2017年，Bosch Sensortec（博世传感）公司推出首款温湿气压“四合一”环境传感器BME680，可对室内空气质量、大气压力、相对湿度和环境空气温度进行高精度测量。五年间，这款传感器已应用于众多移动和物联网应用之中。2022年，博世传感基于其成熟的BME680平台，推出新一代的环境传感器：BME688，内置的更新版本气体传感器可实现更广泛的测量范围，并拥有先进的人工智能功能。

图1 四合一环境传感器BME688

BME688气体传感器部分相较于上一代产品除检测挥发性有机化合物VOCs，还可以检测挥发性硫化合物（VSCs）和其他类型的气体，如一氧化碳和氢气，检测范围为十亿分之一（ppb）。同时，其搭载的AI功能，拥有气体扫描功能，能够针对其他气体混合物和应用进行训练和学习，例如训练识别食物上细菌生长明显迹象的能力。

BME688延续了上一代产品的封装形式（Metal-lid LGA）和产品尺寸（3.0mm x 3.0mm x 0.93mm），基板和金属盖是通过银胶键合，加热取下金属盖，可以看到内含2颗芯片，识别出左边8根引线的为压力传感芯片，右边为4根引线的微气体传感芯片。引线采用25μm金线实现电气键合，芯片周围有绝压导热胶保护。

图2 BME688开盖OM

通过湿法去胶处理，可以得到三颗清晰的芯片，分别为压力、湿度和温度单片集成MEMS芯片、气体MEMS芯片和ASIC芯片。两颗MEMS芯片位于叠层上方，ASIC芯片位于叠层下方。MEMS芯片不是直接与ASIC芯片通过绑线相连，而是通过中间层的金属互联层做了重布线。

图3 BME688开盖SEM

气体MEMS芯片采用悬膜背部开硅槽工艺，尺寸为950μm x 620μm，悬膜区域尺寸为325μm x 325μm，中心气敏区域为直径约140μm圆形区域。中心气敏区域呈现黑色，芯学知推测其采用的是丝网印刷气敏浆料技术。四根引线分别绑线在四个焊盘上，其中两个是加热电极，两个是测试电极。

图4 气体MEMS芯片OM

与上一代器件相比，BME688主要的更新在于气体传感器，可以测试除了VOCs外的其它气体，尤其是VSCs。芯学知认为技术革新主要在于气敏材料部分，博世传感采用了新型的气敏材料，增加了气体的选择性。

图5 BME688气敏材料与BME680的比较

压力、湿度和温度单片集成MEMS芯片，主体是压力部分，占芯片面积80%。压力功能部分主要是采用四个掺杂硅压阻形成惠斯通电桥的压阻式测压原理，其芯片背部有深硅槽。湿度传感器采用电容式原理，在2个叉指电极上沉积高分子聚合物作为湿度敏感材料，当湿度变化，湿敏层介电常数变化导致叉指电极的电容变化，选用2个相同的湿度单元作用为提供测量精度。温度传感器采用温度二极管原理，根据最新的官方技术资料，增加了温度的精度为±0.5°C。焊盘2,3,4,5为压力信号输出焊盘，1,8为湿度信号输出焊盘，6,7为温度信号输出焊盘。

图6 压力、湿度和温度单片集成MEMS芯片OM

最后取出的芯片是AISC芯片，芯片整体尺寸为1.65mm x 1.05mm，周边分布着18个焊盘，其中4个连接压力信号，2个连接湿度信号，2个连接温度信号，2个连接气体信号，2个为气体微加热器供电信号，另外6个与基板的PIN连接，对应6个引脚。芯学知认为，BME688较上一代产品的新增AI学习功能，基于对本颗ASIC芯片革新。

图7 ASIC芯片OM