GB-T 47753-2026《微机电系统（MEMS）技术 车规级MEMS半导体气体传感器技术规范》

GB/T47753-2026微机电系统(MEMS)技术车规级MEMS半导体气体传感器技术规范本文件规定了车规级MEMS半导体气体传感器的分类、基本参数、性能要求、试验方法。本文件适用于采用MEMS工艺制作的车规级MEMS半导体气体传感器的设计、生产和检验。包括车内/外空气质量传感器、车载人体呼出气体传感器、汽车尾气传感器、新能源车动力安全气体传感器(如车用动力电池安全气体传感器和燃料电池车安全气体传感器)等。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验A:低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验B:高温GB/T2423.3环境试验第2部分：试验方法试验Cab:恒定湿热试验GB/T2423.5环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GB/T2423.17环境试验第2部分：试验方法试验Ka:盐雾GB/T28046.1道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第1部分：一般规定3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。[MEMS半导体气体]传感器[MEMSsemiconductor]gassensor采用MEMS技术加工工艺、利用半导体材料的电导率变化，将感知的气体浓度转换成可输出电信号的器件。零点输出zerooutput在清洁空气中，MEMS半导体气体传感器处在稳定工作状态时的信号输出值。[来源：GB/T7665—2005,3.5.1.29,有修改]零点漂移zeroshift在清洁空气中，MEMS半导体气体传感器上电达到稳定工作状态后，在规定的时间内其零点输出的变化量。工2响应时间responsetime在试验条件下，MEMS半导体气体传感器接触规定检测浓度目标气体后，传感器输出变化量达到其输出变化总量的90%时所需要的时间。[来源：GB/T7665—2005,3.5.1.92,有修改]恢复时间recoverytime在试验条件下，MEMS半导体气体传感器脱离被测气体至传感器输出变化量达到其输出变化总量的90%时所需要的时间。相对误差tolerancesMEMS半导体气体传感器在规定浓度的标准气体下，稳定工作状态时输出信号对应转换的浓度值相对标准气体真实浓度值的偏离程度。灵敏度sensitivityMEMS半导体气体传感器在清洁空气中的稳定信号输出值与通入规定浓度检测气体中时稳定信号输出值之比。[来源：GB/T4475—1995,2.6.2.11,有修改]灵敏度漂移sensitivityshiftMEMS半导体气体传感器上电达到稳定工作状态后，将传感器处于规定环境中工作时，在规定的时间内其灵敏度随着时间变化，灵敏度的相对变化值。[来源：GB/T7665—2005,3.5.1.74,有修改]重复性repeatability在规定时间内，将MEMS半导体气体传感器上电达到稳定工作状态后，对特定浓度气体连续多次测量所得传感器灵敏度的标准偏差。稳定性stabilityMEMS半导体气体传感器在一个较长的时间内保持其气敏恒定的能力。挥发性有机化合物volatileorganiccompounds;VOC参与大气光化学反应的挥发性有机化合物，或者根据有关规定确定的挥发性有机化合物。[来源：GB/T18582—2020,3.5,有修改]根据MEMS半导体气体传感器(以下简称“传感器”)在汽车中的主要用途，传感器分为表1所列的3表1传感器分类1a)测量汽车内的环境空气质量，包含一氧化碳、VOC等气体的浓度；b)测量汽车外环境空气质量，包含氨气、硫化氢、VOC、一氧化2a)车用动力电池安全气体传感器，检测电池包热失控时产泄漏产生气体的浓度，包含一氧化碳、氢气、硫化氢等；b)车用燃料电池安全气体传感器，检测燃料电池气体泄漏时目标气34车载人体呼出气体传a)测试车内驾驶员呼出气体中的酒精含量；5基本参数5.1工作温度范围按照GB/T28046.1中对电子及电气设备在汽车中安装位置的分类，除另有规定外，根据传感器安装位置和工作环境要求，按照传感器的工作温度范围不同，分为1级、2级、3级3个等级，见表2。表2传感器工作温度范围工作温度范围1级一40℃~125℃一40℃~105℃乘客舱(阳光直射处)、外部/腔体内—40℃~85℃乘客舱(非阳光直射处)、行李舱或者货舱内5.2功能执行状态等级依据传感器受到电磁干扰期间和之后的功能状态，对其状态等级进行定义。a)A级：传感器在施加干扰期间和之后，能执行其预先设计的所有功能，由于干扰所引起的性能误差皆在设计误差范围之内。b)B级：传感器在施加干扰期间，所有功能满足设计要求，但允许有一个或多个超出规定误差。