MEMS溫度傳感器的原理是：當外界環境溫度變化時， MEMS芯片上的硅烷偶聯劑與硅膠表面結合發生化學反應，使硅烷的化學性質也隨之發生變化，當此變化超過硅烷的臨界值時，將引起硅烷偶聯劑與硅膠表面發生作用。

由于MEMS芯片是一個三維集成式元件，當外界環境溫度變化超過臨界值時， MEMS芯片上的硅表面產生局部應力應變。而應力會在硅烷表面的化學性質上產生化學反應并在硅表面產生微溝槽結構的微裂紋。通過這些微裂紋的開合以及微溝槽中硅表面化學性質變化的相互作用，將導致硅烷和硅膠之間發生化學作用并使硅膠表面溫度升高。當外界環境溫度升高時，與Si-Ag有化學反應的活性硅化物之間會發生氧化反應而在硅界面處產生氧化層從而使得硅烷在表面上發生吸附并形成了Si-Ag鍵合；而硅表面上其他反應不會發生使Si-Al鍵合。

近年來，微機電系統（MEMS）技術得到了迅速發展，廣泛應用于傳感器、執行器和控制器等眾多領域，如：航空航天、航海導航與控制、計算機、家用電器和電子設備以及軍工制造等領域。其中溫度傳感器作為MEMS傳感器的一個重要組成部分，在各應用領域中得到了廣泛的應用。本文將為大家介紹一下 MEMS溫度傳感器的分類和特點以及工作原理。MEMS溫度感測系統是一種多功能MEMS感測器件，它通過熱敏元件將溫度轉換成電信號，然后通過數字接口將這種信號進行放大和邏輯運算轉換成控制信號輸出給控制器或其它控制電路；

在我們的日常生活中有很多事情都是通過自動化設備來完成，而這些自動化設備中，溫度傳感器起著非常重要的作用。

但是現在幾乎所有智能手機都有溫度傳感器，這是為什么呢？

MEMS傳感器主要用于工業環境、醫療衛生及軍事領域，是目前最主流、應用最廣泛的傳感器類型之一。

由于 MEMS技術相對于傳統傳感器來說更小、更輕所以更加便于安裝在各種需要測量溫度的地方。

另外 MEMS傳感器因為它具有較低的成本，因此很容易進入到消費電子產品領域。

目前已經有大量基于 MEMS MEMS傳感器設計的產品問世，例如我們前面提到的智能手機中采用的就是其中一款溫度測量芯片。

現在市場上有很多關于 MEMS溫度傳感器的新聞報道，比如國外知名品牌 Molex推出了一款基于 PTC陶瓷和硅基芯片設計并集成在智能手機上；國內知名品牌微特電子也發布了兩款相關產品。

今天我們就來簡單了解一下兩個產品都是怎么實現智能手機溫度監測功能的，然后看看這其中是否有你感興趣的東西。

一、概述

在前面的文章中，我們已經簡單了解了 MEMS溫度傳感器的工作原理和基本結構。

Molex公司推出的一款智能手機采用了一種基于 MEMS PTC陶瓷和硅基芯片設計并集成在智能手機上。

與傳統傳感器相比， MEMS PTC陶瓷溫度傳感器可以在很大程度上降低系統設計的復雜性，因此可以廣泛應用于消費電子產品中。

它是通過將熱電阻、熱電偶、以及其他一些敏感元件集成在單個元件中，并將其與集成電路（IC）電路相連而制成的。

這些集成在一起的元件就像一個小盒子一樣，它可以很容易地集成在智能手機外殼內部和外部。

Molex表示，通過采用微處理器和微控制器控制的 PTC傳感器等部件，用戶只需點擊一下按鈕就可以輕松地對手機進行溫度監測。

二、工作原理

Molex的溫度測量系統主要包括三個部分：（1）熱阻匹配電路，用于將熱電偶輸出的信號與熱阻匹配；（2）溫度轉換電路，將溫差電磁場轉換成電壓輸出；（3）電壓放大和補償電路。

Molex的工作原理如下：

它在兩個熱電偶之間使用一個熱敏電阻的兩種變化，測量出這兩個器件之間的溫差。

然后 Molex再利用溫差電噪聲來檢測溫度變化，然后再將它與之前的信號進行比較計算得到被測溫度。

微特電子提供了一種基于電阻式 PTC熱敏電阻的產品；該產品能夠提供極高的精度、非常高的溫度穩定性，并具有非常低的溫度漂移。

微特電子還針對這款產品進行了功能優化，使得其能夠在-40℃ +85℃之間具有很高的靈敏度；在-55 +85℃之間具有極強的抗擾性；并且能夠測量-55~+85℃之間存在且非常微弱的信號變化。

三、產品參數與功能

·溫度傳感器工作溫度范圍為-40℃~+85℃，

·在-40℃~+85℃時，靈敏度不低于100 mV/cm；

·輸出端為05 mA的模擬信號，輸出端可支持15 VDC的充電；

·溫度傳感器最大分辨率為1μm，最小分辨率為0.005μm；

·量程范圍：0100℃（-20°C）或0125℃（-50°C）；

·可根據客戶需求定制輸出電流（≤50 mA），或輸入信號的最大值（≥10 mA）；

·在測量期間可以設置工作時間、工作狀態指示燈等。

四、工作環境參數

（1）濕度：小于95% RH （相對濕度）；

（2）溫度：-40~80℃；

（3）海拔：<1000m；

（4）光照度：≤100 lux （無直射陽光）；

（5）空氣流速：<0.8m/s （在風速大于10m/s時，可參考2節距中的公式計算最大風速；

六、工藝過程

將芯片放置到模具中，模具上有幾個凹槽，每個凹槽中放置一塊小的圓形硅片，然后再用膠水將其固定在模具上。

接下來就是要對硅基 PTC陶瓷片進行封裝制造了。

我們前面提到了， Molex使用的是一種叫做 SMD的工藝來制作 PTC陶瓷片，它其實就是把電阻元件粘在金屬基底上。

接著要對這些小尺寸和厚度的陶瓷片進行刻蝕。刻蝕時使用的材料為 AlN，并通過真空擴散來去除氧化層；最后采用真空燒結來把這些 PTC陶瓷片燒結到一起以便形成 PTC傳感器的基礎結構。

微特電子則使用的是另一種工藝就是使用熱壓技術來實現陶瓷封裝芯片；這樣做能夠有效地解決氧化問題并提高可靠性。

七、應用前景與市場規模

MEMS傳感器可以說是一個非常龐大的市場，主要應用領域為消費電子、醫療和工業控制等領域。

在消費電子領域， MEMS傳感器因為體積小、重量輕、功耗低、壽命長等特點，可用于各類智能終端的溫度監測功能。

例如智能手機中的溫度測溫芯片就是 MEMS傳感器之一，主要用于對手機內溫度的監測。

另外 MEMS體溫計可以用來檢測是否發燒，以及體溫是否過高，從而避免被燙傷或者中暑。

根據市場研究機構 IC Insights統計數據顯示：2018年全球 MEMS產品銷售收入為245億美元，其中消費電子類產品銷售規模約占35%，汽車電子占22%。