前博世半导体厂长 Christian Koitzsch 接任台积电欧洲子公司总裁，浅谈压力传感器的工作原理及其应用

传感新品

【温州大学：研发基于铜/石墨烯复合薄膜的柔性应变传感器】

研究分析了一种具有扭转低干扰、防水和自粘特性的柔性应变传感器，该传感器以铜/石墨烯微裂纹复合膜作为应变敏感层，以自粘硅胶作为防水和自粘层。该传感器具有响应范围广（应变能力高达 110%）、灵敏度高（测量系数为 847.87（92% < ε < 110%））、传感耐久性好（在 25% 应变下的响应周期为 10000 次）等特点，并能检测超小应变（0.2% 应变）。此外，该传感器在不同应变水平（0%-40%）和状态（未扭转、扭转 90° 和扭转 180°）下表现出相似的实时动态响应，表明其具有扭转低干扰的特性。此外，自粘性硅胶可使传感器直接粘附在皮肤表面，减少运动伪影，提高水下活动时监测复杂应变状态的准确性。因此，该柔性应变传感器有望成为水下使用的下一代柔性应变传感器。

图文导读

图1.MGCC传感器的工作原理

图2.MGCC传感器的表征

图3.MGCC的传感性能

图4.MGCC传感器的扭转和自粘测试

图5.MGCC传感器的防水测试

图6.用于人体运动检测的MGCC传感器

小结

本研究提出了一种高灵敏度的应变传感器，该传感器具有扭转、低干扰、自粘性和防水性。传感器设计基于裂纹桥接机制，该机制包括将石墨烯薄膜掺入铜膜中。这种设计有效地解决了与基于裂纹的应变传感器相关的响应范围有限和重复性差的问题。此外，敏感膜上覆盖有硅胶，具有防水和自粘性能。此外，这种涂层限制了裂纹岛的扩展自由度，允许裂纹岛之间更好地断开和重新连接，从而提高传感器的整体性能。

鉴于这些机制，MGCC应变传感器表现出高达847.87（92%< ε <110%）的应变系数，110%的宽响应范围和25%应变下10000次循环的稳定动态响应。此外，它还可以检测超小应变（0.2%应变）。此外，该应变传感器在小于 40% 的应变拉伸下对 0°–180° 的扭转敏感度低，表明它具有一定程度的扭转低干扰。它还展示了凹凸应变的准确分辨率。因此，MGCC传感器可用于监测水下活动、人体生理和运动。该传感器的出色性能使其成为电子皮肤、水下机器人和医疗保健应用的有前途的候选者。

传感动态

【武汉敏声拟投资30亿元建总部及滤波器研制基地】

1月5日，武汉敏声高端射频滤波器研发生产基地项目与武汉东湖高新区签约。项目投资30亿元，在光谷左岭街道落地，达产后产能约为每月1万片，该项目是2024年光谷首个签约项目。

据悉，射频前端芯片是移动智能终端产品核心组成部分之一，是移动通信的基础，其中滤波器是射频前端芯片中价值最高、增长最快的细分领域，国产化率偏低，已被纳入国家“十四五”规划前沿领域攻关项目。

该项目由致力于射频前端BAW高端滤波器制造的武汉敏声新技术有限公司主导投资，董事长孙成亮也是武汉大学教授，他联合多名国际知名业内专家于2019年共同创立敏声，申请专利200多项，已具备从设计到制造的完全自主知识产权。

去年7月，武汉敏声与北京赛微电子合作共建的“敏声-赛莱克斯北京8英寸BAW滤波器联合生产线”实现量产，产能每月2000片，已拿到客户批量订单。敏声总部及基地落户，将助力光谷提升集成电路产业集聚度和显示度。

光谷是全国四大集成电路产业基地之一，不断加强关键核心技术攻关、支持前沿引领技术创新，构建了以存储芯片为主、化合物芯片竞相发展的产业体系。近一年，子牛亦东等产业链核心企业落户。

【中国电科MEMS传感器产业创新基地揭牌，可新增2000万只（套）年生产能力】

传感器专家网获悉，近日，集团下属中国电科产业基础研究院投资建设的MEMS传感器产业创新基地在河北石家庄竣工揭牌。新建的MEMS传感器封装测试与系统集成产品线，可新增2000万只（套）年生产能力。

MEMS传感器是重要的汽车电子器件，具有高集成、高可靠性和智能化等特点，可精确完成汽车全天候定位定向。以MEMS传感器为核心打造的惯性导航系统，能在GPS、北斗、5G等信号不佳时，利用感知的道路信息和对汽车航迹的推演，提供即时定位和导航功能。

MEMS传感器产业创新基地项目集MEMS研发、设计、制造、封装测试和系统集成于一体，能够满足航空航天、新能源汽车、人工智能等战略新兴行业对MEMS核心产品的需求。

【前博世半导体厂长 Christian Koitzsch 接任台积电欧洲子公司总裁】

1 月 7 日消息，德累斯顿（Dresden）Silicon Saxony 首席执行官贝森伯格（Frank Bösenberg）证实，Christian Koitzsch 将担任台积电欧洲半导体制造子公司 ESMC 的总裁一职，未来有望负责德勒斯登新厂的建厂。

Koitzsch 出身物理学博士，曾在罗伯特・博世担任过不同主管职位，并于 2021 年 7 月出任德累斯顿晶圆厂的厂长。

公开资料显示，博世这座 12 英寸晶圆厂主要生产车用芯片，以高度自动化闻名，号称是欧洲最先进的晶圆厂，而台积电德国工厂选址正好在隔壁。

台积电去年 8 月宣布，将在德国东部的德累斯顿成立合资公司“欧洲半导体制造公司”，持股 70%，博世、英飞凌、恩智浦等欧洲半导体业者各持股 10% 。

这是台积电在欧洲的第一座生产基地，预计 2027 年底投产。该项目总投资额超 100 亿欧元（当前约 783 亿元人民币），德国政府将给予 50 亿欧元（IT之家备注：当前约 391.5 亿元人民币）的补贴。

【压力传感器的工作原理及其应用】

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 

1、应变片压力传感器原理与应用     

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

 2、陶瓷压力传感器原理及应用  

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 

3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理    

被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

 4、蓝宝石压力传感器原理与应用

利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。

 蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。

用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。 

传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。

5、压电压力传感器原理与应用   

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。 

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

审核编辑 黄宇