MEMS傳感器封裝是短板，盾安填補(bǔ)國內(nèi)暖通制冷領(lǐng)域空白

MEMS傳感器——“簡(jiǎn)單好用+便宜”

　　相對(duì)于壓力傳感器而言，MEMS壓力傳感器是一個(gè)比較新的技術(shù)分支，其擁有多種性能優(yōu)勢(shì)，包括無機(jī)械疲勞或老化、輸出信號(hào)穩(wěn)定、靈敏度高、體積小、適合批量大規(guī)模生產(chǎn)等。就體積而言，其封裝可以做到1mm x 1mm，甚至更小。另外，低壓應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)靈活，可實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)封裝，可與ASIC單片/系統(tǒng)集成，這些優(yōu)點(diǎn)也使得其得以迅速崛起，到現(xiàn)在已經(jīng)基本成熟起來。

　　但是在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，MEMS壓力傳感器的缺點(diǎn)也表現(xiàn)地較為突出。例如MEMS晶圓芯體生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜;在不銹鋼充油和倒裝焊技術(shù)中，中高壓封裝成本較高等。

　　主流壓力傳感器按照檢測(cè)原理和器件結(jié)構(gòu)基本可以劃分為：不銹鋼微熔傳感器、陶瓷/電容式傳感器、壓阻式傳感器及電容式傳感器。而MEMS技術(shù)主要用來替代傳統(tǒng)的壓阻式和電容式傳感器。由于壓阻式壓力傳感器具有核心簡(jiǎn)單、信號(hào)處理簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，“簡(jiǎn)單好用+便宜”使得壓阻式占據(jù)了大部分的市場(chǎng)份額，電容式僅有很小的一部分。主流壓力傳感器的市場(chǎng)狀況如圖1所示。

圖1 主流壓力傳感器市場(chǎng)劃分(根據(jù)檢測(cè)原理及結(jié)構(gòu))

　　雖然MEMS傳感器在替代傳統(tǒng)的傳感器器件，但是不銹鋼和傳統(tǒng)的陶瓷類技術(shù)仍然占有較大的市場(chǎng)份額。其主要原因是MEMS的封裝技術(shù)至今仍無法突破，這對(duì)MEMS傳感器進(jìn)一步推廣和應(yīng)用形成了很大的阻礙。

MEMS傳感器芯片需要針對(duì)封裝進(jìn)行特殊優(yōu)化

　　可以說，一個(gè)好的芯片只有擁有好的封裝才算擁有“不死之身”。就作用而言，封裝主要解決以下幾個(gè)問題：

　　1)腐蝕和導(dǎo)電性介質(zhì)的兼容問題;

　　2)高溫介質(zhì);

　　3)振動(dòng)，包括尖峰壓力/爆破壓力、大電壓沖擊、封裝(熱)應(yīng)力等。

　　目前，針對(duì)MEMS傳感器主要有三種主流的封裝方案，即MEMS+硅凝膠、擴(kuò)散硅-不銹鋼充油和倒裝焊，三種封裝示意圖如圖2所示。

圖2 三種主流封裝方案

　　MEMS芯片設(shè)計(jì)都需要考慮封裝，甚至針對(duì)封裝進(jìn)行特殊優(yōu)化。圖3給出了幾個(gè)較好的針對(duì)封裝進(jìn)行特殊優(yōu)化設(shè)計(jì)的MEMS芯片方案。其中，上面采用了玻璃倉加硅模的方案，特點(diǎn)是電阻處于真空中，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好;下面是三家主流廠商TSV和TGV倒裝焊結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是沒有Wire bond、抗振動(dòng)沖擊，同時(shí)，有些技術(shù)方案中應(yīng)用了SiO₂介質(zhì)隔離，從而能夠適應(yīng)高溫環(huán)境。另外，據(jù)盾安傳感科技公司技術(shù)總監(jiān)段飛表示，盾安傳感科技自主研發(fā)設(shè)計(jì)的一款MEMS芯片中也針對(duì)封裝進(jìn)行了特殊優(yōu)化。

圖3 針對(duì)封裝對(duì)MEMS芯片進(jìn)行特殊優(yōu)化實(shí)例

盾安填補(bǔ)國內(nèi)暖通制冷領(lǐng)域空白

　　盾安環(huán)境作為空調(diào)配件及智能配件領(lǐng)域龍頭企業(yè)，其部分閥件產(chǎn)品在世界市場(chǎng)占有率高達(dá)50%~60%。盾安傳感科技(以下簡(jiǎn)稱盾安)作為盾安環(huán)境與美國Microlux于2014年共同成立的以傳感技術(shù)為核心業(yè)務(wù)的中美合資企業(yè)，在2017 Sensor China展會(huì)上，其主要展出獨(dú)特的惡劣介質(zhì)兼容的MEMS壓力傳感器，主要應(yīng)用于空調(diào)暖風(fēng)制冷、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域。

