MEMS_IMU介绍ppt课件
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《mems微机电系统》PPT课件
• 特点： • 1.获得的构造的几何尺寸较大〔相应的质量
大〕，机械性能较好 • 2.存在对硅材料的浪费较大 • 3.与集成电路的兼容性不好
• 根据腐蚀剂的相态，即液相、气相和等离 子态，可以将体型微机械加工的腐蚀方法 划分为三种。采用液相腐蚀剂的腐蚀工艺 往往又称为湿法腐蚀，而采用气相和等离 子态腐蚀剂的腐蚀工艺那么称为干法腐蚀 。
• 多晶硅作为MEMS最常用的构造材料之一 ，它易于用IC技术进展构件制造， 且机械 性能满足要求。用微机械加工制造的典型 多晶硅薄膜的厚度至少大于3 μm。膜更厚 ，其强度和韧性更好。
• 外表微机械加工还采用其它构造材料，以获得可控 的剩余应力值、杨氏模量、薄膜形态、硬度、电导 率和光反射特性。 第一类材料是金属, 包括Al和化 学气相淀积〔CVD〕钨、电镀镍、铜等。特别是Al ，它具有良好的光反射特性，可用于构成微光学系 统的构造〔如Texas Instrument的DMD〕。此时 ，牺牲层材料可以采用气相淀积的有机物，如光刻 胶、聚酰亚胺、 聚对二甲苯等。第二类材料包括 CMOS工艺中制作互连所用的二氧化硅、多晶硅等 。 释放可在CMOS工艺后通过无掩模的干法刻蚀完 成。这些材料的应用可以简化机械构造与电路的集 成， 但机械特性有一定的限制。第三类材料是氮化 硅，这种薄膜的外表比多晶硅外表光滑，可以直接 淀积光发射材料，其张应力可以通过让薄膜富硅化 和在氧化气氛中退火的方法来减小。
一、电子束光刻胶
• 最新的电子束光刻胶开展： • 美国道康宁公司电子部〔Dow Corning
Electronics〕推出的Dow Corning® XR-1541电子束光刻胶。这一新型先进的 旋涂式光刻胶产品系列是以电子束〔 electron beam〕取代传统光源产生微影 图案，可提供图形定义小至6纳米的无掩模 光刻技术能力。
大〕，机械性能较好 • 2.存在对硅材料的浪费较大 • 3.与集成电路的兼容性不好
• 根据腐蚀剂的相态，即液相、气相和等离 子态，可以将体型微机械加工的腐蚀方法 划分为三种。采用液相腐蚀剂的腐蚀工艺 往往又称为湿法腐蚀，而采用气相和等离 子态腐蚀剂的腐蚀工艺那么称为干法腐蚀 。
• 多晶硅作为MEMS最常用的构造材料之一 ，它易于用IC技术进展构件制造， 且机械 性能满足要求。用微机械加工制造的典型 多晶硅薄膜的厚度至少大于3 μm。膜更厚 ，其强度和韧性更好。
• 外表微机械加工还采用其它构造材料，以获得可控 的剩余应力值、杨氏模量、薄膜形态、硬度、电导 率和光反射特性。 第一类材料是金属, 包括Al和化 学气相淀积〔CVD〕钨、电镀镍、铜等。特别是Al ，它具有良好的光反射特性，可用于构成微光学系 统的构造〔如Texas Instrument的DMD〕。此时 ，牺牲层材料可以采用气相淀积的有机物，如光刻 胶、聚酰亚胺、 聚对二甲苯等。第二类材料包括 CMOS工艺中制作互连所用的二氧化硅、多晶硅等 。 释放可在CMOS工艺后通过无掩模的干法刻蚀完 成。这些材料的应用可以简化机械构造与电路的集 成， 但机械特性有一定的限制。第三类材料是氮化 硅，这种薄膜的外表比多晶硅外表光滑，可以直接 淀积光发射材料，其张应力可以通过让薄膜富硅化 和在氧化气氛中退火的方法来减小。
一、电子束光刻胶
• 最新的电子束光刻胶开展： • 美国道康宁公司电子部〔Dow Corning
Electronics〕推出的Dow Corning® XR-1541电子束光刻胶。这一新型先进的 旋涂式光刻胶产品系列是以电子束〔 electron beam〕取代传统光源产生微影 图案，可提供图形定义小至6纳米的无掩模 光刻技术能力。
陀螺仪、罗经、IMU、MEMS四者的区别
罗经是航行器用来测量运动方位的，辅助定位的仪器。分为磁罗经和电罗经。磁罗经可以形象的看成指南针，电罗经就要用到用电源驱动的陀螺仪。
