MEMS感测器查看源代码讨论查看历史

MEMS感测器是一种利用微米级立体结构，来进行感测动作或执行功能的一项关键零组件，在装置上既拥有电子讯号的处理能力，并且有机械结构的运动能力。

MEMS技术的优点为：

1. 制程精确 2. 可将机械元件和电子元件整合在同一矽晶片上 3. 批量制造：可以在同一矽晶片上，一次完成数百个或数千个机械元件，以降低生产成本 4. 缩小化：因应用光学图像方法，可制作出微小且精确的机械元件

目前的微机械技术主要有三种制造方式： 1. Surface Micromachining(面型矽基加工)：是利用薄膜沉积及蚀刻技术将需要的机械元件制作在矽晶表面上 2. LIGA Process：是综合X-ray光蚀刻、电镀与射出成型三项技术制作微机械元件 3. Bulk Micromachining(体型矽基加工)：是利用利用非等向性蚀刻、蚀刻终止与蚀刻幕罩等技术将矽晶片腐蚀成机械元件

以应用层面来看可分为压力感测器(Pressure Sensing)及惯性感测器 (Inertial Sensing)、热感测 (Thermal Sensors)等；压力感测器主要发展于汽车、医疗、航太相关产业，而惯性感测器最著名的即为陀螺仪及加速器等产品。目前市场主流功能包括动作感测、环境感测、声学感测以及微致动器等四大类。龙头大厂包括意法半导体、AKM、Avago、Bosch、InvenSense等。

低成本、高效能的微机电系统 (MEMS) 感测器，如今已是司空见惯，但以前却非如此。大众巿场 MEMS 的历史最远可追溯到 1991 年。当时，模拟、固态物理学、制程技术、封装和测试等诸多领域刚刚经历了一场大约历时十年的技术大论战，Analog Devices 旋即宣布推出 ADXL50 单轴加速计 (目前已停产)，并于 1993 年开始量产

MEMS感测器照片来自

此元件的尺寸为 5 mm x 5 mm，这项颠覆性技术专用于单一项非常特殊的应用，即触发车内的安全气囊。当时，安全气囊刚刚引进市场，还不是强制性配备。在 MEMS 感测器面市之前，安全气囊大部分都是利用 Allen K. Breed 于 1967 年开发的感测器来触发。其使用管中移动的滚珠作为感测块；撞车减速时会导致滚珠与固定式磁铁分离，并触发小型电气开关，造成闭路后引燃安全气囊的化学物质。

率先推出的 MEMS 感测器在尺寸和成本上都有所缩减，且更容易封装，但这些只是最基本的优点而已。更重要的是，这款元件让加速度感测从单纯的是／否两种选项，变成能够提供感测值的类比流，进而让实际的加速度波形演变成触发演算法的一部分。

虽然 ADLX50 于 1999 年停产，并由更高阶的 MEMS 单元所取代，但此元件当时带来的“广泛影响性”是显而易见的。随后推出的元件增加了高可信度的感测器自我校准功能 (对大多数感测器而言非常重要)，并加入了内部讯号调整、类比数位转换器 (ADC)、微控制器介面，以及其他容易使用的功能。在短时间内，之前做起来既费劲又花钱的参数测量作业 (尺寸、重量、功率)，已几乎不成问题。

厂商有就此就停止发展吗？当然是很快又推出双轴、甚至三轴的加速计，一开始是当作微型模组，后来就变成单晶片元件。忽然之间，诸如真实运动感测，甚至导航之类的应用变得可行 (基本物理原理：加速度的积分是速度；速度的积分是位移)。

不久之后，这些微小的元件加入了振动 MEMS 音叉，成为陀螺仪及全惯性量测单元 (IMU)，可在许多情况下取代 50 年前 (2019 年 7 月正好满 50 周年) 引导太空人登月所用的篮球大小 IMU (>100 lb 且 >200 W)，甚至可取代 1980 年代已经很成熟的环形雷射陀螺仪 (RLG) 和光纤陀螺仪 (FOG)。

突然间，人们开始能在先前遥不可及的加速／定位应用，以及无人机的导引核心中使用这种微小的 IMU，以 STMicroelectronics 的 LSM6DSOXTR 为例。此三轴 IMU (满量程范围为 ±2/±4/±8/±16 g) 采用 14 引线封装，尺寸仅 2.5 mm × 3 mm × 0.83 mm，且只需要 0.55 mA 的电流，并且配有 SPI 和 I2C 介面。

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