微機(jī)電(MEMS)技術(shù)在電子產(chǎn)品中的地位愈來(lái)愈重要，不論是在汽車(chē)、工業(yè)、醫(yī)療或軍事上需要用到此類(lèi)精密的元器件，在信息、通訊和消費(fèi)性電子等大眾的市場(chǎng)，也可以看到快速增長(zhǎng)的MEMS應(yīng)用。根據(jù)In-Stat/MDR的報(bào)告，MEMS在未來(lái)幾年的單位出貨量將以19.87%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到了2009年將接近60億個(gè)。

MEMS是一項(xiàng)結(jié)合電子與機(jī)械的微小化工程技術(shù)，也就是通過(guò)改善傳統(tǒng)精密機(jī)械加工技術(shù)并應(yīng)用半導(dǎo)體工藝技術(shù)，可制作各種的微小元器件。基本上，任何需要機(jī)械元器件的小型化電子系統(tǒng)都可能使用到MEMS，例如慣性傳感器、開(kāi)關(guān)和繼電器、諧振器和機(jī)械濾波器、微型電容器、電感和探頭以及傾斜計(jì)、電子管、DNA序列分析儀、化學(xué)和生物藥劑傳感器等等。
 
三軸加速度計(jì)的多元應(yīng)用領(lǐng)域

MEMS元器件的產(chǎn)品類(lèi)型繁多，目前商業(yè)化的主要產(chǎn)品包括微流體元器件、慣性傳感器、壓力傳感器、RF MEMS、光學(xué)MEMS等等。屬于慣性傳感器的三軸加速度計(jì)(Tri-axis Accelerometer)是其中相當(dāng)實(shí)用和有趣的一項(xiàng)新興產(chǎn)品。目前二軸加速度計(jì)已廣泛被用在車(chē)輛當(dāng)中，當(dāng)車(chē)子一旦發(fā)生碰撞，它就會(huì)感測(cè)到并自動(dòng)觸發(fā)安全氣囊(Airbag) 。

在信息及消費(fèi)性的市場(chǎng)上，三軸加速度計(jì)可用來(lái)保證電子產(chǎn)品，以筆記本電腦為例，當(dāng)它不小心從桌面或其它地方墜落時(shí)，三軸加速度計(jì)會(huì)偵測(cè)到此一不平常的加速度變化，并實(shí)時(shí)在設(shè)備碰撞地面時(shí)鎖住硬盤(pán)磁頭，以免造成的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上數(shù)據(jù)的遺失。同樣的道理，它也可以用于汽車(chē)遭拖移時(shí)的防盜偵測(cè)功能。

由于三軸加速度計(jì)可以用來(lái)測(cè)量加速度、探測(cè)運(yùn)動(dòng)方向和傾角，因此也可以用來(lái)作為狀態(tài)識(shí)別裝置，例如通過(guò)傾斜角度來(lái)向上或向下滾動(dòng)手機(jī)、PDA及3D游樂(lè)器的屏幕，或以搖動(dòng)的方式來(lái)關(guān)閉這些設(shè)備。這種通過(guò)特定動(dòng)作來(lái)下達(dá)控制指令的用途，除了提供了鍵盤(pán)輸入以外的便利途徑，也為強(qiáng)調(diào)趣味變化與增值功能的消費(fèi)性手持設(shè)備增添了許多想象空間。

還有一項(xiàng)重要的應(yīng)用，那就是將三軸加速度計(jì)、陀螺儀(Gyroscope)和磁羅盤(pán)等MEMS元器件與GPS結(jié)合，能夠提供所謂的方位推估(Dead Reckoning, DR)功能。當(dāng)汽車(chē)在無(wú)法接收GPS信號(hào)的地方或GPS信號(hào)不良時(shí)，DR功能就能取代GPS繼續(xù)進(jìn)行導(dǎo)航定位。通過(guò)上述各種傳感器，DR可以推算出汽車(chē)的行進(jìn)距離和方向。在短距離內(nèi)，DR系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)比GPS的信號(hào)來(lái)得準(zhǔn)確，因此可做為短距離內(nèi)的汽車(chē)定位誤差修正輔助，不過(guò)，當(dāng)時(shí)間增加時(shí)，誤差累積效應(yīng)會(huì)愈來(lái)愈大，導(dǎo)航的精確度就會(huì)大幅下降。
 
3D-MEMS的核心技術(shù)

MEMS雖然能具有極大的應(yīng)用空間，能夠大幅提升用戶(hù)的使用經(jīng)驗(yàn)，但要滿(mǎn)足小型化、低成本、高性能和低功耗的設(shè)計(jì)需求，技術(shù)難度極高。以在加速度與壓力測(cè)量技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)超過(guò)二十年以上的VTI公司為例，該公司的核心專(zhuān)利技術(shù)為3D-MEMS，可用于加速度、傾角、沖擊、振動(dòng)、角率和壓力等測(cè)量，同時(shí)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的可靠性、精確度和穩(wěn)定性。

