隨著氣候變化問題日益嚴(yán)峻，人類必須采取有力措施來大幅減少碳排放。在新的立法和政策框架下，汽車行業(yè)正面臨前所未有的壓力。以歐洲綠色協(xié)議下的“Fit for 55”倡議為例，該倡議提議修改法律法規(guī)，以降低新車二氧化碳排放量，目標(biāo)在2030年之前，將排放量水平比2021年減少55%。而最終目標(biāo)是到2035年將新車和貨車的二氧化碳排放量減少100%。這一倡議的實(shí)施意味著從2035年起將禁止使用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的新車，從而加速純電動(dòng)汽車(BEV)的普及。

然而，解決從燃料開采到車輛駕駛?cè)痰亩趸寂欧艈栴}需要更多的解決措施來應(yīng)對(duì)。盡管各國正在加緊部署更環(huán)保的能源，但在短期內(nèi)它們還無法提供足夠的能源來推動(dòng)新型電動(dòng)汽車的發(fā)展。此外，許多國家的電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋率仍然不足，這對(duì)可持續(xù)汽車解決方案提出了挑戰(zhàn)。

因此，優(yōu)化車輛電池電源的部署至關(guān)重要，這樣做有助于減少國家電網(wǎng)的能源需求并增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。而車輛的熱管理系統(tǒng)在優(yōu)化電池性能方面起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗軌驊?yīng)對(duì)外部溫度對(duì)電池效率的影響，以及滿足駕駛室制暖或制冷的能量需求。

為了實(shí)現(xiàn)更高水平的熱管理效率，OEM和系統(tǒng)制造商需要借助精準(zhǔn)、可靠且微型化的壓力感測(cè)技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)具備應(yīng)對(duì)各種類型介質(zhì)的性能，能夠精準(zhǔn)測(cè)量氣體和液體的壓力。同時(shí)，感器芯片應(yīng)具備抗凍性能，以避免在測(cè)量過程中因介質(zhì)凍結(jié)而損壞。

熱管理技術(shù)

電動(dòng)汽車中的熱管理系統(tǒng)由多個(gè)相互作用的制冷和冷卻回路構(gòu)成，用于控制駕駛室和電池組的溫度以及對(duì)電力電子設(shè)備和電機(jī)進(jìn)行冷卻。在這個(gè)系統(tǒng)中部署有壓力傳感器芯片及溫度傳感器芯片，用以監(jiān)測(cè)制冷液的狀態(tài)，有助于優(yōu)化系統(tǒng)效率，并保護(hù)關(guān)鍵部件免受損壞。

▲ 邁來芯BEV熱管理系統(tǒng)芯片解決方案

系統(tǒng)集中化是電動(dòng)汽車熱管理的主流趨勢(shì)。該技術(shù)通過將更多組件緊密集成，以最大限度地減輕重量及管路，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性并簡化安裝過程。

在2021年，前福特工程師Sandy Munro（現(xiàn)為工程咨詢公司Munro & Associates的創(chuàng)始人）對(duì)福特Mach-E和特斯拉Model Y的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行了拆解。Sandy和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，Mach-E的熱系統(tǒng)包含35個(gè)部件，軟管長達(dá)18.42m，重量為22.4kg，相比之下，Model Y熱系統(tǒng)展現(xiàn)了高度的集成化，僅包含10個(gè)部件、軟管長度為6.35m，重量為9.2kg，部件數(shù)量和重量上都有明顯優(yōu)勢(shì)。

“對(duì)于汽車OEM和系統(tǒng)制造商來說

在集中式系統(tǒng)的組件內(nèi)安裝壓力傳感器芯片有助于減少制冷劑和冷卻回路內(nèi)潛在的故障點(diǎn)”

微型MEMS壓力敏感元件為這一技術(shù)方向提供了強(qiáng)有力的支持，該傳感器芯片具備更可靠、更精準(zhǔn)的特性，且采用更小巧的封裝，從而顯著提升了系統(tǒng)的性能。

