癌症患者：12个问题告诉你 基因检测对治疗真的有帮助！
癌症是一大类疾病的总称，其共同点是失去控制的细胞增殖。在正常情况下，我们体内的细胞会增长、分化和死亡，但癌症细胞只增长和分化，并不死亡，这种细胞的永生导致了失控，身体无法承受而走向死亡，癌症越来越多见，其诊断技术也不停地在改进，让许多人体内的癌症被提早发现。
癌症治疗的基本现状：四分天下
手术
外科和介入科
化疗
细胞毒性药+靶向药+激素药)
放疗
X线放疗：伽马刀、托姆刀、射波刀和质子重离子放疗
免疫治疗
免疫检查点抑制剂+细胞免疫+疫苗
手术能够切除掉早期的小肿瘤，可以算是“根治”。但是即使根治了的癌症患者，依然有部分会出现复发的情况。而且很多肿瘤只能进行部分切除，无法保证不会复发。
因此对于很多手术后的患者，可以选择放疗巩固治疗，对于手术后残留肿瘤进行彻底清除，但是放疗只能对局部肿瘤进行照射，对于扩散肿瘤或者多处转移的肿瘤效果不好。除此之外，就只剩化疗了，经常也推荐使用药物治疗一段时间或者终身服用。而对于那些无法手术的患者，则除了放疗外，就只能考虑化疗或免疫治疗了。
临床医生在肿瘤治疗中发现，人体肿瘤千差万别，即使是同一个部位的肿瘤，治疗效果和方法也应因人而异，这种因人、因病而采取的不同疾病治疗方法称为“个体化治疗”。因此在癌症治疗过程中，只有同病异治，因人而异，实施个体化治疗，才能针对不同类型的病人选择合适他们的药物。
癌症患者被确诊时，绝大多数已处于中晚期，治疗方式有限，预后极差。近年来，随着靶向药的问世，基因检测技术也随之兴起。癌症基因检测到底是怎么一回事，很多癌症患者对此知之甚少，也不知道该不该基因检测，下面整理了关于癌症基因检测的常见问题，以供参考。
1、什么是癌症基因?
癌细胞与正常细胞，有很多不同;其中，最重要的不同就是癌细胞中不少基因是变异的：有的基因缺失了，有的基因重复了，有的基因长歪了……
癌症中可能发生许多类型的基因改变。四种主要类型包括：
1) 单核苷酸变异体(SNV)，也称为点突变。SNV由一个碱基处的碱基置换产生。这些可能导致编码蛋白的氨基酸序列(错义突变)或蛋白过早截短(无义突变)。
2) 连续核苷酸的小复制，涉及一个或几个核苷酸的插入或缺失，或涉及同时缺失和插入一个或几个碱基(indelsa)的复杂突变。这些类型的突变可能是“框内的”，导致蛋白质中氨基酸的加入或减少，或可导致“移码”，通常导致蛋白质的过早截短。
3) 外显子或基因拷贝数目的变化。外显子拷贝数变化包括包含整个外显子并影响蛋白质功能结构域的大的重复或缺失。基因 拷贝数变化包括整个基因的扩增或缺失。
4) 遗传物质的结构变异(SV)或大的结构异常，包括由多个染色体之间或单个染色体内的断点引起的易位或倒位。这些通常导致融合基因和相关融合蛋白。
通常，致癌突变聚集在来自不同患者的肿瘤的“热点”突变。一些热点SNV可能会频繁发生，而另一些则很少见。例如，在所有黑素瘤中，40%发生BRAF V600E 突变，而BRAF L597S 突变的发生
2、什么是癌症基因检测?
我们都知道，癌症是一种具有遗传倾向的疾病，跟基因突变有着千丝万缕的联系，而这些基因在某些程度上，也决定了癌细胞的生长与分裂，并且这种突变也可能会遗传。这时候就可以针对肿瘤的基因图谱进行测试，从而确定到底是发生了哪些突变，而这个过程就叫做基因检测。
随着基因分子水平研究的不断深入，越来越多的肿瘤细胞信号通路被发现，大量临床研究表明，通路中的特定基因的扩增/突变/表达状态与靶向、化疗药物的有效性密切相关。因此，临床上检测这些通路中特定基因的扩增/突变/表达情况，能针对性地为每位患者“量身定做一套最适合的治疗方案，从而最大程度地提高治疗的有效率，减少药物的毒副作用，避免用药不当贻误治疗时机。
基因检测就是为了最大限度的增加每个患者对药物选择的正确性。选药前，先检测患者的基因，看患者体内是否存在已报道的药物靶点基因。如果存在靶点基因，那么患者对药物敏感的可能性就会大幅度的提高。
在实际的治疗过程中，基因检测可以帮助医生制定最佳的治疗方案。
比如：一些人患肺癌后，可以利用基因检测的手段对癌细胞中的EGFR进行检测，一旦发现了该突变，就可以利用对应的靶向药进行治疗。
再比如，有一些非常难以确诊的肿瘤，需要依靠特定的基因改变协助确诊。
比如，不少肉瘤都长的像梭子一样，长长扁扁的，这时候如果基因检测发现有ASPL-TFE3融合基因，那诊断腺泡软组织肉瘤，就八九不离十了。
再比如，肝癌对化疗和放疗都不怎么敏感，选择化疗药和免疫靶向药物非常困难。有的患者通过基因检测，发现他对一种抗肺癌的药物敏感。随即便购买并使用了这种抗肺癌的药物，并获得了理想的治疗效果。而有的肝癌患者，检测后发现对指南唯一推荐的肝癌治疗药(索拉菲尼)不敏感，而对其他药物敏感。患者及时选择了别的抗癌药物，省去了尝试索拉菲尼的十几万的治疗费用。
利用各种方法，把这些变异的基因找出来，仔细分析，可以协助临床诊断、指导治疗选择、辅助监测疾病复发和耐药、预估生存期等。
肿瘤基因测试范围从简单到复杂。最简单的测试只检测一种基因中的一种类型的突变。比如仅在BRAF位置c.1799处寻找特定T到A置换突变的试验。
相反，最复杂的测试可以同时检测所有主要类型的基因改变，包括替换，重复，插入，缺失，插入，基因拷贝数 变异和结构变体，包括倒位和易位。
当然，基因检测也不是万能的，但它还是可以大幅提高很多患者的用药效率的。
3、癌症患者为什么要做基因检测?
随着精准治疗越来越深入人心，靶向药逐渐问世，癌症治疗越来越个体化，同病异治，异病同治，最终目的：得到最大生存获益。基因检测能够从根本上了解癌症的发病原因，寻找使用靶向药的机会。
4、癌症患者一定要做基因检测吗?
广义上讲，所有肿瘤患者均可以接受基因检测;狭义上讲，根据指南推荐，不同的病种、不同的分期、出于不同的目的，不同的患者，适合做不同的基因检测。
比如，一个晚期肺腺癌患者，尚未接受任何治疗，家庭经济情况一般，只是为了看看，是否有合适的已经在内地上市的靶向药可用，那么只要测一下最常见的那几个基因就可以了。
比如，经济条件还可以，其他药物治疗都失败了，但是依然想碰碰运气，看看是不是自己还有靶向药可用：不管是已经上市还是处于临床试验研究阶段的，不管是国内还是国外，都想知道。那么，可以选择做一下跨癌种的、尽可能多的全基因检测。
但是，在癌症的治疗过程当中，有一部分人在接受靶向治疗前，选择不做基因检测，而这种治疗方法就叫做盲试。对比基因检测，盲试也有自己的优势，比如即能省钱又能节省时间。那么到底什么情况才可以跳过基因检测，直接进行靶向治疗呢?除非万不得已，否则不建议这样做!!
可选择药物单一时：一些种类的癌症，可能突变类型比较单一，有效的化疗药也较少，对于靶向药也没有可选余地，这种情况下，可以选择盲试，一旦发现没有效果，就立即更换其他疗法。
生存期不乐观时：对于一些癌友，可能医生的预估生存期不足3个月，并且经济条件也不好，这种情况，如果拿半个月等一个不确定的结果的话，就显得太冒险，所以不如直接进行盲试，把钱用在刀刃上，挑选概率最大的药进行尝试，“得之我幸，失之我命”，一切看天意了。
5、哪类患者需要做基因检测?
