據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole Developpement發(fā)布,2017年全球MEMS市場(chǎng)總額預(yù)計(jì)為129億美元,比2016年的114億美元增長(zhǎng)了13%。隨著萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代越走越近,市場(chǎng)對(duì)于MEMS產(chǎn)品的需求還將進(jìn)一步提升。MEMS的全稱是微型電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electromechanical System),是利用半導(dǎo)體制造工藝和材料,將傳感器、執(zhí)行器、機(jī)械機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理和控制電路等集成于一體的微型器件或系統(tǒng),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)。與傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器相比,MEMS傳感器具有體積小、集成化、智能化、低成本等優(yōu)點(diǎn),可以滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對(duì)于傳感器的要求。

MEMS是一項(xiàng)革命性的新技術(shù),廣泛應(yīng)用于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),是一項(xiàng)關(guān)系到國(guó)家科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)防安全的關(guān)鍵技術(shù)。常見(jiàn)的產(chǎn)品包括MEMS加速度計(jì)、MEMS麥克風(fēng)、微馬達(dá)、微泵、微振子、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器等以及它們的集成產(chǎn)品。

汽車MEMS傳感器的應(yīng)用

汽車電子行業(yè)被認(rèn)為是MEMS傳感器的第一波應(yīng)用高潮的推動(dòng)力量,MEMS傳感器在汽車上應(yīng)用的快速發(fā)展主要是受益于各國(guó)政府全面推出汽車安全規(guī)定和汽車智慧化的發(fā)展趨勢(shì)。全球平均每輛汽車包含10個(gè)傳感器,在高檔汽車中,大約采用25至40只MEMS傳感器,車越好,所用的MEMS就越多。MEMS傳感器不僅能適應(yīng)汽車苛刻的工作環(huán)境,還具有高可靠性、高精度和低成本的特點(diǎn)。其應(yīng)用方向和市場(chǎng)需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)(ABS)、電子車身穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛(ECS)、電動(dòng)手剎(EPB)、斜坡起動(dòng)輔助(HAS)、胎壓監(jiān)控(EPMS)、引擎防抖、車輛傾角計(jì)量和車內(nèi)心跳檢測(cè)等等。目前,壓力傳感器、加速度計(jì)、流量傳感器與陀螺儀四種器件合計(jì)占汽車MEMS系統(tǒng)的99%。

汽車MEMS傳感器的應(yīng)用盤點(diǎn)：

1、MEMS壓力傳感器

MEMS壓力傳感器是汽車中應(yīng)用最多的傳感器, 至少18個(gè)汽車應(yīng)用領(lǐng)域促進(jìn)壓力傳感器的增長(zhǎng),包括:輪胎壓力,電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的剎車傳感器,側(cè)面氣囊,與日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的引擎控制,大氣壓力與廢氣再循環(huán)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。

2、MEMS加速度計(jì)

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。

3、MEMS流量傳感器

MEMS流量傳感器是基于傳統(tǒng)的熱膜片風(fēng)力計(jì)原理借助先進(jìn)的薄膜片技術(shù),將性能穩(wěn)定的薄膜片電阻加工到一片薄膜上。由于采用了MEMS加工,因此一方面縮短了傳感器響應(yīng)時(shí)間,另一方面由于采用了前后橋電路,可以判斷出流體流向,從而進(jìn)一步測(cè)量出回流流量。為了防止溫度變化對(duì)測(cè)量精度的影響,傳感器中采用了兩片熱敏電阻分別對(duì)前后橋進(jìn)行了溫度補(bǔ)償。流量傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)氣量和燃油噴射量,從而將空燃比控制在最佳值附近,此外流量傳感器還廣泛利用于排氣再循環(huán)、防滑驅(qū)動(dòng)、剎車防抱死系統(tǒng)以及電控懸架等許多方面。

4、微陀螺儀

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)。

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