微機電系統（MEMS 組件）和基於它們的傳感器

MEMS 組件（俄羅斯 MEMS）— 指微機電系統。它們的主要區別在於它們包含一個可移動的 3D 結構。它因外部影響而移動。因此，電子不僅在 MEMS 組件中移動，而且在組成部分中移動。

MEMS 組件是微電子學和微機械學的要素之一，通常在矽基板上製造。在結構上，它們類似於單片集成電路。通常，這些 MEMS 機械零件的尺寸範圍從單位到數百微米，晶體本身從 20 μm 到 1 mm。

圖 1 是一個 MEMS 結構的例子

使用示例：

1、各種微電路的製作。

2. MEMS振盪器有時會被更換 石英諧振器.

3、傳感器生產，包括：

• 加速度計；

• 陀螺儀

• 角速度傳感器；

• 磁力傳感器；

• 氣壓計；

• 環境分析師；

• 無線電信號測量傳感器。

MEMS 結構中使用的材料

製造 MEMS 組件的主要材料包括：

1.矽。 目前，大多數電子元件都是由這種材料製成的。它具有許多優點，包括：鋪展性、強度，在變形過程中幾乎不會改變其特性。光刻後蝕刻是矽 MEMS 的主要製造方法。

2.聚合物。 由於矽雖然是一種常見材料，但價格相對昂貴，因此在某些情況下可以使用聚合物來代替它。它們在工業上大量生產並具有不同的特性。聚合物MEMS的主要製造方法有註塑成型、沖壓成型和立體光刻。

以大型製造商為例的產量

對於這些組件的需求，我們以 ST Microelectronics 為例。它在 MEMS 技術上進行了大量投資，其工廠每天生產多達 3,000,000 個元件。

圖 2 — 一家開發 MEMS 組件的公司的生產設施

生產週期分為5個主要階段：

1、芯片生產。

2. 測試。

3. 裝箱。

4. 最終測試。

5. 交付給經銷商。

圖 3——生產週期

不同類型的 MEMS 傳感器示例

讓我們來看看一些流行的 MEMS 傳感器。

加速度計 這是一種測量線性加速度的裝置。它用於確定對象的位置或運動。它用於移動技術、汽車等。

圖 4——加速度計識別的三個軸

圖 5——MEMS 加速度計的內部結構

圖 6——加速度計結構解釋

使用 LIS3DH 組件示例的加速度計功能：

1.3軸加速度計。

2. 適用於 SPI 和 I2C 接口。

3. 4 個刻度的測量：± 2、4、8 和 16g。

4. 高分辨率（高達 12 位）。

5. 低功耗：低功耗模式 (1Hz) 為 2 µA，正常模式 (50Hz) 為 11 µA，關斷模式為 5 µA。

6、工作彈性：

• 8 ODR：1/10/25/50/100/400/1600/5000 赫茲；

• 帶寬高達 2.5 kHz；

• 32級FIFO（16位）；

• 3個ADC輸入；

• 溫度感應器;

• 1.71 至 3.6 V 電源；

• 自診斷功能；

• 外殼 3 x 3 x 1 毫米。 2.

陀螺儀 它是一種測量角位移的裝置。它可用於測量繞軸的旋轉角度。此類設備可用作飛行器的導航和飛行控制系統：飛機和各種無人機，或用於確定移動設備的位置。

圖 7——用陀螺儀測量的數據

圖 8——內部結構

例如，考慮 L3G3250A MEMS 陀螺儀的特性：

• 3軸模擬陀螺儀；

• 抗模擬噪聲和振動；

• 2個測量刻度：±625°/s和±2500°/s；

• 關機和睡眠模式；

• 自診斷功能；

• 工廠校準；

• 高靈敏度：2 mV/°/s 在 625°/s

• 內置低通濾波器

• 高溫穩定性（0.08°/s/°C）

• 高衝擊狀態：10000g in 0.1ms

• 溫度範圍 -40 至 85 °C

• 電源電壓：2.4—3.6V

• 功耗：正常模式下為 6.3 mA，睡眠模式下為 2 mA，關機模式下為 5 μA

• 外殼 3.5 x 3 x 1 LGA

結論

在MEMS傳感器市場，除了報告中討論的例子外，還有其他要素包括：

• 多軸（例如 9 軸）傳感器

• 圓規；

• 用於測量環境（壓力和溫度）的傳感器；

• 數字麥克風等。

現代工業高精度微機電系統，積極用於車輛和便攜式可穿戴計算機。