一文讀懂MEMS傳感器(必須收藏)
導語(yǔ):
傳感器發(fā)展到今天,小型化、智能化、集成化,已經(jīng)是升級換代的必由之路。今天,我們來(lái)為大家介紹一下傳感器家族的mini型產(chǎn)品——--MEMS傳感器。

這個(gè)長(cháng)長(cháng)的大柱子,直徑可以是 1 inch (2.5 cm) 到 12 inch (30 cm),被切成一層層 500 微米厚的硅片 (英文:wafer,和威化餅同詞),長(cháng)這個(gè)樣子:

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(lèi)似,熱傳導率接近鉬和鎢。若單個(gè)MEMS傳感器芯片面積為5 mm x 5 mm,則一個(gè)8英寸(直徑20厘米)硅片(wafer)可切割出約1000個(gè)MEMS傳感器芯片,分攤到每個(gè)芯片的成本則可大幅度降低。

非硅材料:近年來(lái),MEMS的材料應用上有被非硅材料逐漸替代的現象,學(xué)術(shù)研究人員現在開(kāi)始專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)聚合物和紙基微型器件。利用這些材料開(kāi)發(fā)的器件,不僅工藝環(huán)保,而且制作設備簡(jiǎn)單、成本較低。相對硅材料,它們大幅縮減了研發(fā)經(jīng)費預算。許多聚合物和紙基微型器件的創(chuàng ) 新都指向了醫療應用,對該領(lǐng)域來(lái)說(shuō),生物相容性和材料的柔性是基本要求。
紙基和聚合物微型器件的功能和性能開(kāi)發(fā),目前還處于相對早期的階段,這類(lèi)器件的生產(chǎn)設施現今也還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)。這些新技術(shù)的成熟和商業(yè)化,可能還需要超過(guò)10年的時(shí)間。所以,基于硅材料的微型器件研究,還有很多創(chuàng ) 新工作要做,不然就會(huì )面臨發(fā)展停滯的風(fēng)險。

這種批量生產(chǎn)(batch process)的過(guò)程目前已經(jīng)全自動(dòng)化控制,隔離了人為因素,確保了每一個(gè)MEMS芯片之間的工藝誤差可以得到嚴格的控制,從而提高了良品率。切片、封裝之后,就成為了一個(gè)個(gè)的MEMS芯片。從外觀(guān)上來(lái)看,大部分的MEMS芯片和集成電路芯片是差不多的。
傳統的駐極體麥克風(fēng):

MEMS麥克風(fēng):

圖中,傳統麥克風(fēng)的七八種機械配件就全部集成在了一塊很小的MEMS傳感器芯片上了,體積非常小,重量也非常輕。由于是芯片制造,一致性好、功耗低,更易于批量生產(chǎn)。但是對技術(shù)的要求那就非常高了。MEMS傳感器的出現極大的滿(mǎn)足了大家對產(chǎn)品小體積、高性能的要求。
MEMS傳感器的種類(lèi)繁多,也有很多分類(lèi)的方法。下面是按照工作原理分類(lèi):

每一種MEMS傳感器又有很多種細分方法。如加速度計,按檢測質(zhì)量的運動(dòng)方式劃分,有角振動(dòng)式和線(xiàn)振動(dòng)式加速度計等,常見(jiàn)的MEMS傳感器有壓力傳感器、加速度傳感器、微機械陀螺儀、慣性傳感器、MEMS硅麥克風(fēng)等等;MEMS傳感器的品種多到可以以萬(wàn)為單位,且不同MEMS之間參量較多,沒(méi)有完全標準的工藝。
