MEMS傳感器最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

　　MEMS傳感器行業(yè)是一個(gè)新興的行業(yè)，在中國(guó)商業(yè)化的時(shí)間不到10年，而在全球也只有20余年的產(chǎn)業(yè)化歷程。

　　MEMS傳感器代表了未來(lái)傳感器的發(fā)展方向，具有體積微小、低功耗、一致性高等特點(diǎn)，可大批量、低成本制造，大大拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，為智能設(shè)備的發(fā)展奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，亦是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。

　　目前，全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數(shù)字微鏡顯示器在內(nèi)的幾百種產(chǎn)品，其中MEMS傳感器占相當(dāng)大的比例。

　　作為獲取信息的關(guān)鍵入口，MEMS傳感器已在汽車、消費(fèi)電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。而隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的逐步發(fā)展，MEMS所包含的內(nèi)容正在不斷增加，并變得更加豐富。

　　汽車領(lǐng)域

　　在20世紀(jì)90年代，MEMS首先在汽車工業(yè)開(kāi)始應(yīng)用，汽車電子被認(rèn)為是MEMS傳感器第一波應(yīng)用高潮的推動(dòng)者。

　　受益于汽車行業(yè)安全規(guī)定及信息化、智能化浪潮，MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域得到飛速發(fā)展，其應(yīng)用方向和市場(chǎng)需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)、電子車身穩(wěn)定程序、電控懸掛、電動(dòng)手剎、斜坡起動(dòng)輔助、胎壓監(jiān)控、引擎防抖、車輛傾角計(jì)量和車內(nèi)心跳檢測(cè)等。

　　根據(jù)相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)，目前平均每輛汽車包含10-30個(gè)MEMS傳感器，而在高檔汽車中大約會(huì)采用30甚至上百個(gè)MEMS傳感器。

　　MEMS壓力傳感器主要應(yīng)用在測(cè)量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、進(jìn)氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術(shù)在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴(kuò)散雜質(zhì)形成四只應(yīng)變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應(yīng)變電阻連接成電路，來(lái)獲得高靈敏度。車用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式等幾種常見(jiàn)的形式。

　　而MEMS加速度計(jì)的原理是基于牛頓的經(jīng)典力學(xué)定律，通常由懸掛系統(tǒng)和檢測(cè)質(zhì)量組成，通過(guò)微硅質(zhì)量塊的偏移實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度的檢測(cè)，主要用于汽車安全氣囊系統(tǒng)、防滑系統(tǒng)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和防盜系統(tǒng)等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計(jì)還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計(jì)具有靈敏度高、受溫度影響極小等特點(diǎn)，是MEMS微加速度計(jì)中的主流產(chǎn)品。

　　微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車導(dǎo)航的GPS信號(hào)補(bǔ)償和汽車底盤(pán)控制系統(tǒng)，主要有振動(dòng)式、轉(zhuǎn)子式等幾種。應(yīng)用最多的屬于振動(dòng)陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動(dòng)質(zhì)量塊在被基座帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應(yīng)來(lái)感測(cè)角速度。例如汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)陀螺儀測(cè)量角速度來(lái)指示方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否到位，主動(dòng)在內(nèi)側(cè)或者外側(cè)車輪上加上適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)以防止汽車脫離車道，通常，它與低加速度計(jì)一起構(gòu)成主動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　消費(fèi)電子

　　隨著消費(fèi)電子的大發(fā)展及產(chǎn)品創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，該領(lǐng)域已經(jīng)取代汽車成為MEMS最大的應(yīng)用市場(chǎng)。

　　MEMS傳感器在消費(fèi)電子產(chǎn)品中可用于運(yùn)動(dòng)/墜落檢測(cè)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補(bǔ)償、游戲/人機(jī)界面交互、電源管理、GPS增強(qiáng)/盲區(qū)消除、速度/距離計(jì)數(shù)等，應(yīng)用較多的品類為MEMS麥克風(fēng)、3D加速器、MEMS射頻組件、GPS陀螺儀、小型燃料電池與生化芯片等。多種MEMS傳感器的綜合應(yīng)用可增加電子設(shè)備的娛樂(lè)性及智能性，改善交互性能，大大提升了用戶體驗(yàn)。

