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

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 器件和信號調理集成在一個緊湊、經濟高效的封裝中。

傳感器平臺滿足確切的應用需求

可定制的傳感器平臺集成了從全球領先、最大的 MEMS 傳感元件產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，以及單獨的信號調節功能。 這幾乎支持任何具有現成組件的應用，從而節省了生產特定尺寸和范圍的設備的投資。 帶有相關電子元件的信號調理 ASIC 固定在與苛刻介質兼容的陶瓷基板上。 MEMS 傳感器固定在預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中的元件。 填充的陶瓷基板完全保護組件，因此不需要添加專用的介質兼容涂層。 組件和信號調理符合 EMI/ESD 保護規范，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的機械連接子組中包括信號調節和 MEMS。 這使 Merit Sensor 能夠選擇最終用戶應用所需的精確 MEMS 壓力傳感器和信號調節輸出（模擬或 SENT）。 將兩個元件保持分離具有功能優勢，并且還通過利用更高數量的 MEMS 單位成本提供更具成本效益的解決方案，即使信號調理需求因應用而異。

MEMS 傳感元件被認為是該平臺的關鍵組件。 TVC 系列與 HM 和 J 系列一起可涵蓋 7 kPa 至 3.5 MPa 的壓力應用。 兩個系列均專為背面壓力測量而設計，HM 系列（惡劣環境 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)，用作應變計配置（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理提供穩定的信號。

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

為環境和成本選擇合適的附加過程

傳感平臺的幾何結構緊湊，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傳感器管芯及相關電路的傳統粘合劑被認為是適用于非腐蝕性氣體和空氣的一種經濟有效的方法，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，從而導致常見的可靠性故障，如果導致產品召回或需要定期維護和更換傳感子系統，代價可能會很高。

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成本方面的重大改進相比，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、與粘合劑相比改進的耐介質性和中/低壓范圍內的穩定性方面被認為是高爆破壓力的經濟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用中的穩定性。

Merit Sensor 在鋁上提供廣泛的 MEMS 連接工藝2O3陶瓷壓力端口，以支持傳感器介質和環境要求，以及每個應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的安全爆破壓力。

可定制的壓力傳感平臺解決全方位的設計決策

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

密封接頭以及如何選擇機械結合和電氣耦合傳感器主要取決于應用類型、壓力范圍和溫度。 標準電氣連接可以通過引線框和引腳或無孔焊盤來實現。 粗線鍵合可用作無機械應力的連接，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接觸的材料（簡化設計），擴展并滿足 Merit Sensor 封裝傳感模塊解決方案。 無機械應力設計支持使用非常靈敏的 MEMS 元件，理想地支持當前可用的最具挑戰性應用所需的低壓，這些應用包括燃料蒸汽、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。

使用現代 ASIC 支持模擬或 SENT 輸出允許從三個外部焊盤進行設置和校準，這確實支持數據編程（可追溯性）和定制（輸出值、參數），即使傳感模塊之前已安裝在住房。 TVC 系列經過溫度和壓力校準，在 -2.5 °C 至 +40 °C 之間的精度優于 125 %FS。 精度會因壓力范圍和 MEMS 連接技術而異。

審核編輯：郭婷