MEMS的发展以及应用

卡西欧早年就以电机马达、继电器等机电产品闻名。如今的卡西欧本身就是MEMS的制造商之一，用MEMS的思路解决传统机械手表遇到的问题是卡西欧的拿手好戏。所以，PRO TREK严格来说是一块真正电子表，它的三重感应器的功能也是以电路的形态集成到SoC芯片里面的。

PRO TREK内部的传感器元件

根据卡西欧官方提供的资料，第三代“三重感应器”的压力、温度、地磁传感器均使用了MEMS技术，其中最重要的地磁传感器集成到了一颗芯片里面（SoC），传感器的本体结构和微执行器、信号处理器、控制电路、通讯接口和电源等部件通过电路紧密的联系在一起，一次性就能完成数据的采集、处理和传输，并将准确的结果通过表盘上的各种指示反馈给用户，大幅度提高了系统的自动化、智能化水平。

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最快，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最重要的一环，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封装需要符合最终应用环境。

* 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，并可由用户精确控制，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，例如电机未完美校准，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，并最终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，并提供精确、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。下面就让我们仔细研究一下MEMS传感器并参考部分示例。

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。