陀螺仪是一种物体角运动测量装置。通过对陀螺仪双轴基点在不同运动状态下偏移量的测量，可以标定出物体水平、垂直、俯仰、加速度、航向方位。
IMU是惯性测量单位。在IMU中包含陀螺仪。 Biblioteka MEMS是微机电系统的缩写。
现代微电子科技不断发展，原有的机械陀螺仪现在可以做的非常小，小到放进手机中使用。目前中高端智能手机普遍配备MEMS惯性测量单元，用于导航、功能控制和游戏。
陀螺仪是一种物体角运动测量装置。通过对陀螺仪双轴基点在不同运动状态下偏移量的测量，可以标定出物体水平、垂直、俯仰、加速度、航向方位。
IMU是惯性测量单位。在IMU中包含陀螺仪。 Biblioteka MEMS是微机电系统的缩写。
现代微电子科技不断发展，原有的机械陀螺仪现在可以做的非常小，小到放进手机中使用。目前中高端智能手机普遍配备MEMS惯性测量单元，用于导航、功能控制和游戏。
MEMSIMU的入门与应用
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3.惯性级陀螺
地球自转角速率为15.04107度/h.其千分之一为0.015度/h,称 为毫地转率；将精度达到0.015度/h的陀螺称为惯性级陀螺，往 往也以1meru的量级(0.01度/h)表示惯性级陀螺精度
4.加速度计
高精度：<10-4g;中精度：10-4g至1mg;低精度：>1mg;
惯性级导航系统对陀螺的最低要求为0.01度/h，加速度计精度 的最低要求为1x10-4g
大疆 精灵3 IMU
二.MEMS惯性器件 2.MEMS陀螺误差模型
陀螺的误差主要由两部分构成：漂移和刻度系数误差。 陀螺的随机漂移误差主要分为三种分量：逐次启动漂移、慢变漂移、快变漂移 陀螺的逐次启动漂移与系统开机时刻的电气参数、环境条件等随机性因素相关。一旦系 统启动完毕，逐次启动漂移造成的误差量将保持在某一个固定值上
bi 0 i x, y, z
陀螺的慢变漂移是由于其工作过程中环境条件的随机改变所造成的缓慢 变化的误差，由于其变换较为缓慢，与前后时刻的陀螺漂移存在一定的相 关性，随着时间点的接近依赖关系更加明显，因此可以用一阶马尔可夫过 程描述：
《MEMS设计技术》课件
案例二：MEMS陀螺仪在导航系统中的应用
总结词
MEMS陀螺仪是导航系统中的关键传感 器，具有高精度、小型化和低成本等特 点。
VS
详细描述
MEMS陀螺仪采用微机械加工技术，将陀 螺仪的机械部分和电路部分集成在一个芯 片上，具有体积小、重量轻、成本低等优 点。它能够测量和保持方向信息，广泛应 用于航空、航天、军事等领域。在导航系 统中，MEMS陀螺仪可以提供高精度的角 度信息，用于计算航向、姿态和位置等参 数。
可靠性测试
进行全面的可靠性测试和评估，确保 MEMS器件的稳定性和可靠性。
06
MEMS设计案例分析
案例一：MEMS压力传感器在汽车中的应用
总结词
汽车压力传感器是MEMS技术的重要应用之一，具有高精度、可靠性和稳定性等特点。
详细描述
汽车压力传感器主要用于监测发动机进气歧管压力、燃油压力、气瓶压力等，以确保发动机正常工作 和提高燃油经济性。MEMS压力传感器采用微型机械加工技术，具有体积小、重量轻、功耗低等优点 ，能够实现高精度、快速响应和长期稳定性。
惯性传感器的设计需要综合考 虑材料、工艺和信号处理等因 素，以确保其性能和可靠性。
化学传感器设计
01
化学传感器是用于检测气体或 液体的化学成分的传感器，其 设计需要考虑选择性、灵敏度 、稳定性等因素。
02
常用的化学传感器类型包括电 化学式、光学式和热导式等， 其工作原理和结构各不相同。
03
化学传感器的设计需要综合考 虑材料、工艺和信号处理等因 素，以确保其性能和可靠性。
MEMS的发展历程与趋势
要点一
总结词
MEMS的发展经历了萌芽期、发展期和成熟期三个阶段， 未来将向更小尺寸、更高精度和智能化方向发展。
MEMS技术PPT课件
• 应用研究：如何应用这些MEMS系统也是一门非常重要的学问。人们不仅要开 发各种制造MEMS的技术，更重要的是如何将MEMS器件用于实际系统，并从 中受益。
第17页/共67页