盾安傳感科技公司技術(shù)總監(jiān)段飛

惡劣介質(zhì)兼容

　　惡劣介質(zhì)兼容作為盾安此次展出的MEMS壓力傳感器主要特征，其兼容的惡劣介質(zhì)主要包括：

　　1)制冷劑。像商用空調(diào)中常用的410A制冷劑，汽車空調(diào)上常用的R134A制冷劑，甚至包括二氧化碳的，這是一個(gè)媒介，你要能適應(yīng)這些我們的制冷劑。

　　2)極限溫度。像熱泵的從-40℃到135℃環(huán)境，你的傳感器要能夠適應(yīng)。

　　3)強(qiáng)壓力。普通MEMS傳感器的擴(kuò)展壓力和爆破壓力一般是兩倍到三倍。盾安在其中央空調(diào)上需要能夠承受五倍到九倍的指標(biāo)，包括機(jī)械過載壓力，溫度沖擊(從-40℃到130℃高低溫的循環(huán))，還有像濕熱的環(huán)境。

　　4)電導(dǎo)。比如說你的靜電的指標(biāo)，你的絕緣耐壓的指標(biāo)，這一套指標(biāo)以前是日本企業(yè)為導(dǎo)向來制定的，它的要求非常高的，可以這么說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過閥件(空調(diào)其他配件)的標(biāo)準(zhǔn)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

空調(diào)配件+特種空調(diào)

　　盾安主要產(chǎn)品方向之一是針對(duì)空調(diào)領(lǐng)域，包括空調(diào)配件(家用和商用)及整機(jī)業(yè)務(wù)，其中征集業(yè)務(wù)主要針對(duì)特種空調(diào)，例如核電站空調(diào)、軌道空調(diào)等。

燃油汽車+特種汽車

　　另外，針對(duì)汽車方面，盾安也有兩款產(chǎn)品，分別針對(duì)燃油車和純電動(dòng)汽車。尤其是在純電動(dòng)汽車應(yīng)用中，不僅需要考慮空調(diào)問題，還需要考慮電池的熱管理，而針對(duì)電動(dòng)汽車的管理，盾安可以提供一個(gè)溫度和壓力集成的產(chǎn)品。在電動(dòng)汽車方面，盾安如今在與國內(nèi)最大的電動(dòng)汽車廠商合作。

　　其中，空調(diào)暖風(fēng)制冷領(lǐng)域(Heating Ventilation Air Conditioning，HVAC)是盾安的主要發(fā)展領(lǐng)域之一，其包括家用領(lǐng)域和商用領(lǐng)域。目前，由于商用領(lǐng)域?qū)鞲衅鞯囊筝^高，因而已經(jīng)大量應(yīng)用，例如中央空調(diào)。作為公共安全設(shè)施，因其高標(biāo)準(zhǔn)，該領(lǐng)域的大部分市場(chǎng)被美國和日本公司占據(jù)長期以來，如今，盾安傳感科技在這一領(lǐng)域填補(bǔ)了國內(nèi)的空白。

自主技術(shù)產(chǎn)權(quán)+突破性技術(shù)

　　談及盾安的在市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)時(shí)，段飛總監(jiān)表示，盾安在同行業(yè)內(nèi)主要有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：

　　1)我們是完全具備了自主產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。例如我們有完全自主創(chuàng)新的MEMS晶圓技術(shù)、芯片封裝技術(shù)。

　　2)我們的技術(shù)是突破性的，這會(huì)使得使用我們技術(shù)的產(chǎn)品有更好的性價(jià)比，會(huì)重新打破這個(gè)行業(yè)，繼續(xù)行業(yè)的一個(gè)革新，這樣也使我們?cè)谑袌?chǎng)上保持一個(gè)非常充分的競(jìng)爭(zhēng)能力。

未來發(fā)展規(guī)劃

　　如前所述，盾安在封裝方面擁有自己獨(dú)特的產(chǎn)線;其產(chǎn)品，無論是空調(diào)系統(tǒng)，還是配件，除了要滿足自主配套之外，都是進(jìn)行對(duì)外銷售的。未來幾年之內(nèi)，像物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車，這些都將是熱門話題，而傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的終端，必將一直是一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，盾安目前主要是在MEMS壓力傳感器方面，其在未來將持續(xù)為行業(yè)帶來突破性產(chǎn)品和行業(yè)解決方案。