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製程技術助臂力 MEMS應用版圖擴張

2011-09-09
由於MEMS感測器可開發的應用眾多,因此遍布於工業、汽車、消費性電子、醫療電子等各式領域中。為使MEMS感測器進一步擴大應用範圍,相關業者無不絞盡腦汁推出體積更小、更高整合度與高效能的產品。
目前許多應用中皆可看到微機電系統(MEMS)感測器的蹤跡,舉凡手機、平板裝置(Tablet Device)和遊戲機等消費性電子導入的加速度計與陀螺儀;車用市場的胎壓感測器;醫療電子中的壓力、溫度感測器,以及工業應用所需的各式MEMS感測器元件等,MEMS正以排山倒海的氣勢跨進各個市場,促使產品供應商不斷在產品與技術上推陳出新,以期可更符合各種應用市場的要求。

MEMS製程助陣 紅外線溫度感測器進駐可攜式裝置

裝置運作時產生的熱能,將導致系統損壞或效能不佳等負面影響,因此有效偵測可攜式裝置的熱能,已成為各家業者關注焦點。囿於過去紅外線(IR)溫度感測器體積過大的限制,使該元件僅能用於工業應用,有鑑於此,德州儀器(TI)透過MEMS製程技術,成功縮小紅外線溫度感測器尺寸,為智慧型手機、平板裝置及筆記型電腦等可攜式消費性電子產品實現非接觸式溫度量測功能。

圖1 右起為德州儀器音訊影像產品策略性解決方案經理郭嚴文、音訊影像產品表面溫度、電流感測暨Gamma緩衝產品行銷經理Daniel Mar
德州儀器音訊影像產品策略性解決方案經理郭嚴文(圖1右)表示,傳統紅外線溫度感測器體積較大,因此僅能用於對元件尺寸要求寬鬆的應用產品,如工業、汽車,但隨著智慧型手機、平板裝置與筆記型電腦處理器朝多核心發展,工作效能不斷增加,勢將產生較以往更大的熱能,所以對於溫度感測器的需求亦逐步升溫,而德州儀器新一代MEMS紅外線溫度感測器TMP006,除了尺寸可較過去熱電堆(Thermopile)感測器縮小95%外,相較於競爭對手,新產品可減少90%功耗,可滿足可攜式裝置的種種嚴苛要求。

另一方面,傳統溫度感測器係黏在系統外殼,只能根據系統溫度粗估外殼溫度,無法達到精準量測溫度的目的,且將遭遇系統組裝的麻煩。郭嚴文指出,隨著紅外線感測器體積的進一步縮小,德州儀器可將單晶片紅外線MEMS溫度感測器焊接在印刷電路板(PCB)上,再經由電壓感測表面溫度,不僅可解決後續組裝製程的問題,還可將感測器設置在靠近系統最熱位置,提升溫度量測的準確度。

新的單晶片溫度感測器元件在1.6毫米(mm)×1.6毫米的尺寸中,整合包括MEMS熱電堆感測器、訊號調節功能、16位元類比數位轉換器(ADC)、局部溫度感測器(Local Temperature Sensor)及各種電壓參考,可謂麻雀雖小五臟俱全。德州儀器音訊影像產品表面溫度、電流感測暨Gamma緩衝產品行銷經理Daniel Mar(圖1左)指出,目前已有眾多消費性電子知名品牌商表示對德州儀器單晶片紅外線MEMS溫度感測器的高度興趣,並計畫採用。

提升耐溫/精準度 ADI強化MEMS工業應用

工業領域與汽車應用中,MEMS元件的效能與精準度最被要求,深耕MEMS元件開發的亞德諾(ADI)推出保證高達175℃的雙軸加速度計,以及十自由度(DoF)的MEMS iSensor慣性量測單元(IMU),而上述產品皆採用亞德諾iMEMS技術,進一步突破尺寸限制,有助開拓更多應用市場。

圖2 亞德諾MEMS感測器技術事業群亞洲區行銷經理吳彥彬表示,中國大陸十二五計畫中所扶植的石油產業,將有助提升ADXL206在大量的原油探勘市場的需求。
亞德諾MEMS感測器技術事業群亞洲區行銷經理吳彥彬(圖2)表示,一般而言,在環境溫度越高的狀況下,加速度計的性能將隨之瓦解,而亞德諾最新的iMEMS雙軸加速度計ADXL 206可提供-40~175℃的工作溫度,面對高溫工作環境也可維持較佳的總體穩定性,因此適用於地質井、油井探勘等工具與其他高溫的工業應用領域。

另一方面,緊急狀況先遣急救員、無人汽車、以及精密的自主型儀器往往須要結合多重感測器,以便對辦公大樓、倉庫、隧道、洞穴、礦坑與其他無法使用全球衛星定位系統(GPS)環境的位置進行精確追蹤,促使高精準度的十自由度IMU需求水漲船高。

吳彥彬指出,現階段十自由度IMU體積相當龐大,且擁有較少的工廠校正,不符合性價比需求。亞德諾整合三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計及壓力感測器的單晶片解決方案,具備較低的系統價格,再加上IMU的敏感度、偏壓、校準與溫度皆經工廠校正,因此每個感測器都具有個別的動態補償公式,藉此最大化感測器量測的精準度,可說是業界最具性價比的產品。

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