《MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器產(chǎn)品對(duì)比分析-2023版》

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，流量傳感器（Flow Sensors），或被稱為流量計(jì)，通常用于測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)模塊預(yù)設(shè)橫截面處的氣體或液體的質(zhì)量或體積。流量傳感器適用于呼吸設(shè)備、噴霧器、制氧機(jī)、吸入和麻醉設(shè)備、暖通空調(diào)、燃料電池、氣體分析儀、過程控制、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等諸多應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)MarketsandMarkets市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告顯示，2021年全球流量傳感器市場(chǎng)規(guī)模為77億美元，預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到103億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率約為6%。

MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器利用氣體流過外部熱源加熱的流路管道時(shí)產(chǎn)生的溫度場(chǎng)變化來測(cè)量氣體質(zhì)量流量，核心MEMS芯片集成一個(gè)熱源（加熱元件）和一對(duì)測(cè)溫元件（分別置于熱源的兩邊）。當(dāng)MEMS芯片表面接觸的氣體靜止時(shí)，熱源所建立的熱量分布圖是以加熱元件為中心的對(duì)稱分布，兩個(gè)測(cè)溫元件的輸出相等；當(dāng)氣體在MEMS芯片表面流動(dòng)時(shí)，氣體分子帶走的熱量使熱源所建立的熱量分布圖發(fā)生偏移，兩個(gè)測(cè)溫元件之間的輸出差是氣體質(zhì)量流量的函數(shù)?？傊?，氣體質(zhì)量流量的變化直接影響熱擴(kuò)散的程度，進(jìn)而影響兩個(gè)測(cè)溫元件之間的溫度差，而溫度差信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大電路變成標(biāo)準(zhǔn)壓電信號(hào)輸出。

MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器工作原理

本報(bào)告針對(duì)全球領(lǐng)先廠商的三款MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器：AWM3300V（霍尼韋爾，Honeywell）、CAFS3000（康森斯克，Consensic）和D6F-P（歐姆龍，Omron）進(jìn)行物理分析，包括器件拆解、芯片剖析及材料分析等，并依此推測(cè)出MEMS芯片制造工藝，還從器件封裝、性能、PCB及芯片等方面進(jìn)行對(duì)比分析。最后，我們還檢索并分析了上述產(chǎn)品的專利情況。

霍尼韋爾AWM3300V是一款基于MEMS技術(shù)的惠斯通雙電橋控制氣體質(zhì)量流量傳感器。AWM3000系列具有放大功能，因此能用于提升增益和將電壓偏移引入傳感器輸出。其加熱器控制電路和傳感橋供電電路位于封裝電路板上，測(cè)量流量可至1.0 SLPM，能承受最大共膜壓力25 psi，可應(yīng)用于加熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)門控制氣體分析儀、低真空控制、醫(yī)用呼吸機(jī)、肺活量?jī)x和制氧機(jī)等。

霍尼韋爾質(zhì)量流量傳感器：AWM3300V

康森斯克CAFS3000系列氣體質(zhì)量流量傳感器主要由MEMS熱式流量傳感芯片、運(yùn)算放大器、微控制器（MCU）等組成，集成的Sigma-Delta A/D轉(zhuǎn)換器和具有內(nèi)部校準(zhǔn)功能的邏輯電路及MCU共同保證了傳感信號(hào)實(shí)時(shí)有效的采集，并在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償算法處理以獲得精確的流量信號(hào)，獨(dú)特的封裝技術(shù)使得產(chǎn)品滿足不同范圍的氣體流量測(cè)量（流量范圍：0 – 2000 sccm），可應(yīng)用于制氧機(jī)、防毒面罩和呼吸器、噴霧器、持續(xù)氣道正壓通氣（CPAP）設(shè)備、麻醉分娩等。

康森斯克質(zhì)量流量傳感器：CAFS3000

歐姆龍D6F-P系列是一種小型、大量程、耐環(huán)境性能好的MEMS流量傳感器，最高支持測(cè)量流量為1升/分鐘（L/min）；通過以旁通方式設(shè)置，則可進(jìn)行大流量測(cè)量，最高可達(dá)200升/分鐘。D6F-P系列集成歐姆龍研發(fā)的創(chuàng)新MEMS元件，具有高精度、高響應(yīng)速度等優(yōu)異的傳感性能，對(duì)微風(fēng)也能進(jìn)行檢測(cè)。其主要應(yīng)用包括燃燒設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、堵塞檢測(cè)等。

歐姆龍質(zhì)量流量傳感器：D6F-P

《MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器產(chǎn)品對(duì)比分析-2023版》報(bào)告主要包括以下內(nèi)容：

（1）首先對(duì)AWM3300V、CAFS3000、D6F-P進(jìn)行封裝拍照及分析，然后將三款產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械拆解和化學(xué)去膠，接著取出芯片進(jìn)行結(jié)構(gòu)剖析和材料分析，包括MEMS表面和剖面膜層結(jié)構(gòu)及成分信息等。根據(jù)分析可知溫度測(cè)量方式：第一款采用熱電阻，后兩款采用熱電堆，本報(bào)告提供加熱區(qū)域、溫度測(cè)量區(qū)域等局部特寫及關(guān)鍵尺寸。

霍尼韋爾質(zhì)量流量傳感器AWM3300V打開封裝的細(xì)節(jié)視圖

康森斯克質(zhì)量流量傳感器CAFS3000的MEMS芯片大剖面局部SEM照片

（2）通過對(duì)上述三款產(chǎn)品MEMS芯片的結(jié)構(gòu)剖析和材料分析，可知這三款芯片均采用硅晶圓正面濕法刻蝕方法形成硅槽，并進(jìn)一步繪制出MEMS芯片結(jié)構(gòu)示意圖，推測(cè)出MEMS制造工藝流程。

歐姆龍質(zhì)量流量傳感器D6F-P的MEMS芯片制造工藝（部分示意）

（3）將上述三款產(chǎn)品進(jìn)行全方位的對(duì)比分析，包括器件封裝、性能、PCB和MEMS芯片等。三款產(chǎn)品均采用3-pin塑料卡扣封裝，但是封裝基板有差異：AWM3300V采用單面陶瓷基板，CAFS3000和D6F-P采用雙面玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基板。

三款質(zhì)量流量傳感器產(chǎn)品對(duì)比分析：AWM3300V vs. CAFS3000 vs. D6F-P（部分展示）

（4）針對(duì)上述三款產(chǎn)品進(jìn)行專利檢索與分析，并提供從專利到產(chǎn)品的映射關(guān)系，有助于其他廠商理解技術(shù)要點(diǎn)及專利保護(hù)范圍，并進(jìn)行侵權(quán)關(guān)聯(lián)性分析，從而可以有效避免侵權(quán)糾紛的發(fā)生。

霍尼韋爾質(zhì)量流量傳感器AWM3300V專利到產(chǎn)品的映射：橋結(jié)構(gòu)

審核編輯 ：李倩