汽车传感应用—通过压力传感器示例看未来趋势和要求

　　除了主观因素之外，许多购车者在选择汽车时非常看重汽车的燃油效率、排放、安全和豪华/便捷性。这些因素推动了汽车智能传感器应用的发展。

　　如今的汽车系统可记录和处理众多传感输入变量，比如加速、压力、温度、引擎速度、转速、角度、力量、距离、液位和化学成分(空气质量或油品质量)。现代化的传感器可在芯片上集成传感元件和信号评估电子元件(温度补偿、模数转换等)，然后通过无线方式发送信息，从而改进性能。


图2 表面微机械加工传感器的横截面示意图

　　本文将简要说明车用微型机械压力传感器的应用领域，并探讨其未来趋势和要求。

　　安装位置——技术

　　当前的技术和车用压力传感器的使用直接相关。传感器的安装位置(包括其温度、压力和环境介质)决定了使用哪种传感元件和封装技术。比如说，图1简要介绍了用于引擎管理的传感器。

　　对于压力传感器应用而言，我们可以假定在压力大于10帕时，传感器工作在液体中或通过液体传输压力信号。在这种情况下，器件封装必须满足工作环境的严格要求。对于压力小于10帕的应用(比如测量进气管气压(MAP)或大气绝对压力(BAP))而言，采用凝胶涂层封装就可以。

　　英飞凌科技，针对这种应用所采用的工艺是以适用于汽车应用的0.5mm BiCMOS技术。压力传感器以电容性测量原理为基础(表面微机械加工)，这意味着环境介质的压力变化会导致电容发生变化，进而导致压力输出信号发生变化。为了能够转换物理压力变量，在密封腔上覆盖了一层压力敏感膜。为此，场氧化层就会在衬底的电容器下电极上产生。

　　随后，这种氧化层将被多晶硅掺杂层覆盖。多晶硅构成了电容器的对电极。该层采用这种结构，为了可以在下一步通过使用氢氟酸进行湿化学蚀刻去除下面的场氧化层(牺牲层)。最后，对独立的多晶硅层进行密封。通过这种方式，成形的腔体可在一定压力下实现密封。

　　传感器灵敏度主要取决于传感器配置的几何参数。这包括膜的直径和厚度以及腔体的高度。在加压情况下，可移动膜将发生偏移，这会导致电容发生变化。为了加强信号，可利用多膜并联。在此，有两个区域对压力敏感，有两个区域可作为参考之用。传感器信号的形成就来源于压力敏感区域和参考区域之间的差异。信号的模数转换发生在信号处理过程中(集成在芯片里)。这可确保非常好的信噪比以及高精确度。

　　为了确保传感器能大量应用于汽车领域，压力传感器采用了一种特殊的SMD封装。

　　塑料外壳有8个连接针。在传感器芯片结合并利用金线连接之后，芯片利用硅胶进行覆盖。待测量的环境气体压力通过硅胶传送到传感器表面。此外，它可保护芯片免受环境影响。这种封装用于自动PCB装置，比传统封装更具成本优势。

　　应用

　　以现有应用为例，我们将展示这种高集成度压力传感器如何应用于现代汽车领域。

　　用于侧面碰撞探测的压力测量

　　由于侧面碰撞而导致乘客受伤的交通事故数量不断攀升，侧面碰撞测试准则进行了修订。这将导致出台更为严格的侧面碰撞探测要求。这一要求主要针对在短时间内探测碰撞程度的传感器系统。

　　侧面碰撞测试原来采用的障碍物能同时接触车门和B柱(ECE-R95、96/27/EG、Euro NCAP、IIHS和FMVSS 214)。这意味着碰撞冲击力直接传递到汽车B柱。因此，定位在B柱的加速传感器可迅速探测到这种冲击力，并将数据传递给控制装置，以便触发安全系统。然而，随着SUV(运动型多用途车)数量的不断增多，这种车车身结构更高，当SUV发生侧面碰撞时，将导致不同的事故。传统的侧面碰撞测试没有涵盖这种情况。在这种碰撞事故中，越来越多的情况是只有车门发生碰撞，而不是整侧车身都发生碰撞，这意味着B柱没有发生碰撞。因此，这就要求对侧面碰撞测试准则进行修订(FMVSS 214 NPRM)。

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