　　在手機(jī)拍照功能上，MEMS更是發(fā)揮著重要的作用。在MEMSDrive出現(xiàn)之前，手機(jī)攝像頭主要由音圈馬達(dá)移動(dòng)鏡頭組的方式實(shí)現(xiàn)防抖（簡(jiǎn)稱鏡頭防抖技術(shù)），受到很大的局限。而另一個(gè)在市場(chǎng)上較高端的防抖技術(shù)：多軸防抖，則是利用移動(dòng)圖像傳感器（ImageSensor）補(bǔ)償抖動(dòng)，但由于這個(gè)技術(shù)體積龐大、耗電量超出手機(jī)載荷，一直無(wú)法在手機(jī)上應(yīng)用。

　　憑著微機(jī)電在體積和功耗上的突破，最新技術(shù)MEMSDrive類似一張貼在圖像傳感器背面的平面馬達(dá)，帶動(dòng)圖像傳感器在三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)。MEMS？Drive的防抖技術(shù)是透過(guò)陀螺儀感知拍照過(guò)程中的瞬間抖動(dòng)，依靠精密算法，計(jì)算出馬達(dá)應(yīng)做的移動(dòng)幅度并做出快速補(bǔ)償。這一系列動(dòng)作都要在百分之一秒內(nèi)做完，你得到的圖像才不會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)模糊掉。

　　航空航天

　　MEMS在航空航天領(lǐng)域主要有狀態(tài)傳感器和環(huán)境傳感器之分。狀態(tài)傳感器主要針對(duì)飛機(jī)姿態(tài)、燃料用量、生命活動(dòng)、各種活動(dòng)機(jī)件的即時(shí)位置等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。環(huán)境傳感器主要針對(duì)溫濕度、氧氣濃度、流量大小等方面進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)提供有關(guān)航天器的工作信息，MEMS傳感器起到故障診斷、提供決策依據(jù)、保障正常飛行的作用。近期事故頻出已全球停飛的波音737MAX飛機(jī)，故障主要原因之一是迎角傳感器產(chǎn)生讀數(shù)輸出錯(cuò)誤，導(dǎo)致了系統(tǒng)不能起到嚴(yán)格的保護(hù)作用。小小傳感器對(duì)航空航天安全的重要性可見(jiàn)一斑。

　　生物醫(yī)療

　　隨著體外診斷、藥物研究、病患監(jiān)測(cè)、給藥方式以及植入式醫(yī)療器械等領(lǐng)域發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備需要迅速提高性能、降低成本、縮小尺寸。MEMS技術(shù)使醫(yī)療設(shè)備可以做到微型化，醫(yī)療檢測(cè)、診斷、手術(shù)和治療過(guò)程可以更加便捷、精準(zhǔn)，甚至無(wú)痛。

　　MEMS壓力傳感器可以檢測(cè)包括血壓、眼內(nèi)壓、顱內(nèi)壓、子宮內(nèi)壓等在內(nèi)的人體器官壓力水平。MEMS慣性器件最主要用于心臟病治療設(shè)備。MEMS圖像傳感器普遍應(yīng)用于包括CT掃描、內(nèi)窺鏡在內(nèi)的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中。MEMS技術(shù)在傳感和執(zhí)行功能上的優(yōu)勢(shì)，使其在醫(yī)療健康行業(yè)的應(yīng)用廣泛增長(zhǎng)。

　　此外，MEMS技術(shù)在國(guó)防、工業(yè)、能源及環(huán)保等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，為各行各業(yè)提供自動(dòng)化、智能化的數(shù)據(jù)接口，賦能智能社會(huì)。根據(jù)相關(guān)市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)，全球MEMS市場(chǎng)結(jié)構(gòu)中消費(fèi)電子領(lǐng)域占比最高，增長(zhǎng)空間最大的是生物醫(yī)療領(lǐng)域。