MEMS是什么?具体有什么用?
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MEMS的全称是Micro- Electro Mechanical System,简称为微机电系统,是在芯片上将微机械与微电路包括集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等集成一体的微米/纳米级系统。通俗的说,MEMS工艺是通过微型传统机械系统的部件,采用半导体加工技术把微型机械系统与集成电路固定在硅晶圆上,接着按照应用场景的变化采用特殊定制的封装形式,最后经过切割组装形成硅基换能器。与传统的机械系统比较,微机电系统具有很多竞争优势,包括微型化、成本低、功耗低、重量低、功能多等,能够采用微纳加工工艺进行批量制造、封装和测试。
完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。
沿着系统及产品小型化、智能化、集成化的发展方向,可以预见:MEMS会给人类社会带来另一次技术革命,它将对21世纪的科学技术、生产方式和人类生产质量产生深远影响,是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。
为游戏应用提供更佳的控制能力
在改善电子游戏的体验方面,MEMS加速度计还能提供运动和倾斜检测。这些游戏可以在多种平台上运行——包括Microsoft Xbox、Sony的Playstation、Nintendo GameCube等游戏机和Nintendo GameBoy、Palm或Pocket PC PDA等手持式装置,以及其它膝上型和桌上型电脑,改善控制盘和操纵杆的倾斜及运动敏感功能。
该功能让用户沉浸在游戏之中,体验其中的乐趣。特别是玩飞行模拟类游戏时,用户需要让游戏控制盘或者操纵杆倾斜来使飞机转弯——无论是操控螺旋桨式飞机还是喷气式战斗机,大多数用户在完成大斜度转弯时都会出现整个身体都倾斜的现象,这让他们产生更为身临其境的感觉。
提高手机拍照稳定性
在MEMS Drive出现之前,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。而另一个在市场上较高端的防抖技术:多轴防抖,则是利用移动图像传感器(Image Sensor)补偿抖动,但由于这个技术体积庞大、耗电量超出手机载荷,一直无法在手机上应用。
凭着微机电在体积和功耗上的突破,最新技术MEMS Drive类似一张贴在图像传感器背面的平面马达,带动图像传感器在三个旋转轴移动。MEMS Drive 的防抖技术是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做出快速补偿。这一系列动作都要在百分之一秒内做完,你得到的图像才不会因为抖动模糊掉。
运动追踪系统
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。
自动驾驶应用
自动驾驶技术的兴起进一步推动MEMS传感器进入汽车。
GPS接收器虽然可以计算自己的位置和速度,但在GPS信号较差的地方(地下车库、隧道),当信号受到干扰时,会影响汽车的导航,这对自动驾驶来说是一个致命的缺陷。 使用MEMS陀螺仪和加速度计获取速度和位置(角速度和角位置),将车辆的任何细微运动和倾斜姿态转换为数字信号并通过总线传输到车载计算机。 即使在最快的车速下,MEMS 的精度和响应速度也能适应。得益于硅体微加工、晶圆键合等技术的发展,精度已升至0.01。
随着MEMS价值得到证明,越来越多的消费类电子产品制造商采用这项技术。蜂窝式器件的制造商也已经象游戏业一样意识到了它的重要性,特别是开发无线产品的厂商。随着手持式市场继续获得爆炸性增长,低成本将成为其成功的推动因素,而该增长可以通过MEMS技术的利用来获得。