温湿度传感器的电路设计非常简单,电源脚、I2C通讯脚、地址脚或没有地址脚。电路虽然简单但是想把温湿度测量的精准还是要花费一些心思的。
当我们查看规格书时规格书中明明写着±0.3℃ 可是使用中为什么却差了2-3℃。
其实温湿度传感器测量的精度不仅取决于传感器本身的精度,而且还取决于整体系统的设计。
一、充分接触环境
设计产品外壳时要考虑温湿度传感器是否与环境进行了充分的接触,外壳的开口要留足气流的通道,并且传感器越接近开口越好,这样才能让传感器更好的感知周围环境。
如果外壳空间足够,尽量设计成“南北通透的户型”。这种“户型”不仅人喜欢,气体类传感器一样喜欢。
在设计外壳时还要注意传感器与外壳之间是否存在死区,死区会导致气流不畅,所以一定要消除死区,让传感器距离外壳的开口越近越好。
二、热传导隔离处理
在一些情况下温度的偏差可能是传感器周围的热源导致的,当热源产生的热辐射传递到传感器周围,导致温度升高从而影响温度精度。
每一个温度偏差同时也会导致湿度偏差,在90%RH下偏差1℃,将会导致5%RH的湿度偏差。
对上述情况可以使用物理隔断的办法来处理,阻挡热辐射或热气流进入,让传感器所在空间独立。
在阻挡热源的同时还要尽量将热量散发出去,如在热远处开孔等方法。
在PCB上,推荐使用开槽的方式让传感器与板上的热源进行物理隔离,在设计时最好还要远离电源电路等其他发热器件。
通过减小PCB导热的尺寸面降低热传递。
还可以将传感器设计在FPC柔性电路板上,让传感器远离主PCB这样可以很好的阻断热源的传播。
三、生产加工注意事项
生产过程中回流焊或手工焊接的高温可能会损坏传感器,因此工程生产时务必严格按照厂家的要求进行。
MEMS温湿度传感器WHT20
SMD 的 I/O 焊盘由铜引线框架平面基板制成,除这些焊盘暴露于外面,用于机械和电路连接。使用时,I/O 焊盘与裸焊盘都需要焊接在 PCB 上。为防止氧化和优化焊接,传感器底部的焊点镀有 Ni/Au。
在 PCB 上,I/O 接触面长度应比 传感器的 I/O 封装焊盘大0.2~0.3 mm,宽度应比封装焊盘大0. 1~0.2 mm,靠内侧的部分要与 I/O 焊盘的形状匹配,引脚宽度与 SMD 封装焊盘宽度比为1:1。
对于网板和阻焊层设计,建议采用阻焊层开口大于金属焊盘的铜箔定义焊盘( SMD)。对于SMD焊盘,如果铜箔焊盘和阻焊层之间的空隙为 60 µm-75 µm ,阻焊层开口尺寸应该大于焊盘尺寸120µm-150 µm。封装焊盘的方形部分要匹配相应的方形的阻焊层开口,以保证有足够的阻焊层区域(尤其在拐角处)防止焊锡交汇。每一个焊盘都要有自己的阻焊层开口,在相邻的焊盘周围形成阻焊层网络。
关于焊锡印刷,推荐使用带有电子抛光梯形墙的激光切割的不锈钢网,建议钢网厚度0.125 mm。对于焊盘部分的钢网尺寸须比 PCB 焊盘长0. 1 mm,且放置于离封装中心区0. 1 mm位置。裸焊盘的钢网要覆盖70 %-90 %的焊盘区域—也就是在散热区域的中心位置达到1.4 mm×2.3 mm。
由于 SMD 的贴装高度较低,建议使用免清洗type 3焊锡9 ,且在回流时用氮净化。
请使用标准的回流焊炉对传感器进行焊接,传感器符合 IPC/JEDEC J-STD-020D焊接标准,回流焊最佳使用温度低于200 ℃ , 能承受的极限焊接温度是260 ℃, 应注意的是在最高260 ℃温度下,接触时间应小于30秒(见下图9 ) 。建议在回流焊焊接时使用低温180 ℃。
注意事项: 回流焊焊接后,需将传感器在>75% RH的环境下存放至少24小时,以保证聚合物的重新水合,否则将导致传感器读数漂移。也可以将传感器放置在自然环境(>40% RH)下5天以上,使其重新水合。使用低温回流焊(比如: 180 ℃)可以减少水合时间。
焊接后不允许冲洗电路板。所以建议使用“ 免洗”型焊锡膏。
如果将传感器应用于腐蚀性气体中或有冷凝水产生(如:高湿环境),引脚焊盘与 PCB 都需要密封(如:使用敷形涂料)以避免接触不良或短路。