前途無量的MEMS傳感器技術

億佰特物聯網實驗室 發佈 2022-07-03T15:44:52.992646+00:00

MEMS傳感器即微機電系統(Micro-electro Mechanical Systems),是指將精密機械系統與微電子電路技術結合發展出來的一項工程技術,它的尺寸一般在微米量級。

MEMS傳感器即微機電系統(Micro-electro Mechanical Systems),是指將精密機械系統與微電子電路技術結合發展出來的一項工程技術,它的尺寸一般在微米量級

封裝技術是MEMS傳感器成功的關鍵,其技術包括SIP(系統級封裝)、WLP(晶圓級封裝)、三維矽穿孔(TSV)等,通過三維堆疊技術,將微型化後的傳感器的機械部件與其他微電子組件集成,最後根據不同的應用場景來採用不同的封裝形式,最終組裝而成。

一、優勢

相比傳統的機械傳感器,MEMS具有著巨大的競爭優勢:

1.MEMS傳感器具有著體積小、重量輕、功耗低的特點。

其內部結構可達微米甚至納米量級。同時其內部的機械部件由於微型化後會具有慣性小、諧振頻率高、響應時間短等優點。

2.MEMS可通過矽微加工工藝進行批量製造、封裝、測試。

以單個5mm*5mm尺寸的MEMS器件為例,在一片16英寸的矽片晶圓上可同時切割出大約4000個晶片,可以大大降低器件的生產成本。根據Yole Development的研究,單個MEMS的平均成本在0.1-1美元之間。

3.隨著MEMS技術及工藝的發展,現在傾向於單個MEMS晶片中整合更多的功能,實現更高的集成度。

例如慣性傳感器IMU,從以前的分立式慣性傳感器到現在的MPU6050晶片,其中集成了3軸MEMS陀螺儀,3軸MEMS加速度計,以及一個可擴展的數字運動處理器DMP。在未來,系統級的高度集成化將會是MEMS未來在網際網路應用場合的主要承載形式。

4.MEMS採用矽基加工工藝,矽具有與鐵相當的強度、硬度,類似鋁的密度,熱傳導率接近鉬和鎢,所以其可兼容傳統IC生產工藝。

5.MEMS是涉及機械、半導體、電子、物理、生物、材料等學科的交叉領域。並且它集成了很多當今科學技術發展的尖端成果。

二、應用

1.無人機領域

十幾年前可能消費級無人機還沒有在市場占有一席之地,而現在更多的人聽到無人機可能想到的就是大疆精靈系列、御Mavic系列等。產生無人機市場這麼大的變化的關鍵就是高性能的MEMS傳感器的出現。

在無人機控制系統,最重要的傳感器就是慣性測量單元IMU了。典型的6軸IMU包括3軸MEMS加速度計和陀螺儀。通過傳感器測量參數以及姿態解算算法,就可以確定無人機的軌跡。隨著MEMS技術的升級,IMU本身所獲得數據的準確性、傳感器整合度以及體積進一步微型化都會得到提升。

2.投影顯示

基於DMD技術的數字光線處理(DLP)投影技術較於LCD液晶顯示有著更高的對比度,並且畫面更清晰、穩定。由於採用MEMS技術,運用了發射光成像的光學原理,實現了圖像處理數位化。

因此它被廣泛用於桌面投影機、商務投影機、電影院放映,尤其在大屏幕投影拼接顯示領域。此外在醫療成像、光譜分析、光學測量和無掩模光刻及結構照明等方面也占據著主導地位。

三、展望

雖然MEMS行業受疫情影響,發展速度有所減緩,但是整體趨勢還是一片向好。主要體現在工業控制、醫療電子、高端消費電子(無人機)、汽車電子等多個領域的高速發展,推動著MEMS市場的持續增長。同時伴隨著第三次MEMS產業化浪潮的不斷推進,MEMS行業預計到2026年,市場規模將迎來突破性增長。

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看得出我快五十了嗎?

2021-05-12T07:26:26.812663+00:00

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