《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 微波|射頻 > 設計應用 > MEMS傳感器及應用
MEMS傳感器及應用
摘要: MEMS傳感器能夠將信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起,,組成具有多功能的微型系統(tǒng),,從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平,。本期半月談電子元件技術網(wǎng)將與您一起剖析MEMS傳感器及應用...
Abstract:
Key words :

當今的趨勢,無論是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,、智能手機的熱潮,、移動網(wǎng)絡的崛起,都和傳感器有著密切的關系,。傳感器已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘I?,存在于每個角落,大到汽車,、工業(yè)設備,,小到手機,都大量使用了各種傳感器——這正符合了智能化的潮流,,而傳感器則是其中最基本也是最重要的一環(huán),。


傳感器種類多樣,因此根據(jù)用途,、原理都有特定的分類,。例如接近傳感器、 霍爾傳感器,、溫度/壓力傳感器,、電流傳感器等等。而傳感技術在近年來也得到了長足的發(fā)展,,MEMS 就是最具代表性的例子,,MEMS技術讓我們能夠在有限的空間內(nèi)最大限度地發(fā)揮傳感器的功能,,廣泛用于多種場合。

那么什么是MEMS,?在維基百科中,,這項技術的解釋是:微機電系統(tǒng)(Microelectromechanical Systems,MEMS)是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業(yè)技術,,它的操作范圍在微米范圍內(nèi),。比它更小的,在納米范圍的類似的技術被稱為納機電系統(tǒng),。   

完整的MEMS是由微傳感器,、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路,、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng),。MEMS傳感器能夠將信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起,,組成具有多功能的微型系統(tǒng),,從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平,。它還能夠使得制造商能將一件產(chǎn)品的所有功能集成到單個芯片上,,從而降低成本,適用于大規(guī)模生產(chǎn),。

兩大應用領域推動MEMS傳感技術應用
MEMS傳感器目前主要應用在汽車和消費電子兩大領域,。

消費電子領域中,任天堂公司曾在Wii無線游戲機中使用 MEMS器件,,允許使用者通過運動和點擊互相溝通和在屏幕上處理一些需求,,其原理是將運動(例如揮舞胳膊模仿網(wǎng)球球拍的運動)轉化為屏幕上的游戲行為。早前,,任天堂和ADI宣布將ADI的ADXL330 iMEMS加速度計整合到任天堂的Wii游戲控制臺中,。加速度計幫助任天堂把視頻游戲提升到一個新的水平,。

目前大多數(shù)手機都含有MEMS傳感器實現(xiàn)重力加速計和陀螺儀的功能,,例如被用在iPhone中。通過對旋轉時運動的感知,,iPhone可以自動地改變橫豎屏顯示,,以便消費者能夠以合適的水平和垂直視角看到完整的頁面或者數(shù)字圖片。

在汽車應用中,,用到越來越多的MEMS傳感器,。包括安全氣囊中的汽車安全氣囊感應器、懸架控制,、翻滾等,。另外還包括汽車MEMS壓力傳感器和輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng),MEMS壓力傳感器適合于任何類型的輪胎,在輪胎胎壁埋設一小塊感壓力敏芯片,,自動測量輪胎氣壓,、溫度、轉速和其它一些數(shù)據(jù),,并用特定的代碼發(fā)送出來,。另外,汽車導航中的GPS信號補償,、氣缸內(nèi)壓力測量等等大多數(shù)汽車子系統(tǒng)中,。

MEMS應用的廣泛性,從以下文章可見一斑,。
車用MEMS行情看漲
2010年全球MEMS市場增長11.1%
高價值MEMS市場成長強勁
MEMS應用的下一個爆發(fā)點
今年MEMS麥克風出貨近6.96億顆

iPhone 4上的MEMS 傳感器

iPhone4 上用到的MEMS 傳感器大致一下幾種,。影像傳感器:簡單說就是相機鏡頭,由于只牽涉到微光學與微電子,,沒有機械成份在里頭,,即便加入馬達、機械驅動的鏡頭,。磁阻傳感器:簡單講就是感測地磁,。感應地磁就是指南針原理,將這種地磁感應電子化,、數(shù)字化,,就稱為數(shù)字指南針(DigitalCompass)。老實說,,數(shù)字指南針技術比較偏玩具性,,因為用來感測地磁的磁阻傳感器,很容易受環(huán)境影響(如高壓電塔旁,、馬達旁),,必須時時校正才有用。磁阻傳感器目前沒有被視為熱門的MEMS組件,,有些MEMS組件會追加整合磁阻感測能力,。聲波傳感器:學名聲波傳感器,俗名麥克風,。是的,,iPhone4為了強化聲音質量,使用2組麥克風與相關運算來達到降噪(降低噪音)的效果,,這種技術稱為數(shù)組麥克風 (ArrayMIC),,事實上早在Apple實行之前,2004年就已經(jīng)在PC上提出過,,差別是蘋果用于手機,,Wintel用于PC,。麥克風需要微型化嗎?相當需要,。且使用一個以上的麥克風,,麥克風的體積縮小需求就更迫切,麥克風也牽涉到機械(聲波會使微型機械振動),,并將機械振動轉換成電子信號,,因此微型化的麥克風,是個不折不扣的MEMS傳感器,。加速度傳感器:俗稱加速規(guī),、G-Sensor,可以感應物體的加速度性,。事實上加速度傳感器的實現(xiàn)方式也是許多種,,MEMS只是手法之一,用MEMS實現(xiàn)加速度傳感器確實是目前的趨勢,。加速度傳感器一般有“X,、Y兩軸”與“X、Y,、Z三軸”兩種,,兩軸多用于車、船等平面移動為多,,三軸多用于飛彈,、飛機等飛行物。而不用多說,,Wii遙控器也是用三軸,,iPhone可以感應實體翻轉而自動對應翻轉畫面,靠的就是這個傳感器,。角加速度傳感器:iPhone4確實是率先使用陀螺儀的手機,。更簡單講就是陀螺儀,陀螺儀實現(xiàn)技術有機械式與光學(紅外線,、雷射)式,,第六項的加速度傳感器比較能感測平移性,但對于物體有個軸心,,進行角度性的移動,, 則其感應效果不如陀螺儀好,。

