Especificaciones comunes para matrices de silicona MEMS

Para evaluar la calidad y el rendimiento de una matriz de silicio MEMS, los clientes deben confiar en las especificaciones, al menos hasta que puedan probar las piezas por sí mismos.

Lo principal que hay que entender acerca de las matrices MEMS es que cuando se exponen a presión o temperatura, producirán una salida correspondiente, que estará en milivoltios, siempre que se haya suministrado un voltaje de entrada o voltaje de excitación. La salida de milivoltios del dado MEMS es esencialmente el valor de presión. Por lo tanto, la característica general a buscar en cualquier matriz MEMS es una salida estable y repetible cuando la matriz se prueba en diversas condiciones.

Este artículo analiza las especificaciones comunes que se utilizan para caracterizar el rendimiento de un dado de sensor de presión en diferentes condiciones de funcionamiento.

Los primeros grupos de especificaciones que analizaremos se utilizan comúnmente para caracterizar cómo funcionará la matriz MEMS a temperatura ambiente (25 ° C).

Resistencia del puente (o impedancia): Esto indica la resistencia (de la ley de Ohm, el voltaje dividido por la corriente) medida a través del puente. Debido a nuestro puente de Wheatstone diseño junto con nuestro Sentium® y MeritLos procesos Ultra ™, la resistencia de entrada (+ E a -E) y la resistencia de salida (+ O a -O) en todos nuestros troqueles son iguales.

Compensación (o voltaje de salida de presión cero): Esto indica la diferencia, a presión cero, entre la salida cero y la salida real del dado MEMS. Sin absolutamente ninguna compensación, a presión cero la salida sería 0 mV / V. Sin embargo, con una compensación de ± 10 mV / V, la diferencia con 5 voltios de excitación podría ser de ± 50 mV. Consulte la imagen de la función de transferencia a continuación.

Sensibilidad (o intervalo): Sensibilidad y amplitud son, en general, sinónimos. Los dos términos se utilizan para indicar la salida eléctrica, o la respuesta, del MEMS dado a una presión aplicada y voltaje de suministro. Por lo general, se representa mediante la pendiente de una línea en un gráfico con salida en un eje y presión (para un voltaje de suministro dado) en el otro eje. Consulte la imagen de la función de transferencia a continuación. La sensibilidad generalmente se expresa en términos de microvoltios por voltio por psi (µV / V / psi).

No linealidad (o linealidad): Esto muestra cuán lineal / no lineal es la salida. La salida ideal es perfectamente lineal. Por exampes decir, con un suministro constante de 5 voltios, por cada libra por pulgada cuadrada que aumentara la presión, la salida en milivoltios aumentaría linealmente, como se muestra en la imagen de la función de transferencia de arriba. La no linealidad de la presión se calcula midiendo, en el punto medio del rango de presión, cualquiera de dos diferencias: una es entre la salida real y la línea recta de mejor ajuste (BFSL) o la otra está entre la salida real y la línea invisible que conecta los dos puntos finales de la salida real. Esta línea se llama línea de punto final o base terminal. Consulte la imagen a continuación. El resultado real que se muestra en esta imagen se ha exagerado para ilustrarlo. Ya sea que la no linealidad de la presión se base en el BFSL o en la línea del punto final, se expresa como un porcentaje de la salida de escala completa (FSO).

Histéresis de presión: Esto muestra el delta, o diferencia, de la salida a presión cero y luego hasta la presión de escala completa y nuevamente a presión cero. Sería ideal no tener histéresis de presión, lo que significa que la salida sería exactamente la misma cada vez que la presión volviera a cero. Esta especificación le dará una indicación de la repetibilidad del dado. La histéresis de presión se expresa como un porcentaje de la salida de escala completa (FSO).

Las siguientes tres especificaciones indican cómo se comportará una pieza en un rango de temperatura específico. En Merit Sensor todas las matrices MEMS se prueban en un rango de temperatura de -40 a 150 ° C. Estas tres especificaciones son efectos de primer orden.

Coeficiente de temperatura de compensación (TCO): Esto también se conoce como coeficiente de temperatura a presión cero (TCZ). Esto indica que la compensación cambia a presión cero a medida que cambia la temperatura.

Coeficiente de temperatura de resistencia (TCR): Esto indica como cambia la resistencia a presión cero a medida que cambia la temperatura. La resistencia del puente cambia significativamente con la temperatura.

Coeficiente de temperatura de sensibilidad (TCS): Esto también se conoce como coeficiente de temperatura del intervalo. Indica la desviación en la salida a escala completa a medida que cambia la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la sensibilidad disminuye. Entonces, a temperatura ambiente, puede obtener una salida de 100 mV, pero a 150 ° C, la salida disminuirá a alrededor de 75 mV.

La gran news es que todos los errores enumerados anteriormente son repetibles y consistentes, lo que significa que responden bien a la compensación. Además de fabricar matrices MEMS, Merit Sensor también construye paquetes de sensores de presión y realiza la calibración en varios rangos de temperatura.

Sin embargo, las dos especificaciones siguientes se refieren a errores que no se pueden compensar: histéresis térmica y deriva a largo plazo. Por lo tanto, si está tratando de decidir qué troquel MEMS comprar, querrá encontrar un proveedor que produzca piezas con buenas especificaciones en estas dos áreas. Nosotros, en Merit Sensor, sepa que nuestros clientes no quieren que sus piezas, que contienen nuestras matrices MEMS, fallen en las aplicaciones de sus clientes; por lo tanto, nos enorgullecemos de producir matrices MEMS con excelentes valores de histéresis térmica y estabilidad a largo plazo.

Histéresis térmica: Esto se realiza típicamente a presión cero y muestra la diferencia entre la salida cuando la temperatura está a temperatura ambiente y luego aumenta a 150 ° C y luego regresa a temperatura ambiente y luego disminuye a -40 ° C y luego regresa nuevamente a temperatura ambiente y así. Esta prueba caracteriza la repetibilidad de la matriz en numerosos ciclos térmicos. Sería ideal obtener el mismo resultado cada vez que la temperatura vuelva a un valor dado.

Estabilidad a largo plazo (o deriva a largo plazo): Esta especificación indica qué tan estable se mantendrá la salida del dado o, en otras palabras, qué tan poco se desviará la compensación con el tiempo y la temperatura sostenida. Hemos probado piezas, por ej.ample, a 150 ° C durante 300 horas.

Una cosa a tener en cuenta es data sheet anunciar un dado MEMS con una precisión de ± 0.25%. Aquí está el truco: esa precisión se refiere , solamente a la no linealidad a temperatura ambiente; no toma en consideración los otros errores que se han discutido. Esperamos que este artículo le haya ayudado a comprender mejor las diferentes características de rendimiento de las matrices de silicio MEMS y las especificaciones que se utilizan para cuantificar el rendimiento de las matrices.

Finalmente, si desea obtener más información sobre la tecnología y el rendimiento de las matrices MEMS, lo invitamos a ver el seminario web transmitido recientemente, que ahora está bajo demanda.

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