在停止施加干扰之后所有功能应自动恢复到正常运行。c)C级：传感器在施加干扰期间，有一个或多个功能不满足设计要求，但停止施加干扰后传感器所有功能应能自动恢复到正常运行。d)D级：传感器在施加干扰期间，有一个或多个功能不满足设计要求且停止施加干扰后不能自动恢复到正常运行状态，需要对传感器进行重启后，所有功能可恢复到正常运行。e)E级：传感器在施加干扰期间和之后，有一个或多个功能不满足设计要求且停止施加干扰后对4传感器进行操作重新激活后仍不能恢复到正常运行状态，需要对装置/系统进行修理或更换。5.3工作电压除非另有规定，传感器工作电压范围为直流0.8V～48V,典型电压为直流(3.3±0.05)V、(5±5.4工作环境要求除非另有规定，传感器应能在以下环境中正常工作：a)工作温度：按表2;b)相对湿度：10%～95%,无凝露；6性能要求传感器外观应符合以下要求：a)传感器的外观无目视可见的瑕疵、锈蚀和损伤，标志清晰完整、准确；b)传感器表面无变形、无缺损、无裂纹、无划伤；c)传感器引脚切口整齐、无锈蚀、无变形。6.2外形及尺寸传感器尺寸及安装的公差尺寸应符合产品图纸的规定。传感器零点漂移不应超过±20%。6.4响应时间传感器的响应时间不应大于30s。6.5恢复时间传感器的恢复时间不应大于60s。6.6灵敏度传感器灵敏度的相对误差范围不应超过±20%。6.7灵敏度漂移传感器灵敏度漂移不应超过±20%。6.8重复性传感器按照7.8的规定进行试验，传感器的重复性不应大于10%。56.9长期稳定性传感器在7.9规定的条件下连续工作一段时间后，灵敏度的相对误差不应超过±10%。6.10环境耐受性传感器应能耐受表3规定环境条件下的环境耐受习性各项试验。试验期间，处于正常工作状态的传感器不应出现故障输出。试验后，传感器表面应无涂层破坏和腐蚀现象。按照7.6试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的性能要求。表3环境试验条件持续时间持续时间持续时间-40℃~85℃单温度持续时间—25℃~80℃单温度持续时间试验持续时间6.11机械耐受性传感器应能耐受表4、表5规定的机械环境条件下的跌落试验及振动试验，根据传感器不同的安装位置选择不同级别的振动试验严酷等级进行试验。试验后，外观应无破损，敏感材料及零件无脱落。按照7.6试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的性能要求。表4跌落试验条件6表5振动试验条件(B级)加速幅值/(m/s²)扫频速率/(OCT/min)振动方向(轴向)除另有规定外，根据传感器在车上应用情况按照GB/T28046.1对电子及电气设备安装位置的分类，规定了不同振动严酷度的试验方法。其振动试验分为A级、B级2个等级，见表6。表6振动试验等级发动机舱(处于高频振动区域)内部、外部或者腔体内乘客舱、行李舱或者货舱内(非高频振动安装位置)、外部/腔体内6.12方位灵敏度将传感器按照7.12的试验条件进行方位灵敏度试验，试验后，按照7.6的试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的性能要求。6.13高浓度气体耐久性将传感器按照7.13的试验条件进行高浓度气体耐久性试验，试验后，按照7.6的试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的性能要求。6.14抗干扰性将传感器按照7.14的试验条件进行传感器抗干扰试验，试验后，按照7.6的试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的性能要求。6.15耐硅中毒性能将传感器按照7.15的试验条件进行传感器耐硅中毒试验，试验后，按照7.6的试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的性能要求。6.16盐雾试验将传感器按照7.16的试验条件进行盐雾试验，试验后，按照7.6的试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度相对误差不应超过6.6规定的灵敏度相对误差的2倍。6.17电磁兼容性6.17.1静电放电传感器经外壳设计或电路设计保护后应能耐受表7规定的静电放电抗扰度性能的各种试验。试验7期间，处于通电状态的传感器不应出现异常信号输出；试验后，外观应无破损，零件无脱落且功能执行状态等级应满足表7所规定的等级要求，并按照7.6的试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的灵敏度相对误差的2倍。项目类别I类IV类空气放电正、负放电间隔时间10次不易接触到的传不易接触到的传感器或非运行状易接触到的传正常工作时车外人体易接触到的至少B级至少B级至少C级6.17.2射频电磁场抗扰度性能传感器经外壳设计或电路设计保护后应能耐受表8规定的电磁干扰条件下的各种试验。