微机电系统（MEMS 组件）和基于它们的传感器

MEMS 组件（俄罗斯 MEMS）— 指微机电系统。它们的主要区别在于它们包含一个可移动的 3D 结构。它因外部影响而移动。因此，电子不仅在 MEMS 组件中移动，而且在组成部分中移动。

MEMS 组件是微电子学和微机械学的要素之一，通常在硅基板上制造。在结构上，它们类似于单片集成电路。通常，这些 MEMS 机械零件的尺寸范围从单位到数百微米，晶体本身从 20 μm 到 1 mm。

图 1 是一个 MEMS 结构的例子

使用示例：

1、各种微电路的制作。

2. MEMS振荡器有时会被更换 石英谐振器.

3、传感器生产，包括：

• 加速度计；

• 陀螺仪

• 角速度传感器；

• 磁力传感器；

• 气压计；

• 环境分析师；

• 无线电信号测量传感器。

MEMS 结构中使用的材料

制造 MEMS 组件的主要材料包括：

1.硅。 目前，大多数电子元件都是由这种材料制成的。它具有许多优点，包括：铺展性、强度，在变形过程中几乎不会改变其特性。光刻后蚀刻是硅 MEMS 的主要制造方法。

2.聚合物。 由于硅虽然是一种常见材料，但价格相对昂贵，因此在某些情况下可以使用聚合物来代替它。它们在工业上大量生产并具有不同的特性。聚合物MEMS的主要制造方法有注塑成型、冲压成型和立体光刻。

以大型制造商为例的产量

对于这些组件的需求，我们以 ST Microelectronics 为例。它在 MEMS 技术上进行了大量投资，其工厂每天生产多达 3,000,000 个元件。

图 2 — 一家开发 MEMS 组件的公司的生产设施

生产周期分为5个主要阶段：

1、芯片生产。

2. 测试。

3. 装箱。

4. 最终测试。

5. 交付给经销商。

图 3——生产周期

不同类型的 MEMS 传感器示例

让我们来看看一些流行的 MEMS 传感器。

加速度计 这是一种测量线性加速度的装置。它用于确定对象的位置或运动。它用于移动技术、汽车等。

图 4——加速度计识别的三个轴

图 5——MEMS 加速度计的内部结构

图 6——加速度计结构解释

使用 LIS3DH 组件示例的加速度计功能：

1.3轴加速度计。

2. 适用于 SPI 和 I2C 接口。

3. 4 个刻度的测量：± 2、4、8 和 16g。

4. 高分辨率（高达 12 位）。

5. 低功耗：低功耗模式 (1Hz) 为 2 µA，正常模式 (50Hz) 为 11 µA，关断模式为 5 µA。

6、工作弹性：

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

• 带宽高达 2.5 kHz；

• 32级FIFO（16位）；

• 3个ADC输入；

• 温度感应器;

• 1.71 至 3.6 V 电源；

• 自诊断功能；

• 外壳 3 x 3 x 1 毫米。 2.

陀螺仪 它是一种测量角位移的装置。它可用于测量绕轴的旋转角度。此类设备可用作飞行器的导航和飞行控制系统：飞机和各种无人机，或用于确定移动设备的位置。

图 7——用陀螺仪测量的数据

图 8——内部结构

例如，考虑 L3G3250A MEMS 陀螺仪的特性：

• 3轴模拟陀螺仪；

• 抗模拟噪声和振动；

• 2个测量刻度：±625°/s和±2500°/s；

• 关机和睡眠模式；

• 自诊断功能；

• 工厂校准；

• 高灵敏度：2 mV/°/s 在 625°/s

• 内置低通滤波器

• 高温稳定性（0.08°/s/°C）

• 高冲击状态：10000g in 0.1ms

• 温度范围 -40 至 85 °C

• 电源电压：2.4—3.6V

• 功耗：正常模式下为 6.3 mA，睡眠模式下为 2 mA，关机模式下为 5 μA

• 外壳 3.5 x 3 x 1 LGA

结论

在MEMS传感器市场，除了报告中讨论的例子外，还有其他要素包括：

• 多轴（例如 9 轴）传感器

• 圆规；

• 用于测量环境（压力和温度）的传感器；

• 数字麦克风等。

现代工业高精度微机电系统，积极用于车辆和便携式可穿戴计算机。