MEMS感測器

MEMS感測器是一種利用微米級立體結構，來進行感測動作或執行功能的一項關鍵零組件，在裝置上既擁有電子訊號的處理能力，並且有機械結構的運動能力。

MEMS技術的優點為：

1. 製程精確 2. 可將機械元件和電子元件整合在同一矽晶片上 3. 批量製造：可以在同一矽晶片上，一次完成數百個或數千個機械元件，以降低生產成本 4. 縮小化：因應用光學圖像方法，可製作出微小且精確的機械元件

目前的微機械技術主要有三種製造方式： 1. Surface Micromachining(面型矽基加工)：是利用薄膜沉積及蝕刻技術將需要的機械元件製作在矽晶表面上 2. LIGA Process：是綜合X-ray光蝕刻、電鍍與射出成型三項技術製作微機械元件 3. Bulk Micromachining(體型矽基加工)：是利用利用非等向性蝕刻、蝕刻終止與蝕刻幕罩等技術將矽晶片腐蝕成機械元件

以應用層面來看可分為壓力感測器(Pressure Sensing)及慣性感測器 (Inertial Sensing)、熱感測 (Thermal Sensors)等；壓力感測器主要發展於汽車、醫療、航太相關產業，而慣性感測器最著名的即為陀螺儀及加速器等產品。目前市場主流功能包括動作感測、環境感測、聲學感測以及微致動器等四大類。龍頭大廠包括意法半導體、AKM、Avago、Bosch、InvenSense等。

低成本、高效能的微機電系統 (MEMS) 感測器，如今已是司空見慣，但以前卻非如此。大眾巿場 MEMS 的歷史最遠可追溯到 1991 年。當時，模擬、固態物理學、製程技術、封裝和測試等諸多領域剛剛經歷了一場大約歷時十年的技術大論戰，Analog Devices 旋即宣佈推出 ADXL50 單軸加速計 (目前已停產)，並於 1993 年開始量產

MEMS感測器照片來自

此元件的尺寸為 5 mm x 5 mm，這項顛覆性技術專用於單一項非常特殊的應用，即觸發車內的安全氣囊。當時，安全氣囊剛剛引進市場，還不是強制性配備。在 MEMS 感測器面市之前，安全氣囊大部分都是利用 Allen K. Breed 於 1967 年開發的感測器來觸發。其使用管中移動的滾珠作為感測塊；撞車減速時會導致滾珠與固定式磁鐵分離，並觸發小型電氣開關，造成閉路後引燃安全氣囊的化學物質。

率先推出的 MEMS 感測器在尺寸和成本上都有所縮減，且更容易封裝，但這些只是最基本的優點而已。更重要的是，這款元件讓加速度感測從單純的是／否兩種選項，變成能夠提供感測值的類比流，進而讓實際的加速度波形演變成觸發演算法的一部分。

雖然 ADLX50 於 1999 年停產，並由更高階的 MEMS 單元所取代，但此元件當時帶來的「廣泛影響性」是顯而易見的。隨後推出的元件增加了高可信度的感測器自我校準功能 (對大多數感測器而言非常重要)，並加入了內部訊號調整、類比數位轉換器 (ADC)、微控制器介面，以及其他容易使用的功能。在短時間內，之前做起來既費勁又花錢的參數測量作業 (尺寸、重量、功率)，已幾乎不成問題。

廠商有就此就停止發展嗎？當然是很快又推出雙軸、甚至三軸的加速計，一開始是當作微型模組，後來就變成單晶片元件。忽然之間，諸如真實運動感測，甚至導航之類的應用變得可行 (基本物理原理：加速度的積分是速度；速度的積分是位移)。

不久之後，這些微小的元件加入了振動 MEMS 音叉，成為陀螺儀及全慣性量測單元 (IMU)，可在許多情況下取代 50 年前 (2019 年 7 月正好滿 50 週年) 引導太空人登月所用的籃球大小 IMU (>100 lb 且 >200 W)，甚至可取代 1980 年代已經很成熟的環形雷射陀螺儀 (RLG) 和光纖陀螺儀 (FOG)。

突然間，人們開始能在先前遙不可及的加速／定位應用，以及無人機的導引核心中使用這種微小的 IMU，以 STMicroelectronics 的 LSM6DSOXTR 為例。此三軸 IMU (滿量程範圍為 ±2/±4/±8/±16 g) 採用 14 引線封裝，尺寸僅 2.5 mm × 3 mm × 0.83 mm，且只需要 0.55 mA 的電流，並且配有 SPI 和 I2C 介面。

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