Allgemeine Spezifikationen für MEMS-Silizium-Chips

Um die Qualität und Leistung eines MEMS-Silizium-Dies zu bewerten, müssen sich Kunden auf Spezifikationen verlassen, zumindest bis sie Teile selbst testen können.

Das Wichtigste bei MEMS-Chips ist, dass sie, wenn sie entweder Druck oder Temperatur ausgesetzt sind, eine entsprechende Ausgabe in Millivolt erzeugen, vorausgesetzt, dass eine Eingangsspannung oder Erregerspannung bereitgestellt wurde. Der Millivolt-Ausgang des MEMS-Chips ist im Wesentlichen der Druckwert. Daher ist die allgemeine Eigenschaft, nach der bei jedem MEMS-Chip gesucht werden muss, eine stabile und wiederholbare Ausgabe, wenn der Chip unter verschiedenen Bedingungen getestet wird.

In diesem Artikel werden allgemeine Spezifikationen erörtert, die verwendet werden, um die Leistung eines Drucksensor-Chips unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu charakterisieren.

Die ersten Gruppen von Spezifikationen, die wir diskutieren werden, werden üblicherweise verwendet, um zu charakterisieren wie sich der MEMS-Chip bei Raumtemperatur (25 .) verhält ° C).

Brückenwiderstand (oder Impedanz): Dies gibt den über die Brücke gemessenen Widerstand (aus dem Ohmschen Gesetz die Spannung geteilt durch den Strom) an. Aufgrund unserer Wheatstone Brücke Design zusammen mit unserem Sentium® und MeritUltra™-Prozesse sind der Eingangswiderstand (+E bis -E) und der Ausgangswiderstand (+O bis -O) bei allen unseren Dies gleich.

Offset (oder drucklose Ausgangsspannung): Dies zeigt die Differenz zwischen Null-Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe des MEMS-Chips bei Nulldruck an. Bei absolut keinem Offset wäre der Ausgang bei Nulldruck 0 mV/V. Bei einem Offset von ±10 mV/V könnte die Differenz bei 5 Volt Anregung jedoch ±50 mV betragen. Siehe Abbildung der Übertragungsfunktion unten.

Empfindlichkeit (oder Spanne): Empfindlichkeit und Spanne sind im Allgemeinen synonym. Die beiden Begriffe werden verwendet, um die elektrische Ausgabe oder die Reaktion des MEMS-Chips auf einen angelegten Druck und eine angelegte Versorgungsspannung anzugeben. Sie wird typischerweise durch die Steigung einer Linie in einem Diagramm mit Ausgabe auf einer Achse und Druck (für eine gegebene Versorgungsspannung) auf der anderen Achse dargestellt. Siehe Abbildung der Übertragungsfunktion unten. Die Empfindlichkeit wird im Allgemeinen in Mikrovolt pro Volt pro psi (µV/V/psi) angegeben.

Nichtlinearität (oder Linearität): Zeigt an, wie linear/nichtlinear die Ausgabe ist. Die ideale Ausgabe ist perfekt linear. Für example, bei einer konstanten 5-Volt-Versorgung würde für jedes Pfund pro Quadratzoll, das der Druck steigen würde, die Ausgabe in Millivolt linear ansteigen, wie in der Abbildung der Übertragungsfunktion oben gezeigt. Die Druck-Nichtlinearität wird berechnet, indem – in der Mitte des Druckbereichs – eine von zwei Differenzen gemessen wird: Eine zwischen der tatsächlichen Leistung und der Best-Fit-Geraden (BFSL) oder die andere zwischen der tatsächlichen Leistung und die unsichtbare Linie, die die beiden Endpunkte der tatsächlichen Ausgabe verbindet. Diese Linie wird Endpunktlinie oder Endbasis genannt. Siehe das Bild unten. Die in diesem Bild gezeigte tatsächliche Ausgabe wurde zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt. Unabhängig davon, ob die Druck-Nichtlinearität auf der BFSL oder der Endpunktlinie basiert, wird sie als Prozentsatz des Vollausschlags (FSO) ausgedrückt.

Druckhysterese: Dies zeigt das Delta oder die Differenz des Ausgangs bei Nulldruck und dann bis zum vollen Druck und zurück zum Nulldruck. Es wäre ideal, keine Druckhysterese zu haben, was bedeutet, dass die Ausgabe jedes Mal genau gleich wäre, wenn der Druck auf Null zurückkehrte. Diese Spezifikation gibt Ihnen einen Hinweis auf die Wiederholbarkeit der Matrize. Die Druckhysterese wird als Prozentsatz des Skalenendwerts (FSO) ausgedrückt.

