将传感器,执行器,电气(电子)和机械设备集成到单个芯片中的概念被认为是突破性技术之一。MEMS技术将通过感知微传感器,控制或微致动器以及微电子的计算能力来实现智能设备的开发。
MEMS技术在其应用和研究领域方面都极为多样化(物理,电子,电气,化学,材料科学和制造是MEMS设计和开发涉及的一些分支)。
什么是MEMS?
MEMS是微机电系统的缩写。这是一种与微型设备制造相关的技术,例如传感器,传感器,执行器,齿轮,泵,开关等。
换句话说,MEMS是由电子,电气和机械元件组成的微观集成设备,它们通过使用称为Microsystems Technology(MST)的技术共同为单个功能需求而协同工作。
MEMS技术被认为是传统集成电路(IC)制造的扩展形式。传统IC制造技术(VLSI)和MEMS之间的主要区别在于,使用MEMS您不仅可以制造电容器和电感器之类的电气组件,而且可以制造齿轮,弹簧,横梁等机械组件。使用传统IC技术,您只能制造导体,绝缘体,二极管和晶体管。
这些基于MEMS的设备的尺寸通常约为几微米(在1至100微米之间)。
要记住的另一个重要点是,MEMS是借助先进的IC制造技术将有源和无源组件都集成到单个硅衬底中的。有源组件是传感器和执行器,而无源组件是无源电子系统和无源机械系统。
由信号处理电路(如放大器,ADC,滤波器等)组成的电子系统是使用IC制造工艺设计的,而由齿轮,曲柄,轴承等组成的机械系统则是通过微加工工艺设计的。
什么是MEMS传感器?
传感器是当今数字世界的重要组成部分之一。由于所有的计算和处理都是在数字信号上完成的,因此在模拟世界和数字电子设备之间应该有一个媒介。传感器弥合了这种差距,因为它们被用来观察模拟物理参数的时间影响并产生有意义的信息(发送给计算机)。
传感器的现代定义有时会令人困惑,但简单来说,传感器是一种包含基本传感元件的设备,这些传感元件可感测温度或湿度等物理量并将其转换为电信号。传感器还包含一个信号处理单元,例如放大器,滤波器或ADC或这些元素的组合。
谈到MEMS传感器,如果使用MEMS技术设计和制造传感器,则称其为微机械微传感器或简称为MEMS传感器。
比如,手势控制机器人就包含一个3轴加速度计,一个3轴陀螺仪和一个数字运动处理器。这是使用MEMS技术制造的。
不同类型的MEMS传感器
MEMS技术的主要实现者之一是汽车行业。现代汽车使用很多传感器,其中大多数是基于MEMS的设备。以下是现代汽车中使用的MEMS传感器的列表。
加速度计–用于电子稳定性控制和安全气囊展开。
惯性测量单元或IMU(它们是MEMS加速度计和MEMS陀螺仪的组合)–用于测量偏航,俯仰和侧倾以进行自动驾驶。
磁力计–用于导航的方向。
压力和惯性传感器–用于制动控制。
压力传感器–胎压监测系统。
气流传感器–进气口监控。
燃油传感器–燃油液位指示器。
碰撞和碰撞传感器–碰撞检测和安全气囊展开。
MEMS麦克风–用于通信和噪声消除。
温度传感器–用于自动气候控制和发动机温度监控。
还有许多其他基于MEMS的设备可用于各种应用。
应用领域
MEMS传感器已经在各种应用中使用,例如控制和处理设备,管理机器人,汽车,抓手等。您可以在现代喷墨打印机,彩色投影仪,显示系统,时钟和扫描设备中找到这些传感器。
MEMS技术用于制造不同的传感器,例如压力,温度,振动和化学传感器。
加速度计,陀螺仪,电子罗盘等是汽车,直升机,飞机,无人机和轮船中常用的MEMS传感器。
下面提到基于MEMS的传感器的一些应用领域:
汽车行业
化学和制药
飞机
工业自动化与制造
国防,航天和航空
环境与健康科学
计算与通讯
消费产品