Specifiche comuni per le matrici in silicone MEMS

Per valutare la qualità e le prestazioni di un die in silicio MEMS, i clienti devono fare affidamento sulle specifiche, almeno fino a quando non possono testare le parti da soli.

La cosa principale da capire sugli stampi MEMS è che quando sono esposti a pressione o temperatura, produrranno un'uscita corrispondente, che sarà in millivolt, a condizione che sia stata fornita una tensione di ingresso o una tensione di eccitazione. L'uscita in millivolt dal die MEMS è essenzialmente il valore della pressione. Pertanto, la caratteristica generale da cercare in qualsiasi stampo MEMS è un output stabile e ripetibile quando il die viene testato in varie condizioni.

Questo articolo discute le specifiche comuni utilizzate per caratterizzare le prestazioni di uno stampo del sensore di pressione in diverse condizioni operative.

I primi gruppi di specifiche che discuteremo sono comunemente usati per caratterizzare come si comporterà il dado MEMS a temperatura ambiente (25 ° C).

Resistenza del ponte (o impedenza): Indica la resistenza (dalla legge di Ohm la tensione divisa per la corrente) misurata attraverso il ponte. A causa del nostro Ponte di Wheatstone progettare insieme al nostro Sentium® e MeritI processi Ultra™, la resistenza di ingresso (da +E a -E) e la resistenza di uscita (da +O a -O) su tutti i nostri die sono gli stessi.

Offset (o tensione di uscita a pressione zero): Indica la differenza, a pressione zero, tra l'uscita zero e l'uscita effettiva dello stampo MEMS. Senza alcun offset, a pressione zero l'uscita sarebbe 0 mV/V. Tuttavia, con un offset di ±10 mV/V, la differenza con 5 volt di eccitazione potrebbe essere ±50 mV. Fare riferimento all'immagine della funzione di trasferimento di seguito.

Sensibilità (o intervallo): Sensibilità e span sono, in generale, sinonimi. I due termini sono usati per indicare l'uscita elettrica, o la risposta, del die MEMS a una pressione applicata e una tensione di alimentazione. È tipicamente rappresentato dalla pendenza di una linea su un grafico con uscita su un asse e pressione (per una data tensione di alimentazione) sull'altro asse. Fare riferimento all'immagine della funzione di trasferimento di seguito. La sensibilità è generalmente espressa in termini di microvolt per volt per psi (µV/V/psi).

Non linearità (o linearità): Questo mostra quanto sia lineare/non lineare l'output. L'output ideale è perfettamente lineare. Ad esempioample, ad un'alimentazione costante di 5 volt, per ogni libbra per pollice quadrato che la pressione dovesse aumentare, l'uscita in millivolt aumenterebbe linearmente, come mostrato nell'immagine della funzione di trasferimento sopra. La non linearità della pressione viene calcoolata misurando, nel punto medio del campo di pressione, una delle due differenze: una è tra l'uscita effettiva e la linea retta più adatta (BFSL) o l'altra è tra l'uscita effettiva e la linea invisibile che collega i due estremi dell'output effettivo. Questa linea è chiamata linea del punto finale o base terminale. Fare riferimento all'immagine sottostante. L'output effettivo mostrato in questa immagine è stato esagerato per l'illustrazione. Sia che la non linearità della pressione sia basata sul BFSL o sulla linea del punto finale, è espressa come percentuale dell'uscita a fondo scala (FSO).

Isteresi della pressione: Mostra il delta, o differenza, dell'uscita a pressione zero e poi fino a pressione di fondo scala e poi di nuovo a pressione zero. L'ideale sarebbe non avere isteresi di pressione, il che significa che l'uscita sarebbe esattamente la stessa ogni volta che la pressione tornasse a zero. Questa specifica vi darà un'indicazione della ripetibilità dello stampo. L'isteresi di pressione è espressa come percentuale dell'uscita a fondo scala (FSO).

Le prossime tre specifiche indicano come si comporterà una parte in un intervallo di temperatura specificato. A Merit Sensor tutti gli stampi MEMS sono testati in un intervallo di temperatura da -40 a 150 °C. Queste tre specifiche sono effetti di primo ordine.

Coefficiente di compensazione della temperatura (TCO): Questo è anche noto come coefficiente di temperatura a pressione zero (TCZ). Questo indica che l'offset cambia a pressione zero al variare della temperatura.

Coefficiente di resistenza alla temperatura (TCR): Questo indica come cambia la resistenza a pressione zero al variare della temperatura. La resistenza del ponte cambia significativamente con la temperatura.

Coefficiente di sensibilità alla temperatura (TCS): Questo è anche noto come coefficiente di temperatura dello span. Indica la deviazione dell'uscita a fondo scala al variare della temperatura. All'aumentare della temperatura, la sensibilità diminuisce. Quindi a temperatura ambiente potresti ottenere un'uscita di 100 mV, ma a 150 °C l'uscita diminuirà a circa 75 mV.

Il grande news è che tutti gli errori sopra elencati sono ripetibili e coerenti, il che significa che rispondono bene alla compensazione. Oltre a produrre stampi MEMS, Merit Sensor costruisce anche pacchetti sensore di pressione ed esegue la calibrazione su vari intervalli di temperatura.

Le seguenti due specifiche, tuttavia, si occupano di errori non compensabili: isteresi termica e deriva a lungo termine. Pertanto, se stai cercando di decidere quale stampo MEMS acquistare, vorrai trovare un fornitore che produca parti con buone specifiche in queste due aree. Noi, a Merit Sensor, sappiate che i nostri clienti non vogliono che le loro parti, che contengono i nostri stampi MEMS, falliscano nelle applicazioni dei loro clienti; pertanto, siamo orgogliosi di produrre stampi MEMS con eccellenti valori di isteresi termica e stabilità a lungo termine.

Isteresi termica: Viene tipicamente eseguito a pressione zero e mostra la differenza tra l'uscita quando la temperatura è a temperatura ambiente e poi aumentata a 150 °C e poi riportata a temperatura ambiente e poi diminuita a -40 °C e poi riportata nuovamente a temperatura ambiente e così via. Questo test caratterizza la ripetibilità dello stampo su numerosi cicli termici. L'ideale sarebbe ottenere la stessa resa ogni volta che la temperatura tornasse a un dato valore.

Stabilità a lungo termine (o deriva a lungo termine): Questa specifica indica quanto stabile rimarrà l'output dello stampo, o, in altre parole, quanto poco si sposterà l'offset, nel tempo e a una temperatura sostenuta. Abbiamo testato le parti, per esample, a 150 °C per 300 ore.

Una cosa da tenere d'occhio è un data sheet pubblicizzare un dado MEMS con una precisione di ±0.25 %. Ecco il trucco: quella precisione si riferisce esclusivamente alla non linearità a temperatura ambiente; non prende in considerazione gli altri errori che sono stati discussi. Si spera che questo articolo ti abbia aiutato a comprendere meglio le diverse caratteristiche prestazionali dei die in silicio MEMS e le specifiche utilizzate per quantificare le prestazioni dei die.

Infine, se desideri saperne di più sulla tecnologia e le prestazioni degli stampi MEMS, ti invitiamo a guarda il webinar trasmesso di recente, che ora è su richiesta.

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