適用于各種惡劣環(huán)境的壓力傳感器平臺

許多壓力傳感器應(yīng)用都需要具有集成信號調(diào)理功能的緊湊型 MEMS 器件； 然而，挑戰(zhàn)在于找到一種能夠支持應(yīng)用的體積和成本要求（包括壓力范圍方面的靈活性）的方法。 從工業(yè)應(yīng)用到醫(yī)療應(yīng)用，從售后市場到 OEM 汽車大批量項(xiàng)目，該解決方案被認(rèn)為是一個可以根據(jù)壓力范圍、溫度范圍和介質(zhì)兼容性進(jìn)行調(diào)整的平臺。

Merit Sensor TVC 傳感平臺是一種新方法，適用于需要較低壓力范圍并集成徑向密封件的應(yīng)用。 與限制壓力范圍和輸出配置變化的單芯片解決方案不同，這些應(yīng)用非常適合可定制的傳感器平臺，該平臺將 MEMS 器件和信號調(diào)理集成在一個緊湊、經(jīng)濟(jì)高效的封裝中。

傳感器平臺滿足確切的應(yīng)用需求

可定制的傳感器平臺集成了從全球領(lǐng)先、最大的 MEMS 傳感元件產(chǎn)品組合中選擇的高靈敏度 MEMS 器件，其中包括從 7 kPa 到 3.5 MPa 絕對值的最低范圍的器件，以及單獨(dú)的信號調(diào)節(jié)功能。 這幾乎支持任何具有現(xiàn)成組件的應(yīng)用，從而節(jié)省了生產(chǎn)特定尺寸和范圍的設(shè)備的投資。 帶有相關(guān)電子元件的信號調(diào)理 ASIC 固定在與苛刻介質(zhì)兼容的陶瓷基板上。 MEMS 傳感器固定在預(yù)成型的套圈式陶瓷壓力端口上，從而防止任何額外的潛在泄漏路徑。

MEMS 背面、陶瓷端口和連接材料是唯一暴露在介質(zhì)中的元件。 填充的陶瓷基板完全保護(hù)組件，因此不需要添加專用的介質(zhì)兼容涂層。 組件和信號調(diào)理符合 EMI/ESD 保護(hù)規(guī)范，因此一體式傳感器平臺最大限度地減少了對外部組件的需求。

雙組件解決方案在單獨(dú)的機(jī)械連接子組中包括信號調(diào)節(jié)和 MEMS。 這使 Merit Sensor 能夠選擇最終用戶應(yīng)用所需的精確 MEMS 壓力傳感器和信號調(diào)節(jié)輸出（模擬或 SENT）。 將兩個元件保持分離具有功能優(yōu)勢，并且還通過利用更高數(shù)量的 MEMS 單位成本提供更具成本效益的解決方案，即使信號調(diào)理需求因應(yīng)用而異。

MEMS 傳感元件被認(rèn)為是該平臺的關(guān)鍵組件。 TVC 系列與 HM 和 J 系列一起可涵蓋 7 kPa 至 3.5 MPa 的壓力應(yīng)用。 兩個系列均專為背面壓力測量而設(shè)計(jì)，HM 系列（惡劣環(huán)境 MEMS）還涵蓋從 100 kPa 到 3.5 MPa 的絕對配置。 J 系列是最靈敏的元件 (5333 μV/V/ psi = 760 μV/V/kPa)，用作應(yīng)變計(jì)配置（背面），包括卓越的壓力 (< 0.025% FS) 和熱滯后 (< 0.1% FS)，以便通過寬溫度范圍和低壓為信號調(diào)理提供穩(wěn)定的信號。

Merit Sensor 專有技術(shù)應(yīng)用于 MEMS 幾何形狀和配置，主要是玻璃厚度，以確保正確的機(jī)械去耦以獲得最佳的熱性能和穩(wěn)定性。 該平臺提供的三種芯片貼裝工藝可滿足不同的應(yīng)用需求，從而將最佳 MEMS 熱性能與爆破壓力以及所需的介質(zhì)兼容性相結(jié)合。 MEMS 傳感元件由 Merit Sensor 自己的晶圓廠開發(fā)，可對不同的解決方案提供直接和動態(tài)的控制。