MEMS的分类
• 微传感器：
• 机械类：力学、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、 位置、流量传感器
• 磁学类：磁通计、磁场计 • 热学类：温度计 • 化学类：气体成分、湿度、PH值和离子浓度传感器 • 生物学类：DNA芯片
第42页/共67页
DMD——应用
第43页/共67页
DMD——应用
第44页/共67页
光开关
微机械1X4光开关
微机械1X8光开关
第45页/共67页
光开关
微机械22光开关
微机械2 2光开关
第46页/共67页
光纤固定结构
• V形槽 • 各种卡紧结构
第47页/共67页
光栅及光栅光谱仪
• 原理 • 不同类型的光栅
外腔激光器、光编码器等
第19页/共67页
MEMS的分类
• 真空微电子器件：它是微电子技术、MEMS技术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关速度、非常好 的抗辐照能力和极佳的温度特性。主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真空微电子毫米波器件、真 空微电子传感器等
• 电力电子器件：包括利用MEMS技术制作的垂直导电型MOS(VMOS)器件、V型槽垂直导电型 MOS(VVMOS)器件等各类高压大电流器件
• 微惯性传Байду номын сангаас器及微型惯性测量组合能应用于制导、 卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车 防抱死系统(ABS)、稳定控制和玩具
• 微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护 • MEMS系统还可以用于医疗、高密度存储和显示、
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MEMS的分类
• 微传感器：
• 机械类：力学、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、 位置、流量传感器
• 磁学类：磁通计、磁场计 • 热学类：温度计 • 化学类：气体成分、湿度、PH值和离子浓度传感器 • 生物学类：DNA芯片
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DMD——应用
第43页/共67页
DMD——应用
第44页/共67页
光开关
微机械1X4光开关
微机械1X8光开关
第45页/共67页
光开关
微机械22光开关
微机械2 2光开关
第46页/共67页
光纤固定结构
• V形槽 • 各种卡紧结构
第47页/共67页
光栅及光栅光谱仪
• 原理 • 不同类型的光栅
外腔激光器、光编码器等
第19页/共67页
MEMS的分类
• 真空微电子器件：它是微电子技术、MEMS技术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关速度、非常好 的抗辐照能力和极佳的温度特性。主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真空微电子毫米波器件、真 空微电子传感器等
• 电力电子器件：包括利用MEMS技术制作的垂直导电型MOS(VMOS)器件、V型槽垂直导电型 MOS(VVMOS)器件等各类高压大电流器件
• 微惯性传Байду номын сангаас器及微型惯性测量组合能应用于制导、 卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车 防抱死系统(ABS)、稳定控制和玩具
• 微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护 • MEMS系统还可以用于医疗、高密度存储和显示、
MEMS简介3PPT课件
全球微机电系统市场销售额分析：
