MEMS的全稱是微型電子機械系統(tǒng)(Micro-ElectroMechanicalSystem),微機電系統(tǒng)是指可批量制作的,將微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)??梢园阉斫鉃槔脗鹘y(tǒng)的半導體工藝和材料,用微米技術(shù)在芯片上制造微型機械,并將其與對應電路集成為一個整體的技術(shù)。所以它是以半導體制造技術(shù)為基礎發(fā)展起來的一種先進的制造技術(shù)平臺。
MEMS傳感器應用
相對于傳統(tǒng)的機械,它們的尺寸更小,最大的不超過一個厘米,甚至僅僅為幾個微米,其厚度就更加微小。采用以硅為主的材料,電氣性能優(yōu)良,硅材料的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當,密度與鋁類似,熱傳導率接近鉬和鎢。采用與集成電路(IC)類似的生成技術(shù),可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝,進行大批量、低成本生產(chǎn),使性價比相對于傳統(tǒng)“機械”制造技術(shù)大幅度提高。
MEMS傳感器在 AR/VR、消費電子、智能駕駛、智能工廠、智慧物流、 智能家居、環(huán)境監(jiān)測、智慧醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)領域都有廣泛應用。
可穿戴設備應用。以小米手環(huán)為例,就用到了ADI的MEMS加速度和心率傳感器來實現(xiàn)運動和心率監(jiān)測。 Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風,還有使用脈搏傳感器。
VR應用。VR設備需要足夠精確測定頭部轉(zhuǎn)動的速度、角度和距離,采用MEMS加速度計、陀螺儀和磁力計來進行測定是重要的解決方案之一,幾乎成為VR設備的標配。Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR都采用了MEMS加速度計和陀螺儀,未來VR設備也可能會使用MEMS眼球追蹤技術(shù)。
無人機應用。無人機飛行姿態(tài)控制技術(shù)上,MEMS傳感器又有了施展的空間。結(jié)合加速度計和陀螺儀,可以算出角度變化,并確定位置和飛行姿態(tài)。MEMS傳感器能在各種惡劣條件正常工作,同時獲得高精度的輸出。MEMS加速度計和陀螺儀在無人機上的應用可謂是大放異彩。
車聯(lián)網(wǎng)應用。車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重大領域,智能汽車是車聯(lián)網(wǎng)的核心,正處于高速發(fā)展中。在智能汽車時代,主動安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領域,需要改進現(xiàn)有的主動安全系統(tǒng),比如側(cè)翻(rollover)與穩(wěn)定性控制(ESC),這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感測車身姿態(tài)。MEMS傳感器在汽車領域還有很多應用,包括安全氣囊(應用于正面防撞氣囊的高g值加速度計和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器)、汽車發(fā)動機(應用于檢測進氣量的進氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器)等。
自動駕駛應用。自動駕駛技術(shù)的興起,進一步推動了MEMS傳感器進入汽車。雖然GPS接收器可以計算自身位置和速度,但在GPS信號較差的地方(地下車庫、隧道)和信號受到干擾的時候,汽車的導航會受到影響,這對自動駕駛來說是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計獲取速度和位置(角速度和角位置),車輛任何細微的動作和傾斜姿態(tài),都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,通過總線,傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態(tài)下,MEMS的精度和反應速度也能夠適應。得益于硅體微加工、晶片鍵合等技術(shù)的發(fā)展,精度已經(jīng)上升到0.01。
工業(yè)應用。MEMS讓傳感器小型化、智能化,MEMS傳感器將在智慧工業(yè)時代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測,MEMS加速度計可以用來監(jiān)測工業(yè)設備的振動和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業(yè)機器人的導航和轉(zhuǎn)動提供精確的位置信息。
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