Die nächsten drei Spezifikationen zeigen wie sich ein Teil über einen bestimmten Temperaturbereich verhält. Bei Merit Sensor alle MEMS-Dies werden über einen Temperaturbereich von -40 bis 150 °C getestet. Diese drei Spezifikationen sind Effekte erster Ordnung.

Temperaturkoeffizient des Offsets (TCO): Dies wird auch als Temperaturkoeffizient bei Nulldruck (TCZ) bezeichnet. Dies zeigt die Offset-Änderungen bei Nulldruck bei Temperaturänderungen an.

Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR): Das zeigt an wie sich der Widerstand ändert bei Nulldruck bei Temperaturänderungen. Der Brückenwiderstand ändert sich signifikant über die Temperatur.

Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit (TCS): Dies wird auch als Temperaturkoeffizient der Spanne bezeichnet. Es zeigt die Abweichung des Endwerts bei Temperaturänderungen an. Mit steigender Temperatur nimmt die Empfindlichkeit ab. Bei Raumtemperatur erhalten Sie also möglicherweise einen Ausgang von 100 mV, aber bei 150 °C sinkt der Ausgang auf etwa 75 mV.

Der große news ist, dass alle oben aufgeführten Fehler wiederholbar und konsistent sind, was bedeutet, dass sie gut auf Kompensation ansprechen. Neben der Herstellung von MEMS-Chips, Merit Sensor baut auch Drucksensorpakete und führt eine Kalibrierung über verschiedene Temperaturbereiche durch.

Die folgenden beiden Spezifikationen befassen sich jedoch mit nicht kompensierbare Fehler: thermische Hysterese und Langzeitdrift. Wenn Sie sich also für einen MEMS-Die entscheiden möchten, sollten Sie einen Lieferanten finden, der Teile mit guten Spezifikationen in diesen beiden Bereichen herstellt. Wir, bei Merit Sensor, wissen, dass unsere Kunden nicht möchten, dass ihre Teile, die unsere MEMS-Chips enthalten, in den Anwendungen ihrer Kunden versagen; Daher sind wir stolz darauf, MEMS-Chips mit hervorragenden thermischen Hysteresewerten und Langzeitstabilität herzustellen.

Thermische Hysterese: Dies wird normalerweise bei Nulldruck durchgeführt und zeigt die Differenz zwischen der Ausgabe, wenn die Temperatur auf Raumtemperatur liegt und dann auf 150 °C erhöht und dann auf Raumtemperatur zurückgekehrt und dann auf -40 °C gesenkt und dann wieder auf Raumtemperatur zurückgekehrt wird und so weiter. Diese Prüfung charakterisiert die Wiederholbarkeit der Matrize über zahlreiche thermische Zyklen. Es wäre ideal, jedes Mal, wenn die Temperatur auf einen bestimmten Wert zurückgekehrt ist, die gleiche Leistung zu erhalten.

Langzeitstabilität (oder Langzeitdrift): Diese Spezifikation gibt an, wie stabil die Leistung des Chips bleibt, oder mit anderen Worten, wie wenig der Offset im Laufe der Zeit und bei anhaltender Temperatur driftet. Wir haben Teile getestet, zum Beispielample, bei 150 °C für 300 Stunden.

Eine Sache, auf die Sie achten sollten, ist a data sheet Werbung für einen MEMS-Die mit einer Genauigkeit von ±0.25 %. Hier ist der Haken: Diese Genauigkeit bezieht sich einzige zur Nichtlinearität bei Raumtemperatur; die anderen besprochenen Fehler werden nicht berücksichtigt. Hoffentlich hat Ihnen dieser Artikel geholfen, die unterschiedlichen Leistungsmerkmale von MEMS-Silizium-Dies und die Spezifikationen, die verwendet werden, um die Leistung der Dies zu quantifizieren, besser zu verstehen.

Wenn Sie schließlich mehr über die Technologie und Leistung von MEMS-Dies erfahren möchten, laden wir Sie ein, Sehen Sie sich das kürzlich ausgestrahlte Webinar an, die jetzt nachgefragt wird.

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