MEMS为何独树一帜？看完就懂了

显微镜下的MEMS结构（注意图上刻度是微米）

 

MEMS应用范围很广，封装应根据实际终端应用要求（如保护性、气密性、散热性等）进行设计。

消费电子/移动应用驱动MEMS市场快速成长，复合年增长率可达13%。

◆ 未来5年通信和医疗应用增长较快，复合年增长率高达20%。

◆ 工业MEMS应用也不错，复合年增长率为13%。

 

智能手机中的MEMS和传感器

◆ 智能手机中使用到很多MEMS器件，如加速度计、陀螺仪、电子罗盘、压力传感器、硅麦克风、图像传感器、MEMS微镜、BAW滤波器和双工器、射频开关、TCXO振荡器/谐振器等。

◆ 随着智能手机出货量的迅速增长，移动产业正逐步转向一个复杂的遥感平台，而MEMS和传感器是该系统中重要的一环，每个MEMS器件的增长都是令人印象深刻的。

 

对MEMS封装、组装和测试的影响

◆ MEMS的封装、组装、测试和校准（包括基底成本）占整个MEMS模块成本的35%-60%。

◆ MEMS封装类型比标准IC封装更为复杂，因为MEMS封装需要“System-in-Package”。

此外，大多数MEMS封装需要符合应用环境。

◆ MEMS封装从定制化小批量发展到量产必须标准化，这样才能保证降低MEMS传感器成本、实现大批量出货。

 

MEMS加速度计成本分析

消费类加速度计成本分析

汽车类加速度计成本分析

 

惯性MEMS封装的技术演进

MEMS定律正在改变

MEMS麦克风封装的关键要素

 

 

MEMS模块封装：关键制造步骤

MEMS封装趋势

组合传感器封装发展趋势

 

通过SOC/SiP组合所有运动传感功能：

MEMS测试介绍

MEMS产业的特异性：电学测试+机械测试

MEMS惯性传感器最后阶段的测试和校准

根据IHS Markit（消费者和移动设备运动传感器——2017年）的数据，无人机和玩具直升机中MEMS运动传感器（即加速度计、陀螺仪、IMU和压力传感器）的市场至2021年预计将达到约7000万台，而其2018至2021复合年增长率可达到17％。

 

MEMS传感器对无人机飞行性能的影响

得益于采用惯性MEMS传感器，无人机可确保其方向稳定，并可由用户精准控制，甚至可自主飞行。然而，一些挑战使无人机系统设计变得十分复杂，例如电机未完全校准，系统动态可能根据有效载荷而变化，操作条件可能出现突变，或传感器存在误差。这些挑战会造成定位处理偏差，并导致导航期间的位置偏差，甚至造成无人机失效。

要使无人机超越玩具的范畴，高品质MEMS传感器和先进软件至关重要。无人机的惯性测量单元（IMU）、气压传感器、地磁传感器、应用特定型传感器节点（ASSN）和传感器数据融合的精度对其飞行性能有着直接和实质的影响。 

尺寸限制以及苛刻的环境和操作条件（如温度变化和振动）将对传感器的要求提升到新的水平。MEMS传感器必须尽可能避免这些影响，并提供精准、可靠的测量。 

有多种方法可以实现出色的飞行性能：软件算法，如传感器校准和数据融合；机械系统设计，例如减少振动，以及根据无人机制造商自己的要求和需求选择MEMS传感器。

无人机的核心在于其姿态航向参照系统（AHRS），其中包括惯性传感器、磁力计和处理单元。AHRS估算设备定位，例如滚动、俯仰和偏航角。传感器误差（如偏移、灵敏度误差或热漂移）会导致定位错误。图1显示了加速度计偏移函数形式的定位误差（滚动、俯仰角），这通常是造成传感器连续误差的核心根源。例如，仅20 mg的加速度计偏移便会导致设备方向出现1度误差。

图：加速度计偏移引起的倾斜误差

 

惯性测量单元（IMU）

IMU包括加速度传感器和陀螺仪，以及相应的嵌入式处理程序。这使其能够在线性移动和旋转方面识别运动。 

 

气压传感器

无人机内置的高性能气压传感器可精准测量高度，并与IMU的高度控制读数结合使用。气压传感器必须尽可能避免外部影响和不准确性。

如今，结合诸如GPS和光流等附加传感器，距离传感器可用于提高系统的可靠性并减少位置误差。

除了TCO改进之外，还有多种因素有助于提高整体精度：相对准确度、噪声、稳定性和绝对精度。从笨拙的玩具到高精度飞机；只要工程师想得到，目前创新工业和商业无人机的应用潜力可以说无边无际。