原创 陶瓷电路板与MEMS传感器的不解之缘

2021-2-24 11:20 645 3 3 分类: PCB

陶瓷电路板作为新一代大规模集成电路以及功率电子模块的理想封装材料。广泛的应用于我们的生活中,拥有着各式各样的应用,今天我们就来讨论陶瓷电路板的实际应用之一 ——MEMS传感器。

什么是MEMS传感器?

MEMS传感器是基于微机电系统的典型传感器件。它是指可以批量制造的,集微结构、微传感器、微执行器以及信号处理和控制电路于一体的器件或系统。其特征尺寸一般在0.1μm~100μm范围。MEMS集成了当今科学技术的许多尖端成果,MEMS传感器不仅能够感知被测参数,将其转换成方便度量的信号,而且能对所得到的信号进行分析、处理和识别、判断,因此形象地被称为智能传感器。

MEMS的广泛应用

应用于汽车电子

MEMS压力传感器主要应用在测量气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力及轮胎压力。这种传感器用单晶硅作材料,以采用MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片,然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻,再以惠斯顿电桥方式将应变电阻连接成电路,来获得高灵敏度。车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式。而MEMS加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律,通常由悬挂系统和检测质量组成,通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测,主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等,其中,电容式MEMS加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点,是MEMS微加速度计中的主流产品。微陀螺仪是一种角速率传感器,主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统,主要有振动式、转子式等几种。应用最多的属于振动陀螺仪,它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在被基座带动旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。例如汽车在转弯时,系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位,主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道,通常,它与低加速度计一起构成主动控制系统。

应用于智能穿戴设备

在运动员的日常训练中,MEMS传感器可以用来进行3D人体运动测量,对每一个动作进行记录,教练们对结果分析,反复比较,以便提高运动员的成绩。随着MEMS技术的进一步发展,MEMS传感器的价格也会随着降低,这在大众健身房中也可以广泛应用。在滑雪方面,3D运动追踪中的压力传感器、加速度传感器、陀螺仪以及GPS可以让使用者获得极精确的观察能力,除了可提供滑雪板的移动数据外,还可以记录使用者的位置和距离。在冲浪方面也是如此,安装在冲浪板上的3D运动追踪,可以记录海浪高度、速度、冲浪时间、浆板距离、水温以及消耗的热量等信息。

应用在智能领域

现在,越来越多的MEMS传感器被应用到手机中来提高手机的用户体验。高端手机普遍已经装配有加速度传感器、压力传感器、陀螺仪、硅麦克风、指纹传感器、距离传感器,环境光传感器、磁传感器等数种MEMS产品。我们来浅谈其中一种应用——于手机摄影中的应用。手机摄影带给我们走到哪儿拍到哪儿的便捷,但是面对复杂的环境、多样的拍照场景,人手拍照有无法避免的抖动,像是走着跑着躺着拍照,或者把手伸长、手握自拍杆自拍,无论哪种抖动,都会造成画面的模糊失真,在MEMS应用在手机摄影之前,手机摄像头主要由音圈马达移动镜头组的方式实现防抖(简称镜头防抖技术),受到很大的局限。而随着MEMS传感器在手机摄影上的成功应用,将另一个在市场上较高端的防抖技术:多轴防抖成功的移植到了手机上,即利用移动图像传感器补偿抖动,在拍摄过程中,透过陀螺仪感知拍照过程中的瞬间抖动,依靠精密算法,计算出马达应做的移动幅度并在百分之一秒内做出快速补偿。凭借MEMS快速、精准控制的技术优势,哪怕设备在较大幅度抖动的时候手机仍然可以呈现出清晰锐丽的图片。

斯利通陶瓷电路板,全方面保驾护航。

众所周知,传感器越是,微型化、集成化就越对散热性能有严苛的要求,MEMS不仅对散热性能要求很高,同时在工作环境也会影响它们的性能。也正是因为这样,陶瓷电路板与MEMS就这么结下了不解之缘。

应用于汽车电子

斯利通陶瓷电路板,陶瓷与芯片的热膨胀系数接近,且陶瓷不含有机成分使用寿命长,即使在汽车高温,高压,高震动,高化学腐蚀的环境下仍然可以保护设备正常运作,有效的延长产品的使用周期,减少维护费用,进一步提升产品质量。

应用于移动设备以及智能穿戴设备

斯利通氮化铝(AlN)陶瓷电路板具有高导热系数(导热率180 W/(m-K)~ 260 W/(m-K)),可以有效满足MEMS传感器高散热的需求,与此同时斯利通旗下生产的陶瓷电路板线/间距(L/S)分辨率可以做到20μm,且支持定制,可以更好的实现MEMS传感器设备的集成化、微型化,从而满足当下移动设备以及智能穿戴设备的轻、薄化的硬性需求。

MEMS传感器市场火热

近年来,受益于汽车电子、消费电子、医疗电子、光通信、工业控制、仪表仪器等市场的高速成长,智能终端、智能汽车、生物医疗等在内的众多新兴领域终端应用市场的扩张,传统传感器已无法持续地满足终端应用领域日渐变化的需求。作为采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器,与传统的传感器相比,MEMS传感器凭借它体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的优点,应用越来越广泛,需求量与日俱增,MEMS行业发展势头越发迅猛。2018年,全球MEMS市场规模约为2570万美元,预计到2026年全球MEMS市场规模将超过6060万美元,2019-2026年年均复合增长率在10.4%。就MEMS的出货量而言,预计到2023年全球MEMS的平均复合增长率在20%以上,增速超过半导体市场。

未来,助推全球MEMS持续增长的动力主要因素有三点:一是全球主要市场对于汽车安全及智能化的需求逐年增加,推动MEMS市场的持续增长;二是受工业4.0和智慧家庭的影响,工业和家具类的自动化产品对于MEMS的需求巨大;三是可穿戴设备、无人机/机器人的日益普及和在各领域的渗透率进一步提高。

2018-2026年全球MEMS传感器市场规模及预测(单位:万美元)

MEMS被认为是21世纪最有前途的技术之一,通过将硅基微电子技术与微机械技术相结合,MEMS有可能彻底改变工业产品和消费品。它的技术和基于微系统的设备有可能极大地影响我们所有人的生活方式。斯利通作为一家专业从事陶瓷电路板研发、生产、销售为一体的高新技术企业,衷心的希望在陶瓷PCB的帮助下,MEMS传感器可以更好的改变我们的生活。

作者: 斯利通, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3876914.html

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curton 2021-2-24 21:08

学习了
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