试验期间，处于通电状态的传感器不应出现异常信号输出；试验后，外观应无破损，零件无脱落且功能执行状态等级应满足表8所规定的等级要求，试验后，按照7.6试验方法进行传感器灵敏度测试，传感器灵敏度应满足6.6规定的性能要求。表8射频电磁场抗扰度要求频率范围电流或电场等级1AB等级1AABBC7试验方法7.1试验大气条件除另有规定外，各项试验均应在下述大气条件下进行：8——温度：(25±5)℃;——相对湿度：45%～75%;针对人体呼出气体传感器的测试条件为：——温度：(34±5)℃;——相对湿度：(90±5)%;——大气压力：86kPa～106kPa。7.2一般性能检测7.2.1外观检查目视或使用显微镜检查传感器的外观是否符合6.1的外观要求。7.2.2外形检测通过长度测量工具测量传感器的尺寸是否符合要求。7.2.3预处理当传感器需要通电检测时，试验前对传感器进行预处理，应在7.1规定的大气条件下通电预热至少1h,使传感器达到稳态输出后再进行下一步检测或试验。7.2.4恢复传感器经过环境试验或可靠性试验后，应进行恢复，将传感器置于常温清洁空气并进行通风处理相应时间(至少2h),然后在7.1的大气条件下通电预热至少4h后，达到稳态输出后再进行下一步检测或试验。7.3零点漂移试验将传感器置于试验箱(可选择附录A或者附录B中任一种)中，环境温度设定为25℃±2℃,相对湿度设定为(50±5)%,首先向试验箱中通入清洁空气，待传感器信号输出稳定后记录输出值，为零点输出(Z。)。传感器在以上环境中，连续工作24h,每小时记录传感器的零点输出值(Z₀;)后按照公式(1)计算传感器的零点漂移(δ)。Zoi——第i次测量时测试传感器零点输出值；Z。——第1次试验开始测试传感器零点输出值；N——测量次数。7.4响应时间试验将传感器置于附录A的静态气体浓度配制试验箱中，环境温度设定为25℃±2℃,相对湿度设定为(50±5)%,试验箱中环境为清洁空气，传感器在正常工作电压下通电并预热，传感器达到稳定的信号输出后，向试验箱中注入目标浓度的待测目标气体并开始计时，待传感器信号输出值达到输出值变化总量的90%时，计算传感器的响应时间。设定气体浓度可采用传感器标记量程下限的5倍或10倍浓9度，可根据不同气体种类选取。7.5恢复时间试验将传感器置于附录A的静态气体浓度配制试验箱中，环境温度设定为25℃±2℃,相对湿度设定为(50±5)%,传感器在设定浓度标准气体氛围中输出信号稳定后，将试验箱中目标气置换成清洁空气，待传感器的信号输出值达到输出值变化总量的10%时，计算其恢复时间值。设定气体浓度可采用传感器标记检测范围下限的5倍或10倍浓度，可根据不同气体种类选取。7.6灵敏度试验将传感器置于附录B的动态气体浓度配制试验箱中，根据7.1规定的试验条件，首先固定一定流量向试验箱通入清洁空气，传感器通电并达到稳定工作状态后，记录传感器的信号输出值(Z。)。然后向试验箱中通入经混合后特定浓度的标准气体，使试验箱内的气体浓度达到特定气体浓度值(可采用传感器标记检测范围下限的5倍或10倍浓度)并开始计时，保持至少5min,观察传感器的信号输出值(Z₅),按照公式(2)计算传感器灵敏度(S)。式中：S——传感器灵敏度；Z。——传感器的零点输出值；Z,——试验气体特定浓度下传感器输出值。7.7灵敏度漂移试验按照7.6的测试方法测试传感器的零点输出值(Z₀)及传感器在特定目标气体浓度氛围中的信号输出值(Z,)。每隔2h重复进行上述试验操作步骤，共循环测试6次并计算传感器灵敏度(S),按照公式(3)计算灵敏度漂移(θ)。式中：θ——灵敏度漂移；Z———第i次测量时的通入典型气体浓度标准气体时的信号输出值；Z——第1次试验开始通入典型气体浓度标准气体时的信号的输出值；N—测量次数。7.8重复性试验按照7.6规定的测试方法，将传感器置于清洁气体环境中通电并达到稳定工作状态后，向试验箱通入被测目标气体，待传感器输出信号稳定后计算传感器的灵敏度，同一个传感器连续重复测试6次，计算6次测试所得传感器灵敏度的标准差。7.9长期稳定性试验按照7.6规定的试验方法测试传感器的初始灵敏度，然后将传感器置于7.1规定的试验大气环境下连续通电工作28d后，按照7.6规定的试验方法再次测试传感器的灵敏度，计算2次传感器灵敏度的相对偏差。7.10环境耐受性试验7.10.1高温试验按照GB/T2423.2的试验方法，传感器在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，按照表3的试验参数，首先使试验箱内气体温度升高至85℃,并保持96h后，降至常温。