广义上讲，所有肿瘤患者均可以接受基因检测;狭义上讲，根据指南推荐，不同的病种、不同的分期、出于不同的目的，不同的患者，适合做不同的基因检测。比如，一个晚期肺腺癌患者，尚未接受任何治疗，家庭经济情况一般，只是为了看看，是否有合适的已经在内地上市的靶向药可用，那么只要测一下最常见的那几个基因就可以了。如果经济条件挺好，想要全面检测癌症相关的基因，可以做全基因检测。如果经济条件特别好，可以选择美国凯瑞思多平台分子分析——592个基因，从DNA、RNA和蛋白质三个层面全面检测。
6、基因检测后可以选哪些靶向药?
近年来，问世的靶向药越来越多，几乎所有的癌症都有靶向药可选。世界第一大癌——肺癌获批的靶向药最多，靶点也最多，具不完全统计至少有20种，其他常见癌症如乳腺癌、胃癌卵巢癌等也有很多靶向药可用。常见靶点及靶向药如:
EGFR——易瑞沙、凯美纳、特罗凯、泰瑞莎;
ALK——克唑替尼、艾乐替尼、色瑞替尼;
HER2——赫赛汀、来那替尼、阿法替尼;
BRCA——奥拉帕尼、尼拉帕尼、鲁卡帕尼;
PD-L1——纳武单抗、派姆单抗、阿特朱单抗;
7、是不是只要想选择靶向药就必须基因检测呢?
其实也不是，有一小部分靶向药是不需要基因检测可以直接使用的。如瑞戈非尼、索拉非尼、舒尼替尼、卡博替尼这类多靶点肿瘤抑制剂，并不一定需要做基因检测——因为，目前并不知道，哪个或者哪几个基因变异，与这些药物的疗效有相关性。还有抗血管生成抑制剂如贝伐单抗、阿帕替尼、安罗替尼等也不需要基因检测。
8、癌症基因检测有几种检测方式?哪种更可靠?
想要进行基因检测，那么我们首先就要获取被检者的基因样本，而获得基因样本的方式有三种：开放性手术切除取组织、微创穿刺活检取组织以及液体活检取样(血液、脑脊液、腹水、胸水)。至于哪种检测方式更可靠，就要看检测机构的水平了，一般来说，只要选择检测机构正规的话，三种方式的检测结果都是可以承受的住科学验证的。
9、癌症基因检测只需要做一次吗?
一般来说，人的一生基因检测只需要做一次，但由于癌症属于基因突变范畴，极易出现癌症转化和耐药可能，会发生新的突变，所以癌症基因检测在条件允许的情况下，是需要进行多次检测的，以便帮助医生明确耐药机制，为后续进一步治疗提供依据。正常来说，耐药一次就要重新检测一次。
10、基因检测需要多久出结果?
临床上，病理学诊断是诊断肿瘤的“金标准”，而基因检测则是在常规病理诊断之后才选择是否需要做。一般来说，病理诊断为腺癌、鳞癌等，进行癌症基因检测的意义更为突出。但若并非腺癌、鳞癌等亦可进行癌症基因检测，以便进行其他针对性的药物选择。基因检测公司检测时间略有不同，国内基因检测公司一般在收到标本之后1-2周就可以出报告。
11、基因检测标本该选哪个更好?
目前依然以组织病理切片的基因检测，准确度最高，是业内公认的金标准。虽然它也不是100%完美(比如还有空间、时间、异质性的问题)。尽管越来越多的研究证明血液基因检测意义很大，动态检测效果更能反映肿瘤突变情况，但是，尽量选择有一年内组织样本，若没有其次再考虑血液标本。
12、癌症基因检测费用需要多少钱?
癌症基因检测价格一般取决于需要检测位点的数量，检测数量越多，价格越高，全基因检测应该是最贵的，不同的基因检测公司，定价略有不同，但是相差不会太多。国内癌症单病种基因检测一般在5000元左右，全基因检测8000元左右，患者可以根据经济条件和癌症类型选择合适的基因检测类型，建议大家选择国家基因检测技术示范中心单位太瑞基因。 https://t.cn/RoZjk8x
癌症是一大类疾病的总称，其共同点是失去控制的细胞增殖。在正常情况下，我们体内的细胞会增长、分化和死亡，但癌症细胞只增长和分化，并不死亡，这种细胞的永生导致了失控，身体无法承受而走向死亡，癌症越来越多见，其诊断技术也不停地在改进，让许多人体内的癌症被提早发现。
癌症治疗的基本现状：四分天下
手术
外科和介入科
化疗
细胞毒性药+靶向药+激素药)
放疗
X线放疗：伽马刀、托姆刀、射波刀和质子重离子放疗
免疫治疗
免疫检查点抑制剂+细胞免疫+疫苗
手术能够切除掉早期的小肿瘤，可以算是“根治”。但是即使根治了的癌症患者，依然有部分会出现复发的情况。而且很多肿瘤只能进行部分切除，无法保证不会复发。
因此对于很多手术后的患者，可以选择放疗巩固治疗，对于手术后残留肿瘤进行彻底清除，但是放疗只能对局部肿瘤进行照射，对于扩散肿瘤或者多处转移的肿瘤效果不好。除此之外，就只剩化疗了，经常也推荐使用药物治疗一段时间或者终身服用。而对于那些无法手术的患者，则除了放疗外，就只能考虑化疗或免疫治疗了。
临床医生在肿瘤治疗中发现，人体肿瘤千差万别，即使是同一个部位的肿瘤，治疗效果和方法也应因人而异，这种因人、因病而采取的不同疾病治疗方法称为“个体化治疗”。因此在癌症治疗过程中，只有同病异治，因人而异，实施个体化治疗，才能针对不同类型的病人选择合适他们的药物。
癌症患者被确诊时，绝大多数已处于中晚期，治疗方式有限，预后极差。近年来，随着靶向药的问世，基因检测技术也随之兴起。癌症基因检测到底是怎么一回事，很多癌症患者对此知之甚少，也不知道该不该基因检测，下面整理了关于癌症基因检测的常见问题，以供参考。
1、什么是癌症基因?
癌细胞与正常细胞，有很多不同;其中，最重要的不同就是癌细胞中不少基因是变异的：有的基因缺失了，有的基因重复了，有的基因长歪了……
癌症中可能发生许多类型的基因改变。四种主要类型包括：
1) 单核苷酸变异体(SNV)，也称为点突变。SNV由一个碱基处的碱基置换产生。这些可能导致编码蛋白的氨基酸序列(错义突变)或蛋白过早截短(无义突变)。
2) 连续核苷酸的小复制，涉及一个或几个核苷酸的插入或缺失，或涉及同时缺失和插入一个或几个碱基(indelsa)的复杂突变。这些类型的突变可能是“框内的”，导致蛋白质中氨基酸的加入或减少，或可导致“移码”，通常导致蛋白质的过早截短。
3) 外显子或基因拷贝数目的变化。外显子拷贝数变化包括包含整个外显子并影响蛋白质功能结构域的大的重复或缺失。基因 拷贝数变化包括整个基因的扩增或缺失。
4) 遗传物质的结构变异(SV)或大的结构异常，包括由多个染色体之间或单个染色体内的断点引起的易位或倒位。这些通常导致融合基因和相关融合蛋白。
通常，致癌突变聚集在来自不同患者的肿瘤的“热点”突变。一些热点SNV可能会频繁发生，而另一些则很少见。例如，在所有黑素瘤中，40%发生BRAF V600E 突变，而BRAF L597S 突变的发生
2、什么是癌症基因检测?
