MEMS温度传感器的分类、特点和工作原理

MEMS温度传感器的原理是:当外部环境温度发生变化时，MEMS芯片上的硅烷偶联剂与硅胶表面的结合会发生化学反应，从而改变硅烷的化学性质。当这种变化超过硅烷的临界值时，硅烷偶联剂和硅胶表面就会发生作用。

由于MEMS芯片是一种三维集成元件，当外部环境温度变化超过临界值时，MEMS芯片上的硅表面会产生局部应力应变。应力会在硅烷表面的化学性质上产生化学反应，在硅表面产生微槽结构的微裂纹。通过这些微裂纹的开合和微槽中硅表面化学性质变化的相互作用，硅烷和硅胶之间会发生化学作用，增加硅胶表面的温度。当外部环境温度升高时，与Si-Ag发生化学反应的活性硅化物会发生氧化反应，并在硅表面产生氧化烷。

近几年，微机电系统（MEMS）技术发展迅速，广泛应用于航空航天、航海导航与控制、计算机、家用电器和电子设备以及军事制造等多个领域，如传感器BU9348K、执行器和控制器。其中，温度传感器作为MEMS传感器的重要组成部分，在各个应用领域得到了广泛的应用。本文将介绍MEMS温度传感器的分类、特点和工作原理。MEMS温度传感系统是一种多功能MEMS传感器，它通过热敏元件将温度转换为电信号，然后通过数字接口计算信号。

温度传感器在我们的日常生活中起着十分重要的作用，它在我们的日常生活中起着十分重要的作用。

但现在几乎所有的智能手机都有温度传感器，为什么呢？

MEMS传感器主要应用于工业环境、医疗卫生和军事领域，是目前最主流、应用最广泛的传感器之一。

与传统传感器相比，MEMS技术更小、更轻，因此安装在各种需要测量温度的地方更方便。

此外，由于MEMS传感器的成本较低，因此很容易进入消费电子产品领域。

目前，基于MEMSMEMS传感器设计的产品已经大量出现。例如，我们前面提到的智能手机中使用的温度测量芯片之一。

目前市场上有很多关于MEMS温度传感器的新闻报道。例如，国外知名品牌Molex推出了一款基于PTC陶瓷和硅基芯片的智能手机。国内知名品牌微特电子也推出了两款相关产品。

现在我们就来简单的了解一下两款产品是如何实现智能手机的温度监测功能的，然后看看有没有你感兴趣的东西。

一、概述

本文对MEMS温度传感器的工作原理和基本结构有了简单的了解。

Molex公司推出的一款基于MEMSPTC陶瓷和硅基芯片设计并集成到智能手机上的智能手机。

MEMSPTC陶瓷温度传感器与传统传感器相比，可大大降低系统设计的复杂性，因而可广泛应用于消费电子产品中。

它通过将热电阻、热电偶等敏感元件集成到单个元件中，并将其与集成电路相结合。（IC）由电路连接而成。

这类元件就像一个小盒子，它能很容易地集成到智能手机外壳的内外部。

Molex表示，PTC传感器等部件由微处理器和微控制器控制，用户只需点击按钮即可轻松监测手机的温度。

二、工作原理

Molex的温度测量系统主要包括三个部分：(1)热阻匹配电路，用于将热电偶输出的信号与热阻匹配；(2)温度转换电路，将温差电磁场转换为电压输出；(3)电压放大和补偿电路。

Molex的工作原理如下：

在两个热电偶之间使用一个热敏电阻的两个变化来测量两个装置之间的温差。

接着Molex再利用温差电噪声来检测温度变化，然后将其与之前的信号进行比较，以获得被测温度。

微电子提供了基于电阻PTC热敏电阻的产品；该产品能提供极高的精度、极高的温度稳定性和极低的温度漂移。

微电子还对该产品进行了功能优化，使其在-40℃+85℃之间具有较高的灵敏度；在-55+85℃之间具有很强的抗扰性；并能测量出-55~+85℃之间存在的非常微弱的信号变化。

三、产品参数和功能

·温度传感器的工作温度范围为-40℃~+85℃，

·当-40℃~+85℃时，灵敏度不低于100mV/cm；

·模拟信号输出端为05mA，输出端可支持15VDC充电；

·温度传感器的最大分辨率为1μm，最小分辨率为0.005μm；

·输出电流可根据客户需求定制。

·工作时间、工作状态指示灯等。可在测量期间设置。

四、工作环境参数

(1)湿度：低于95%RH(相对湿度)；

(2)温度：-40~80℃；

(3)海拔：1000m；

(4)光照度：≤100lux(没有阳光直射)；

(5)空气流速：0.8m/s(当风速大于10m/s时，最大风速可参照2节距公式计算；

五、工艺流程

将芯片放入模具中，模具上有几个凹槽，每个凹槽中放置一个小圆形硅片，然后用胶水将其固定在模具上。

下一步是对硅基PTC陶瓷片进行封装制造。

正如我们前面提到的，Molex使用一种叫做SMD的工艺来制作PTC陶瓷片，实际上是将电阻元件粘在金属基上。

然后刻蚀这些小尺寸和厚度的陶瓷片。刻蚀时使用的材料是AlN，氧化层通过真空扩散去除；最后，PTC传感器的基础结构是通过真空烧结将这些PTC陶瓷片烧结在一起。

另一种工艺是利用热压技术实现陶瓷封装芯片；这样可以有效地解决氧化问题，提高可靠性。

六、应用前景和市场规模

MEMS传感器可以说是一个巨大的市场，主要应用于消费电子、医疗、工业控制等领域。

在消费电子领域，MEMS传感器可用于各种智能终端的温度监测功能，因为它体积小、重量轻、功耗低、使用寿命长。

举例来说，智能手机中的温度测温芯片是MEMS传感器之一，主要用于监测手机内的温度。

此外，MEMS体温计还可用于检测发热与否，以及体温是否过高，以免烫伤或中暑。

据市场研究机构ICInsights统计，2018年全球MEMS产品销售额为245亿美元，其中消费电子产品销售额约占35%，汽车电子产品销售额约占22%。

工作原理分类温度传感器产品智能手机温度

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