Triphibian?：革新電動汽車熱管理領域的壓力傳感器技術

隨著氣候變化問題日益嚴峻，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，汽車行業正面臨前所未有的壓力。以歐洲綠色協議下的“Fit for 55”倡議為例，該倡議提議修改法律法規，以降低新車二氧化碳排放量，目標在2030年之前，將排放量水平比2021年減少55%。而最終目標是到2035年將新車和貨車的二氧化碳排放量減少100%。這一倡議的實施意味著從2035年起將禁止使用內燃機驅動的新車，從而加速純電動汽車(BEV)的普及。

然而，解決從燃料開采到車輛駕駛全程的二氧化碳排放問題需要更多的解決措施來應對。盡管各國正在加緊部署更環保的能源，但在短期內它們還無法提供足夠的能源來推動新型電動汽車的發展。此外，許多國家的電動汽車充電基礎設施的覆蓋率仍然不足，這對可持續汽車解決方案提出了挑戰。

因此，優化車輛電池電源的部署至關重要，這樣做有助于減少國家電網的能源需求并增加電動汽車的續航里程。而車輛的熱管理系統在優化電池性能方面起著至關重要的作用，因為它能夠應對外部溫度對電池效率的影響，以及滿足駕駛室制暖或制冷的能量需求。

為了實現更高水平的熱管理效率，OEM和系統制造商需要借助精準、可靠且微型化的壓力感測技術，該技術應具備應對各種類型介質的性能，能夠精準測量氣體和液體的壓力。同時，感器芯片應具備抗凍性能，以避免在測量過程中因介質凍結而損壞。

熱管理技術

電動汽車中的熱管理系統由多個相互作用的制冷和冷卻回路構成，用于控制駕駛室和電池組的溫度以及對電力電子設備和電機進行冷卻。在這個系統中部署有壓力傳感器芯片及溫度傳感器芯片，用以監測制冷液的狀態，有助于優化系統效率，并保護關鍵部件免受損壞。

▲ 邁來芯BEV熱管理系統芯片解決方案

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

在2021年，前福特工程師Sandy Munro（現為工程咨詢公司Munro & Associates的創始人）對福特Mach-E和特斯拉Model Y的熱管理系統進行了拆解。Sandy和他的團隊發現，Mach-E的熱系統包含35個部件，軟管長達18.42m，重量為22.4kg，相比之下，Model Y熱系統展現了高度的集成化，僅包含10個部件、軟管長度為6.35m，重量為9.2kg，部件數量和重量上都有明顯優勢。

“對于汽車OEM和系統制造商來說

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

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

MEMS壓力敏感元件解決方案

十年前，邁來芯向市場推出了MLX90809，這是第一款采用堅固封裝的出廠校準壓力傳感器芯片，專為滿足汽車制動系統中對安全性要求嚴苛的應用而設計。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，實現了裸片產品小型化（如MLX90819/20），并發布了超高精度的無PCB汽車壓力傳感器芯片（如MLX90822/23/24/25）。

然而，MEMS技術在電動汽車熱管理系統應用中存在一些局限性。許多現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，否則可能會導致傳感器芯片損壞（如凝膠破裂、綁定線斷開）。此外，當相對壓力傳感器芯片的背面承受壓強時，存在芯片與封裝分離的風險，而且這些傳感器芯片通常只能測量氣體介質的壓力。

在使用過程中，如果傳感器芯片的凝膠側長時間與被測液體接觸，存在液體滲透凝膠導致傳感器芯片輸出漂移的風險。而其他類型的傳感器芯片雖然能夠耐受大部分液體，但要么無法應對液體凍結的情況，要么難以實現小型化。對于汽車行業而言，許多現有的封裝和裸片MEMS解決方案都無法滿足。

▲MEMS傳感器芯片設計及其局限性的比較

邁來芯的Triphibian技術

開發一種能夠可靠地承受遠超過5 bar壓力，同時保持與液體介質接觸的MEMS傳感器芯片，將足以顛覆整個汽車行業及相關市場。邁來芯憑借榮獲專利的Triphibian技術實現了這一目標（專利US11169039）。

注：之所以稱為Triphibian，是因為該技術能夠測量液體和氣體兩種物質狀態的壓力，同時能夠應對固體和等離子體這兩種物質狀態。

Triphibian傳感元件采用IC封裝，內部包含一個懸臂梁，其尖端帶有感應膜。該傳感器芯片的懸臂梁結構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，這一設計比背面暴露的解決方案更穩健，后者在玻璃基座側和引線鍵合側之間仍然存在壓力差。壓力均衡原理也適用于冷凍介質，這是MEMS首次在此類環境中應用。

▲Melexis Triphibian的懸掛懸臂設計

“邁來芯針對汽車熱管理系統提供的是封裝的、易于集成的、經過出廠校準的且采用創新技術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板實現電連接，同時易于實現傳感器密封?！?/p>

MLX90830是Triphibian產品系列中的第一款產品，可以用前所未有的方式測量2至70bar的氣體和液體介質。

●測量2-70bar液體、氣體，并能夠應對固態狀態

●顛覆MEMS壓力測量

隨著世界面臨的挑戰不斷增加， MEMS壓力傳感器芯片技術將成為應對這些挑戰的重要工具。除了在汽車熱管理方面的應用外，該技術還可以應用于許多其他領域。例如，氣候變化對人類的影響日益明顯，水資源短缺問題正在成為一個熱議焦點，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軍市場應用中的一個例子。