我们都知道，癌症是一种具有遗传倾向的疾病，跟基因突变有着千丝万缕的联系，而这些基因在某些程度上，也决定了癌细胞的生长与分裂，并且这种突变也可能会遗传。这时候就可以针对肿瘤的基因图谱进行测试，从而确定到底是发生了哪些突变，而这个过程就叫做基因检测。
随着基因分子水平研究的不断深入，越来越多的肿瘤细胞信号通路被发现，大量临床研究表明，通路中的特定基因的扩增/突变/表达状态与靶向、化疗药物的有效性密切相关。因此，临床上检测这些通路中特定基因的扩增/突变/表达情况，能针对性地为每位患者“量身定做一套最适合的治疗方案，从而最大程度地提高治疗的有效率，减少药物的毒副作用，避免用药不当贻误治疗时机。
基因检测就是为了最大限度的增加每个患者对药物选择的正确性。选药前，先检测患者的基因，看患者体内是否存在已报道的药物靶点基因。如果存在靶点基因，那么患者对药物敏感的可能性就会大幅度的提高。
在实际的治疗过程中，基因检测可以帮助医生制定最佳的治疗方案。
比如：一些人患肺癌后，可以利用基因检测的手段对癌细胞中的EGFR进行检测，一旦发现了该突变，就可以利用对应的靶向药进行治疗。
再比如，有一些非常难以确诊的肿瘤，需要依靠特定的基因改变协助确诊。
比如，不少肉瘤都长的像梭子一样，长长扁扁的，这时候如果基因检测发现有ASPL-TFE3融合基因，那诊断腺泡软组织肉瘤，就八九不离十了。
再比如，肝癌对化疗和放疗都不怎么敏感，选择化疗药和免疫靶向药物非常困难。有的患者通过基因检测，发现他对一种抗肺癌的药物敏感。随即便购买并使用了这种抗肺癌的药物，并获得了理想的治疗效果。而有的肝癌患者，检测后发现对指南唯一推荐的肝癌治疗药(索拉菲尼)不敏感，而对其他药物敏感。患者及时选择了别的抗癌药物，省去了尝试索拉菲尼的十几万的治疗费用。
利用各种方法，把这些变异的基因找出来，仔细分析，可以协助临床诊断、指导治疗选择、辅助监测疾病复发和耐药、预估生存期等。
肿瘤基因测试范围从简单到复杂。最简单的测试只检测一种基因中的一种类型的突变。比如仅在BRAF位置c.1799处寻找特定T到A置换突变的试验。
相反，最复杂的测试可以同时检测所有主要类型的基因改变，包括替换，重复，插入，缺失，插入，基因拷贝数 变异和结构变体，包括倒位和易位。
当然，基因检测也不是万能的，但它还是可以大幅提高很多患者的用药效率的。
3、癌症患者为什么要做基因检测?
随着精准治疗越来越深入人心，靶向药逐渐问世，癌症治疗越来越个体化，同病异治，异病同治，最终目的：得到最大生存获益。基因检测能够从根本上了解癌症的发病原因，寻找使用靶向药的机会。
4、癌症患者一定要做基因检测吗?
广义上讲，所有肿瘤患者均可以接受基因检测;狭义上讲，根据指南推荐，不同的病种、不同的分期、出于不同的目的，不同的患者，适合做不同的基因检测。
比如，一个晚期肺腺癌患者，尚未接受任何治疗，家庭经济情况一般，只是为了看看，是否有合适的已经在内地上市的靶向药可用，那么只要测一下最常见的那几个基因就可以了。
比如，经济条件还可以，其他药物治疗都失败了，但是依然想碰碰运气，看看是不是自己还有靶向药可用：不管是已经上市还是处于临床试验研究阶段的，不管是国内还是国外，都想知道。那么，可以选择做一下跨癌种的、尽可能多的全基因检测。
但是，在癌症的治疗过程当中，有一部分人在接受靶向治疗前，选择不做基因检测，而这种治疗方法就叫做盲试。对比基因检测，盲试也有自己的优势，比如即能省钱又能节省时间。那么到底什么情况才可以跳过基因检测，直接进行靶向治疗呢?除非万不得已，否则不建议这样做!!
可选择药物单一时：一些种类的癌症，可能突变类型比较单一，有效的化疗药也较少，对于靶向药也没有可选余地，这种情况下，可以选择盲试，一旦发现没有效果，就立即更换其他疗法。
生存期不乐观时：对于一些癌友，可能医生的预估生存期不足3个月，并且经济条件也不好，这种情况，如果拿半个月等一个不确定的结果的话，就显得太冒险，所以不如直接进行盲试，把钱用在刀刃上，挑选概率最大的药进行尝试，“得之我幸，失之我命”，一切看天意了。
5、哪类患者需要做基因检测?
广义上讲，所有肿瘤患者均可以接受基因检测;狭义上讲，根据指南推荐，不同的病种、不同的分期、出于不同的目的，不同的患者，适合做不同的基因检测。比如，一个晚期肺腺癌患者，尚未接受任何治疗，家庭经济情况一般，只是为了看看，是否有合适的已经在内地上市的靶向药可用，那么只要测一下最常见的那几个基因就可以了。如果经济条件挺好，想要全面检测癌症相关的基因，可以做全基因检测。如果经济条件特别好，可以选择美国凯瑞思多平台分子分析——592个基因，从DNA、RNA和蛋白质三个层面全面检测。
6、基因检测后可以选哪些靶向药?
近年来，问世的靶向药越来越多，几乎所有的癌症都有靶向药可选。世界第一大癌——肺癌获批的靶向药最多，靶点也最多，具不完全统计至少有20种，其他常见癌症如乳腺癌、胃癌卵巢癌等也有很多靶向药可用。常见靶点及靶向药如:
EGFR——易瑞沙、凯美纳、特罗凯、泰瑞莎;
ALK——克唑替尼、艾乐替尼、色瑞替尼;
HER2——赫赛汀、来那替尼、阿法替尼;
BRCA——奥拉帕尼、尼拉帕尼、鲁卡帕尼;
PD-L1——纳武单抗、派姆单抗、阿特朱单抗;
7、是不是只要想选择靶向药就必须基因检测呢?
其实也不是，有一小部分靶向药是不需要基因检测可以直接使用的。如瑞戈非尼、索拉非尼、舒尼替尼、卡博替尼这类多靶点肿瘤抑制剂，并不一定需要做基因检测——因为，目前并不知道，哪个或者哪几个基因变异，与这些药物的疗效有相关性。还有抗血管生成抑制剂如贝伐单抗、阿帕替尼、安罗替尼等也不需要基因检测。
8、癌症基因检测有几种检测方式?哪种更可靠?
想要进行基因检测，那么我们首先就要获取被检者的基因样本，而获得基因样本的方式有三种：开放性手术切除取组织、微创穿刺活检取组织以及液体活检取样(血液、脑脊液、腹水、胸水)。至于哪种检测方式更可靠，就要看检测机构的水平了，一般来说，只要选择检测机构正规的话，三种方式的检测结果都是可以承受的住科学验证的。
9、癌症基因检测只需要做一次吗?
一般来说，人的一生基因检测只需要做一次，但由于癌症属于基因突变范畴，极易出现癌症转化和耐药可能，会发生新的突变，所以癌症基因检测在条件允许的情况下，是需要进行多次检测的，以便帮助医生明确耐药机制，为后续进一步治疗提供依据。正常来说，耐药一次就要重新检测一次。
10、基因检测需要多久出结果?
临床上，病理学诊断是诊断肿瘤的“金标准”，而基因检测则是在常规病理诊断之后才选择是否需要做。一般来说，病理诊断为腺癌、鳞癌等，进行癌症基因检测的意义更为突出。但若并非腺癌、鳞癌等亦可进行癌症基因检测，以便进行其他针对性的药物选择。基因检测公司检测时间略有不同，国内基因检测公司一般在收到标本之后1-2周就可以出报告。
11、基因检测标本该选哪个更好?
目前依然以组织病理切片的基因检测，准确度最高，是业内公认的金标准。虽然它也不是100%完美(比如还有空间、时间、异质性的问题)。尽管越来越多的研究证明血液基因检测意义很大，动态检测效果更能反映肿瘤突变情况，但是，尽量选择有一年内组织样本，若没有其次再考虑血液标本。
12、癌症基因检测费用需要多少钱?