MEMS壓力敏感元件解決方案

十年前，邁來芯向市場(chǎng)推出了MLX90809，這是第一款采用堅(jiān)固封裝的出廠校準(zhǔn)壓力傳感器芯片，專為滿足汽車制動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)安全性要求嚴(yán)苛的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。自此之后，邁來芯不斷推陳出新，相繼推出了高度集成的壓力傳感器芯片，實(shí)現(xiàn)了裸片產(chǎn)品小型化（如MLX90819/20），并發(fā)布了超高精度的無PCB汽車壓力傳感器芯片（如MLX90822/23/24/25）。

然而，MEMS技術(shù)在電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)應(yīng)用中存在一些局限性。許多現(xiàn)有的低壓傳感器芯片，無論是PCB還是無PCB，都難以承受超過20bar的爆裂壓力，否則可能會(huì)導(dǎo)致傳感器芯片損壞（如凝膠破裂、綁定線斷開）。此外，當(dāng)相對(duì)壓力傳感器芯片的背面承受壓強(qiáng)時(shí)，存在芯片與封裝分離的風(fēng)險(xiǎn)，而且這些傳感器芯片通常只能測(cè)量氣體介質(zhì)的壓力。

在使用過程中，如果傳感器芯片的凝膠側(cè)長時(shí)間與被測(cè)液體接觸，存在液體滲透凝膠導(dǎo)致傳感器芯片輸出漂移的風(fēng)險(xiǎn)。而其他類型的傳感器芯片雖然能夠耐受大部分液體，但要么無法應(yīng)對(duì)液體凍結(jié)的情況，要么難以實(shí)現(xiàn)小型化。對(duì)于汽車行業(yè)而言，許多現(xiàn)有的封裝和裸片MEMS解決方案都無法滿足。

▲MEMS傳感器芯片設(shè)計(jì)及其局限性的比較

邁來芯的Triphibian技術(shù)

開發(fā)一種能夠可靠地承受遠(yuǎn)超過5 bar壓力，同時(shí)保持與液體介質(zhì)接觸的MEMS傳感器芯片，將足以顛覆整個(gè)汽車行業(yè)及相關(guān)市場(chǎng)。邁來芯憑借榮獲專利的Triphibian技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)（專利US11169039）。

注：之所以稱為Triphibian，是因?yàn)樵摷夹g(shù)能夠測(cè)量液體和氣體兩種物質(zhì)狀態(tài)的壓力，同時(shí)能夠應(yīng)對(duì)固體和等離子體這兩種物質(zhì)狀態(tài)。

Triphibian傳感元件采用IC封裝，內(nèi)部包含一個(gè)懸臂梁，其尖端帶有感應(yīng)膜。該傳感器芯片的懸臂梁結(jié)構(gòu)在壓力瞬變和爆破壓力情況下周圍的壓力仍然處于均衡狀態(tài)，這一設(shè)計(jì)比背面暴露的解決方案更穩(wěn)健，后者在玻璃基座側(cè)和引線鍵合側(cè)之間仍然存在壓力差。壓力均衡原理也適用于冷凍介質(zhì)，這是MEMS首次在此類環(huán)境中應(yīng)用。

▲Melexis Triphibian的懸掛懸臂設(shè)計(jì)

“邁來芯針對(duì)汽車熱管理系統(tǒng)提供的是封裝的、易于集成的、經(jīng)過出廠校準(zhǔn)的且采用創(chuàng)新技術(shù)的壓力傳感器解決方案。該傳感器芯片采用SOIC16封裝，可通過回流焊工藝與PCB板實(shí)現(xiàn)電連接，同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)傳感器密封。”

MLX90830是Triphibian產(chǎn)品系列中的第一款產(chǎn)品，可以用前所未有的方式測(cè)量2至70bar的氣體和液體介質(zhì)。

●測(cè)量2-70bar液體、氣體，并能夠應(yīng)對(duì)固態(tài)狀態(tài)

●顛覆MEMS壓力測(cè)量

隨著世界面臨的挑戰(zhàn)不斷增加， MEMS壓力傳感器芯片技術(shù)將成為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的重要工具。除了在汽車熱管理方面的應(yīng)用外，該技術(shù)還可以應(yīng)用于許多其他領(lǐng)域。例如，氣候變化對(duì)人類的影響日益明顯，水資源短缺問題正在成為一個(gè)熱議焦點(diǎn)，Triphibian傳感器芯片可以幫助管理本地用水量，而這只是其眾多潛在領(lǐng)軍市場(chǎng)應(yīng)用中的一個(gè)例子。