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MEMS传感器封装是短板,盾安填补国内暖通制冷领域空白

作者:王金旺时间:2017-09-14来源:电子产品世界

传感器——“简单好用+便宜”

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201709/364300.htm

  相对于而言,是一个比较新的技术分支,其拥有多种性能优势,包括无机械疲劳或老化、输出信号稳定、灵敏度高、体积小、适合批量大规模生产等。就体积而言,其封装可以做到1mm x 1mm,甚至更小。另外,低压应用封装结构灵活,可实现晶圆级封装,可与ASIC单片/系统集成,这些优点也使得其得以迅速崛起,到现在已经基本成熟起来。

  但是在生产和应用过程中,的缺点也表现地较为突出。例如MEMS晶圆芯体生产工艺相对复杂;在不锈钢充油和倒装焊技术中,中高压封装成本较高等。

  主流压力传感器按照检测原理和器件结构基本可以划分为:不锈钢微熔传感器、陶瓷/电容式传感器、压阻式传感器及电容式传感器。而MEMS技术主要用来替代传统的压阻式和电容式传感器。由于压阻式压力传感器具有核心简单、信号处理简单、可靠性高等优点,“简单好用+便宜”使得压阻式占据了大部分的市场份额,电容式仅有很小的一部分。主流压力传感器的市场状况如图1所示。

图1 主流压力传感器市场划分(根据检测原理及结构)

  虽然MEMS传感器在替代传统的传感器器件,但是不锈钢和传统的陶瓷类技术仍然占有较大的市场份额。其主要原因是MEMS的封装技术至今仍无法突破,这对MEMS传感器进一步推广和应用形成了很大的阻碍。

MEMS传感器芯片需要针对封装进行特殊优化

  可以说,一个好的芯片只有拥有好的封装才算拥有“不死之身”。就作用而言,封装主要解决以下几个问题:

  1)腐蚀和导电性介质的兼容问题;

  2)高温介质;

  3)振动,包括尖峰压力/爆破压力、大电压冲击、封装(热)应力等。

  目前,针对MEMS传感器主要有三种主流的封装方案,即MEMS+硅凝胶、扩散硅-不锈钢充油和倒装焊,三种封装示意图如图2所示。

图2 三种主流封装方案

  MEMS芯片设计都需要考虑封装,甚至针对封装进行特殊优化。图3给出了几个较好的针对封装进行特殊优化设计的MEMS芯片方案。其中,上面采用了玻璃仓加硅模的方案,特点是电阻处于真空中,抗环境干扰能力强,稳定性好;下面是三家主流厂商TSV和TGV倒装焊结构,其特点是没有Wire bond、抗振动冲击,同时,有些技术方案中应用了SiO2介质隔离,从而能够适应高温环境。另外,据传感科技公司技术总监段飞表示,传感科技自主研发设计的一款MEMS芯片中也针对封装进行了特殊优化。

图3 针对封装对MEMS芯片进行特殊优化实例

填补国内暖通制冷领域空白

  盾安环境作为空调配件及智能配件领域龙头企业,其部分阀件产品在世界市场占有率高达50%~60%。盾安传感科技(以下简称盾安)作为盾安环境与美国Microlux于2014年共同成立的以传感技术为核心业务的中美合资企业,在2017 Sensor China展会上,其主要展出独特的恶劣介质兼容的MEMS压力传感器,主要应用于空调暖风制冷、汽车、工业等领域。

盾安传感科技公司技术总监段飞

恶劣介质兼容

  恶劣介质兼容作为盾安此次展出的MEMS压力传感器主要特征,其兼容的恶劣介质主要包括:

  1)制冷剂。像商用空调中常用的410A制冷剂,汽车空调上常用的R134A制冷剂,甚至包括二氧化碳的,这是一个媒介,你要能适应这些我们的制冷剂。

  2)极限温度。像热泵的从-40℃到135℃环境,你的传感器要能够适应。

  3)强压力。普通MEMS传感器的扩展压力和爆破压力一般是两倍到三倍。盾安在其中央空调上需要能够承受五倍到九倍的指标,包括机械过载压力,温度冲击(从-40℃到130℃高低温的循环),还有像湿热的环境。

  4)电导。比如说你的静电的指标,你的绝缘耐压的指标,这一套指标以前是日本企业为导向来制定的,它的要求非常高的,可以这么说,远远超过阀件(空调其他配件)的标准。

产品结构

空调配件+特种空调

  盾安主要产品方向之一是针对空调领域,包括空调配件(家用和商用)及整机业务,其中征集业务主要针对特种空调,例如核电站空调、轨道空调等。

燃油汽车+特种汽车

  另外,针对汽车方面,盾安也有两款产品,分别针对燃油车和纯电动汽车。尤其是在纯电动汽车应用中,不仅需要考虑空调问题,还需要考虑电池的热管理,而针对电动汽车的管理,盾安可以提供一个温度和压力集成的产品。在电动汽车方面,盾安如今在与国内最大的电动汽车厂商合作。

  其中,空调暖风制冷领域(Heating Ventilation Air Conditioning,HVAC)是盾安的主要发展领域之一,其包括家用领域和商用领域。目前,由于商用领域对传感器的要求较高,因而已经大量应用,例如中央空调。作为公共安全设施,因其高标准,该领域的大部分市场被美国和日本公司占据长期以来,如今,盾安传感科技在这一领域填补了国内的空白。

自主技术产权+突破性技术

  谈及盾安的在市场中竞争优势时,段飞总监表示,盾安在同行业内主要有两个竞争优势:

  1)我们是完全具备了自主产权的核心技术。例如我们有完全自主创新的MEMS晶圆技术、芯片封装技术。

  2)我们的技术是突破性的,这会使得使用我们技术的产品有更好的性价比,会重新打破这个行业,继续行业的一个革新,这样也使我们在市场上保持一个非常充分的竞争能力。

未来发展规划

  如前所述,盾安在封装方面拥有自己独特的产线;其产品,无论是空调系统,还是配件,除了要满足自主配套之外,都是进行对外销售的。未来几年之内,像物联网、智能汽车,这些都将是热门话题,而传感器是物联网的终端,必将一直是一个技术热点,盾安目前主要是在MEMS压力传感器方面,其在未来将持续为行业带来突破性产品和行业解决方案。



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