癌症基因检测价格一般取决于需要检测位点的数量，检测数量越多，价格越高，全基因检测应该是最贵的，不同的基因检测公司，定价略有不同，但是相差不会太多。国内癌症单病种基因检测一般在5000元左右，全基因检测8000元左右，患者可以根据经济条件和癌症类型选择合适的基因检测类型，建议大家选择国家基因检测技术示范中心单位太瑞基因。 https://t.cn/RoZjk8x
动力电池性能提升空间有多少？
新能源汽车之所以没有完全普及，主要受制于动力电池产品性能、质量和成本。下面从物理和化学途径聊一下动力电池性能提升空间，并对动力电池未来发展趋势进行展望。
物理途径
01 圆柱电池
目前最成熟的技术就是18650电池，即通常所说的5号电池。特斯拉汽车的动力电池就是由7623颗5号电池串并联组成。圆柱形电池由自动化设备卷绕而成，生产效率高，生产流程标准化，普及率高。但是圆柱形电池也有其天生缺陷，因为体积小，所以单体容量较小，且在高强度放电时，发热量大；使用寿命短，电池循环次数在1000次左右。
针对18650电池的缺点，特斯拉采取增大电芯尺寸的方式加以改进，例如特斯拉Model3中用20700替代18650电芯，20700电池增加的尺寸大概为10%，而体积和能量储存提升了1.33倍。20700电芯量产后，其动力电池包能量密度增加3-4%，成本下降5-10%。可见，圆柱电池的发展已经做到极致，再往上提升的空间不大。
02 方形电池
方形锂电池，顾名思义，其形状为方形，方便叠加，也方便置于汽车之中。其外壳通常是铝制壳或钢制作壳。其特点是结构简单、能量密度高，国内普及率高。方形电池多采用卷绕式或叠片式工艺，制造效率高，安全性好。随着新能源汽车工业的发展，未来新能源汽车也将如现在的常规能源汽车一样大规模生产，这就涉及到标准化问题。现在的传统燃油汽车，大多数零部件大多采用标准件，全球通用，这样一来不仅降低了制造成本，也降低了研发成本。未来的大趋势是全球采取统一尺寸，统一规格的方形电池。这将极大的推动动力电池的发展。降低动力电池的生产成本及研发成本，推动新能源汽车产业加速发展。美国卡内基梅隆大学的研究成果也证明：圆柱形电池进一步降低成本的空间很小，而方形电池则有很大的潜力。
03 软包电池将如现在的常规能
软包电池，又称聚合物锂电池，其内部使用高分子胶态或固态电解质，区别于电解液。其电池形状不固定，可以根据实际需求制作成各种形状。目前在苹果手机电池中广泛使用。软包电池目前价格昂贵，主要因为高分子电解质成本较高，其外包装材料不同于普通电池，为铝塑复合膜。其正负极材料与传统锂电池一样。
由于采用铝塑膜包装，其安全性能得到较好提升，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不会发生爆炸；软包电池的优点还包括：质量轻、自耗电小、循环寿命长等。但是，软包电池也有缺点，比如一致性差，成本高，容易漏液。作为一种新型动力电池，软包电池未来提升空间很大。
04 物理途径小结
对比分析以上提升动力电池性能的物理途径来看，圆柱电池的发展已经遇到天花板，未来提升空间不大；软包电池与方形电池将来会有较大的竞争力。动力电池降成本的重要途径就是标准化与模块化。未来全国动力电池若能建立统一标准、统一规格、统一形状、统一尺寸以及批量生产，相信动力电池的生产效率将大幅提升，成本将大幅下降。例如，当年福特发明的标准化生产方式让汽车的价格从2000美金降到了300 美金。在未来大规模使用新能源汽车过程中，方形电池是最具发展潜力的。它可以让全国的新能源汽车都采用统一标准的方形电池，续航里程大的纯电动汽车，方形电池可以叠加得多一些，续航里程短的混动汽车，方形电池可以叠加得少一些。电池封装系统也可以全国统一标准，依据动力电池容量的不同，分别采取相应的电池封装技术，将方形电池封装起来。将方形电池与封装技术结合起来，形成全国统一标准的方形电池封装技术，将极大的降低动力电池的生产成品，提升动力电池性能。助力中国汽车工业实现弯道超车，达到世界顶尖水平。
化学途径
01 高镍NCM 与NCA 正极材料
正极材料是动力电池能量的短板，只要正极材料比容量提高就能提高电池能量密度。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g，而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g。采用高容量的正极材料，能够让负极、隔膜、电解液用量之间的搭配更加完美，电池最终能量密度的提升直接取决于正极材料比容量的提升。动力电池能量密度突破的关键就在于正极材料。
目前国内NCM111 和NCM 523 型三元正极材料产品已经量产，并开始大规模使用，而新型622NCM 则已逐步在部分动力电池企业中推广，未来将逐步拓展至811NCM 以及NCA 材料。当然三元锂电池也有自己的瓶颈，它的正极理论比容量的最大值是300mAh/g，达到300mAh/g就已经是极限。三元锂电池是目前动力电池厂商主攻的方向，未来将有新型的正极材料系统。
02 硅碳负极
动力电池的负极材料主要是硅碳负极，即在石墨材料加入硅，其理论能量密度高达4200mAh/g。例如，特斯拉在Model3 中采用了新型硅碳负极材料，特斯拉在传统石墨负极材料中加入10%的硅，使其能量密度达到550mAh/g 以上。国内贝特瑞公司研发的S1000 型号硅碳负极材料的比容量更是高达1050mAh/g。负极材料目前没有技术瓶颈，完全能满足动力电池的各种需求。
03 隔膜性
隔膜在单体电池上主要用来隔开正负极，让电解液能够通过隔膜在正负极之间交换物质。受制于电池体积所限，以及提高电池能量密度的要求，动力电池隔膜需要尽量轻、薄。隔膜性能决定了电池内部结构、内阻等，直接影响电池容量、安全性能等。优质隔膜对提升电池性能作用巨大。
隔膜技术有干法与湿法两种制造工艺，干法成本较低但只适合小功率电池，湿法成本高但能适合大功率电池。早期，动力电池主要采用干法隔膜，目前湿法隔膜开始推广使用，预计2020 年干湿法薄膜技术各占一半，分别应用于中低端与高端领域。隔膜工艺的核心技术掌握在日本旭化成公司手中。中国有大量企业生产隔膜，但无核心技术。旭化成干法现在可量产12 微米隔膜，湿法可量产6-7 微米。国内企业大多只能生产干法20-40 微米隔膜。对比与隔膜行业世界一流水平企业的差距，我国企业应该引进先进工艺设备，苦练内功，力争取得突破。
04 新型电解液LiFSI
锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。
锂电池主要使用的电解质是六氟磷酸锂。用含氟锂盐制成的电池性能好，无爆炸危险，适用性强。在锂电池电解质中添加LiFSI 后，可提高离子导电率及电池充放电特性。比如，反复充放电300 次后，1.2MLiPF6 的情况下放电容量保持率会降至约60％，而在1.0MLiPF6 中添加0.2MLiFSI 后，保持率可超过80％。目前LiFSI 已经进入商用，用此种电解质废弃电池处理工作相对简单，对生态环境友好，因此该类电解质的市场前景十分广泛。
05 化学途径小结
对比分析以上四种提升动力电池性能的化学途径，未来提升动力电池比容量的关键点在正极材料。而正极材料目前是短板，补齐短板，动力电池的比容量提升将有质的飞跃。目前，全球厂商均集中力量研究三元锂动力电池，在锂正极中主要是加入镍、钴、锰三元素。并不断调配三种元素之间的比例以提升电池性能。未来更有前途的三元材料是镍、钴、铝，不断调配实验这三种材料间的配比，将会获得能量密度更大的三元锂电池。新型三元锂电池通过与硅碳负极的适配，再搭配新型电解液LiFSI，并用更薄的湿法薄膜包裹，将使得新型动力电池的能量密度更高、环境更友好、安全性更高以及循环寿命更长。
动力电池展望
现有体系下，电池能量密度的理论极限为300Wh/kg，如果要达到2025 年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500Wh/kg，有前景的方案包括固态锂电池、锂硫电池和锂空气电池等新的电化学体系电池。
固态电池大规模商用的可能性最高，因为固态锂电池和液态锂电池在工作原理上并无区别，只是电解质为固态与液态的区别。由于固态电池不再使用石墨负极，而是直接使用金属锂负极，所以大大减轻负极材料用量，使得整个电池的能量密度明显提高。目前实验室已试制出能量密度为300-400Wh/kg 的全固态电池，安全性能也比较高，不过该种电池体积较小，成本较高，目前仅在苹果手机等高端小巧设备上有应用。
