汽車傳感器技術(shù)推動(dòng)非車用嵌入式設(shè)計(jì)的發(fā)展
具有更多智能的汽車需要配備各種各樣牢靠而又廉價(jià)的傳感器,其中許多傳感器證明在其它嵌入式系統(tǒng)中也是非常適用的。而且,數(shù)字編程技術(shù)也正在簡(jiǎn)化這些汽車傳感器適應(yīng)于新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)過(guò)程。
目前,轎車、卡車和公共汽車既是一種機(jī)械設(shè)備,同樣也幾乎是一種電子裝置。隨著越來(lái)越多的汽車增加先進(jìn)的功能,如穩(wěn)定性控制和電子油門(mén)控制,汽車的電子含量還在不斷增加。由于電子系統(tǒng)只依靠電信號(hào)工作,所以汽車需要用傳感器將各種光激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和機(jī)械激勵(lì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。盡管傳感器歷來(lái)是非常昂貴的,但汽車傳感器卻不能太貴,因?yàn)閷?duì)汽車(甚至高檔豪華汽車)制造而言,成本始終是一個(gè)極為敏感的因素。然而,盡管有成本方面的嚴(yán)格限制,但汽車傳感器的設(shè)計(jì)者們卻不能只圖省錢(qián)。這些傳感器必須能在惡劣的溫度、濕度、沖擊、震動(dòng)和電磁干擾的環(huán)境下可靠地工作許多年,當(dāng)然這些極端工作條件會(huì)大大縮短相應(yīng)常規(guī)傳感器的使用壽命。
這種具有挑戰(zhàn)性的局面,對(duì)那些基于非汽車傳感器的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),卻是一個(gè)真正的好消息。這些設(shè)計(jì)師常常發(fā)現(xiàn),他們可以使原先為汽車開(kāi)發(fā)的傳感器也適應(yīng)于別的應(yīng)用場(chǎng)合。因?yàn)槭褂?
在汽車上的這些傳感器價(jià)格雖低,但可靠性極高。而且,現(xiàn)在的可編程技術(shù)也便于修改數(shù)量日益增多的汽車傳感器特性,使它們達(dá)到新的用途的要求。
如今,許多車用傳感器都是使用IC工藝制造的,其中有些工藝可生產(chǎn)既有模擬功能又有非易失性存儲(chǔ)器的芯片。這種方法允許對(duì)每一個(gè)器件進(jìn)行校正和編程,以彌補(bǔ)制造上的缺陷。因此,可編程性可以使器件制造商放寬公差,從而在降低成本的同時(shí)提高器件成品率。
但是,IC設(shè)計(jì)者們必須仔細(xì)地逐項(xiàng)考慮增加可編程性是否能夠真正地降低傳感器芯片的成本。這種權(quán)衡可能是極其棘手的。如果考慮不當(dāng),將非易失性存儲(chǔ)器添加到主要是模擬功能的芯片上就會(huì)導(dǎo)致成本上升而不是下降。要將非易失性RAM與模擬功能結(jié)合在一起,需要使用更加復(fù)雜的晶圓片加工工藝,存儲(chǔ)器會(huì)增加芯片面積,從而降低了成品率,而編程則會(huì)增加測(cè)試時(shí)間。
盡管IC技術(shù)在汽車傳感技術(shù)中日益占居主導(dǎo)地位的理由很充足,但并非所有的汽車傳感器都是采用IC的。遠(yuǎn)非如此。不過(guò),現(xiàn)在還沒(méi)有任何別的制造技術(shù)能如此適合生產(chǎn)這些傳感器。制造IC的成批加工工藝可以生產(chǎn)大量的、功能特性受到精確控制的器件,其結(jié)果是器件成本極低。事實(shí)上,許多汽車傳感器IC的封裝成本已經(jīng)高于芯片的成本。即使這樣,封裝后的器件成本通常也比用其它方法生產(chǎn)的器件低??梢哉f(shuō),在許多情況下,即使是汽車制造商愿意支付相當(dāng)高的費(fèi)用(何況他們事實(shí)上不愿意),用其它方法根本就生產(chǎn)不出合適的器件來(lái)的。
封裝占用一筆很大的成本
封裝成本在汽車傳感器的成本中占有很大比重,對(duì)此誰(shuí)也不會(huì)感到意外。封裝必須保護(hù)本來(lái)就脆弱的芯片不受極端環(huán)境的影響。再則,某些IC傳感器對(duì)封裝提出了極為苛刻的要求。例如,某些位置傳感器要求精確監(jiān)控制IC芯片相對(duì)于封裝外部特征的位置。要滿足這些要求,需要專門(mén)的裝配工藝和夾具。