试验后，将传感器按照7.2.4的方法恢复至少4h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.10.2低温试验按照GB/T2423.1的试验方法，传感器在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，按照表3的试验参数，首先使试验箱内气体试验温度降至—40℃,并保持24h后，升至常温。试验后，将传感器按照7.2.4的方法恢复至少12h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.10.3恒定湿热试验按照GB/T2423.3的试验方法，传感器在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，按照表3的试验环境中恒定湿热条件规定进行恒定湿热试验，温度控制在85℃±2℃,相对湿度控制在(85±5)%,试验时间至少96h,试验后，将传感器按照7.2.4的方法恢复至少24h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.10.4温度冲击试验按照GB/T2423.5试验方法，传感器处于非工作状态，根据表9所示试验条件进行温度冲击试验，温度冲击包含多次温度循环，每个循环周期包含T₁和T₂两个试验温度，每次循环进行从T₁到T₂的温度切换时间不大于3min,传感器所处温度为室温时，试验箱内温度稳定到T₁或者T²所需要的时间不大于3min。试验推荐周期为5个循环、10个循环、30个循环、50个循环。试验后按照7.2.4条件恢复至少24h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。表9温度冲击试验条件℃试验时间h7.10.5温度循环试验按照7.1规定的试验环境要求，传感器在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，根据表10所示试验条件进行温度循环试验，每个循环周期包含步骤一和步骤二，试验持续时间宜采用168h。试验后按照7.2.4试验条件恢复至少24h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。表10温度循环试验条件℃试验时间h步骤一227.11机械耐受性试验7.11.1跌落试验将传感器处于不通电或非工作状态，按表4规定的试验条件进行跌落试验。严酷等级：掉落高度1.0m,自由落下至平滑、坚硬的混凝土地面上共2次。试验后检查传感器外观，然后按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.11.2振动试验传感器处于不通电或非工作状态，将传感器固定在振动试验台上，启动振动试验台，按照表5规定的传感器的不同安装位置选择不同严酷等级的振动试验方法进行试验。试验后检查传感器外观是否破损，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.12方位灵敏度试验按照7.1规定的试验环境要求，将传感器置于试验箱(可选择附录A或者附录B中任一种)中，传感器在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，分别在X轴、Y轴、Z轴3个相互垂直的轴向进行灵敏度试验。每个轴在0°~360°范围测试，顺时针每旋转45°方位进行一次试验，按照7.6的试验方法检测传感器每个轴上每个方位的传感器灵敏度。7.13高浓度气体耐久性试验按照7.1规定的试验环境要求，将传感器置于试验箱(可选择附录A或者附录B中任一种)中，在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，将传感器标记检测范围上限浓度的2倍的气体浓度检测范围的检测气体通入试验箱，保持8h。试验后按照7.2.4试验条件恢复至少1h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.14抗干扰性试验按照7.1规定的试验环境要求，将传感器置于试验箱(可选择附录A或者附录B中任一种)中，在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，向试验箱中通入浓度为0.6%(体积分数)乙酸气体并保持30min,试验后取出使传感器正常通电1h,按照7.6的要求进行传感器的灵敏度试验。试验后使传感器保持正常通电状态24h后将其置于浓度为0.2%(体积分数)的乙醇气体环境中保持30min,试验后按照7.2.4试验条件恢复至少1h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.15耐硅中毒性试验按照7.1规定的试验环境要求，将传感器置于试验箱中(可选择附录A或者附录B中任一种),在正常工作电压下通电并预热，待传感器信号输出稳定后，向试验箱中通入浓度为10×10-⁶(体积分数)六甲基二硅醚，保持1h。