《博世氣壓傳感器BMP581產(chǎn)品分析》

BMP581是博世傳感技術(shù)有限公司（Bosch Sensortec）于2022年推出的新一代電容式MEMS氣壓傳感器。小尺寸、低功耗和高性能使這款氣壓傳感器有較為廣泛的應(yīng)用，例如健身追蹤、跌倒檢測、室內(nèi)定位和導(dǎo)航等應(yīng)用。在1Hz輸出數(shù)據(jù)速率下，該傳感器典型電流消耗僅為1.3μA，能夠顯著延長電池續(xù)航時間；而在深度待機模式下，電流消耗更是低至0.5μA。該傳感器具有可編程低通濾波功能、可編程中斷功能，集成片上溫度補償、片上FIFO緩沖器（最多32個壓力采樣）。

博世氣壓傳感器BMP581及其功能框圖

博世氣壓傳感器BMP581 vs. 英飛凌氣壓傳感器DPS310

電容式MEMS氣壓傳感器具有低溫漂、高靈敏度、低噪聲和較大的動態(tài)范圍等顯著優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。電容式MEMS氣壓傳感器通常采用平行板電容器敏感單元，該電容器的基本結(jié)構(gòu)由間隔對置的兩個極板，以及中間的電介質(zhì)組成。氣壓傳感器BMP581的電容器敏感單元主要由可動極板（上極板）、固定極板（下極板）組成，通過電容器兩極板之間的距離變化實現(xiàn)氣壓敏感，即可動極板受到外界氣壓影響而發(fā)生形變，使得兩個極板之間的距離發(fā)生改變，從而造成電容值的變化，最后再經(jīng)過數(shù)據(jù)解算得到氣壓值。

電容式MEMS氣壓傳感器工作原理示意圖

博世MEMS氣壓傳感器BMP581內(nèi)部包括氣壓敏感的可變電容器和固定的參考電容器，其中參考電容器用于獲得可變電容器的靜態(tài)電容和寄生電容，以便從電容式MEMS氣壓傳感器測得的總電容中去除靜態(tài)電容和寄生電容，獲得能夠準(zhǔn)確地反映所施加的壓力的凈電容。靜態(tài)電容指的是可變電容在整個測量范圍內(nèi)均不改變的分量，而寄生電容指的是原本沒有設(shè)計成可變電容器的分量但卻總是無法避免的電容分量。寄生電容的示例包括結(jié)電容、金屬化布局和襯底之間的電容等。由于這些分量對信號沒有貢獻，因此在測量中包括這些信號將會導(dǎo)致不期望的信號處理電路的動態(tài)范圍降低。

本報告對博世氣壓傳感器BMP581進行物理分析，涉及器件拆解、芯片剖析及材料分析等，并推測出MEMS芯片制造工藝和器件封裝工藝。此外，本報告還根據(jù)推測的MEMS芯片制造工藝，繪制了相應(yīng)的版圖。最后，我們檢索并分析了產(chǎn)品專利情況。具體如下：

1. 對BMP581進行開蓋并取出其中的MEMS芯片和ASIC芯片，這兩顆芯片通過硅膠粘接實現(xiàn)上下堆疊，ASIC芯片再通過有機膠與基板粘接，金屬蓋通過銀膠與基板粘接。MEMS芯片與ASIC芯片之間有6條引線，ASIC芯片與基板之間有9條引線。

博世氣壓傳感器BMP581封裝尺寸

博世氣壓傳感器BMP581整體視圖（X-Ray掃描圖）

2. 分別對ASIC芯片和MEMS芯片進行結(jié)構(gòu)剖析和材料分析，包括ASIC芯片的膜層結(jié)構(gòu)和成分，以及MEMS芯片的膜層結(jié)構(gòu)和成分、電容器、釋放孔及犧牲層等。同時，通過電學(xué)測量和結(jié)構(gòu)分析，推測出BMP581工作原理：通過2個氣壓敏感的可變電容器和2個固定的參考電容器的差動運算，輸出外界氣壓引起的凈電容變化。

博世氣壓傳感器BMP581電路（ASIC）芯片

博世氣壓傳感器BMP581傳感（MEMS）芯片

博世氣壓傳感器BMP581傳感（MEMS）芯片氣壓敏感區(qū)域剖面局部SEM照片

3. 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)剖析和材料分析，推測出MEMS芯片制造工藝：采用表面硅MEMS技術(shù)，利用兩層犧牲層工藝實現(xiàn)可變電容器和參考電容器結(jié)構(gòu)；推測出器件封裝工藝：采用系統(tǒng)級封裝技術(shù)（PCB基板+開孔金屬蓋）。

博世氣壓傳感器BMP581傳感（MEMS）芯片工藝流程部分示例

4. 根據(jù)MEMS芯片制造工藝及物理分析的結(jié)果，對MEMS芯片進行版圖提取，并對每張光刻掩模版進行說明。

博世氣壓傳感器BMP581傳感（MEMS）芯片版圖

5. 對BMP581產(chǎn)品專利進行檢索與分析，并提供專利到產(chǎn)品的映射關(guān)系，有助于其他廠商理解技術(shù)要點及專利保護范圍，并進行侵權(quán)關(guān)聯(lián)性分析，從而可以有效避免侵權(quán)糾紛的發(fā)生。

博世氣壓傳感器BMP581專利到產(chǎn)品的映射示例

報告目錄：

1. 報告綜述
- 報告摘要
- 分析流程及方法

2. 公司介紹
- 博世傳感技術(shù)（Bosch Sensortec）
- 分析產(chǎn)品介紹
- 其他同類產(chǎn)品

3. 物理分析
- 物理分析概述
- 物理分析方法及設(shè)備
- 器件工作原理
- 器件封裝
* 整體視圖
* 剖面分析
* 剖面成分
* 開蓋視圖
* 芯片集成
- 電路（ASIC）芯片
* 芯片尺寸及材料
* 芯片電路層
- 傳感（MEMS）芯片
* 芯片尺寸
* 框架區(qū)域
* 氣壓敏感區(qū)域
* 懸膜層
* 膜層結(jié)構(gòu)（電容器上極板層和下極板層）
* 膜層成分
* 釋放孔
* 氣壓敏感電容器
* 參考電容器
* 氣壓敏感等效電路原理圖
* 電學(xué)測試
* 金屬引線
* 焊盤
* 整體結(jié)構(gòu)圖

4. 制造工藝
- MEMS芯片工藝流程
- 封裝工藝流程

5. 版圖
- MEMS芯片版圖

6. 專利到產(chǎn)品的映射分析
- 分析流程及方法
- 博世專利概況
- 專利到產(chǎn)品的映射

審核編輯 ：李倩