汽车轮胎压力传感器芯片与应用 (1)2011-06-12 10:24:41来源:互联网

前言
汽车在高速行驶过程中，轮胎故障是驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。根据美国汽车工程师学会的调查，在美国每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%。怎样保持车胎气压在工作条件苛刻恶劣环境中，能行驶正常并及时发现车胎漏气，是汽车防止爆胎和能否安全行驶的关键。因此，行进中的胎压检测就显得尤为重要。
汽车轮胎压力传感器IC芯片的目标产品为MEMS技术和集成电路技术相结合的车载轮胎压力监视系统TPMS(Tire Rressure Monitoring System)。目前直接轮胎压力监测系统包括4个或5个(取决于备胎是否装备传感器)轮胎模块和一个中央接收器模块。在德国宝马的 Z8，法国雪铁龙的 C5，英国阿斯顿· 马汀的超级跑车 Vanquish，林肯大陆，旁蒂克的旗舰Bonneville SE，梅赛德斯—奔驰S级轿车等新车介绍中，也将TPMS系统配装于车中，另外，2002年夏天上市的克莱斯勒与道奇(Dodge)迷你箱型车以及 Chrysler 300M 与 Concorde Limited 客车也装有 TPMS系统。而国内多数汽车厂家目前正在进行实验性研究。
本文是基于国家创新基金项目实施工作要求，重点描述运用MEMS微机械加工工艺技术设计、加工、生产胎压传感器IC芯片，即通过微机械加工工艺制作出低成本各参数指标和使用性能可与国外同类产品竞争的胎压传感器IC芯片，为国内诸多TPMS厂商配套，逐步已优越的性价比为国际厂商提供芯片。

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图1 E型芯片剖视与底视图

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图2 芯片电桥工艺版图

5 to 100 kPa 100 to 1000 kPa 3000 to 5000 kPa
图3按不同量程设计的芯片工艺版图

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图4 工艺流程示意图

结构原理
芯片设计采用了单岛膜结构，下图为产品的单岛膜结构(又称为E型硅杯结构)的剖视和底视示意图。相当于一个周边固支的平膜片结构(俗称C型结构)的膜片中心有一个厚硬心岛。通过计算和实验，芯片的抗过载和抗振动能力，同时也扩大并提高量程品种及延长使用寿命，E型硅杯原理结构如图1、2所示。
在产品技术设计上兼顾了传感器参数指标的通用性，便于芯片应用拓展至汽车发动机电喷系统的歧管压力传感器(芯片电桥工艺版图见图2)。避免造成其参数的非专业性配套，其温度系数偏高、过载能力低、灵敏度参数分散等问题；芯片的衬底浓度远大于103，使电桥电阻值高，降