對于MEMS傳感器的技術和分析可以參考下面幾篇文章:
iPhone4 MEMS傳感器技術詳細解析
將MEMS傳感器用于各種創(chuàng)新的消費類產(chǎn)品設計
MEMS振蕩器技術設計思路

推薦相關文章:
  • 霍爾傳感器工作原理



廠商競逐MEMS市場
根據(jù) iSuppli的統(tǒng)計數(shù)據(jù)指出,,2010年前10大MEMS廠商在消費電子和行動裝置領域的營收排名依序為:意法半導體、安華高(Avago),、樓氏電子(Knowles),、德州儀器(TI),、博世(Bosch Sensortec)、應美盛(InvenSense),、Panasonic,、TriQuint、Kionix和愛普生(Epson Toyocom),。

除了知名的半導體廠商如意法半導體,、德州儀器、ADI 以外,,元器件廠商中也有關注MEMS方案的廠商,,例如愛普科斯。

TDK旗下的TDK-EPC(原愛普科斯)前兩年就開始在MEMS市場有動作,,包括展開了多個收購 ,,擴 展 了 其MEMS相關技術和產(chǎn)品領域。產(chǎn)品也包括可調匹配網(wǎng)絡(RFMEMS),、硅麥克風(MEMS麥克風),、壓阻式壓力傳感器。

愛普科斯收購Technitrol公司后,,由于Technitrol的 MEMS麥克風專有技術和一系列專利技術可與愛普科斯的封裝工結合,,因此,MEMS麥克風也成為愛普科斯擴展手機產(chǎn)品的合理選擇,。

相關產(chǎn)品:
T5000/ABS1200E:EPCOS最小MEMS核心氣壓傳感器
ADXL001:ADI公司基于MEMS的振動傳感器
意法半導體全力打造消費電子類MEMS
形D6F-70:歐姆龍推出MEMS流量傳感器用于燃料電池

關于MEMS 傳感器的封裝
封裝曾是MEMS技術的難點,。不過,生產(chǎn)工藝的提升使得產(chǎn)品良率有很大提升,,現(xiàn)在MEMS產(chǎn)品的價格已經(jīng)下降了很多,,技術難題也逐漸得到了解決。

傳統(tǒng)的MEMS封裝主要有金屬封裝,、陶瓷封裝和塑料封裝三種形式,。隨著MEMS封裝技術取得了很大進展,出現(xiàn)了眾多的MEMS封裝技術,,大多數(shù)研究都集中在特殊應用的不同封裝工藝,,但又開發(fā)了一些較通用、較完善的封裝設計,,通??蓪⑵浞譃?個封裝層次:芯片級封裝、圓片級封裝,、系統(tǒng)級封裝,。

從傳感器的應用來說,有些MEMS器件的封裝必須能夠和環(huán)境進行相互影響,。例如,,在壓阻傳感器內(nèi),,封裝應力就會影響傳感器的輸出。當封裝中不同材料混合使用時,,它們的膨脹和收縮系數(shù)不同,,因此,這些變化引起的應力就附加在傳感器的壓力值中,。在光學MEMS器件中,,由于沖擊、震動或熱膨脹等原因而產(chǎn)生的封裝應力會使光器件和光纖之間的對準發(fā)生偏移,。在高精度加速度計和陀螺儀中,,封裝需要和MEMS芯片隔離以優(yōu)化性能(見下圖)。


根據(jù)生產(chǎn)的MEMS器件類型的不同,,電子性能的考慮可以決定所選封裝類型的策略,。例如,電容傳感MEMS器件會產(chǎn)生非常小,、并可以被電子器件所識別的電荷,,在設計時就需要特別注意電路和封裝中的信號完整性問題?! ⊥ǔ?,大多數(shù)基于MEMS的系統(tǒng)方案都對MEMS芯片提供相應的電路補償、控制和信號處理單元,。因此,,一個MEMS芯片和定制ASIC芯片可以被集成在同一個封裝內(nèi)。同樣,,電路也可以是集成了MEMS器件的單芯片,、單封裝。

更多內(nèi)容,,請參考:
MEMS封裝級設計
MEMS組件封裝高度降至0.9mm
加拿大將向MEMS及三維封裝研究項目投入1億7800萬美元

MEMS傳感器:新應用層出不窮
除了以上提到的部分常見的應用外,,MEMS還在解決一些全球問題上發(fā)揮了重要作用。例如,,MEMS傳感器正在用于能源領域,,幫助尋找和開發(fā)新的能源:地震檢波器用于勘探石油和天然氣,慣性傳感器用于隨鉆測量,,通過改善工業(yè)流程,、高效住宅取暖和精確計費系統(tǒng)來充分利用當前的能源。

MEMS也在幫助解決其它社會問題,,如老齡化和肥胖,,還可以提供針對老人的侵入性較小的監(jiān)控方式,實現(xiàn)成本適當?shù)摹⑦B續(xù)性的診斷,,以更好和更舒適地給藥。

MEMS已進入我們的生活,,從技術到醫(yī)藥到健康無所不在,,2011年這種趨勢必將更加明顯。
 

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權禁止轉載,。