锂硫电池的能量密度最高，目前实验室试制的锂硫电池比能量密度可达500Wh/kg，硫作为正极材料理论比能量高达2600Wh/kg，且单质硫成本低、对于环境友好，但是，锂硫电池在试制过程中有诸多技术难题无法突破，包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。锂硫电池应用前景广阔，环境友好，如果试制成功，无异于一场革命，新能源汽车将会迅速取代传统燃油汽车。
锂空气电池的续航里程最长，单次续航里程可达2000 公里，不仅如此，锂空气电池比能量有望超过700Wh/kg。金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应而产生电能的一种特殊燃料电池。锂空气电池的比能量是锂离子电池的10 倍，体积更小，重量更轻。但是锂金属过于活泼，碰见水蒸汽马上会发生剧烈氧化还原反应，其安全性、稳定差。锂空气电池的应用还有诸多技术难关要攻克。
来源：中尚能量
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新能源汽车之所以没有完全普及，主要受制于动力电池产品性能、质量和成本。下面从物理和化学途径聊一下动力电池性能提升空间，并对动力电池未来发展趋势进行展望。
物理途径
01 圆柱电池
目前最成熟的技术就是18650电池，即通常所说的5号电池。特斯拉汽车的动力电池就是由7623颗5号电池串并联组成。圆柱形电池由自动化设备卷绕而成，生产效率高，生产流程标准化，普及率高。但是圆柱形电池也有其天生缺陷，因为体积小，所以单体容量较小，且在高强度放电时，发热量大；使用寿命短，电池循环次数在1000次左右。
针对18650电池的缺点，特斯拉采取增大电芯尺寸的方式加以改进，例如特斯拉Model3中用20700替代18650电芯，20700电池增加的尺寸大概为10%，而体积和能量储存提升了1.33倍。20700电芯量产后，其动力电池包能量密度增加3-4%，成本下降5-10%。可见，圆柱电池的发展已经做到极致，再往上提升的空间不大。
02 方形电池
方形锂电池，顾名思义，其形状为方形，方便叠加，也方便置于汽车之中。其外壳通常是铝制壳或钢制作壳。其特点是结构简单、能量密度高，国内普及率高。方形电池多采用卷绕式或叠片式工艺，制造效率高，安全性好。随着新能源汽车工业的发展，未来新能源汽车也将如现在的常规能源汽车一样大规模生产，这就涉及到标准化问题。现在的传统燃油汽车，大多数零部件大多采用标准件，全球通用，这样一来不仅降低了制造成本，也降低了研发成本。未来的大趋势是全球采取统一尺寸，统一规格的方形电池。这将极大的推动动力电池的发展。降低动力电池的生产成本及研发成本，推动新能源汽车产业加速发展。美国卡内基梅隆大学的研究成果也证明：圆柱形电池进一步降低成本的空间很小，而方形电池则有很大的潜力。
03 软包电池将如现在的常规能
软包电池，又称聚合物锂电池，其内部使用高分子胶态或固态电解质，区别于电解液。其电池形状不固定，可以根据实际需求制作成各种形状。目前在苹果手机电池中广泛使用。软包电池目前价格昂贵，主要因为高分子电解质成本较高，其外包装材料不同于普通电池，为铝塑复合膜。其正负极材料与传统锂电池一样。
由于采用铝塑膜包装，其安全性能得到较好提升，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不会发生爆炸；软包电池的优点还包括：质量轻、自耗电小、循环寿命长等。但是，软包电池也有缺点，比如一致性差，成本高，容易漏液。作为一种新型动力电池，软包电池未来提升空间很大。
04 物理途径小结
对比分析以上提升动力电池性能的物理途径来看，圆柱电池的发展已经遇到天花板，未来提升空间不大；软包电池与方形电池将来会有较大的竞争力。动力电池降成本的重要途径就是标准化与模块化。未来全国动力电池若能建立统一标准、统一规格、统一形状、统一尺寸以及批量生产，相信动力电池的生产效率将大幅提升，成本将大幅下降。例如，当年福特发明的标准化生产方式让汽车的价格从2000美金降到了300 美金。在未来大规模使用新能源汽车过程中，方形电池是最具发展潜力的。它可以让全国的新能源汽车都采用统一标准的方形电池，续航里程大的纯电动汽车，方形电池可以叠加得多一些，续航里程短的混动汽车，方形电池可以叠加得少一些。电池封装系统也可以全国统一标准，依据动力电池容量的不同，分别采取相应的电池封装技术，将方形电池封装起来。将方形电池与封装技术结合起来，形成全国统一标准的方形电池封装技术，将极大的降低动力电池的生产成品，提升动力电池性能。助力中国汽车工业实现弯道超车，达到世界顶尖水平。
化学途径
01 高镍NCM 与NCA 正极材料
正极材料是动力电池能量的短板，只要正极材料比容量提高就能提高电池能量密度。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g，而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g。采用高容量的正极材料，能够让负极、隔膜、电解液用量之间的搭配更加完美，电池最终能量密度的提升直接取决于正极材料比容量的提升。动力电池能量密度突破的关键就在于正极材料。
目前国内NCM111 和NCM 523 型三元正极材料产品已经量产，并开始大规模使用，而新型622NCM 则已逐步在部分动力电池企业中推广，未来将逐步拓展至811NCM 以及NCA 材料。当然三元锂电池也有自己的瓶颈，它的正极理论比容量的最大值是300mAh/g，达到300mAh/g就已经是极限。三元锂电池是目前动力电池厂商主攻的方向，未来将有新型的正极材料系统。
02 硅碳负极
动力电池的负极材料主要是硅碳负极，即在石墨材料加入硅，其理论能量密度高达4200mAh/g。例如，特斯拉在Model3 中采用了新型硅碳负极材料，特斯拉在传统石墨负极材料中加入10%的硅，使其能量密度达到550mAh/g 以上。国内贝特瑞公司研发的S1000 型号硅碳负极材料的比容量更是高达1050mAh/g。负极材料目前没有技术瓶颈，完全能满足动力电池的各种需求。
03 隔膜性
隔膜在单体电池上主要用来隔开正负极，让电解液能够通过隔膜在正负极之间交换物质。受制于电池体积所限，以及提高电池能量密度的要求，动力电池隔膜需要尽量轻、薄。隔膜性能决定了电池内部结构、内阻等，直接影响电池容量、安全性能等。优质隔膜对提升电池性能作用巨大。
隔膜技术有干法与湿法两种制造工艺，干法成本较低但只适合小功率电池，湿法成本高但能适合大功率电池。早期，动力电池主要采用干法隔膜，目前湿法隔膜开始推广使用，预计2020 年干湿法薄膜技术各占一半，分别应用于中低端与高端领域。隔膜工艺的核心技术掌握在日本旭化成公司手中。中国有大量企业生产隔膜，但无核心技术。旭化成干法现在可量产12 微米隔膜，湿法可量产6-7 微米。国内企业大多只能生产干法20-40 微米隔膜。对比与隔膜行业世界一流水平企业的差距，我国企业应该引进先进工艺设备，苦练内功，力争取得突破。
04 新型电解液LiFSI
锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。
锂电池主要使用的电解质是六氟磷酸锂。用含氟锂盐制成的电池性能好，无爆炸危险，适用性强。在锂电池电解质中添加LiFSI 后，可提高离子导电率及电池充放电特性。比如，反复充放电300 次后，1.2MLiPF6 的情况下放电容量保持率会降至约60％，而在1.0MLiPF6 中添加0.2MLiFSI 后，保持率可超过80％。目前LiFSI 已经进入商用，用此种电解质废弃电池处理工作相对简单，对生态环境友好，因此该类电解质的市场前景十分广泛。
05 化学途径小结
对比分析以上四种提升动力电池性能的化学途径，未来提升动力电池比容量的关键点在正极材料。而正极材料目前是短板，补齐短板，动力电池的比容量提升将有质的飞跃。目前，全球厂商均集中力量研究三元锂动力电池，在锂正极中主要是加入镍、钴、锰三元素。并不断调配三种元素之间的比例以提升电池性能。未来更有前途的三元材料是镍、钴、铝，不断调配实验这三种材料间的配比，将会获得能量密度更大的三元锂电池。新型三元锂电池通过与硅碳负极的适配，再搭配新型电解液LiFSI，并用更薄的湿法薄膜包裹，将使得新型动力电池的能量密度更高、环境更友好、安全性更高以及循环寿命更长。
