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MEMS传感器优势及市场用途:质量流量计

发布时间:

2022-02-24 19:54

MEMS是微机电系统,英文全称是MicroElectromechanicalSystem,。是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置,其内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统。简单来说,MEMS就是将传统传感器的机械部件微型化后,通过三维堆叠技术,例如三维硅穿孔TSV 等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上,最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式,最终切割组装而成的硅基传感器。受益于普通传感器无法企及的IC 硅片加工批量化生产带来的成本优势,MEMS 同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。

MEMS主要涉及微加工技术,机械学/固体声波理论,热流理论,电子学,生物学等等。MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米,相比之下头发的直径大约是50微米。

MEMS传感器主要优点是体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等,是微型传感器的主力军,正在逐渐取代传统机械传感器,在各个领域几乎都有研究,不论是消费电子产品、汽车工业、甚至航空航天、机械、化工及医药等各领域。

2 、MEMS是替代传统传感器的唯一选择

模拟量到数字化、大体积到小型化以及随之而来的高度集成化,是所有近现代化产业发展前进的永恒追求。MEMS被看作是替代传感器的唯一可能选择,也可能是未来构筑物联网感知层传感器最主要的选择之一。其有以下优势:

优势一:微型化

 

MEMS器件体积小,一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位,重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。MEMS更高的表面体积比可以提高表面传感器的敏感程度。

优势二:批量生产

 

以单个5mm*5mm 尺寸的MEMS 传感器为例,用硅微加工工艺在一片8 英寸的硅片晶元上可同时切割出大约1000 个MEMS 芯片,批量生产可大大降低单个MEMS 的生产成本。

优势三:集成化

 

一般来说,单颗MEMS 往往在封装机械传感器的同时,还会集成ASIC 芯片,控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。随着 MEMS的工艺的发展,现在倾向于单个MEMS 芯片中整合更多的功能,实现更高的集成度。

优势四:多学科交叉

 

MEMS 涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。MEMS是构筑物联网的基础物理感知层传感器的最主要选择之一。

由于物联网特别是无线传感器网络对器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感,传感器的微型化对物联网产业的发展至关重要。MEMS 微机电系统结合兼容传统的半导体工艺,采用微米技术在芯片上制造微型机械,并将其与对应电路集成为一个整体的技术,它是以半导体制造技术为基础发展起来的,批量化生产能满足物联网对传感器的巨大需求量和低成本要求。

国内MEMS 行业的fabless 规模相对较小,但市场规模来说具备很大的发展空间。面对国内巨大的消费电子市场,自产自销满足国内部分中低端市场需求,也是国内Fabless 司的一个捷径。中国MEMS 设计企业主要集中于华东地区,约占全国企业总数的55%,其中,以上海、苏州、无锡三地为产业集中地。

从市场来看,中国拥有全球规模最大的集成电路市场,加之物联网的催化,国内市场对加速度计、高精度压力传感器、硅麦克风、陀螺仪射频仪器、气体传感器、电子罗盘等MEMS器件的需求日益迫切。

MEMS产业链复杂,涉及的厂商众多,设计、制造、封装测试厂商都在积极布局MEMS,目前我国已逐渐形成完整MEMS的产业链。

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