万物智联时代更需要MEMS

分享到:

一、MEMS 是什么
 
1、MEMS 定义
 
MEMS(Microelectromechanical Systems,微机电系统)指特征尺寸在微米量级的机电系统,包含微传感器、微执行器、微结构和微电子,具有尺寸小、功耗低、集成度高、批量化生产能力高等优点,广泛应用于汽车、消费电子、医疗、航空航天等领域。
 
1
图 1:MEMS 的细分
 
 
2
图 2 典型的MEMS 系统示意图
 
传感器是用于感知外界信息的器件。外界信息包括物理信息、化学信息、生物信息等。物理信息涉及力、声、光、电、磁、温度、湿度等,化学信息涉及酸碱性、可燃性、毒性等,生物信息涉及酶、抗体、激素、微生物等。MEMS 传感器的分类多样,按照传感信息的不同,可以分为加速度传感器、压力传感器、磁传感器、温度传感器、湿度传感器等;按照应用功能的不同,可以分为胎压传感器、陀螺仪、硅麦克风等;根据是否需要电源,可以分为有源传感器和无源传感器。
 
MEMS 传感器关键性能可以分为静态性能和动态性能。静态性能的评价指标包括分辨力、重复性、线性度、阈值、使用环境、稳定性等。动态性能是对动态输入的响应特性。理想的动态性能是将随时间变化的输入信号,通过传感器能够输出相同变化规律的输出信号,即输出信号和输入信号具有一致的时间函数。动态性能的评价包括频率响应、阶跃响应等。频率响应是决定被测信号频率范围的指标,例如压力传感器的频率响应越高,可测信号的频率范围就越宽。阶跃响应则是对阶跃函数信号的响应能力,包括延迟时间、超调量等指标。
 
MEMS 执行器是在动力源的驱动下完成需要动作的微机械系统,包括微喷墨头、MEMS 滤波器、EMS 扬声器、MEMS 微镜、MEMS 微射流执行器、MEMS 投影机等。相比传统的执行器,MEMS执行器具有加速快、速度大、驱动力小、干扰因素少等优点。MEMS 执行器的执行方式有压电执行、电磁执行、静电执行、热执行等,核心功能是将其他能量转为机械能。MEMS 执行器的起步早,但发展速度不及MEMS 传感器。意法半导体公司执行副总裁Benedetto 认为:一方面是生产能力、产业链发展不完善的原因;另一方面是新技术还需要真正的应用,如十年前手机摄像头的提升重点在像素,因此用于自动对焦的MEMS 执行器则发展较慢。
 
 
2、MEMS 应用
 
在汽车领域,MEMS 产品有压力传感器、加速度传感器、陀螺仪、流量传感器、麦克风、红外夜视传感器等,应用范围包括汽车动力总成、汽车底盘、驾驶安全和自动化、舒适便捷相关系统等。
 
3
图 3 汽车领域MEMS 应用
 
受惠于2007 年苹果手机和任天堂Wii 游戏机的诞生,MEMS 在消费电子领域迎来喷薄式的发展。iPhone 6S 包含加速度计、电子罗盘、陀螺仪、MEMS 麦克风、接近光传感器、环境光传感器、指纹传感器、压力传感器等。
 
4
图 4 消费电子领域MEMS 应用
 
在医疗领域,MEMS 产品有诊断流感的可携带式芯片实验室装置VereFlu、可食用电子药物、听力辅助MEMS、DNA 纳米科技、智能生命检测感应器、侦测血液中癌细胞医疗装置、低功耗心室颤动侦测芯片、守护天使装置等。
 
5
图 5 医疗领域MEMS 应用
 
3、MEMS 发展历程
 
上个世纪80 年代开始,随着微电子行业的快速发展,以及航空、航天、汽车等行业对小尺寸高可靠传感的实际需求,MEMS 微机电系统和传感器相结合形成的MEMS 传感器行业进入了快速发展期。通常认为,MEMS 传感器行业在2000 年以前的最主要驱动力是汽车工业。汽车领域MEMS 传感器主要有压力传感器、加速计、陀螺仪和流量传感器,应用范围包括汽车防抱死系统ABS、车身稳定程序ESP、电控悬挂ECS、电动手刹EPB、斜坡启动辅助HAS、胎压监控EPMS、引擎防抖等。
 
进入21 世纪后,以手机为代表的消费电子行业飞速发展,直接带动了MEMS 传感器行业的发展。手机内置加速计、陀螺仪、MEMS 硅麦克风、近距离传感器、环境光传感器、温湿度传感器等,主要应用范围包括运动/坠落检测、速度/距离计数、电源管理、GPS 增强/盲区消除、导航数据补偿等。每台智能手机的MEMS 传感器已超过10 个。
 
未来,随着物联网技术和行业应用的发展,联网节点会呈现爆炸式增长的局面。MEMS 传感器,作为物联网四层架构(感知层、传输层、平台层和应用层)中感知层的核心器件之一,需求会进一步增大,应用场景涵盖工业物联网、车联网、智慧医疗、智能家居等。

 

继续阅读
万物智联时代更需要MEMS

MEMS技术在汽车电子、生物医疗、智慧家庭、工业物联网、消费电子等领域都有着广阔的市场前景。随着万物互联时代的加快到来,MEMS传感器将迎来新的浪潮。

RF MEMS开关技术简介

RF MEMS是MEMS(微机电系统)与RF(射频)技术相结合的一门新技术, MEMS器件具有体积小、易集成、功耗低、可靠性高等优点,可代替传统无线通信系统中的半导体器件。RF MEMS不仅可以以器件的方式应用于电路,例如MEMS开关、MEMS电容、MEMS谐振器;还可以将单个器件集成到同一芯片组成组件和应用系统,例如滤波器、压控振荡器、移相器、相控阵雷达天线等,这大大缩减了传统器件的体积,降低了功耗,提升了系统的性能。RF MEMS开关作为RF MEMS中的重要器件之一,其性能对微机电系统的影响日益深远

一文看懂车载毫米波雷达产业链

毫米波雷达是测量被测物体相对距离、现对速度、方位的高精度传感器,早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。

汽车 RF 工程师如何设计互联汽车?

谁能想象汽车生态系统如何演变?过去汽车只是一种简单的运输方式,如今演变成具有复杂的计算机系统,并且能够将汽车自身与我们及周围的世界连接在一起。现在,它可实现一定程度的自主驾驶,与网络通信,并提供娱乐服务

无线充电,仍是过分渲染的噱头?

关于无线充电技术前景的讨论已经成为每届美国拉斯维加斯国际消费电子展(CES)的一项惯例。临近CES2019开幕之际,这个话题再次被提起:无线充电技术在2019年会成为主流,还是仍然是被过分渲染的噱头?