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丰田中央研究所传感器在日本研发的历史上有着重要的地位,其研究内容包括廉价、高可靠性汽车用传感器的推广应用。在丰田中央研究所, MEMS 技术的研究几乎全部集中于硅基微传感器,重点是传感器与电路的集成芯片 [1-5] 。该部门的研究人员有 10 人专门研究硅微传感器,另外还设有材料、 IC 设计与加工的研究室。
丰田中央研究所很早就开展了基于体型硅微机械加工的物理传感器的研究,据报道已有产品问世。该研究所的主要研究方向为汽车控制中非常重要的压力传感器,包括在燃烧室中恶劣环境下检测压力的传感器 [6] 。目前,该研究所的研究重点是在多晶硅和氮化硅薄膜上进行表面微机械加工以制造传感器,以及传感器与 CMOS 电路的集成。丰田的压力传感器研究工作达到了国际先进水平, Yamashita 早在 1989 年已经报道了全集成压力传感器 [7] 。图 1 是一种表面微机械加工振动膜压力传感器件 [8] 。该器件使用了氮化硅振动膜和多晶硅压阻,制造的振动膜直径为 100 m m ,厚度为 1.6 m m 。这种微器件结合电路设计可以得到低成本的集成传感器。
图 2 是结合电路的微机械加工振动膜压力传感器件阵列,阵列为 32×32 ,单元数为 1K [8 , 10] ,此阵列添加 CMOS 寻址和读取电路,可以用作触觉传感器。
图 3 是丰田公司的研究人员和东北大学合作开发的另一种压力传感器 [11] 。该传感器为体型硅加工的电容器件,由硅与玻璃基片键合而成,并集成了 CMOS 电路。该器件具有一个 2mm 2 的振动膜,远大于以前的器件,测量范围是 0Pa ~ 20Pa ,并具有高过载保护功能。该器件与一个数字电子芯片集成,用于补偿和数字信号输出。利用同样的原理和结构还可以制作电容加速度传感器 [12] ,可用于汽车安全气囊和主动悬挂控制。
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