MEMS传感器在汽车应用中的变化

汽车行业正在发生变化。我们的车辆正在实现电气化、联网和自动化。随着这一趋势的加速，它将对半导体器件(包括微机电系统(MEMS)传感器)的设计产生影响。随着汽车半导体设计人员仔细考虑产品定义、产品验证和长期可靠性，MEMS传感器供应商正在通过开发用于自动驾驶的惯性测量单元(imu)以及用于锂离子EV电池的电池压力监测传感器来应对电动汽车和自动化汽车带来的新机遇。

最复杂的MEMS设备

汽车MEMS IMU可能是将用于汽车内部的最复杂的MEMS设备。这种类型的IMU是一个系统级封装(SiP)，由多个陀螺仪和加速度计传感元件加上一个信号处理ASIC组成，集成到一个封装中，创建一个惯性传感器，能够测量多达6个自由度(6DoF):旋转运动的偏航、滚转和俯仰，线性运动的横向、纵向和垂直加速度。

3级或以上自动驾驶车辆(根据SAE定义)， IMU必须在其他传感器(如摄像头、雷达或激光雷达)受损的情况下接管车辆的轨迹控制。如果发生这种故障，IMU将发挥引导传感器的作用，使汽车在短时间内和短距离内安全停车。IMU还用于在自动模式下驾驶时控制汽车的常规运动。

虽然IMU技术已经应用于航空航天领域，但将其应用于汽车领域仍面临重大挑战。汽车IMU需要与汽车行业兼容的高性能和成本。由于汽车的生命周期很长，MEMS传感器供应商必须在很长一段时间内大批量生产该设备。他们还必须保证传感器在10到15年的使用寿命内的性能和可靠性，无需对传感器进行维护或重新校准。只有少数MEMS供应商有能力和意愿踏上这样的旅程。

电气化正在为MEMS传感器创造新的应用

从内燃机到电动推进的转变将影响动力传动系统MEMS市场。例如，用于发动机气压和燃油压力管理的压力传感器将随着电气化而消失。然而，大型锂离子电池在电动汽车上的使用为MEMS传感器创造了新的应用。

锂离子电池的一个已知风险是电池进入热失控状态并导致火灾的概率很小。已经有几起事件报道。当谈到热失控事件时，每一秒都很重要。及早侦测到火警，车辆安全系统便可采取一切必要措施，向乘客发出火警警告，并及时启动应对措施(例如，启动灭火器及呼叫消防队)，以减轻火警的影响。

发表研究表明，测量压力内部电池组是热失控开始的良好迹象。电池的排气，加上温度的突然升高，会增加电池组内的压力，这将产生压力脉冲．

为了检测这样的压力脉冲，MEMS压力传感器必须永久测量封装内部的压力。它还必须向电池管理系统报告任何与大气压力变化无关的可疑压力变化。重要的是要一直保持这种传感器，以检测系统中的任何压力异常，即使车辆完全关闭。恩智浦已经开发了一种压力传感器，专门用于解决电动汽车中的这一新的安全应用，几家汽车制造商已经在使用这一解决方案。

追求零缺陷

汽车行业将零死亡事故作为最终目标，而半导体行业和模块供应商则将每个半导体器件的零缺陷作为目标。对于符合汽车电子委员会(AEC) Q100半导体认证的安全关键型汽车MEMS传感器来说，这是必要的，但显然不足以保证零缺陷的生产启动和设备的长期可靠性。

NXP发达超越(AaB)该方法在设备的鉴定和生产发布之前就研究了高级可靠性和稳健性。基于风险降低分析，AaB包括广泛的测试，如测试失败、转角批次测试和结合高级统计数据的新用例测试，所有这些都有助于NXP了解这些不同参数如何相互作用。

由于传感器供应商必须将AaB集成到他们的项目计划中，这确实增加了项目的时间和成本。好处是，只要设备的弱点能在投产前被发现并纠正，这种早期投资就会得到回报。另一方面，现场故障可能导致设备的意外重新设计和重新验证。最坏的情况是，它们可能导致一场召回活动，耗资巨大。我们在恩智浦系统地使用AaB方法用于安全关键的MEMS传感器，因为其潜在收益远远超过其成本。

-本文最初发表于SEMI的博客。SEMI是CFE Media的内容合作伙伴。由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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