為環(huán)境和成本選擇合適的附加過程

傳感平臺的幾何結(jié)構(gòu)緊湊，空腔和壓力端口具有針對空氣、流體和氣體的定義尺寸。 然而，準(zhǔn)確性和可靠性的一個重要因素是模具連接的選擇。 用于形成壓力密封和保護(hù)傳感器管芯及相關(guān)電路的傳統(tǒng)粘合劑被認(rèn)為是適用于非腐蝕性氣體和空氣的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，但它們最終會在惡劣的蒸汽或液體中軟化。 一旦密封破裂，傳感器電路就會損壞，從而導(dǎo)致常見的可靠性故障，如果導(dǎo)致產(chǎn)品召回或需要定期維護(hù)和更換傳感子系統(tǒng)，代價(jià)可能會很高。

另一方面，使用金錫焊接合金的共晶芯片鍵合即使在苛刻的流體、極寬的溫度范圍和高壓下也能提供氣密密封。 雖然這種金錫焊料比粘合劑貴很多，但與長期可靠性和維護(hù)成本方面的重大改進(jìn)相比，成本差異微乎其微。

使用隨 TVC 平臺引入的玻璃料的芯片貼裝工藝在可靠性、與粘合劑相比改進(jìn)的耐介質(zhì)性和中/低壓范圍內(nèi)的穩(wěn)定性方面被認(rèn)為是高爆破壓力的經(jīng)濟(jì)高效解決方案得益于接近硅的 TCE 密封材料。 MEMS 到端口組裝過程中的高溫 (> 300 °C) 固化過程可確保在寬溫度范圍應(yīng)用中的穩(wěn)定性。

Merit Sensor 在鋁上提供廣泛的 MEMS 連接工藝2O3陶瓷壓力端口，以支持傳感器介質(zhì)和環(huán)境要求，以及每個應(yīng)用的成本和可靠性要求。 MEMS 背面壓力測量以及平臺的專用芯片貼裝工藝可確保每個壓力范圍內(nèi)的安全爆破壓力。

可定制的壓力傳感平臺解決全方位的設(shè)計(jì)決策

Merit Sensor TVC 傳感模塊通過單一解決方案滿足各種面向應(yīng)用的需求。 這涵蓋了低壓、低于 100 kPa 的廢氣測量，僅在汽車領(lǐng)域高達(dá) 3.5 MPa 的空調(diào)氣體測量。 兩者都需要可靠的介質(zhì)兼容性，這涉及對 MEMS 芯片貼裝的深入了解，以及根據(jù)應(yīng)用溫度和各種其他環(huán)境要求匹配準(zhǔn)確的組件。

密封接頭以及如何選擇機(jī)械結(jié)合和電氣耦合傳感器主要取決于應(yīng)用類型、壓力范圍和溫度。 標(biāo)準(zhǔn)電氣連接可以通過引線框和引腳或無孔焊盤來實(shí)現(xiàn)。 粗線鍵合可用作無機(jī)械應(yīng)力的連接，適用于 -40 °C 至 +150 °C 的極大溫度范圍和低壓。 密封還需要注意材料（介質(zhì)兼容）和公差（泄漏），以及確定沒有或有真空的壓力范圍，這將需要固定傳感器以避免負(fù)壓/正壓引起的任何移動穿越。

壓力端口配置允許徑向密封并限制與介質(zhì)接觸的材料（簡化設(shè)計(jì)），擴(kuò)展并滿足 Merit Sensor 封裝傳感模塊解決方案。 無機(jī)械應(yīng)力設(shè)計(jì)支持使用非常靈敏的 MEMS 元件，理想地支持當(dāng)前可用的最具挑戰(zhàn)性應(yīng)用所需的低壓，這些應(yīng)用包括燃料蒸汽、廢氣和燃料壓力。 14 x 10 x 4 mm 緊湊型幾何傳感模塊包括所有基本組件。

使用現(xiàn)代 ASIC 支持模擬或 SENT 輸出允許從三個外部焊盤進(jìn)行設(shè)置和校準(zhǔn)，這確實(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)編程（可追溯性）和定制（輸出值、參數(shù)），即使傳感模塊之前已安裝在住房。 TVC 系列經(jīng)過溫度和壓力校準(zhǔn)，在 -2.5 °C 至 +40 °C 之間的精度優(yōu)于 125 %FS。 精度會因壓力范圍和 MEMS 連接技術(shù)而異。

審核編輯：郭婷