隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場的蓬勃發(fā)展,，設(shè)備的供能及續(xù)航正在成為新的挑戰(zhàn),，低功耗技術(shù)需求越來越多。例如智能手環(huán)/手表作為物聯(lián)網(wǎng)市場中的火爆可穿戴產(chǎn)品,，其中集成的各種傳感器結(jié)合精確的算法能夠?qū)崿F(xiàn)人體運動及健康監(jiān)測,，然而功耗問題一直制約著智能手環(huán)/手表的發(fā)展，因此不僅需要低功耗藍牙（BLE）通信技術(shù),，還亟需改進供能方式并實現(xiàn)智能電源管理功能,。
據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日,，上海邁鑄半導(dǎo)體科技有限公司（中文簡稱：邁鑄半導(dǎo)體,；英文簡稱：MCT）推出一種基于MEMS線圈的指尖陀螺發(fā)電機（超薄發(fā)電機）解決方案，其中的MEMS線圈采用邁鑄半導(dǎo)體獨有的MEMS-Casting?（微機電鑄造）技術(shù)制作而成,。
這種創(chuàng)新的超薄發(fā)電機解決方案由數(shù)個MEMS線圈集成PCB板組成,，總厚度可以薄至毫米（mm）級別。結(jié)合磁環(huán)組,，該超薄發(fā)電機解決方案可以通過手指撥動輸出高達百毫瓦（mW）級的功率輸出,，該功率已能滿足許多低功耗場景應(yīng)用需求。
傳統(tǒng)發(fā)電機的制作過程需要在電工硅鋼片骨架上繞制漆包線,，如圖1所示,。而邁鑄半導(dǎo)體推出的基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機拋棄了傳統(tǒng)發(fā)電機的制作方法，將發(fā)電機的線圈與控制電路集成到一塊PCB板上,，從而可以在電子產(chǎn)品中實現(xiàn)機電系統(tǒng)的進一步集成與融合,，如圖2所示。
圖1：傳統(tǒng)發(fā)電機的定子/轉(zhuǎn)子需要繞制漆包線
圖2：邁鑄半導(dǎo)體展示的基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機,，其中MEMS線圈在PCB板上呈放射狀排布,，結(jié)合磁環(huán)組形成完整的發(fā)電機結(jié)構(gòu)
目前，基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機解決方案主要用于低功耗設(shè)備供電,，通過手指轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)高達近100mW的發(fā)電功率。具體的發(fā)電功率與轉(zhuǎn)速有關(guān),，理論上發(fā)電功率與轉(zhuǎn)速的平方成正比,。此次,，邁鑄半導(dǎo)體推出的超薄發(fā)電機解決方案包括單相和三相兩種結(jié)構(gòu)形式，其中單相發(fā)電機方案采用了24顆MEMS線圈,，而三相發(fā)電機方案采用了21顆MEMS線圈,。標(biāo)準(zhǔn)的超薄發(fā)電機如圖3所示，外徑為46mm,，厚度約為5mm（可以薄至3mm）,。
此外，邁鑄半導(dǎo)體還可根據(jù)客戶的需求配置不同數(shù)量的MEMS線圈以實現(xiàn)超薄發(fā)電機的定制化,。
圖3：單相發(fā)電機方案和三相發(fā)電機方案
當(dāng)用手指撥動基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機時,，可以感受到單相發(fā)電機反饋給手指有更強的顆粒感，并且有振動效果,；而三相發(fā)電機的反饋效果則更平滑,，有類似于旋轉(zhuǎn)指尖陀螺的感覺。
受益于較薄的厚度,，這種基于MEMS線圈的發(fā)電機可應(yīng)用于多種低功耗便攜式/可穿戴設(shè)備,，例如智能手環(huán)/手表、無電池遙控器等,。邁鑄半導(dǎo)體也展示了一些新的應(yīng)用潛力,，例如超薄發(fā)電機與電子墨水屏結(jié)合而成的智能手機外殼。該手機殼無需充電,，通過手指轉(zhuǎn)動發(fā)電機既可實現(xiàn)在手機殼的電子墨水屏上顯示不同的圖案或者文字,，徹底解決充電問題（目前還不能給手機充電）。
圖4：超薄發(fā)電機與電子墨水屏結(jié)合而成的智能手機外殼
基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機結(jié)合匹配的電路可以實現(xiàn)免電池,、電池延長及應(yīng)急供電等應(yīng)用方案,。圖5展示了基于單相發(fā)電機的免電池方案的電路原理圖。單相發(fā)電機發(fā)電后經(jīng)倍壓整流對電容充電,，然后電容的電壓上升并使得電壓檢測芯片啟動工作,，并且通過升壓電路提高電壓后穩(wěn)定輸出電能，其中MOS管可以保證電容電壓下降后還可以持續(xù)給升壓電路供電,。圖6展示了基于三相發(fā)電機的電池延長方案的電路原理圖,。上述匹配的電路可以與發(fā)電機的MEMS線圈一起集成到PCB板上，從而可以大大地減少電路的空間占比,。
發(fā)電機型號：MGS-24-4605
圖5：基于單相發(fā)電機的免電池方案的電路原理圖,，該方案可取代電池以解決設(shè)備更換電池的煩惱
發(fā)電機型號：MGT-21-4605
圖6：基于三相發(fā)電機的電池延長方案的電路原理圖，該方案可作為電池的補充以延長設(shè)備的續(xù)航時間
MEMS線圈作為邁鑄半導(dǎo)體基于獨有的MEMS-Casting?技術(shù)制造的芯片式線圈,，開創(chuàng)了一種全新的線圈品類,。邁鑄半導(dǎo)體此次推出的超薄發(fā)電機是基于MEMS線圈的一種創(chuàng)新式的擴展應(yīng)用解決方案。麥姆斯咨詢從邁鑄半導(dǎo)體獲悉，該公司后續(xù)還將推出更多基于MEMS線圈的應(yīng)用解決方案,，希望為各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用提供一些新的思路并實現(xiàn)量產(chǎn)落地,。
上海邁鑄半導(dǎo)體成立于2018年，是中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所孵化企業(yè),。2021年獲高新技術(shù)企業(yè)稱號,。公司致力于晶圓級微機電鑄造（MEMS-Casting）技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，此技術(shù)是本公司研發(fā)的一項獨創(chuàng)性技術(shù),，該技術(shù)可通過微納原理將宏觀的鑄造縮小一百萬倍,，從而可以在晶圓上實現(xiàn)鑄造?？蓮V泛應(yīng)用于半導(dǎo)體先進封裝,、MEMS器件以及三維集成射頻器件等領(lǐng)域。