适用于各种恶劣环境的压力传感器平台

许多压力传感器应用都需要具有集成信号调理功能的紧凑型 MEMS 器件； 然而，挑战在于找到一种能够支持应用的体积和成本要求（包括压力范围方面的灵活性）的方法。 从工业应用到医疗应用，从售后市场到 OEM 汽车大批量项目，该解决方案被认为是一个可以根据压力范围、温度范围和介质兼容性进行调整的平台。

Merit Sensor TVC 传感平台是一种新方法，适用于需要较低压力范围并集成径向密封件的应用。 与限制压力范围和输出配置变化的单芯片解决方案不同，这些应用非常适合可定制的传感器平台，该平台将 MEMS 器件和信号调理集成在一个紧凑、经济高效的封装中。

传感器平台满足确切的应用需求

可定制的传感器平台集成了从全球领先、最大的 MEMS 传感元件产品组合中选择的高灵敏度 MEMS 器件，其中包括从 7 kPa 到 3.5 MPa 绝对值的最低范围的器件，以及单独的信号调节功能。 这几乎支持任何具有现成组件的应用，从而节省了生产特定尺寸和范围的设备的投资。 带有相关电子元件的信号调理 ASIC 固定在与苛刻介质兼容的陶瓷基板上。 MEMS 传感器固定在预成型的套圈式陶瓷压力端口上，从而防止任何额外的潜在泄漏路径。

MEMS 背面、陶瓷端口和连接材料是唯一暴露在介质中的元件。 填充的陶瓷基板完全保护组件，因此不需要添加专用的介质兼容涂层。 组件和信号调理符合 EMI/ESD 保护规范，因此一体式传感器平台最大限度地减少了对外部组件的需求。

双组件解决方案在单独的机械连接子组中包括信号调节和 MEMS。 这使 Merit Sensor 能够选择最终用户应用所需的精确 MEMS 压力传感器和信号调节输出（模拟或 SENT）。 将两个元件保持分离具有功能优势，并且还通过利用更高数量的 MEMS 单位成本提供更具成本效益的解决方案，即使信号调理需求因应用而异。

MEMS 传感元件被认为是该平台的关键组件。 TVC 系列与 HM 和 J 系列一起可涵盖 7 kPa 至 3.5 MPa 的压力应用。 两个系列均专为背面压力测量而设计，HM 系列（恶劣环境 MEMS）还涵盖从 100 kPa 到 3.5 MPa 的绝对配置。 J 系列是最灵敏的元件 (5333 µV/V/ psi = 760 µV/V/kPa)，用作应变计配置（背面），包括卓越的压力 (< 0.025% FS) 和热滞后 (< 0.1% FS)，以便通过宽温度范围和低压为信号调理提供稳定的信号。

Merit Sensor 专有技术应用于 MEMS 几何形状和配置，主要是玻璃厚度，以确保正确的机械去耦以获得最佳的热性能和稳定性。 该平台提供的三种芯片贴装工艺可满足不同的应用需求，从而将最佳 MEMS 热性能与爆破压力以及所需的介质兼容性相结合。 MEMS 传感元件由 Merit Sensor 自己的晶圆厂开发，可对不同的解决方案提供直接和动态的控制。

为环境和成本选择合适的附加过程

传感平台的几何结构紧凑，空腔和压力端口具有针对空气、流体和气体的定义尺寸。 然而，准确性和可靠性的一个重要因素是模具连接的选择。 用于形成压力密封和保护传感器管芯及相关电路的传统粘合剂被认为是适用于非腐蚀性气体和空气的一种经济有效的方法，但它们最终会在恶劣的蒸汽或液体中软化。 一旦密封破裂，传感器电路就会损坏，从而导致常见的可靠性故障，如果导致产品召回或需要定期维护和更换传感子系统，代价可能会很高。

另一方面，使用金锡焊接合金的共晶芯片键合即使在苛刻的流体、极宽的温度范围和高压下也能提供气密密封。 虽然这种金锡焊料比粘合剂贵很多，但与长期可靠性和维护成本方面的重大改进相比，成本差异微乎其微。

使用随 TVC 平台引入的玻璃料的芯片贴装工艺在可靠性、与粘合剂相比改进的耐介质性和中/低压范围内的稳定性方面被认为是高爆破压力的经济高效解决方案得益于接近硅的 TCE 密封材料。 MEMS 到端口组装过程中的高温 (> 300 °C) 固化过程可确保在宽温度范围应用中的稳定性。

Merit Sensor 在铝上提供广泛的 MEMS 连接工艺2O3陶瓷压力端口，以支持传感器介质和环境要求，以及每个应用的成本和可靠性要求。 MEMS 背面压力测量以及平台的专用芯片贴装工艺可确保每个压力范围内的安全爆破压力。

可定制的压力传感平台解决全方位的设计决策

Merit Sensor TVC 传感模块通过单一解决方案满足各种面向应用的需求。 这涵盖了低压、低于 100 kPa 的废气测量，仅在汽车领域高达 3.5 MPa 的空调气体测量。 两者都需要可靠的介质兼容性，这涉及对 MEMS 芯片贴装的深入了解，以及根据应用温度和各种其他环境要求匹配准确的组件。

密封接头以及如何选择机械结合和电气耦合传感器主要取决于应用类型、压力范围和温度。 标准电气连接可以通过引线框和引脚或无孔焊盘来实现。 粗线键合可用作无机械应力的连接，适用于 -40 °C 至 +150 °C 的极大温度范围和低压。 密封还需要注意材料（介质兼容）和公差（泄漏），以及确定没有或有真空的压力范围，这将需要固定传感器以避免负压/正压引起的任何移动穿越。

压力端口配置允许径向密封并限制与介质接触的材料（简化设计），扩展并满足 Merit Sensor 封装传感模块解决方案。 无机械应力设计支持使用非常灵敏的 MEMS 元件，理想地支持当前可用的最具挑战性应用所需的低压，这些应用包括燃料蒸汽、废气和燃料压力。 14 x 10 x 4 mm 紧凑型几何传感模块包括所有基本组件。

使用现代 ASIC 支持模拟或 SENT 输出允许从三个外部焊盘进行设置和校准，这确实支持数据编程（可追溯性）和定制（输出值、参数），即使传感模块之前已安装在住房。 TVC 系列经过温度和压力校准，在 -2.5 °C 至 +40 °C 之间的精度优于 125 %FS。 精度会因压力范围和 MEMS 连接技术而异。

审核编辑：郭婷