敏芯发布面向汽车进气歧管压力传感应用的高性价比MEMS压力芯片模块
2014-11-13 17:25:53 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
苏州敏芯发布面向汽车进气歧管压力传感应用的高性价比MEMS压力芯片模块：MSP-AC2系列硅压力传感器，可以提供精确的、与进气歧管压力线性相关的电压输出。这一系列具备标准LGA封装形式的、未补偿的传感器件为用户提供了灵活的使用方式。
1. 引言
在机动车的发动机进气系统中，需要对进气量进行精确的测量，以便ECU根据进气量的大小控制喷油量。而进气量的测量一般是通过测量节气门后方的进气歧管内绝对压力的变化实现的，这里用到的压力传感器成为进气歧管压力传感器，英文简称MAP，Manifold Abosolute Pressure。
目前，基于MEMS压敏电阻式原理的MAP传感器在家用轿车以及商用货车的电喷系统中被广泛地使用，其具有响应时间快，检测精度高、尺寸小并且安装灵活等优点。图1是国外某款典型的MAP传感器以及其安装位置：
图1 MAP传感器以及其安装位置
近几年来，MAP传感器的应用领域随着发动机技术以及国内法令法规的调整而出现了新的拓展与延伸，其中包括：
1) 随着涡轮增压技术越来越普遍的使用，进气歧管的压力测量范围从传统的1 BAR逐步向高压力范围延伸，2 BAR至4 BAR的新型MAP传感器出货量快速增长。这对传统的基于MEMS原理的压力传感芯片提出了更高的技术要求。那些MEMS技术路线陈旧的芯片厂商，将由于无法适应新的高压力测量要求而被淘汰出局。
2) 传统的MAP传感器仅仅应用在汽车中，在中国国内，摩托车由于排放标准的历史原因，目前是采用普通化油器的技术而非电喷技术实现排放控制。但是，最近制定的国四排放标准已强制电喷，这就意味着摩托车在未来（预计是2017年）将强制采用电喷技术，这对于MAP压力传感器而言，有利的是可进入市场容量迅速膨胀，不利的是对价格提出了更加苛刻的要求，那些即使采用了MEMS技术，但是不能从性能价格比角度优化成本的芯片厂商将无法适应新的市场要求。
2. 新型MEMS压力传感芯片模块MSP-AC2简介
MSP-AC2系列硅压力传感器，可以提供精确的、与进气歧管压力线性相关的电压输出。 这一系列具备标准LGA封装形式的、未补偿的传感器件为用户提供了灵活的使用方式，使MAP传感器制造商可以方便地设计与添加后续的信号处理电路。
图2 新型MEMS压力传感芯片模块MSP-AC2
针对温度和非线性度进行的补偿，对于此系列产品是比较简单的，这是因为此系列产品性能具有高度的一致性和可重复性。之所以有这样的特性，这是由于敏芯的优化的器件设计、独有的传感器加工工艺所造就的。
得益于敏芯微电子长期在MEMS器件量产中获得的经验与形成的技术与成本优势，MSP-AC2系列可以满足从1 BAR到4 BAR广泛的压力范围，同时对于诸如摩托车电喷、后装配件等对成本非常敏感的市场领域，MSP-AC2系列具备了非常强大的性价比优势。
图3 MEMS压力传感芯片模块MSP-AC2原理图
| 管脚号 | 符号 | 定义 |
| 1 | -VOUT,1 | 输出电压负端子1 |
| 2 | +VS | 输入电压正端子 |
| 3 | +VOUT | 输出电压正端子 |
| 4 | 空 | |
| 5 | GND | 输入电压负端子 |
| 6 | -VOUT,2 | 输出电压负端子2 |
MSP-AC2系列微型硅压力传感模块的主要具体型号见下表：
| 型号 | 量程 | 供货状态 |
| MSP100-AC2 | 1.1 BAR | 已量产 |
| MSP250-AC2 | 2.5 BAR | 已量产 |
| MSP300-AC2 | 3.0 BAR | 已量产 |
| MSP350-AC2 | 3.5 BAR | 已量产 |
| MSP400-AC2 | 4.0 BAR | 已量产 |
MSP-AC2系列微型硅压力传感模块的主要技术指标见下表：
最大绝对额定参数
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
| 过载压力(1) | PIN,MAX | 3 X POP | 千帕 |
| 爆破压力(2) | PBST | 5 X POP | 千帕 |
| 存储温度 | TSTG | -50 至 +135 | 摄氏度 |
| 工作温度 | TOP | -40 至 +125 | 摄氏度 |
| 机械冲击 | ACCMAX | 1000 | 重力加速度 |
工作条件参数 (如非特殊说明，TOP = 25摄氏度)
电器学参数 (如非特殊说明，VOP = 5伏、TOP = 25摄氏度)
机械参数
备注：
1. 过载压力是器件能够在保证精度的前提下能够承受的最大压力。
2. 爆破压力是器件能够承受的最大压力。如果超过此阈值，器件可能会产生不可恢复的损坏。
3. 这是在恒定压力激励的前提下，此时通过桥臂的电流需要具体计算。
4. 这是在恒定电流激励的前提下，此时在桥臂输出端产生的的电压需要具体计算。
5. 器件的精度一般取决于下列若干项参数指标：
* 线性度：是指器件在测量压力范围内，实际输出与理想中的与输入呈线性变化的输出曲线之间的最大偏差
* 回滞特性：是指器件在测量压力范围内、从25摄氏度向工作温区的最低温与最高温之间循环是产生的最大偏差
* TCVOFF：是指器件的零点误差，以25摄氏度为基准计算，在额定的工作温度区间内的最大变化量（相对于满量程输出）
* TCSP：是指器件的满量程输出，以25摄氏度为基准计算，在额定的工作温度区间内的最大变化量（相对于满量程输出）
6. 恒压 = 5V 的条件下测得，为前期测试数据，后期预计会有改进。
7. 恒流 = 1mA 的条件下测得，为前期测试数据，后期预计会有改进。
3. 应用方案
敏芯微电子基于MSP-AC2系列压力传感模块的特点，针对MAP压力传感器，提出了一套技术可行、成本低廉、性能优越的方案，如下图所示。
图4 MAP压力传感器应用方案
关于温度补偿，对于精度要求较高的场合（2%FS），用户可采用单颗标定的方式；对于低成本应用，精度要求相对较低的场合，由于MSP-AC2具有良好的温度特性的一致性，用户可以采用批量校准，统一写入校准参数的方式，敏芯的工程技术人员可以为用户提供相应的技术支持，以最大程度上降低客户端的标定成本。
4. 常见问题
1) MSP-AC2压力传感模块是否可以进行表面贴装？
解答：是的，敏芯独特的LGA封装形式是为表面贴装工艺优化的，以降低客户端的封装成本。
2) MSP-AC2压力传感模块对进气气路中的水汽、油污等杂质是否敏感？
解答：该系列产品在封装过程中，芯片表面应用了具有高抗腐蚀、防水特性的特殊介质，水汽，一般性杂质不会对芯片造成腐蚀。
3) MSP-AC2压力传感模块对压力冲击是否敏感，有无做过相应的可靠性测试？
解答：该系列产品经过了长达20万次的2倍量程的压力冲击，冲击后器件无损坏，并且压力传感特性的变化在指标之内。