VTI的SCA3000系列加速度計(jì)就是基于其高度成熟的硅電容式3D-MEMS技術(shù)所開(kāi)發(fā)出來(lái)的。硅電容式傳感器是由單晶硅和玻璃所制成，其中單晶硅是一種近于理想的彈性材料。在感測(cè)上則應(yīng)用簡(jiǎn)單而可靠的電容檢測(cè)原理，也就是從一對(duì)平行板之間的電容與電荷存儲(chǔ)量的改變，來(lái)判斷各種運(yùn)動(dòng)的變化狀況。

SCA3000在產(chǎn)品的封裝上采用高度密封的結(jié)構(gòu)，加速度計(jì)的敏感元及測(cè)量專(zhuān)用芯片(ASIC)被集成在DIL塑料封裝內(nèi)，讓微�；蚧瘜W(xué)物質(zhì)不能進(jìn)入傳感器中；同時(shí)還用硅樹(shù)脂凝膠對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行保護(hù)，使其在潮濕環(huán)境和溫度周期性變化時(shí)，仍有良好的性能和可靠性。由于傳感器的材料和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因，傳感器的測(cè)量幾乎不受震動(dòng)和過(guò)度壓力的影響。此外，產(chǎn)品的雙電容器結(jié)構(gòu)和對(duì)稱(chēng)性設(shè)計(jì)改善了產(chǎn)品的零點(diǎn)穩(wěn)定性、線(xiàn)性度和橫向靈敏度。

SCA3000系列產(chǎn)品同時(shí)強(qiáng)調(diào)其低功耗的設(shè)計(jì)，在此系列的四種版本中，除了提供多種接口外，也支持多組電流消耗選擇，其中電流消耗最低的版本是SCA3000-E01，在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下只消耗120mA。這種使用特性有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命，是便攜式設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵考慮之一。

從系統(tǒng)面來(lái)看，此系列產(chǎn)品還具有附加的EEPROM內(nèi)存，它帶有元器件互換的校準(zhǔn)系數(shù)，此舉有助于簡(jiǎn)化傳感器與客戶(hù)設(shè)備在系統(tǒng)集成過(guò)程中，所需投入的軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)心力。在VTI的加速度計(jì)中，包含了增強(qiáng)的錯(cuò)誤檢測(cè)功能：數(shù)字觸發(fā)式自檢、校準(zhǔn)內(nèi)存奇偶校驗(yàn)及連續(xù)連接錯(cuò)誤檢測(cè)。此加速度計(jì)可用于水平或垂直方向的測(cè)量，其零點(diǎn)溫度系數(shù)低于1mg/°C，使用過(guò)阻尼的敏感元。

壓力傳感器可分析運(yùn)動(dòng)軌跡

VTI也將其為汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)加速度傳感器的豐富經(jīng)驗(yàn)，延伸用于開(kāi)發(fā)新的絕對(duì)壓力傳感器之上。其SCP1000壓力傳感器同樣采用3D-MEMS電容式技術(shù)，能夠?yàn)檫\(yùn)動(dòng)路線(xiàn)提供極為精確的三維分析，例如上升或下降的角度等。此技術(shù)適用于需測(cè)量微小壓力變化的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，例如能分析高爾夫球揮桿、棒球揮棒或網(wǎng)球揮拍的出力最佳軌跡，進(jìn)而能改善運(yùn)動(dòng)選手的表現(xiàn)成績(jī)。

此類(lèi)電容式絕對(duì)壓力傳感器具有高穩(wěn)定性，其敏感元可以作為一個(gè)SMD元器件直接焊到PCB上，并且對(duì)安裝應(yīng)力不敏感。根據(jù)環(huán)境狀況、校準(zhǔn)、線(xiàn)性化和熱補(bǔ)償情況，傳感器的準(zhǔn)確度都能維持在0.01至0.05%/FS的范圍內(nèi)。此外，它也能根據(jù)應(yīng)用需要，調(diào)整成特定的靈敏度和頻率響應(yīng)。

今日半導(dǎo)體技術(shù)不斷朝更高集成度的SoC發(fā)展，在一顆小小芯片中已可實(shí)現(xiàn)極為多樣的多媒體處理、通訊、存儲(chǔ)等功能。具備精密機(jī)械控制或測(cè)量能力的微機(jī)電(MEMS)，則是另一門(mén)不容忽視的新興技術(shù)，具有極為龐大的發(fā)展?jié)摿�。�?dāng)SoC與MEMS相結(jié)合時(shí)，則可預(yù)見(jiàn)加乘性的效果將會(huì)發(fā)生，也就是未來(lái)的電子產(chǎn)品將具備對(duì)環(huán)境進(jìn)行精確感測(cè)及反應(yīng)的能力，這將是一項(xiàng)突破性的進(jìn)展。不過(guò)，這個(gè)產(chǎn)業(yè)還得投入無(wú)限的心力從事研發(fā)，才能讓天馬行空的想象成真。

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