试验后按照7.2.4试验条件恢复至少4h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.16盐雾试验按照GB/T2423.17进行试验，与GB/T2423.17不同的是，将外观保护设计好的传感器置于盐雾试验箱内，箱内温度为35℃±2℃,传感器处于非工作状态，使用质量浓度比为(5±0.1)%的氯化钠水溶液连续喷雾24h。取出传感器后，用pH值在6.5～7.2的去离子水、棉布将传感器表面盐层擦拭至少2次后，在室温环境下自然晾干至少4h。试验后，检查传感器样品外观，并进行试验前后状态比对。试验后按照7.2.4试验条件恢复至少12h后，按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.17电磁兼容性试验7.17.1静电放电按照7.1规定的试验大气环境要求，将经外壳设计或电路设计保护后的传感器进行静电放电抗扰度试验，环境相对湿度应小于60%。测试时，按照表7中传感器的类别选择放电参数，同时依照先接触放电后空气放电的原则，依次进行，每个放电试验应执行3次测试。测试时，正常运行模式或工作状态下传感器放电网络的选择：I类~Ⅲ类采用330pF/330Ω,IV类测试采用150pF/330Ω。非正常运行模式或非工作状态下传感器的网络选择：Ⅱ类采用150pF/330Ω。通电模式测试放电点的选择，应覆盖产品在实车正常使用时，可能被人触及的所有典型放电点位置。断电模式测试放电点的选择，应覆盖可能被人触及的所有典型放电点位置。试验后按照7.2.4试验条件恢复至少24h后，将传感器按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.17.2射频电磁场辐射抗扰度(BCI)按照7.1规定的试验大气环境要求，将经外壳设计或电路设计保护后传感器进行射频电磁场辐射抗扰度试验，试验采用“替代法”,在电磁屏蔽室或半电波暗室内进行。测试时，传感器距离负载箱/人工电源网络的距离为1700mm。试验过程中频率范围为1MHz～400MHz,试验布置应区分差分大电流注入和共模大电流注入2种注入模式：采用差分大电流注入布置(1MHz～30MHz),电流注入探头应置于距传感器接插件150mm和450mm位置分别进行测试，传感器电源回线应置于大电流注入探头的外部，传感器其他线束应置于探头内部；采用共模大电流注入布置(30MHz～400MHz),电流注入探头应置于距传感器接插件450mm和750mm位置分别进行测试。传感器所有线束应置于大电流注入探头的内部。传感器若有多个接插件，则每个独立的接插件线束均需要进行上述1MHz～400MHz的测试。按照表8中等级2的参数进行试验，如果传感器不能满足试验要求，应逐渐降低注入电流值，直至传感器正常工作，然后逐渐增加注入电流值直至传感器出现异常，试验报告中需要记录此时的频率和电流值。试验后按照7.2.4试验条件恢复至少24h后，试验后将传感器按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。7.17.3射频电磁场辐射抗扰度(ALSE)按照7.1规定的试验大气环境要求，将设计好的传感器进行射频电磁场辐射抗扰度试验，试验采用替代法在半电波暗室内进行。按照表8中等级2的参数进行试验，如果在等级2条件下，产品性能状态能够达到A等级，则可不进行等级1测试。天线垂直极化和水平极化2种状态均需要进行测试。1GHz以上频段，应对传感器3个正交平面方向分别进行测试。如果传感器不能满足试验要求，应逐渐降低干扰场强，直至传感器正常工作，然后逐渐增加干扰场强直至传感器出现异常，试验报告中需要记录此时的频率和场强值。试验后按照7.2.4试验条件恢复至少24h后，将传感器按照7.6的要求进行传感器灵敏度试验。(资料性)静态气体浓度配制试验箱与气体浓度静态配制方法A.1静态气体浓度配制试验箱静态气体浓度配制试验箱主体为一定形状的试验箱体，试验箱体积可大于被检样品体积的3倍，气体检测箱的密封性要好。气箱体外侧可有气体进样口，用于静态配气高度浓度气体输入，侧面可有液体进样口，用于注样器注入液态配气所需液体，箱体侧面可安置液体加热装置，注射液体前开启加热装置电源，注样液体至加热装置上1min确保注样液体完全汽化后关闭加电源。箱体内可内置风机(具体的风机的数量可根据箱体的大小来定)可用于箱内气体混匀。箱体内部或外部可设置气体分析仪用于实时监测箱内气体浓度。箱体内部同时可有压力监测装置和温湿度监测装置，用于实时监测箱内气体的温度和压力，具体结构分布可参考图A.1所示静态气体浓度配制试验箱。标引序号说明：9873——液体进样口；4——液体加热装置；5——压力传感器；6——温湿度传感器；8——气体浓度检测设备；9——气体进样口。图A.1静态气体浓度配制试验箱A.2气体浓度静态配制方法A.2.1气体静态配制方法如下：a)静态配气通过理论计算并对气体测试箱体内气体浓度实时在线分析，实现精准配气，静态配气通过