Especificações comuns para matrizes de silicone MEMS

Para avaliar a qualidade e o desempenho de uma matriz de silício MEMS, os clientes devem confiar nas especificações, pelo menos até que possam testar as peças por si próprios.

A principal coisa a entender sobre as matrizes MEMS é que, quando são expostas à pressão ou à temperatura, elas produzirão uma saída correspondente, que será em milivolts, desde que uma tensão de entrada, ou tensão de excitação, tenha sido fornecida. A saída em milivolt da matriz MEMS é essencialmente o valor da pressão. Portanto, a característica geral a ser observada em qualquer matriz MEMS é uma saída estável e repetível quando a matriz é testada em várias condições.

Este artigo discute as especificações comuns usadas para caracterizar o desempenho de uma matriz do sensor de pressão em diferentes condições operacionais.

Os primeiros grupos de especificações que discutiremos são comumente usados ​​para caracterizar como a matriz de MEMS funcionará à temperatura ambiente (25 ° C).

Resistência de ponte (ou impedância): Isso indica a resistência (da Lei de Ohm, a tensão dividida pela corrente) medida na ponte. Devido ao nosso Ponte Wheatstone projeto junto com o nosso Sentium® e MeritOs processos Ultra ™, a resistência de entrada (+ E a -E) e a resistência de saída (+ O a -O) em todas as nossas matrizes são iguais.

Compensação (ou tensão de saída de pressão zero): Isso indica a diferença, na pressão zero, entre a saída zero e a saída real da matriz MEMS. Sem absolutamente nenhum deslocamento, a pressão zero a saída seria 0 mV / V. No entanto, com um desvio de ± 10 mV / V, a diferença com 5 volts de excitação pode ser ± 50 mV. Consulte a imagem da função de transferência abaixo.

Sensibilidade (ou amplitude): Sensibilidade e amplitude são, em geral, sinônimos. Os dois termos são usados ​​para indicar a saída elétrica, ou a resposta, da matriz MEMS a uma pressão aplicada e tensão de alimentação. Normalmente é representado pela inclinação de uma linha em um gráfico com saída em um eixo e pressão (para uma dada tensão de alimentação) no outro eixo. Consulte a imagem da função de transferência abaixo. A sensibilidade é geralmente indicada em termos de microvolts por volt por psi (µV / V / psi).

Não linearidade (ou linearidade): Mostra o quão linear / não linear é a saída. A saída ideal é perfeitamente linear. Para example, em uma alimentação constante de 5 volts, para cada libra por polegada quadrada que a pressão aumentasse, a saída em milivolts aumentaria linearmente, conforme mostrado na imagem da função de transferência acima. A não linearidade da pressão é calculada medindo - no ponto médio da faixa de pressão - qualquer uma das duas diferenças: Uma está entre a saída real e a linha reta de melhor ajuste (BFSL) ou a outra está entre a saída real e a linha invisível que conecta os dois pontos finais da saída real. Essa linha é chamada de linha de ponto final ou base de terminal. Consulte a imagem abaixo. A saída real mostrada nesta imagem foi exagerada para ilustração. Quer a não linearidade da pressão seja baseada no BFSL ou na linha do ponto final, ela é expressa como uma porcentagem da saída de escala total (FSO).

Histerese de pressão: Mostra o delta, ou diferença, da saída na pressão zero e, em seguida, até a pressão de fundo de escala e de volta à pressão zero. Seria ideal não ter histerese de pressão, o que significa que a saída seria exatamente a mesma toda vez que a pressão retornasse a zero. Esta especificação lhe dará uma indicação da repetibilidade da matriz. A histerese de pressão é expressa como uma porcentagem da saída de escala total (FSO).

As próximas três especificações indicam como uma peça se comportará em uma faixa de temperatura especificada. Em Merit Sensor todas as matrizes MEMS são testadas em uma faixa de temperatura de -40 a 150 ° C. Essas três especificações são efeitos de primeira ordem.

Coeficiente de temperatura de deslocamento (TCO): Isso também é conhecido como coeficiente de temperatura à pressão zero (TCZ). Isso indica que o deslocamento muda na pressão zero conforme a temperatura muda.

Coeficiente de resistência de temperatura (TCR): Isso indica como a resistência muda na pressão zero conforme a temperatura muda. A resistência da ponte muda significativamente com a temperatura.

Coeficiente de sensibilidade de temperatura (TCS): Isso também é conhecido como coeficiente de amplitude de temperatura. Ele indica o desvio na saída de escala total conforme a temperatura muda. Conforme a temperatura aumenta, a sensibilidade diminui. Portanto, à temperatura ambiente você pode obter uma saída de 100 mV, mas a 150 ° C a saída diminuirá para cerca de 75 mV.

O grande news é que todos os erros listados acima são repetíveis e consistentes, o que significa que respondem bem à compensação. Além de fabricar matrizes de MEMS, Merit Sensor também constrói pacotes de sensores de pressão e realiza calibração em várias faixas de temperatura.

As duas especificações a seguir, no entanto, lidam com erros que não podem ser compensados: histerese térmica e deriva de longo prazo. Portanto, se você está tentando decidir qual matriz MEMS comprar, você vai querer encontrar um fornecedor que produza peças com boas especificações nessas duas áreas. Nós, em Merit Sensor, saibam que nossos clientes não desejam que suas peças, que contêm nossas matrizes MEMS, falhem nas aplicações de seus clientes; portanto, temos orgulho em produzir matrizes MEMS com excelentes valores de histerese térmica e estabilidade de longo prazo.

Histerese térmica: Isso é normalmente realizado a pressão zero e mostra a diferença entre a saída quando a temperatura está à temperatura ambiente e, em seguida, aumentada para 150 ° C e depois retornada à temperatura ambiente e então diminuída para -40 ° C e, em seguida, retornada à temperatura ambiente e assim por diante. Este teste caracteriza a repetibilidade da matriz ao longo de vários ciclos térmicos. Seria ideal obter a mesma saída toda vez que a temperatura retornasse a um determinado valor.

Estabilidade de longo prazo (ou deriva de longo prazo): Esta especificação indica o quão estável a saída da matriz permanecerá, ou, em outras palavras, quão pouco o deslocamento irá sofrer, ao longo do tempo e da temperatura sustentada. Testamos peças, por example, a 150 ° C durante 300 horas.

Uma coisa a observar é um data sheet anunciar um dado MEMS com uma precisão de ± 0.25%. Aqui está o truque: essa precisão se refere só à não linearidade à temperatura ambiente; não leva em consideração os outros erros que foram discutidos. Esperançosamente, este artigo ajudou você a entender melhor as diferentes características de desempenho das matrizes de silício MEMS e as especificações que são usadas para quantificar o desempenho das matrizes.

Finalmente, se você quiser saber mais sobre a tecnologia e o desempenho das matrizes MEMS, nós o convidamos a assista ao webinar transmitido recentemente, que agora está sob demanda.

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