壓力傳感器在汽車上的應用

據麥姆斯咨詢報道，幾乎所有的汽油車都是由發動機控制模塊（engine control module，ECM）與傳感器和執行器一起組成發動機控制系統。該系統最關鍵的輸入把控則是歧管壓力（MAP）傳感器。在“速度密度式"狀態下，MAP傳感器能夠偵測發動機中流動的空氣情況，從而確定噴油時間和提前點火時間以實現運行。即使是依靠對進氣量進行直接測量的車輛也需要配備大氣壓力（BAP）傳感器，主要用于高氣壓測量補償。如今生產商每年都生產數以千萬計的MAP和BAP傳感器，過去十年里推動了幾代壓力傳感器模組的設計。

如今，MAP和BAP傳感器的主要設計是源于硅微加工的壓阻式壓力傳感器。它們大多數用于乘用車中，為微機械壓力傳感器技術在其它新興汽車產業中的應用奠定了基礎氣體壓力傳感器，例如廢氣再循環系統（EGR）中的壓力測量、燃油系統中的蒸發排放物泄漏以及燃料噴射系統的壓力測量等。

壓力傳感器元件

采用體微加工技術在硅晶圓上制造壓阻式傳感器，已成為生產汽車壓力傳感器的主要技術之一。壓阻式壓力傳感器元件采用體微加工技術在背面形成真空腔，該結構一問世就廣受歡迎，成為MAP/BAP應用的必要元件。然而近期，表壓和差壓結構，以及僅為消除應力增加的背面約束（backside constraint）結構（見圖1），目前已進入量產階段。

圖1：為了滿足汽車市場所需的廣泛應用，傳感器制造商必須能夠提供多種傳感器元件結構，以分別測量壓力、表壓或差壓的壓力范圍。

信號調理和校準

硅微加工的壓力傳感器元件在不同生產批次之間以及整個溫度范圍內的參數變化較大（見圖2）。為了讓汽車制造商可以獲得真正可互換的壓力傳感器模組，傳感器研發人員必須對每個傳感器進行單獨校準和溫度補償。

圖2：批量處理的硅微加工壓阻式傳感器元件在圓片與圓片之間、批次與批次之間呈現出器件間的差異。各個壓阻元件也隨溫度產生很大變化。因此，在傳感器模組的最終組裝過程中，需要對單個封裝后的傳感器進行單獨的修正和校準。

通常的方法是在信號調理電路中運用某種調整（修正）方式。制造和組裝工藝以及成品傳感器模組的電氣性能要求有助于確定信號調理電路的實現方式。該電路的集成技術（如CMOS或Bi-CMOS技術）主要取決于所選的修正技術。

模擬信號調理

起初，汽車壓阻式壓力傳感器包含模擬信號調理電路，采用安裝在PCB上現成的封裝后的Bipolar（雙極）IC設計工藝來構建。所有必要的調整都是通過沉積在陶瓷襯底上的厚膜電阻網絡的激光修正來完成的，然后再以修正組件的形式嵌入PCB中。后續混合電路技術的進步使得技術人員能夠在制造包含印刷厚膜電阻的陶瓷襯底的同時，又能以封裝或裸芯形式來安裝信號調理IC。技術進步之后，這些傳感器模組就變得非常緊湊，其中大部分目前仍在沿用。這種成熟的制造工藝為需求中等尺寸的應用提供了經濟高效的傳感器模組氣體壓力傳感器氣體壓力傳感器，其厚膜電阻的穩定性和精度也足以滿足客戶要求。