即使沒(méi)有提出這類特殊要求,汽車傳感器的封裝也必須保護(hù)芯片免遭大多數(shù)商用器件從未遇到過(guò)的工作條件的影響。不僅芯片,而且封裝包封本身也必須保證能在-40~ +125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作(對(duì)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)組件上的IC,其工作溫度范圍是-40~ +150°C)。再則,封裝必須保護(hù)芯片免受高濕度的影響,在某些情況下還要抗鹽霧的影響。封裝還必須保護(hù)芯片免受極端沖擊和震動(dòng)的影響,而芯片本身還必須承受很強(qiáng)的靜電場(chǎng)和RF電磁場(chǎng)的干擾。這些要求通常與軍事裝備和航天設(shè)備中所用IC的要求相同,只在某些場(chǎng)合單位體積可以放松一些,而且汽車公司也不會(huì)以軍用品的價(jià)格來(lái)支付,在某些情況下,甚至還要求低于普通商品的價(jià)格來(lái)支付。
你也許認(rèn)為,汽車設(shè)備中大量使用完全相同的傳感器會(huì)使定制封裝符合汽車客戶的心意。但是,汽車傳感器的購(gòu)買者在可能的情況下寧愿購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)化封裝的IC,至少?gòu)某叽绲慕嵌葋?lái)說(shuō)是這樣。標(biāo)準(zhǔn)封裝的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(如測(cè)試插座)早已存在,因此,找到多家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)封裝IC的廠家要比尋找多家特殊封裝IC制造商更容易。IC傳感器制造商們估計(jì),他們生產(chǎn)的汽車傳感器至少有一半是符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外形封裝的。
盡管尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的,但幾乎所有這些封裝都是IC或封裝制造商使之適用于汽車行業(yè)的版本。ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)已經(jīng)制定了有關(guān)汽車用IC和IC封裝性能各個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)。其中一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),即ISO/TR 7637/1,包含了器件承受ESD(靜電放電)的性能規(guī)范。
有些時(shí)候,對(duì)商用級(jí)器件進(jìn)行改進(jìn),使之適用于汽車設(shè)備,需要對(duì)封裝給予更多特別的關(guān)注。各種改進(jìn)可能要求大大改變晶圓片加工工藝。比如說(shuō)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面的光傳感器就是這種情況。一般來(lái)說(shuō),光電二極管探測(cè)器的工作溫度只能達(dá)到85°C,超過(guò)這一溫度(在少數(shù)情況下,可以超過(guò)100℃),
反向偏置的光電二極管的漏電流就會(huì)過(guò)大。但是,改變?cè)撈骷诫s就可使它在125℃的環(huán)境溫度下工作。
目前,轎車、卡車和公共汽車既是一種機(jī)械設(shè)備,同樣也幾乎是一種電子裝置。隨著越來(lái)越多的汽車增加先進(jìn)的功能,如穩(wěn)定性控制和電子油門(mén)控制,汽車的電子含量還在不斷增加。由于電子系統(tǒng)只依靠電信號(hào)工作,所以汽車需要用傳感器將各種光激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和機(jī)械激勵(lì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。盡管傳感器歷來(lái)是非常昂貴的,但汽車傳感器卻不能太貴,因?yàn)閷?duì)汽車(甚至高檔豪華汽車)制造而言,成本始終是一個(gè)極為敏感的因素。然而,盡管有成本方面的嚴(yán)格限制,但汽車傳感器的設(shè)計(jì)者們卻不能只圖省錢(qián)。這些傳感器必須能在惡劣的溫度、濕度、沖擊、震動(dòng)和電磁干擾的環(huán)境下可靠地工作許多年,當(dāng)然這些極端工作條件會(huì)大大縮短相應(yīng)常規(guī)傳感器的使用壽命。
這種具有挑戰(zhàn)性的局面,對(duì)那些基于非汽車傳感器的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),卻是一個(gè)真正的好消息。這些設(shè)計(jì)師常常發(fā)現(xiàn),他們可以使原先為汽車開(kāi)發(fā)的傳感器也適應(yīng)于別的應(yīng)用場(chǎng)合。因?yàn)槭褂?