动力电池展望
现有体系下，电池能量密度的理论极限为300Wh/kg，如果要达到2025 年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500Wh/kg，有前景的方案包括固态锂电池、锂硫电池和锂空气电池等新的电化学体系电池。
固态电池大规模商用的可能性最高，因为固态锂电池和液态锂电池在工作原理上并无区别，只是电解质为固态与液态的区别。由于固态电池不再使用石墨负极，而是直接使用金属锂负极，所以大大减轻负极材料用量，使得整个电池的能量密度明显提高。目前实验室已试制出能量密度为300-400Wh/kg 的全固态电池，安全性能也比较高，不过该种电池体积较小，成本较高，目前仅在苹果手机等高端小巧设备上有应用。
锂硫电池的能量密度最高，目前实验室试制的锂硫电池比能量密度可达500Wh/kg，硫作为正极材料理论比能量高达2600Wh/kg，且单质硫成本低、对于环境友好，但是，锂硫电池在试制过程中有诸多技术难题无法突破，包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。锂硫电池应用前景广阔，环境友好，如果试制成功，无异于一场革命，新能源汽车将会迅速取代传统燃油汽车。
锂空气电池的续航里程最长，单次续航里程可达2000 公里，不仅如此，锂空气电池比能量有望超过700Wh/kg。金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应而产生电能的一种特殊燃料电池。锂空气电池的比能量是锂离子电池的10 倍，体积更小，重量更轻。但是锂金属过于活泼，碰见水蒸汽马上会发生剧烈氧化还原反应，其安全性、稳定差。锂空气电池的应用还有诸多技术难关要攻克。
来源：中尚能量
汕头市全量新能源科技有限公司
联系人：蔡先生
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汽车压力传感器的发展演进 https://t.cn/EVeqX3T
压力传感器在汽车上的应用
据报道，几乎所有的汽油车都是由发动机控制模块（engine control module，ECM）与传感器和执行器一起组成发动机控制系统。该系统最关键的输入把控则是歧管绝对压力（MAP）传感器。在“速度密度式”状态下，MAP传感器能够侦测发动机中流动的空气情况，从而确定喷油时间和提前点火时间以实现最佳运行。即使是依靠对进气量进行直接测量的车辆也需要配备大气绝对压力（BAP）传感器，主要用于高气压测量补偿。如今生产商每年都生产数以千万计的MAP和BAP传感器，过去十年里推动了几代压力传感器模组的设计。
如今，MAP和BAP传感器的主要设计是源于硅微加工的压阻式压力传感器。它们大多数用于乘用车中，为微机械压力传感器技术在其它新兴汽车产业中的应用奠定了基础，例如废气再循环系统（EGR）中的压力测量、燃油系统中的蒸发排放物泄漏以及燃料喷射系统的压力测量等。
压力传感器元件
采用体微加工技术在硅晶圆上制造压阻式传感器，已成为生产汽车压力传感器的主要技术之一。压阻式绝对压力传感器元件采用体微加工技术在背面形成真空腔，该结构一问世就广受欢迎，成为MAP/BAP应用的必要元件。然而近期，表压和差压结构，以及仅为消除应力增加的背面约束（backside constraint）结构（见图1），目前已进入量产阶段。
图1：为了满足汽车市场所需的广泛应用，传感器制造商必须能够提供多种传感器元件结构，以分别测量绝对压力、表压或差压的压力范围。
信号调理和校准
硅微加工的压力传感器元件在不同生产批次之间以及整个温度范围内的参数变化较大（见图2）。为了让汽车制造商可以获得真正可互换的压力传感器模组，传感器研发人员必须对每个传感器进行单独校准和温度补偿。
图2：批量处理的硅微加工压阻式传感器元件在圆片与圆片之间、批次与批次之间呈现出器件间的差异。各个压阻元件也随温度产生很大变化。因此，在传感器模组的最终组装过程中，需要对单个封装后的传感器进行单独的修正和校准。
通常的方法是在信号调理电路中运用某种调整（修正）方式。制造和组装工艺以及成品传感器模组的电气性能要求有助于确定信号调理电路的实现方式。该电路的集成技术（如CMOS或Bi-CMOS技术）主要取决于所选的修正技术。
模拟信号调理
起初，汽车压阻式压力传感器包含模拟信号调理电路，采用安装在PCB上现成的封装后的Bipolar（双极）IC设计工艺来构建。所有必要的调整都是通过沉积在陶瓷衬底上的厚膜电阻网络的激光修正来完成的，然后再以修正组件的形式嵌入PCB中。后续混合电路技术的进步使得技术人员能够在制造包含印刷厚膜电阻的陶瓷衬底的同时，又能以封装或裸芯形式来安装信号调理IC。技术进步之后，这些传感器模组就变得非常紧凑，其中大部分目前仍在沿用。这种成熟的制造工艺为需求中等尺寸的应用提供了经济高效的传感器模组，其厚膜电阻的稳定性和精度也足以满足客户要求。
然而，由于汽车行业对低成本元件的持续驱动，迫使技术人员研发更高级别的集成技术，最大限度降低压力传感器模组的元件数量和组装成本。随后，通过将模拟有源电路与无源薄膜可修正电阻集成在同一芯片上，制造商大大减小了传感器模组的尺寸，并提高了传感器性能，这主要是因为薄膜电阻器具有优异的稳定性。此集成技术开创了双芯片解决方案，一颗芯片是传感元件，另一颗芯片是薄膜电阻IC。而单片（单芯片）解决方案是将传感元件、有源电路和薄膜电阻集成在同一颗硅芯片上，并适用于大批量生产。
所有上述信号调理电路本质上都是模拟的，并假设激光修正是连续的。
离散模拟修正
压阻式压力传感器的第二种信号调理：离散模拟修正，是基于离散而非连续的调整。在这种情况下，可以通过熔化电阻丝，以使电阻或电流值达到期望值。传感器信号的处理仍然保持模拟形态，但是校准和修正是通过离散步骤完成的。这可能会对传感器的精度、分辨率和权限范围有所限制。离散模拟信号调理方法可以进一步扩展，因为调整水平可以存储在非易失性存储器（nonvolatile memory，NVM）中，并以CMOS技术来实现。用离散模拟方法制造的压阻式压力传感器通过混合技术采用了两颗芯片。一颗芯片是将校准系数存储在EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器）中并以CMOS技术来实现；另一颗芯片包括传感元件和放大器，以Bipolar技术来实现。
数字解决方案
压阻式压力传感器的信号也可以使用数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）进行调节。通过该方法，压力和温度信号被数字化，然后作为DSP算法的输入。使用算术运算实现校准和温度补偿，之后再将数字信号转换回模拟域。
数字解决方案需要一些内存，因此CMOS技术最适合。虽然汽车制造商们已对此解决方案考虑了很多年，然而，真正实现需要多颗芯片，并且相对较高的成本使其并不适合汽车应用。随着更加先进和高度集成的CMOS工艺和微控制器/DSP技术的发展，此解决方案将会变得越来越普遍。关于用于此目的的标准微处理器设计的芯片大小和电路成本是否会与灵活性较低（但尺寸较小且成本较低）的可定制执行特定传感器校准功能的专用DSP设计相竞争，仍然存在争议。
照片1中所示的集成式压力传感器使用定制DSP和NVM来校准和温度补偿一系列压力传感器元件，适用于各种汽车应用。
照片1：此单片压力传感器使用定制DSP和NVM来校准和温度补偿片上压阻式压力和温度传感元件。数字信号处理方案还可为客户特定功能提供编程设计。
该可编程信号调理引擎使用校准算法在数字域中运行，该算法解决了超出大多数模拟信号调理方法领域的高阶效应。单片传感器可提供增强特征，这些特征通常在芯片外（或者根本不在芯片上）用传统的模拟信号调理解决方案（使用激光或电学修正）来实现。专门开发的数字通信接口能够在模组完全组装和封装后，通过连接器引脚校准各个传感器模组。取消修正后处理，在制造流程完成时将校准和模组定制作为生产线最终测试的组成部分来执行。压力传感器元件可在亚微米混合信号CMOS晶圆制造过程中被一同处理，而且可以扩展到各种汽车压力传感应用中。数字和模拟传感器输出均适用。
制造和组装注意事项
