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《博世氣壓傳感器BMP581產(chǎn)品分析》

MEMS ? 來源:MEMS ? 作者:MEMS ? 2022-11-23 11:08 ? 次閱讀

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(shí)間;而在深度待機(jī)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(bǔ)償、片上FIFO緩沖器(最多32個(gè)壓力采樣)。

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博世氣壓傳感器BMP581及其功能框圖

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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(dòng)態(tài)范圍等顯著優(yōu)點(diǎn)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(gè)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(dòng)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(shí)現(xiàn)氣壓敏感,即可動(dòng)極板受到外界氣壓影響而發(fā)生形變,使得兩個(gè)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。

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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(gè)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(jì)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(hào)沒有貢獻(xiàn),因此在測量中包括這些信號(hào)將會(huì)導(dǎo)致不期望的信號(hào)處理電路的動(dòng)態(tài)范圍降低。

本報(bào)告對博世氣壓傳感器BMP581進(jìn)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(bào)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(jìn)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(shí)現(xiàn)上下堆疊,ASIC芯片再通過有機(jī)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。

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博世氣壓傳感器BMP581封裝尺寸

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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(jìn)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(shí),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(gè)氣壓敏感的可變電容器和2個(gè)固定的參考電容器的差動(dòng)運(yùn)算,輸出外界氣壓引起的凈電容變化。

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博世氣壓傳感器BMP581電路(ASIC)芯片

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博世氣壓傳感器BMP581傳感(MEMS)芯片

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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(shí)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(jí)封裝技術(shù)(PCB基板+開孔金屬蓋)。

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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(jìn)行版圖提取,并對每張光刻掩模版進(jìn)行說明。

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博世氣壓傳感器BMP581傳感(MEMS)芯片版圖

5. 對BMP581產(chǎn)品專利進(jìn)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(diǎn)及專利保護(hù)范圍,并進(jìn)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。

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博世氣壓傳感器BMP581專利到產(chǎn)品的映射示例

報(bào)告目錄:

1. 報(bào)告綜述
- 報(bào)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
* 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

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原文標(biāo)題:《博世氣壓傳感器BMP581產(chǎn)品分析》

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