✓在全球前30名MEMS公司的榜单中，很多公司受惠于智能手机市场的 蓬勃发展。例如瑞声科技（AAC）凭借MEMS麦克风的强劲增长（2012 年营收增长90%，达到6500万美元），首次挤进全球前30名。 ✓中国驻极体麦克风供应商购买英飞凌（Infineon）的MEMS裸片，然后 自己做封装、测试和销售，并成为苹果iPhone的第二货源。
• 意法半导体于2006 年成为全球首家以200 mm 晶圆生产MEMS 传感 器的厂商；
• IHS iSuppli 的统计数据显示：
a. 2012 年全球MEMS 芯片市场成长约5%，规模达到83 亿美元； b. 意法半导体与博世并列全球第一大MEMS 供应商，其中意法半导体营收年成长率23%
，博世年成长率为8%；
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
(1)美国
MEMS的研究在60年代首先从斯坦福大学开始，逐步扩展到佐治亚理 工学院和加利福尼亚大学洛杉矶分校等大学，众多美国大学拥有了 100～150mm晶圆生产线。
(2)法国
法国有关MEMS的研发基地较为集中，主要由国立研究所法国LETI（ Laboratoire dElectronique de Technologie de lInformation，电子和信息 技术实验室）承担。
➢ MEMS与CMOS制程技术的整合
➢ 3D 封装技术在异质整合特性下，可进一步整合模拟RF、数字Logic、 Memory、Sensor、混合讯号、MEMS 等各种组件
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
3.2.3 MEMS晶圆代工厂
• 近几年以来美国也有几家规模较小的晶圆代工厂，持续投入资源用 于MEMS晶圆代工；
✓在全球前30名MEMS公司的榜单中，很多公司受惠于智能手机市场的 蓬勃发展。例如瑞声科技（AAC）凭借MEMS麦克风的强劲增长（2012 年营收增长90%，达到6500万美元），首次挤进全球前30名。 ✓中国驻极体麦克风供应商购买英飞凌（Infineon）的MEMS裸片，然后 自己做封装、测试和销售，并成为苹果iPhone的第二货源。
• 意法半导体于2006 年成为全球首家以200 mm 晶圆生产MEMS 传感 器的厂商；
• IHS iSuppli 的统计数据显示：
a. 2012 年全球MEMS 芯片市场成长约5%，规模达到83 亿美元； b. 意法半导体与博世并列全球第一大MEMS 供应商，其中意法半导体营收年成长率23%
，博世年成长率为8%；
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
(1)美国
MEMS的研究在60年代首先从斯坦福大学开始，逐步扩展到佐治亚理 工学院和加利福尼亚大学洛杉矶分校等大学，众多美国大学拥有了 100～150mm晶圆生产线。
(2)法国
法国有关MEMS的研发基地较为集中，主要由国立研究所法国LETI（ Laboratoire dElectronique de Technologie de lInformation，电子和信息 技术实验室）承担。
➢ MEMS与CMOS制程技术的整合
➢ 3D 封装技术在异质整合特性下，可进一步整合模拟RF、数字Logic、 Memory、Sensor、混合讯号、MEMS 等各种组件
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
3.2.3 MEMS晶圆代工厂
• 近几年以来美国也有几家规模较小的晶圆代工厂，持续投入资源用 于MEMS晶圆代工；
MEMS麦克风的基本原理PPT课件
.
• 大多数MEMS麦克风的灵敏度随频率升高而
提高，这是声孔的空气与麦克风前室的空
气相互作用的结果。这种交互作用产生了
Helmholtz谐振，这与吹瓶产生的声音的现
象相同。像吹瓶子一样，空气容积越小，
谐振频率越高；反之，空气容积越大，谐
振频率越低。下置声孔麦克风将声学传感
器直接置于声孔之上，这样设计导致前室
.