压力传感器模组组装工艺在制造商决定使用哪种修正和校准方法中扮演重要角色，因此也会影响电路设计。激光修正方法需要在组装过程中的某个中间点对模组进行光接入，以执行校准。该步骤通常涉及温度和压力的应用，因此需要对复杂的生产夹具进行仔细维护和校准。由于目前所有量产汽车压力传感器设计都需要某些特定的校准，以确保在客户层面的可互换性，因此修正成为对制造成本和生产率产生重大影响的关键步骤。对于单片和薄膜修正设计来说尤其如此，其中涉及到的微型尺寸和更高精度使模组组装变得更具有挑战性。
此外，后修正（post-trim）的制造操作步骤可能会在模组进行最终测试之前出现输出偏移，因此在最终测试时，该操作则可能会引发参数不合格。考虑到这些因素，制造商仍在继续寻求电气修正方法，使成品模组能够以最终形式进行测试和修正。
汽车硅压阻式压力传感器的集成发展遵循IC行业的总体趋势（见图3）。
图3：更高级别的传感器集成和校准技术与IC工艺技术的发展趋势同步。
表1总结了一些用于校准、补偿、修正和集成硅微加工压阻式压力传感器的不同方法。
表1：压阻式压力传感器的信号调理和修正方法
传感器的电学要求
除了基本的参数精度之外，汽车传感器还必须满足其它操作环境和系统要求。表2节选了部分必须要考虑的因素。
表2：传感器的电学要求
有些因素非常具有挑战性，往往会成为重要的成本驱动因素。在设计过程中它们可以很容易地将原本简单的信号调理电路复杂化。电磁兼容性（EMC）等细节也会影响封装设计和模组组装过程。例如，EMC缺乏足够的电气解决方案就意味着可能需要额外的组件和屏蔽来进行保护。
封装：汽车压力传感器设计的封装组件至关重要，原因有三：
1. 成本
2. 尺寸
3. 恶劣环境下的稳定性
使用微机械加工器件的封装和组装产成本通常超过器件本身，因此，如果想要这样的产品在市场上取得成功，成本则是重要的考虑因素。
传感器元件封装
传感器元件的安装和封装必须满足两个互相矛盾的要求：即为了进行测量，传感器必须与压力传感介质紧密接触，同时还能抵抗介质的不利影响，例如电气互连引起的腐蚀或可能导致传感器输出偏移的应力。这两项要求对材料工程师开发出定制的聚合物密封剂和芯片粘接材料来安装和钝化传感器元件提出了严峻的挑战。
图4：定制聚合物密封剂和芯片粘接材料、详细的结构建模和独特的组装工艺是构建耐介质影响的传感器模组所必需的。图示为安装在燃油箱中的传感器模组中的蒸发排放传感器元件。
基板和芯片粘接材料的选择因制造商而异，但它们在恶劣环境中都必须足够稳定，以防止极低压、高应力敏感元件的长期输出漂移。用于测量燃料喷射压力的传感器也出现过类似的情况：长期暴露在液体燃料和高压下，需要小心选择合适的材料和创建几何结构，以提供稳定可靠的传感器。设计这些传感配置涉及大量的结构分析、机械应力测试和介质暴露测试等。
许多制造商青睐的另一种元件封装技术包括带有电气真空穿通密封件（electrical feedthrough）的金属集管和背面压力接入端口。这种组装方法可以使排放气体密封在密封罐中或者直接排放到大气中，以提供表压测量。此技术的成本往往比背面压力封装更高，在背面压力封装中，元件只需直接安装到有信号调理电子器件的基板上。然而，这是电子行业众所周知的稳健方法，而且使用单芯片集成传感器的信号调理结构可使成本损失最小化。它不需要再开发必须承受测量介质的定制密封剂。
传感器模组封装
传感器模组封装最普遍的方法是嵌入包含引线框的模制塑料外壳，该引线框可为汽车线束连接器提供接口。金属铸造外壳很久之前就被使用了，有些目前仍在生产中，但应用已经很少了。塑料制模和冲压引线框封装技术已经被广泛开发并应用于各种汽车电子模块中，且已适应于在引擎盖下使用的压力传感器，以提供防风雨、环境鲁棒性强的模组。表3列出了测试这些模组及其内置元件以确保车辆使用寿命超过10年或超过10万英里的条件示例。
表3：汽车可靠性要求
经过多次环境测试，汽车压力传感器通常都可以将其稳定性保持在0.1%~0.3% F.S.S的范围内。在长期而严苛的测试中，例如涉及测试条件组合的测试，或者试图诱发故障的测试，这些传感器仍然可以将稳定性保持在1% F.S.S。
目前有两种基本方法可将传感器元件和电子元件组装在塑料模块内。其中一种方法是先使用基板来组装元件，然后再将基板嵌入并附接到壳体和引线框上。这种技术有助于开发多芯片结构，特别是那些需要额外无源元件来实现过压或EMC保护的结构。需要多个密封件来确保精确的压力测量，同时仍然保持模块的完整性，以避免外部污染或泄漏到外壳上。
目前已经有一些制造商推出了直接安装在外壳上的传感器和信号调理芯片模组，从而可消除使用单独基板的成本（见图5）。这对于高度集成的传感器设计尤其有利，例如需要很少或完全不需要额外无源元件的单片传感器。
图5：直接安装在模组上的单片压力传感器简化了制造过程，并通过消除使用单独基板或中间芯片级传感器元件封装的需求，提高了现场可靠度测试。
当然，封装的尺寸受到其封装元器件大小的限制，随着传感器和电子器件集成水平的提高，封装尺寸也会变得越来越小。照片2展示了MAP传感器封装尺寸的演变过程，几乎已经达到现有技术下最小的几何尺寸。这归功于汽车制造商对指定的连接器尺寸、压力端口和安装方案的限制。
照片2：最成熟的汽车压力传感器应用——MAP传感器的结构已经从PCB组装的分立元件发展到更简单的带有厚膜电阻的混合基板。使用片上薄膜电阻器可以进一步缩小混合电路的尺寸。
压力传感器在汽车上的应用
据报道，几乎所有的汽油车都是由发动机控制模块（engine control module，ECM）与传感器和执行器一起组成发动机控制系统。该系统最关键的输入把控则是歧管绝对压力（MAP）传感器。在“速度密度式”状态下，MAP传感器能够侦测发动机中流动的空气情况，从而确定喷油时间和提前点火时间以实现最佳运行。即使是依靠对进气量进行直接测量的车辆也需要配备大气绝对压力（BAP）传感器，主要用于高气压测量补偿。如今生产商每年都生产数以千万计的MAP和BAP传感器，过去十年里推动了几代压力传感器模组的设计。
如今，MAP和BAP传感器的主要设计是源于硅微加工的压阻式压力传感器。它们大多数用于乘用车中，为微机械压力传感器技术在其它新兴汽车产业中的应用奠定了基础，例如废气再循环系统（EGR）中的压力测量、燃油系统中的蒸发排放物泄漏以及燃料喷射系统的压力测量等。
压力传感器元件
采用体微加工技术在硅晶圆上制造压阻式传感器，已成为生产汽车压力传感器的主要技术之一。压阻式绝对压力传感器元件采用体微加工技术在背面形成真空腔，该结构一问世就广受欢迎，成为MAP/BAP应用的必要元件。然而近期，表压和差压结构，以及仅为消除应力增加的背面约束（backside constraint）结构（见图1），目前已进入量产阶段。
图1：为了满足汽车市场所需的广泛应用，传感器制造商必须能够提供多种传感器元件结构，以分别测量绝对压力、表压或差压的压力范围。
信号调理和校准
硅微加工的压力传感器元件在不同生产批次之间以及整个温度范围内的参数变化较大（见图2）。为了让汽车制造商可以获得真正可互换的压力传感器模组，传感器研发人员必须对每个传感器进行单独校准和温度补偿。
图2：批量处理的硅微加工压阻式传感器元件在圆片与圆片之间、批次与批次之间呈现出器件间的差异。各个压阻元件也随温度产生很大变化。因此，在传感器模组的最终组装过程中，需要对单个封装后的传感器进行单独的修正和校准。
通常的方法是在信号调理电路中运用某种调整（修正）方式。制造和组装工艺以及成品传感器模组的电气性能要求有助于确定信号调理电路的实现方式。该电路的集成技术（如CMOS或Bi-CMOS技术）主要取决于所选的修正技术。
模拟信号调理
起初，汽车压阻式压力传感器包含模拟信号调理电路，采用安装在PCB上现成的封装后的Bipolar（双极）IC设计工艺来构建。所有必要的调整都是通过沉积在陶瓷衬底上的厚膜电阻网络的激光修正来完成的，然后再以修正组件的形式嵌入PCB中。后续混合电路技术的进步使得技术人员能够在制造包含印刷厚膜电阻的陶瓷衬底的同时，又能以封装或裸芯形式来安装信号调理IC。技术进步之后，这些传感器模组就变得非常紧凑，其中大部分目前仍在沿用。这种成熟的制造工艺为需求中等尺寸的应用提供了经济高效的传感器模组，其厚膜电阻的稳定性和精度也足以满足客户要求。
然而，由于汽车行业对低成本元件的持续驱动，迫使技术人员研发更高级别的集成技术，最大限度降低压力传感器模组的元件数量和组装成本。随后，通过将模拟有源电路与无源薄膜可修正电阻集成在同一芯片上，制造商大大减小了传感器模组的尺寸，并提高了传感器性能，这主要是因为薄膜电阻器具有优异的稳定性。此集成技术开创了双芯片解决方案，一颗芯片是传感元件，另一颗芯片是薄膜电阻IC。而单片（单芯片）解决方案是将传感元件、有源电路和薄膜电阻集成在同一颗硅芯片上，并适用于大批量生产。
