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據調研機構Yole Developpement發布,2017年全球MEMS市場總額預計為129億美元,比2016年的114億美元增長了13%。隨著萬物互聯時代越走越近,市場對于MEMS產品的需求還將進一步提升。MEMS的全稱是微型電子機械系統(Micro Electromechanical System),是利用半導體制造工藝和材料,將傳感器、執行器、機械機構、信號處理和控制電路等集成于一體的微型器件或系統,其內部結構一般在微米甚至納米量級。與傳統的機械傳感器相比,MEMS傳感器具有體積小、集成化、智能化、低成本等優點,可以滿足物聯網時代對于傳感器的要求。

MEMS是一項革命性的新技術,廣泛應用于高新技術產業,是一項關系到國家科技發展、經濟繁榮和國防安全的關鍵技術。常見的產品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、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品。

汽車MEMS傳感器的應用

汽車電子行業被認為是MEMS傳感器的第一波應用高潮的推動力量,MEMS傳感器在汽車上應用的快速發展主要是受益于各國政府全面推出汽車安全規定和汽車智慧化的發展趨勢。全球平均每輛汽車包含10個傳感器,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傳感器不僅能適應汽車苛刻的工作環境,還具有高可靠性、高精度和低成本的特點。其應用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(ABS)、電子車身穩定程序(ESP)、電控懸掛(ECS)、電動手剎(EPB)、斜坡起動輔助(HAS)、胎壓監控(EPMS)、引擎防抖、車輛傾角計量和車內心跳檢測等等。目前,壓力傳感器、加速度計、流量傳感器與陀螺儀四種器件合計占汽車MEMS系統的99%。

汽車MEMS傳感器的應用盤點：

1、MEMS壓力傳感器

MEMS壓力傳感器是汽車中應用最多的傳感器, 至少18個汽車應用領域促進壓力傳感器的增長,包括:輪胎壓力,電子穩定控制系統中的剎車傳感器,側面氣囊,與日益嚴格的排放標準相關的引擎控制,大氣壓力與廢氣再循環壓力。這種傳感器用單晶硅作材料,以采用MEMS技術在材料中間制作成力敏膜片,然后在膜片上擴散雜質形成四只應變電阻,再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路,來獲得高靈敏度。車用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。

2、MEMS加速度計

MEMS加速度計的原理是基于牛頓的經典力學定律,通常由懸掛系統和檢測質量組成,通過微硅質量塊的偏移實現對加速度的檢測,主要用于汽車安全氣囊系統、防滑系統、汽車導航系統和防盜系統等,除了有電容式、壓阻式以外,MEMS加速度計還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中,電容式MEMS加速度計具有靈敏度高、受溫度影響極小等特點,是MEMS微加速度計中的主流產品。

3、MEMS流量傳感器

MEMS流量傳感器是基于傳統的熱膜片風力計原理借助先進的薄膜片技術,將性能穩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時間,另一方面由于采用了前后橋電路,可以判斷出流體流向,從而進一步測量出回流流量。為了防止溫度變化對測量精度的影響,傳感器中采用了兩片熱敏電阻分別對前后橋進行了溫度補償。流量傳感器主要用于檢測發動機的空氣進氣量和燃油噴射量,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、防滑驅動、剎車防抱死系統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,主要用于汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控制系統,主要有振動式、轉子式等幾種。應用最多的屬于振動陀螺儀,它利用單晶硅或多晶硅的振動質量塊在被基座帶動旋轉時產生的哥氏效應來感測角速度。例如:汽車在轉彎時,系統通過陀螺儀測量角速度來指示方向盤的轉動是否到位,主動在內側或者外側車輪上加上適當的制動以防止汽車脫離車道,通常它與低加速度計一起構成主動控制系統。

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