MEMS是在集成電路生產技術和專用的微機電加工方法的基礎上蓬勃發展起來的高新技術，用MEMS技術研制的壓力傳感器具有體積小、重量輕、響應快、靈敏度高、易于批量生產、成本低的優勢，它們已經開始逐步取代基于傳統機電技術的壓力傳感器。目前已有多種MEMS壓力傳感器應用到了汽車電子系統中，如發動機共軌壓力、機油壓力、歧管空氣進氣壓力、汽車胎壓壓力等。其中機油壓力傳感器是用于測量汽車發動機油壓力的重要傳感器，其可靠性直接關系到汽車和人的安全性。本文選用MEMS壓力芯片，成功開發出汽車發動機機油壓力傳感器，研究了機油壓力傳感器的封裝工藝和可靠性。在傳感器的開發過程中，嚴格按汽車電子產品質量要求，對傳感器的封裝及組裝過程進行了系統的分析和測試，并通過工藝優化極大地提高了傳感器的可靠性能。

?工作原理和制造工藝

MEMS壓力傳感器是利用壓阻效應原理，采用集成工藝技術經過摻雜、擴散，沿單晶硅片上的特定晶向，制成應變電阻，構成惠斯通電橋，利用硅材料的彈性力學特性，在同一硅材料上進行各向異性微加工，制成了一個集力敏與力電轉換檢測于一體的擴散硅傳感器。通常傳感器芯片上制作有4個多晶硅電阻，電阻制作在硅薄膜的邊沿位置，這是因為在薄膜的邊沿處，當薄膜受到作用力時，應變引起的電阻變化最大。4個壓阻R1，R2，R3，R4組成惠斯通電橋構成壓力檢測電路，當電橋中輸入電壓為Vin，并設膜片上的4個壓阻相等(即R1=R3=R3=R4=R)，當薄膜受力變形時，兩個電阻變大，兩個電阻變小，且△R1=-△R2=△R3=-△R4=△R，則其輸出電壓Vout可表示為

式中Voffset是在零應力和零應變時傳感器的輸出。由式(1)可知壓阻壓力傳感器有兩種工作方式，一種是恒電壓工作方式，另一種為恒流工作方式。

MEMS壓力傳感器的一一種重要封裝形式是采用充油的不銹鋼結構，稱為充油壓敏芯體，其基本制造工藝過程包括貼片、引線、封裝殼體、充油及二次組裝等。圖1是充油壓敏芯體結構示意圖，圖2是壓力傳感器二次封裝樣品。

可靠性實驗

3.1 芯片貼片工藝

傳感器的貼片工藝對傳感器的性能影響很大，一般要求有足夠的貼片強度、盡可能小的貼片應力和能滿足傳感器的工作溫度等。用于壓力芯片的貼片材料主要有焊料和膠，不同的貼片材料對傳感器性能影響有很大不同。由于焊料貼片時要求對芯片背面進行金屬化處理，工藝相對較復雜，而用膠進行貼片，其工藝更簡單，且成本較低，所以本壓力傳感器選用貼片膠工藝進行貼片。由于固化后膠的軟硬對傳感器的性能有很大影響，通過實驗測試了軟硬膠對壓力傳感器零點輸出的影響，針對同一芯片，分別采用無貼片膠、軟貼片膠(楊氏模量約為1～100 MPa量級，玻璃化溫度低于-40 ℃)、硬貼片膠(楊氏模量為3.56 GPa，玻璃化溫度為85℃)等三種情況，在-30～125℃下對傳感器的零點輸出進行了測試，測試結果如圖3所示，圖中給了兩個傳感器樣品的測試結果。

從圖3可以看出，貼片膠對傳感器零點的影響隨溫度變化而變化，在低溫時，使用了硬膠貼片的傳感器的零點明顯高于使用軟膠與無膠的，這種差別隨著溫度的升高變得越來越小。這主要有三個原因：①貼片膠的彈性模量隨溫度的升高而變小；②貼片膠高溫固化，在低溫時會引起收縮殘余應力；③貼片膠和芯片材料熱膨脹系數不同產生的熱應力。特別需要注意的是，在85℃之后，硬膠的影響突然變小，小到幾乎與無膠的情況相同。這是因為硬膠的玻璃化溫度(Tg)為85℃，高于Tg點時膠的楊氏模量變小，因而對傳感器的零點溫漂影響變小。因此，在選用貼片膠時，要求膠的Tg大于傳感器的工作溫度，以確保傳感器零點的穩定性和工作的可靠性。