卡西歐早年就以電機馬達、繼電器等機電產品聞名。如今的卡西歐本身就是MEMS的制造商之一,用MEMS的思路解決傳統機械手表遇到的問題是卡西歐的拿手好戲。所以,PRO TREK嚴格來說是一塊真正電子表,它的三重感應器的功能也是以電路的形態集成到SoC芯片里面的。
PRO TREK內部的傳感器元件
根據卡西歐官方提供的資料,第三代“三重感應器”的壓力、溫度、地磁傳感器均使用了MEMS技術,其中最重要的地磁傳感器集成到了一顆芯片里面(SoC),傳感器的本體結構和微執行器、信號處理器、控制電路、通訊接口和電源等部件通過電路緊密的聯系在一起,一次性就能完成數據的采集、處理和傳輸,并將準確的結果通過表盤上的各種指示反饋給用戶,大幅度提高了系統的自動化、智能化水平。
MEMS應用范圍很廣,封裝應根據實際終端應用要求(如保護性、氣密性、散熱性等)進行設計。
*消費電子/移動應用驅動MEMS市場快速成長,復合年增長率可達13%。
* 未來5年通信和醫療應用增長最快,復合年增長率高達20%。
* 工業MEMS應用也不錯,復合年增長率為13%。
智能手機中的MEMS和傳感器
* 智能手機中使用到很多MEMS器件,如加速度計、陀螺儀、電子羅盤、壓力傳感器、硅麥克風、圖像傳感器、MEMS微鏡、BAW濾波器和雙工器、射頻開關、TCXO振蕩器/諧振器等。
* 隨著智能手機出貨量的迅速增長,移動產業正逐步轉向一個復雜的遙感平臺,而MEMS和傳感器是該系統中最重要的一環,每個MEMS器件的增長都是令人印象深刻的。
對MEMS封裝、組裝和測試的影響
* MEMS的封裝、組裝、測試和校準(包括基底成本)占整個MEMS模塊成本的35%-60%。
* MEMS封裝類型比標準IC封裝更為復雜,因為MEMS封裝需要“System-in-Package”。此外,大多數MEMS封裝需要符合最終應用環境。
* MEMS封裝從定制化小批量發展到量產必須標準化,這樣才能保證降低MEMS傳感器成本、實現大批量出貨。
MEMS加速度計成本分析
消費類加速度計成本分析
汽車類加速度計成本分析
慣性MEMS封裝的技術演進
MEMS定律正在改變
MEMS麥克風封裝的關鍵要素
MEMS模塊封裝:關鍵制造步驟
MEMS封裝趨勢
組合傳感器封裝發展趨勢
通過SOC/SiP組合所有運動傳感功能:
MEMS測試介紹
MEMS產業的特異性:電學測試+機械測試
MEMS慣性傳感器最后階段的測試和校準
根據IHS Markit(消費者和移動設備運動傳感器——2017年)的數據,無人機和玩具直升機中MEMS運動傳感器(即加速度計、陀螺儀、IMU和壓力傳感器)的市場至2021年預計將達到約7000萬臺,而其2018至2021復合年增長率可達到17%。
MEMS傳感器對無人機飛行性能的影響
得益于采用慣性MEMS傳感器,無人機可確保其方向穩定,并可由用戶精確控制,甚至可自主飛行。然而,一些挑戰使無人機系統設計變得十分復雜,例如電機未完美校準,系統動態可能根據有效載荷而變化,操作條件可能出現突變,或傳感器存在誤差。這些挑戰會造成定位處理偏差,并最終導致導航期間的位置偏差,甚至造成無人機失效。
要使無人機超越玩具的范疇,高品質MEMS傳感器和先進軟件至關重要。無人機的慣性測量單元(IMU)、氣壓傳感器、地磁傳感器、應用特定型傳感器節點(ASSN)和傳感器數據融合的精度對其飛行性能有著直接和實質的影響。
尺寸限制以及苛刻的環境和操作條件(如溫度變化和振動)將對傳感器的要求提升到新的水平。MEMS傳感器必須盡可能避免這些影響,并提供精確、可靠的測量。
有多種方法可以實現出色的飛行性能:軟件算法,如傳感器校準和數據融合;機械系統設計,例如減少振動,以及根據無人機制造商自己的要求和需求選擇MEMS傳感器。下面就讓我們仔細研究一下MEMS傳感器并參考部分示例。
無人機的核心在于其姿態航向參照系統(AHRS),其中包括慣性傳感器、磁力計和處理單元。AHRS估算設備定位,例如滾動、俯仰和偏航角。傳感器誤差(如偏移、靈敏度誤差或熱漂移)會導致定位錯誤。圖1顯示了加速度計偏移函數形式的定位誤差(滾動、俯仰角),這通常是造成傳感器連續誤差的核心根源。例如,僅20 mg的加速度計偏移便會導致設備方向出現1度誤差。
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原文標題:MEMS發展與應用
文章出處:【微信號:bdtdsj,微信公眾號:中科院半導體所】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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