看MEMS技术如何在汽车领域大放光彩?

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在人工智能、大数据以及物联网的进一步发展之下,数据的收集显得尤为重要,而与收集数据息息相关的传感器市场将更加广阔。尤其是物联网的发展,传感器产品需求大幅增加,重心也逐渐转向技术含量较高的MEMS传感器领域。
 
MEMS 的全称是微型电子机械系统,利用传统的半导体工艺和材料,集微传感器、微执行器、微机械机构、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。具有小体积、低成本、集成化等特点。
 
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MEMS工作原理图
 
1.MEMS传感器的应用领域
除了智能手机,MEMS传感器将会在 AR/VR、可穿戴等消费电子,智能驾驶、智能工厂、智慧物流、 智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领域广泛应用。
 
1、可穿戴设备应用
 
以小米手环为例,就用到了ADI的MEMS加速度和心率传感器来实现运动和心率监测。 Apple Watch内部除了MEMS加速度计、陀螺仪、MEMS麦克风,还有使用脉搏传感器。
 
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2、VR应用
 
VR设备需要足够精确测定头部转动的速度、角度和距离,采用MEMS加速度计、陀螺仪和磁力计来进行测定是重要的解决方案之一,几乎成为VR设备的标配。Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR都采用了MEMS加速度计和陀螺仪,未来VR设备也可能会使用MEMS眼球追踪技术。
 
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3、无人机应用
 
无人机飞行姿态控制技术上,MEMS传感器又有了施展的空间。结合加速度计和陀螺仪,可以算出角度变化,并确定位置和飞行姿态。MEMS传感器能在各种恶劣条件正常工作,同时获得高精度的输出。MEMS加速度计和陀螺仪在无人机上的应用可谓是大放异彩。
 
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4、车传感器应用
 
车联网是物联网发展的重大领域,智能汽车是车联网的核心,正处于高速发展中。在智能汽车时代,主动安全技术成为备受关注的新兴领域,需要改进现有的主动安全系统,比如侧翻(rollover)与稳定性控制(ESC),这就需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感测车身姿态。
 
语音将成为人与智能汽车的重要交互方式,MEMS麦克风将迎来发展新机遇。MEMS传感器在汽车领域还有很多应用,包括安全气囊(应用于正面防撞气囊的高g值加速度计和用于侧面气囊的压力传感器)、汽车发动机(应用于检测进气量的进气歧管绝对压力传感器和流量传感器)等。
 
5、自动驾驶应用
 
自动驾驶技术的兴起,进一步推动了MEMS传感器进入汽车。虽然GPS接收器可以计算自身位置和速度,但在GPS信号较差的地方(地下车库、隧道)和信号受到干扰的时候,汽车的导航会受到影响,这对自动驾驶来说是致命的缺陷。利用MEMS陀螺仪和加速度计获取速度和位置(角速度和角位置),车辆任何细微的动作和倾斜姿态,都被转化为数字信号,通过总线,传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下,MEMS的精度和反应速度也能够适应。得益于硅体微加工、晶片键合等技术的发展,精度已经上升到0.01。
 
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6、工业应用
 
MEMS让传感器小型化、智能化,MEMS传感器将在智慧工业时代大有可为。MEMS温度、湿度传感器可用于环境条件的检测,MEMS加速度计可以用来监测工业设备的振动和旋转速度。高精度的MEMS加速度计和陀螺仪可以为工业机器人的导航和转动提供精确的位置信息。
 
2.代表MEMS传感器

  罗姆面向智能手机、可穿戴设备和活动量计等,开发出了全球最小尺寸的气压传感器(2 x 2 x 1 mm)。可通过检测气压信息来测量高度和高低差。新产品内置A-D转换器,因此测量结果是作为数字信号输出的。该产品可用于室内导航系统、家庭自动化设备、活动量计、传感器网络设备等。

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      新产品能够检测出高度改变20cm时的大气压差。能够掌握用户在楼内的哪一层,以及是否正利用楼梯或电梯在楼层间移动。工作温度范围为-40~+85℃,在0℃以下的低温环境也能保持稳定的精度,这是通过根据温度补偿测量信号的功能实现的。

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      新产品之所以能实现小型化,是因为构成气压测量传感器的MEMS和读取传感器信号的IC分别实现了小型化。MEMS是利用以半导体制造工艺为基础的制造方法,主要对硅基板进行加工的技术,可广泛用于多种传感器和电子元件等。

      新产品的型号为“BM1385GLV”,其封装面积为4 mm2,高1.0 mm,与罗姆原有产品(2.5 x 2.5 x 1 mm)相比,安装面积削减了36%。预定2015年10月开始样品供货(不含税的价格为900日元/颗),2016年4月开始以月产100万个的体制进行量产。生产基地方面,前工序由罗姆负责,后工序由菲律宾的ROHM Electronics Philippines负责。

 
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