压力传感器封装形式相比，将压力敏感芯片和驱动 放大电路合为一个整体，减少了一层外壳，因而传感器的体积和成本大大降低。 进一步可以设计将模数转换和CPU 一起集成，实现数字输出的传感器，如果再集成无线 发送芯片则可以实现无线压力传感网络。__