在汽車上的這些傳感器價(jià)格雖低,但可靠性極高。而且,現(xiàn)在的可編程技術(shù)也便于修改數(shù)量日益增多的汽車傳感器特性,使它們達(dá)到新的用途的要求。
如今,許多車用傳感器都是使用IC工藝制造的,其中有些工藝可生產(chǎn)既有模擬功能又有非易失性存儲(chǔ)器的芯片。這種方法允許對(duì)每一個(gè)器件進(jìn)行校正和編程,以彌補(bǔ)制造上的缺陷。因此,可編程性可以使器件制造商放寬公差,從而在降低成本的同時(shí)提高器件成品率。
但是,IC設(shè)計(jì)者們必須仔細(xì)地逐項(xiàng)考慮增加可編程性是否能夠真正地降低傳感器芯片的成本。這種權(quán)衡可能是極其棘手的。如果考慮不當(dāng),將非易失性存儲(chǔ)器添加到主要是模擬功能的芯片上就會(huì)導(dǎo)致成本上升而不是下降。要將非易失性RAM與模擬功能結(jié)合在一起,需要使用更加復(fù)雜的晶圓片加工工藝,存儲(chǔ)器會(huì)增加芯片面積,從而降低了成品率,而編程則會(huì)增加測(cè)試時(shí)間。
盡管IC技術(shù)在汽車傳感技術(shù)中日益占居主導(dǎo)地位的理由很充足,但并非所有的汽車傳感器都是采用IC的。遠(yuǎn)非如此。不過(guò),現(xiàn)在還沒(méi)有任何別的制造技術(shù)能如此適合生產(chǎn)這些傳感器。制造IC的成批加工工藝可以生產(chǎn)大量的、功能特性受到精確控制的器件,其結(jié)果是器件成本極低。事實(shí)上,許多汽車傳感器IC的封裝成本已經(jīng)高于芯片的成本。即使這樣,封裝后的器件成本通常也比用其它方法生產(chǎn)的器件低??梢哉f(shuō),在許多情況下,即使是汽車制造商愿意支付相當(dāng)高的費(fèi)用(何況他們事實(shí)上不愿意),用其它方法根本就生產(chǎn)不出合適的器件來(lái)的。
封裝占用一筆很大的成本
封裝成本在汽車傳感器的成本中占有很大比重,對(duì)此誰(shuí)也不會(huì)感到意外。封裝必須保護(hù)本來(lái)就脆弱的芯片不受極端環(huán)境的影響。再則,某些IC傳感器對(duì)封裝提出了極為苛刻的要求。例如,某些位置傳感器要求精確監(jiān)控制IC芯片相對(duì)于封裝外部特征的位置。要滿足這些要求,需要專門(mén)的裝配工藝和夾具。
即使沒(méi)有提出這類特殊要求,汽車傳感器的封裝也必須保護(hù)芯片免遭大多數(shù)商用器件從未遇到過(guò)的工作條件的影響。不僅芯片,而且封裝包封本身也必須保證能在-40~ +125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作(對(duì)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)組件上的IC,其工作溫度范圍是-40~ +150°C)。再則,封裝必須保護(hù)芯片免受高濕度的影響,在某些情況下還要抗鹽霧的影響。封裝還必須保護(hù)芯片免受極端沖擊和震動(dòng)的影響,而芯片本身還必須承受很強(qiáng)的靜電場(chǎng)和RF電磁場(chǎng)的干擾。這些要求通常與軍事裝備和航天設(shè)備中所用IC的要求相同,只在某些場(chǎng)合單位體積可以放松一些,而且汽車公司也不會(huì)以軍用品的價(jià)格來(lái)支付,在某些情況下,甚至還要求低于普通商品的價(jià)格來(lái)支付。
你也許認(rèn)為,汽車設(shè)備中大量使用完全相同的傳感器會(huì)使定制封裝符合汽車客戶的心意。但是,汽車傳感器的購(gòu)買者在可能的情況下寧愿購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)化封裝的IC,至少?gòu)某叽绲慕嵌葋?lái)說(shuō)是這樣。標(biāo)準(zhǔn)封裝的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(如測(cè)試插座)早已存在,因此,找到多家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)封裝IC的廠家要比尋找多家特殊封裝IC制造商更容易。IC傳感器制造商們估計(jì),他們生產(chǎn)的汽車傳感器至少有一半是符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外形封裝的。
盡管尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的,但幾乎所有這些封裝都是IC或封裝制造商使之適用于汽車行業(yè)的版本。ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)已經(jīng)制定了有關(guān)汽車用IC和IC封裝性能各個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)。其中一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),即ISO/TR 7637/1,包含了器件承受ESD(靜電放電)的性能規(guī)范。
有些時(shí)候,對(duì)商用級(jí)器件進(jìn)行改進(jìn),使之適用于汽車設(shè)備,需要對(duì)封裝給予更多特別的關(guān)注。各種改進(jìn)可能要求大大改變晶圓片加工工藝。比如說(shuō)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面的光傳感器就是這種情況。一般來(lái)說(shuō),光電二極管探測(cè)器的工作溫度只能達(dá)到85°C,超過(guò)這一溫度(在少數(shù)情況下,可以超過(guò)100℃),
反向偏置的光電二極管的漏電流就會(huì)過(guò)大。但是,改變?cè)撈骷诫s就可使它在125℃的環(huán)境溫度下工作。
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