當前位置:首頁  »  技術文摘  »  MEMS

一文讀懂MEMS傳感器

 時間:2019-05-13 | 瀏覽: 次 | 來源:天羿領航
導語:

傳感器發展到今天,小型化、智能化、集成化,已經是升級換代的必由之路。今天,我們來為大家介紹一下傳感器家族的mini型產品——--MEMS傳感器。

什么是MEMS傳感器?
 
MEMS的全稱是微型電子機械系統(Micro-ElectroMechanical System),微機電系統是指可批量制作的,將微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等集成于一塊或多塊芯片上的微型器件或系統。而MEMS傳感器就是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。
 
MEMS是用傳統的半導體工藝和材料,以半導體制造技術為基礎發展起來的一種先進的制造技術,學科交叉現象極其明顯,主要涉及微加工技術,機械學/固體聲波理論,熱流理論,電子學、材料、物理學、化學、生物學、醫學等等。經過四十多年的發展,已成為世界矚目的重大科技領域之一。
 
加工工藝: 
 
MEMS技術基于已經相當成熟的微電子技術、集成電路技術及其加工工藝。它與傳統的IC工藝有許多相似之處,如光刻、薄膜沉積、摻雜、刻蝕、化學機械拋光工藝等,但是有些復雜的微結構難以用IC工藝實現,必須采用微加工技術制造。

微加工技術包括硅的體微加工技術、表面微加工技術和特殊微加工技術。體加工技術是指沿著硅襯底的厚度方向對硅襯底進行刻蝕的工藝,包括濕法刻蝕和干法刻蝕,是實現三維結構的重要方法。表面微加工是采用薄膜沉積、光刻以及刻蝕工藝,通過在犧牲層薄膜上沉積結構層薄膜,然后去除犧牲層釋放結構層實現可動結構。

除了上述兩種微加工技術以外,MEMS制造還廣泛地使用多種特殊加工方法,其中常見的方法包括鍵合、LIGA、電鍍、軟光刻、微模鑄、微立體光刻與微電火花加工等。
 
應用材料: 
 

硅基材料:大部分集成電路和MEMS的原材料是硅(Si),這個神奇的VI族元素可以從二氧化硅中大量提取出來。而二氧化硅是什么?說的通俗一點,就是沙子。沙子君在經歷了一系列復雜的加工過程之后,就變成了單晶硅,長這個樣子:

這個長長的大柱子,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),長這個樣子:

 

采用以硅為主的材料,電氣性能優良,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。若單個MEMS傳感器芯片面積為5 mm x 5 mm,則一個8英寸(直徑20厘米)硅片(wafer)可切割出約1000個MEMS傳感器芯片,分攤到每個芯片的成本則可大幅度降低。

 

非硅材料:近年來,MEMS的材料應用上有被非硅材料逐漸替代的現象,學術研究人員現在開始專注于開發聚合物和紙基微型器件。利用這些材料開發的器件,不僅工藝環保,而且制作設備簡單、成本較低。相對硅材料,它們大幅縮減了研發經費預算。許多聚合物和紙基微型器件的創新都指向了醫療應用,對該領域來說,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發,目前還處于相對早期的階段,這類器件的生產設施現今也還沒有開發出來。這些新技術的成熟和商業化,可能還需要超過10年的時間。所以,基于硅材料的微型器件研究,還有很多創新工作要做,不然就會面臨發展停滯的風險。

技術優勢: 
 
用MEMS工藝制造傳感器、執行器或者微結構, 具有微型化、集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生產等特點,  產能高,良品率高。MEMS技術使數以萬計的MEMS芯片(有些工藝也會把集成電路芯片放在同一步驟加工)出現在了每一片wafer上面,如下圖所示。

 

這種批量生產(batch process)的過程目前已經全自動化控制,隔離了人為因素,確保了每一個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,就成為了一個個的MEMS芯片。從外觀上來看,大部分的MEMS芯片和集成電路芯片是差不多的。

綜上所述,微米量級的特征尺寸使MEMS傳感器可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。是微型傳感器的主力軍,正在逐漸取代傳統機械傳感器,普遍應用于消費電子產品、汽車工業、航空航天、機械、化工及醫藥等各領域。常見產品有壓力傳感器,加速度計,陀螺,靜電致動光投影顯示器,DNA擴增微系統,催化傳感器。

與傳統傳感器的區別: 
 
在下面的圖片中,以麥克風為例我們來更清晰地認識一下傳統麥克風和MEMS麥克風的區別。
 
傳統的駐極體麥克風:

 

MEMS麥克風:


  

圖中,傳統麥克風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。但是對技術的要求那就非常高了。MEMS傳感器的出現極大的滿足了大家對產品小體積、高性能的要求。

MEMS傳感器的分類
 
MEMS傳感器不僅能夠感知被測參數,將其轉換成方便度量的信號;而且能對所得到的信號進行分析、處理和識別、判斷,因此形象地被稱為智能傳感器。 
 
MEMS傳感器的種類繁多,也有很多分類的方法。下面是按照工作原理分類:


每一種MEMS傳感器又有很多種細分方法。如加速度計,按檢測質量的運動方式劃分,有角振動式和線振動式加速度計等,常見的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硅麥克風等等;MEMS傳感器的品種多到可以以萬為單位,且不同MEMS之間參量較多,沒有完全標準的工藝。

每一種MEMS傳感器又有很多種細分方法。如加速度計,按檢測質量的運動方式劃分,有角振動式和線振動式加速度計等,常見的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硅麥克風等等;MEMS傳感器的品種多到可以以萬為單位,且不同MEMS之間參量較多,沒有完全標準的工藝。

?
欧美性交黄色,欧美性交黄色视频,欧美性交黄色网,欧美性交黄色网站,欧美性交开放网站