《Merit Sensor压力传感器（TR系列）及MEMS芯片（HM系列）产品分析》
2022-03-18 10:52:43   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Product Analysis of Merit Sensor’s Pressure Sensor (TR Series) and MEMS Chip (HM Series)

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Merit Sensor是压阻式压力传感器和传感器解决方案的领先制造商，为Merit Medical子公司，总部位于美国犹他州南约旦。1991年，Merit Medical董事长创立了Sentir Semiconductor。1999年，Sentir Semiconductor与Merit Medical垂直整合，2002年，Sentir Semiconductor更名为Merit Sensor。2004年，Merit Medical园区开始建造4英寸MEMS晶圆制造厂。

Merit Sensor压力传感器MEMS晶圆

Merit Sensor的MEMS晶圆厂占地40,000平方英尺，实际使用面积15,000平方英尺，基于成熟的MEMS制造工艺平台，有助于其压力传感器的大批量生产，尤其是苛刻环境下应用的压力传感器。公司内部的MEMS晶圆厂使其能够密切监控生产过程，确保生产出高质量的MEMS芯片，所有的产品都符合RoHS、REACH、AEC-Q100标准。此外，他们还通过了ISO9001:2015（质量管理体系）和ISO14001:2015（环境管理体系）认证。

据麦姆斯咨询介绍，Merit Sensor的TR系列压力传感器是一种坚固耐用的直接介质压力监测解决方案，专为当今最严苛的压力传感环境而设计。TR系列压力传感器采用基于Senstium®技术的HM系列MEMS芯片，利用ASIC芯片进行信号管理，包括补偿、放大输出等，可应用于工业（HVAC系统、工业自动化、过程监控、水位和压力监测等）、汽车（变速箱油压、燃油系统压力等）、医疗（诊断和分析设备）等领域。

TR系列压力传感器主要特点：
- 专为空气、液体和严苛气体环境而设计
- 宽温度范围（-40℃~150℃），总输出误差小于2.5%
- 最高检测压力500 psi（34.5 bar）
- 集成先进的ASIC芯片，实现完全补偿

本报告分析的TR系列压力传感器产品型号

Merit Sensor的HM系列MEMS芯片专为从低压到中压的严苛环境应用而设计。该系列MEMS芯片结构为压阻式惠斯通电桥设计，采用Senstium®技术，提供宽温度范围内（-40℃至150℃）的高性能和稳定信号输出。

HM系列MEMS芯片主要特点：
- 专为空气、液体和严苛气体环境而设计
- 压力范围：15~500 psi（1 to 34.5 bar; 103 to 3,447 KPa）
- 闭环惠斯通电桥，配置温度二极管
- 优秀的线性度和零点漂移
- AEC-Q100认证

本报告分析的HM系列MEMS芯片产品型号

Merit Sensor的TR系列压力传感器的敏感元件是HM系列MEMS芯片，其工作原理是基于半导体材料（硅）的压阻效应。HM系列MEMS芯片核心敏感区域是在硅膜的特定方向上掺杂形成4个等值的半导体电阻，并连接成惠斯通电桥。当硅膜受到外界压力作用时，半导体电阻会产生变化，造成电桥失去平衡，便可得到与被测压力成一定函数关系（通常为正比）的输出电压，从而达到测量压力的目的。

由于压阻式MEMS芯片信号输出具有零点漂移的问题，因此采用ASIC芯片对输出信号进行补偿、放大和校准等，能够覆盖较宽的温度范围，并确保压力信号的准确性。TR系列压力传感器利用系统级封装（SiP）技术将MEMS芯片和ASIC芯片集成。

本报告对Merit Sensor压力传感器（TR系列）及MEMS芯片（HM系列）进行物理分析，涉及器件拆解、芯片剖析及材料分析等，并推测MEMS芯片制造工艺、晶圆级封装工艺和器件级封装工艺。此外，本报告还概述了Merit Sensor专有技术平台Sentium®，对其不同系列MEMS芯片和器件进行对比分析。最后，我们还根据HM系列MEMS芯片制造工艺，选择合适的中国MEMS代工制造平台，并进行流片成本分析。具体内容如下：

1. 对TR系列压力传感器进行开盖及板级分析，包括电路分析、材料分析和无源器件分析等，由此可知该传感器主要包括MEMS芯片、ASIC芯片、电容、电阻、陶瓷PCB、塑封盖、金属套管。对ASIC芯片电路部分的膜层结构和工艺节点进行分析。

TR系列压力传感器外观及尺寸

TR系列压力传感器开盖

2. 对HM系列MEMS芯片进行物理分析，该MEMS芯片为“玻璃-硅-玻璃”三层结构，MEMS结构部分位于中间硅层，上下玻璃为晶圆级封装结构。重点对MEMS结构部分进行物理分析，包括膜层结构和材料分析，以及惠斯通电桥结构和其它特殊膜层结构分析等。

HM系列MEMS芯片分析

3. 对HM系列MEMS芯片制造工艺和晶圆级封装工艺进行分析与推测，其离子注入分为重掺和轻掺两次，硅槽采用湿法各向异性腐蚀，晶圆级封装采用两次阳极键合工艺。对TR系列压力传感器封装工艺进行分析与推测，其采用PCB外围线路方法，将各独立组件焊接至陶瓷PCB。

TR系列压力传感器封装工艺展示（部分）

4. 对Merit Sensor专有技术平台Sentium®及压力传感器相关产品进行概述。对中国MEMS代工制造平台进行选择，分析MEMS芯片制造成本和售价，并与Merit Sensor提供的售价进行对比。

Merit Sensor不同系列芯片对比

报告目录：

1. 报告综述
- 报告摘要
- 分析流程及方法

2. 公司介绍
- Merit Sensor
- 公司专利概况
- 分析产品介绍
- 其他同类公司

3. 物理分析
- 物理分析概述
- 物理分析方法
- 器件工作原理
- 器件结构
  * 整体视图
  * 开盖视图
  * PCB框图
- 电容（Capacitor）
- 电阻（Resistor）
- 电路（ASIC）芯片
- 陶瓷PCB
- 传感（MEMS）芯片
  * 芯片整体视图
  * 芯片开盖视图
  * 芯片剖面
  * 敏感膜结构和成分
  * 绝缘层结构和成分
  * 金属互连结构和成分
  * 惠斯通电桥：结构、轻掺区（压阻条）、重掺区、版图
  * 温度传感PN结
  * 硅槽结构
  * 表面特殊膜层
  * 晶圆级键合（玻璃-硅-玻璃）

4. 制造工艺
- MEMS芯片工艺流程
- 晶圆级封装工艺流程
- 器件级封装工艺流程

5. 专有技术平台：Sentium®
- Sentium概述
- 不同系列芯片对比
- 不同系列器件对比

6. MEMS代工评估
- 中国MEMS代工制造平台选择
- MEMS芯片成本预估
- MEMS芯片售价预估

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