所有上述信号调理电路本质上都是模拟的，并假设激光修正是连续的。
离散模拟修正
压阻式压力传感器的第二种信号调理：离散模拟修正，是基于离散而非连续的调整。在这种情况下，可以通过熔化电阻丝，以使电阻或电流值达到期望值。传感器信号的处理仍然保持模拟形态，但是校准和修正是通过离散步骤完成的。这可能会对传感器的精度、分辨率和权限范围有所限制。离散模拟信号调理方法可以进一步扩展，因为调整水平可以存储在非易失性存储器（nonvolatile memory，NVM）中，并以CMOS技术来实现。用离散模拟方法制造的压阻式压力传感器通过混合技术采用了两颗芯片。一颗芯片是将校准系数存储在EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器）中并以CMOS技术来实现；另一颗芯片包括传感元件和放大器，以Bipolar技术来实现。
数字解决方案
压阻式压力传感器的信号也可以使用数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）进行调节。通过该方法，压力和温度信号被数字化，然后作为DSP算法的输入。使用算术运算实现校准和温度补偿，之后再将数字信号转换回模拟域。
数字解决方案需要一些内存，因此CMOS技术最适合。虽然汽车制造商们已对此解决方案考虑了很多年，然而，真正实现需要多颗芯片，并且相对较高的成本使其并不适合汽车应用。随着更加先进和高度集成的CMOS工艺和微控制器/DSP技术的发展，此解决方案将会变得越来越普遍。关于用于此目的的标准微处理器设计的芯片大小和电路成本是否会与灵活性较低（但尺寸较小且成本较低）的可定制执行特定传感器校准功能的专用DSP设计相竞争，仍然存在争议。
照片1中所示的集成式压力传感器使用定制DSP和NVM来校准和温度补偿一系列压力传感器元件，适用于各种汽车应用。
照片1：此单片压力传感器使用定制DSP和NVM来校准和温度补偿片上压阻式压力和温度传感元件。数字信号处理方案还可为客户特定功能提供编程设计。
该可编程信号调理引擎使用校准算法在数字域中运行，该算法解决了超出大多数模拟信号调理方法领域的高阶效应。单片传感器可提供增强特征，这些特征通常在芯片外（或者根本不在芯片上）用传统的模拟信号调理解决方案（使用激光或电学修正）来实现。专门开发的数字通信接口能够在模组完全组装和封装后，通过连接器引脚校准各个传感器模组。取消修正后处理，在制造流程完成时将校准和模组定制作为生产线最终测试的组成部分来执行。压力传感器元件可在亚微米混合信号CMOS晶圆制造过程中被一同处理，而且可以扩展到各种汽车压力传感应用中。数字和模拟传感器输出均适用。
制造和组装注意事项
压力传感器模组组装工艺在制造商决定使用哪种修正和校准方法中扮演重要角色，因此也会影响电路设计。激光修正方法需要在组装过程中的某个中间点对模组进行光接入，以执行校准。该步骤通常涉及温度和压力的应用，因此需要对复杂的生产夹具进行仔细维护和校准。由于目前所有量产汽车压力传感器设计都需要某些特定的校准，以确保在客户层面的可互换性，因此修正成为对制造成本和生产率产生重大影响的关键步骤。对于单片和薄膜修正设计来说尤其如此，其中涉及到的微型尺寸和更高精度使模组组装变得更具有挑战性。
此外，后修正（post-trim）的制造操作步骤可能会在模组进行最终测试之前出现输出偏移，因此在最终测试时，该操作则可能会引发参数不合格。考虑到这些因素，制造商仍在继续寻求电气修正方法，使成品模组能够以最终形式进行测试和修正。
汽车硅压阻式压力传感器的集成发展遵循IC行业的总体趋势（见图3）。
图3：更高级别的传感器集成和校准技术与IC工艺技术的发展趋势同步。
表1总结了一些用于校准、补偿、修正和集成硅微加工压阻式压力传感器的不同方法。
表1：压阻式压力传感器的信号调理和修正方法
传感器的电学要求
除了基本的参数精度之外，汽车传感器还必须满足其它操作环境和系统要求。表2节选了部分必须要考虑的因素。
表2：传感器的电学要求
有些因素非常具有挑战性，往往会成为重要的成本驱动因素。在设计过程中它们可以很容易地将原本简单的信号调理电路复杂化。电磁兼容性（EMC）等细节也会影响封装设计和模组组装过程。例如，EMC缺乏足够的电气解决方案就意味着可能需要额外的组件和屏蔽来进行保护。
封装：汽车压力传感器设计的封装组件至关重要，原因有三：
1. 成本
2. 尺寸
3. 恶劣环境下的稳定性
使用微机械加工器件的封装和组装产成本通常超过器件本身，因此，如果想要这样的产品在市场上取得成功，成本则是重要的考虑因素。
传感器元件封装
传感器元件的安装和封装必须满足两个互相矛盾的要求：即为了进行测量，传感器必须与压力传感介质紧密接触，同时还能抵抗介质的不利影响，例如电气互连引起的腐蚀或可能导致传感器输出偏移的应力。这两项要求对材料工程师开发出定制的聚合物密封剂和芯片粘接材料来安装和钝化传感器元件提出了严峻的挑战。
图4：定制聚合物密封剂和芯片粘接材料、详细的结构建模和独特的组装工艺是构建耐介质影响的传感器模组所必需的。图示为安装在燃油箱中的传感器模组中的蒸发排放传感器元件。
基板和芯片粘接材料的选择因制造商而异，但它们在恶劣环境中都必须足够稳定，以防止极低压、高应力敏感元件的长期输出漂移。用于测量燃料喷射压力的传感器也出现过类似的情况：长期暴露在液体燃料和高压下，需要小心选择合适的材料和创建几何结构，以提供稳定可靠的传感器。设计这些传感配置涉及大量的结构分析、机械应力测试和介质暴露测试等。
许多制造商青睐的另一种元件封装技术包括带有电气真空穿通密封件（electrical feedthrough）的金属集管和背面压力接入端口。这种组装方法可以使排放气体密封在密封罐中或者直接排放到大气中，以提供表压测量。此技术的成本往往比背面压力封装更高，在背面压力封装中，元件只需直接安装到有信号调理电子器件的基板上。然而，这是电子行业众所周知的稳健方法，而且使用单芯片集成传感器的信号调理结构可使成本损失最小化。它不需要再开发必须承受测量介质的定制密封剂。
传感器模组封装
传感器模组封装最普遍的方法是嵌入包含引线框的模制塑料外壳，该引线框可为汽车线束连接器提供接口。金属铸造外壳很久之前就被使用了，有些目前仍在生产中，但应用已经很少了。塑料制模和冲压引线框封装技术已经被广泛开发并应用于各种汽车电子模块中，且已适应于在引擎盖下使用的压力传感器，以提供防风雨、环境鲁棒性强的模组。表3列出了测试这些模组及其内置元件以确保车辆使用寿命超过10年或超过10万英里的条件示例。
表3：汽车可靠性要求
经过多次环境测试，汽车压力传感器通常都可以将其稳定性保持在0.1%~0.3% F.S.S的范围内。在长期而严苛的测试中，例如涉及测试条件组合的测试，或者试图诱发故障的测试，这些传感器仍然可以将稳定性保持在1% F.S.S。
目前有两种基本方法可将传感器元件和电子元件组装在塑料模块内。其中一种方法是先使用基板来组装元件，然后再将基板嵌入并附接到壳体和引线框上。这种技术有助于开发多芯片结构，特别是那些需要额外无源元件来实现过压或EMC保护的结构。需要多个密封件来确保精确的压力测量，同时仍然保持模块的完整性，以避免外部污染或泄漏到外壳上。
目前已经有一些制造商推出了直接安装在外壳上的传感器和信号调理芯片模组，从而可消除使用单独基板的成本（见图5）。这对于高度集成的传感器设计尤其有利，例如需要很少或完全不需要额外无源元件的单片传感器。
图5：直接安装在模组上的单片压力传感器简化了制造过程，并通过消除使用单独基板或中间芯片级传感器元件封装的需求，提高了现场可靠度测试。
当然，封装的尺寸受到其封装元器件大小的限制，随着传感器和电子器件集成水平的提高，封装尺寸也会变得越来越小。照片2展示了MAP传感器封装尺寸的演变过程，几乎已经达到现有技术下最小的几何尺寸。这归功于汽车制造商对指定的连接器尺寸、压力端口和安装方案的限制。
照片2：最成熟的汽车压力传感器应用——MAP传感器的结构已经从PCB组装的分立元件发展到更简单的带有厚膜电阻的混合基板。使用片上薄膜电阻器可以进一步缩小混合电路的尺寸。
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