典型MEMS器件介紹課件

1、典型MEMS器件介紹09電科2 鐘禮浩 200930570230目 錄 各類典型MEMS器件介紹 2MEMS微機電系統(tǒng)簡介 1總結(jié)3MEMS微機電系統(tǒng)簡介 MEMS是微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文縮寫。MEMS是美國的叫法，在日本被稱為微機械，在歐洲被稱為微系統(tǒng)，它是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導體集成電路微細加工技術(shù)和超精密機械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，目前MEMS加工技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物學等領(lǐng)域，從而進行生物化

2、學等實驗室技術(shù)流程的芯片集成化。 MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。MEMS微機電系統(tǒng)簡介 未來三年，在中國3C產(chǎn)品、汽車電子、醫(yī)療電子等產(chǎn)品產(chǎn)量繼續(xù)保持較快增長的帶動下，中國MEMS傳感器市場規(guī)模有望進一步擴大。此外，不斷涌現(xiàn)的新產(chǎn)品以及新應(yīng)用也成為這一市場持續(xù)發(fā)展的重要保障。2011-2013年，中國MEMS傳感器市場將持續(xù)保持兩位數(shù)增長水平，但從2012年開始，隨著金融危機導

3、致的恢復(fù)性增長因素的消退，以及市場基數(shù)的增大，中國MEMS傳感器市場增速將有所回調(diào)。到2013年，中國MEMS傳感器市場銷售額預(yù)計將達214.2億元。具體在產(chǎn)品上，主力產(chǎn)品加速度、壓力傳感器、噴墨頭等產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)相對成熟和穩(wěn)定，技術(shù)研發(fā)主要體現(xiàn)在性能及指標的優(yōu)化。DMD微鏡陣列為更好應(yīng)用于手機等便攜設(shè)備，其尺寸的進一步微縮也成為研發(fā)重點。除傳統(tǒng)產(chǎn)品外，不斷涌現(xiàn)的新產(chǎn)品如地磁傳感器的規(guī)模化應(yīng)用也成為整體MEMS傳感器市場的一大亮點。此外，一些前沿產(chǎn)品如新型MEMS振蕩器、基于MEMS技術(shù)的存儲器、MEMS電池也正處于研發(fā)階段中，并有望在未來三到五年實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益。另外，在產(chǎn)品形態(tài)上，一些ME

4、MS傳感器產(chǎn)品已經(jīng)從原來單獨的芯片向模塊和系統(tǒng)解決方案升級，以加快產(chǎn)品上市進程和應(yīng)用推廣。典型MEMS器件介紹-MEMS麥克風 MEMS（微型機電系統(tǒng)） 麥克風是基于MEMS技術(shù)制造的麥克風，簡單的說就是一個電容器集成在微硅晶片上，可以采用表貼工藝進行制造,能夠承受很高的回流焊溫度,容易和 CMOS 工藝及其它音頻電路相集成, 并具有改進的噪聲消除性能和良好的 RF 及 EMI 抑制性能.MEMS麥克風的全部潛能還有待挖掘，但是采用這種技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)在多種應(yīng)用中體現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢，特別是中高端手機應(yīng)用中。MEMS麥克風的優(yōu)勢目前，實際使用的大多數(shù)麥克風都是ECM(駐極體電容器)麥克風，這種技術(shù)已

5、經(jīng)有幾十年的歷史。ECM 的工作原理是利用駐有永久電荷的聚合材料振動膜。和ECM的聚合材料振動膜相比，MEMS麥克風在不同溫度下的性能都十分穩(wěn)定，其敏感性不會受溫度、振動、濕度和時間的影響。由于耐熱性強，MEMS麥克風可承受260的高溫回流焊，而性能不會有任何變化。由于組裝前后敏感性變化很小，還可以節(jié)省制造過程中的音頻調(diào)試成本。典型MEMS器件介紹-MEMS麥克風MEMS麥克風的主要參數(shù)。典型MEMS器件介紹-MEMS麥克風MEMS麥克風的發(fā)展前景對于大型的半導體制造商來說，他們具備制造該產(chǎn)品系列的核心能力。首先是MEMS 設(shè)計和制造能力，其次是ASIC設(shè)計和制造能力，最后是大容量、低成本的封

6、裝能力。迄今為止，音頻公司一直占據(jù)著幾乎整個MEMS麥克風市場，它們必須依賴半導體代工廠提供相關(guān)技術(shù)并和他們分享利潤?，F(xiàn)在，英飛凌的進入意味著該市場擁有了新的選擇，并且降低了元件購買者的風險。尺寸方面的限制主要來自MEMS本身。另外，由于音頻端口不能采用真空工具進行操作，尺寸的進一步縮小將會受到制造過程中標準自動化貼裝工具的限制。ASIC中將會集成更多作用：ADC和數(shù)字輸出是第一步；還可利用標準組件，如風噪信號過濾組件；專用接口和信號預(yù)處理將成為很大的應(yīng)用領(lǐng)域；RF屏蔽也會得到進一步改進。在音頻方面，MEMS麥克風也會有很多變化。SMM310不只在20Hz20kHz的頻率范圍內(nèi)針對人聲進行了優(yōu)

7、化，還有較高的聲學敏感性。很難預(yù)測何時會出現(xiàn)帶有集成式麥克風并能記錄美妙立體聲的單芯片攝像電話，但毫無疑問，技術(shù)正在朝著這個方向發(fā)展。典型MEMS器件介紹-微機械陀螺儀微機械陀螺儀的結(jié)構(gòu)微機械陀螺儀的設(shè)計和工作原理可能各種各樣，但是公開的 微機械陀螺結(jié)構(gòu)示意圖微機械陀螺儀均采用振動物體傳感角速度的概念。利用振動來誘導和探測科里奧利力而設(shè)計的微機械陀螺儀沒有旋轉(zhuǎn)部件、不需要軸承，已被證明可以用微機械加工技術(shù)大批量生產(chǎn)。絕大多數(shù)微機械陀螺儀依賴于由相互正交的振動和轉(zhuǎn)動引起的交變科里奧利力。振動物體被柔軟的彈性結(jié)構(gòu)懸掛在基底之上。整體動力學系統(tǒng)是二維彈性阻尼系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中振動和轉(zhuǎn)動誘導的科里奧利

8、力把正比于角速度的能量轉(zhuǎn)移到傳感模式。一般的微機械陀螺儀由梳子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動部分和電容板形狀的傳感部分組成。有的設(shè)計還帶有去驅(qū)動和傳感耦合的結(jié)構(gòu)。典型MEMS器件介紹-MEMS壓力傳感器MEMS壓力傳感器原理 目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器。 硅壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導體電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的，具有較高的測量精度、較低的功耗和極低的成本?；菟诡D電橋的壓阻式傳感器，如無壓力變化，其輸出為零，幾乎不耗電。其電原理如圖1所示。硅壓阻式壓力傳感器其應(yīng)變片電橋的光刻版本如圖2。典型MEMS器件介紹-MEMS壓力傳感器MEMS壓力傳感器的應(yīng)用 MEMS壓力傳感器廣泛應(yīng)用于汽車電子如TPMS、發(fā)動機機油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器、汽車發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器（TMAP）、柴油機共軌壓力傳感器。消費電子如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器，空調(diào)壓力傳感器，洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器。工業(yè)電子如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱重等。 典型的MEMS壓力傳感器管芯（die）結(jié)構(gòu)和電原理如圖7所示，左是電原理圖，即由