加速度计作为拾.pdf

用 MEMS 加速度计作为拾 这些MEMS 结构的尺寸为微米量级(图2)，故需要精度极高的 半导体光刻和蚀刻工艺技术。MEMS 结构通常采用单晶硅形 音器实现乐器音效完美再现 成，或者采用以极高的温度沉积到单晶硅晶圆表面上的多晶 硅。采用这一灵活的技术可以形成机械特性差异很大的结构。 其中一个可以控制和可改变的机械参数是弹簧刚度。设计中还 作者：Rob O’Reilly，Alex Khenkin ，Kieran Harney 可以改变传感单元的质量以及结构阻尼。传感器可以实现从零 引言 点几个g 到数百个g 加速度的感应，其带宽高达20kHz 。 1 MEMS (微机电系统)利用专为半导体集成电路所开发的制造 工艺设施实现生产制造。微机电结构的实现方法是通过在半导 体基片上刻蚀特定的图形，来实现传感器单元或者可以移动零 点几微米的机械执行器。MEMS 压力传感器是第一类批量应用 的产品，如今用于负责监测数以亿计的发动机歧管和轮胎的压 力；而 MEMS 加速度计则用于安全气囊、翻滚检测以及汽车 报警系统，时间也已超过15 年之久。 MEMS 加速度计2 还用于消费电子领域里的运动感应，如视频 图3. ADXL202 ±2 g 加速度计 游戏与手机。MEMS 微镜光学执行器用于投影仪、HDTV 以及 3 MEMS 传感单元可以被连接到位于同一芯片(图3)或者不同芯 数字影院。近几年，MEMS 麦克风 也开始进入广阔的消费市 片(图 4)上的信号调理电路。对于单芯片解决方案，传感单元 场，包括手机、蓝牙耳机、个人计算机以及数码相机等。 的电容可以低至每g 1-2 毫微微法拉，这相当于 10-18F 的测 本文将讨论 MEMS 加速度计产品中所采用的一些关键技术， 量分辨率！而在双芯片架构中，MEMS 单元的电容必须足够高， 5 并讨论这些技术如何为声学传感器带来新应用。 以克服MEMS 和ASIC 调理电路之间连接线的寄生电容影响。 MEMS 加速度计技术 WAFER MEMS CHIP-TO-CHIP INTEGRATED CAP SENSOR WIREBOND CIRCUIT CHIP 典型的 MEMS 加速度计的核心单元是一个由两组指状栅条组 GLASS FRIT 成的可移动条形结构：其中一组固定到基片上一个实体地平面 DIE ATTACH 上；而另一组则连接到一个安装到一组弹簧上的质量块上，该 弹簧能够根据所施加的加速度产生移动。所施加的加速度(图 1)将改变固定和移动栅条之间的电容。4 PACKAGE LEAD FRAME 图4. 典型的双芯片加速度计的截面图 MASS SPRING APPLIED ACCELERATION