手机/无人机/VR无处不在的MEMS如何应用?

作者:博亚体育app下载发布时间:2022-06-16 01:24

本文摘要:虽然大部分人对MEMS(Microelectromechanicalsystems,微机电系统/微机械/微系统)还是深感很陌生,但是只不过MEMS在我们生产,甚至生活中早就无处不在了,智能手机,健美手环、打印机、汽车、无人机以及VR/AR头戴式设备,部分早期和完全所有近期电子产品都应用于了MEMS器件。 MEMS是一门综合学科,学科交叉现象及其显著,主要牵涉到微加工技术,机械学/液体声波理论,热流理论,电子学,生物学等等。

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虽然大部分人对MEMS(Microelectromechanicalsystems,微机电系统/微机械/微系统)还是深感很陌生,但是只不过MEMS在我们生产,甚至生活中早就无处不在了,智能手机,健美手环、打印机、汽车、无人机以及VR/AR头戴式设备,部分早期和完全所有近期电子产品都应用于了MEMS器件。  MEMS是一门综合学科,学科交叉现象及其显著,主要牵涉到微加工技术,机械学/液体声波理论,热流理论,电子学,生物学等等。MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米,相比之下头发的直径约是50微米。

MEMS传感器主要优点是体积小、轻巧、功耗较低、可靠性低、灵敏度低、更容易构建等,是微型传感器的主力军,正在渐渐代替传统机械传感器,在各个领域完全都有研究,不论是消费电子产品、汽车工业、甚至航空航天、机械、化工及医药等各领域。少见产品有压力传感器,加速度计,陀螺,静电致动光投影显示器,DNA扩充微系统,催化剂传感器。  MEMS的较慢发展是基于MEMS之前早已非常成熟期的微电子技术、集成电路技术及其加工工艺。

MEMS往往不会使用少见的机械零件和工具所对应微观仿真元件,例如它们有可能包括地下通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。然而,MEMS器件加工技术并非机械式。忽略,它们使用类似于集成电路批处理式的微生产技术。批量生产能明显减少大规模生产的成本。

若单个MEMS传感器芯片面积为5mmx5mm,则一个8英寸(直径20厘米)硅片(wafer)可切割成出约1000个MEMS传感器芯片(图1),分摊到每个芯片的成本则可大幅度降低。因此MEMS商业化的工程除了提升产品本身性能、可靠性外,还有很多工作集中于不断扩大加工硅片半径(切割成出有更加多芯片),增加工艺步骤总数,以及尽量地缩传感器大小。    图1.8英寸硅片上的MEMS芯片(5mmX5mm)示意图    图2.从硅原料到硅片过程。

硅片上的反复单元可称作芯片(chip或die)。  MEMS必须专门的电子电路IC展开取样或驱动,一般分别生产好MEMS和IC硬在同一个PCB内可以修改工艺,如图3。不过具备构建可能性是MEMS技术的另一个优点。

正如之前提及的,MEMS和ASIC(专用集成电路)使用相近的工艺,因此具备很大地潜力将二者构建,MEMS结构可以更容易地与微电子构建。然而,构建二者可玩性还是十分大,主要考虑到因素是如何在生产MEMS确保IC部分的完整性。例如,部分MEMS器件必须高温工艺,而高温工艺将不会毁坏IC的电学特性,甚至熔融集成电路中低熔点材料。

MEMS常用的压电材料氮化铝由于其低温沉积技术,因为沦为一种普遍用于post-CMOScompatible(后CMOS相容)材料。虽然难度很大,但正在逐步构建。

与此同时,许多制造商早已使用了混合方法来建构顺利商用并不具备成本效益的MEMS产品。一个顺利的例子是ADXL203,图4。ADXL203是原始的高精度、低功耗、单轴/双轴加速度计,获取经过信号调理的电压输入,所有功能(MEMSIC)皆构建于一个单芯片中。

这些器件的满量程加速度测量范围为plusmn;1.7g,既可以测量动态加速度(例如振动),也可以测量静态加速度(例如重力)。    图3.MEMS与IC在有所不同的硅片上生产好了再行黏合在同一个PCB内    图4.。


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