频响 MEMS麦克风频响是在不同频率时指灵敏度的变化。麦克风频响通常在1 kHz 时设为0 dB，对不同频率下 的灵敏度进行归一化处理。大多数MEMS麦克风的灵敏度都低于100Hz，在出现Helmholtz谐振后开始上 升，达到大约4kHz至6kHz之间。这就是许多MEMS麦克风将频响指定在100Hz至10kHz之间的原因。不过， 高性能的MEMS麦克风在20Hz至20kHz全音频带内拥有较平坦的频响曲线。
• 顾名思义，数字MEMS麦克风的输出为数字信号，可在高低逻辑电平之间转换。大多数数字麦克风 采用脉冲密度调制技术 (PDM)，生成过采样率较高的单个比特的数据流。脉冲密度调制麦克风的脉 冲密度与瞬间空气压力级成正比。脉冲密度调制技术与D类功放所用的脉宽调制（PWM）技术相似， 不同之处是，脉宽调制技术的脉冲间隔时间是定量，使用脉宽给信号编码，而脉冲密度调制则相反， 脉宽是定量，使用脉冲间隔时间给信号编码。
• 数字麦克风输出相对来说具有较高的抗噪性，但是信号完整性却是一个令人们关心的问题，因为寄 生电容以及麦克风输出与系统芯片之间的电感导致信号失真。阻抗失匹也会产生反射问题，若数字 麦克风与系统芯片间隔较大，反射现象将会导致信号失真。
• 虽然数字麦克风不需要编解码器，但是，脉冲密度调制输出的单比特PDM格式在大多数情况下必须 转转换成多比特脉冲代码调制(PCM)格式。很多编解码器和系统芯片都有PDM输入，其内部滤波器 负责将PDM数据转换成PCM格式。微控制器也使用同步串行接口捕获数字麦克风的PDM数据流，然 后通过软件滤波器将其转换成PDM格式。
• 大多数MEMS麦克风的灵敏度随频率升高而
提高，这是声孔的空气与麦克风前室的空
气相互作用的结果。这种交互作用产生了
Helmholtz谐振，这与吹瓶产生的声音的现
象相同。像吹瓶子一样，空气容积越小，
谐振频率越高；反之，空气容积越大，谐
振频率越低。下置声孔麦克风将声学传感
器直接置于声孔之上，这样设计导致前室
.
频响 MEMS麦克风频响是在不同频率时指灵敏度的变化。麦克风频响通常在1 kHz 时设为0 dB，对不同频率下 的灵敏度进行归一化处理。大多数MEMS麦克风的灵敏度都低于100Hz，在出现Helmholtz谐振后开始上 升，达到大约4kHz至6kHz之间。这就是许多MEMS麦克风将频响指定在100Hz至10kHz之间的原因。不过， 高性能的MEMS麦克风在20Hz至20kHz全音频带内拥有较平坦的频响曲线。
• 顾名思义，数字MEMS麦克风的输出为数字信号，可在高低逻辑电平之间转换。大多数数字麦克风 采用脉冲密度调制技术 (PDM)，生成过采样率较高的单个比特的数据流。脉冲密度调制麦克风的脉 冲密度与瞬间空气压力级成正比。脉冲密度调制技术与D类功放所用的脉宽调制（PWM）技术相似， 不同之处是，脉宽调制技术的脉冲间隔时间是定量，使用脉宽给信号编码，而脉冲密度调制则相反， 脉宽是定量，使用脉冲间隔时间给信号编码。
• 数字麦克风输出相对来说具有较高的抗噪性，但是信号完整性却是一个令人们关心的问题，因为寄 生电容以及麦克风输出与系统芯片之间的电感导致信号失真。阻抗失匹也会产生反射问题，若数字 麦克风与系统芯片间隔较大，反射现象将会导致信号失真。
• 虽然数字麦克风不需要编解码器，但是，脉冲密度调制输出的单比特PDM格式在大多数情况下必须 转转换成多比特脉冲代码调制(PCM)格式。很多编解码器和系统芯片都有PDM输入，其内部滤波器 负责将PDM数据转换成PCM格式。微控制器也使用同步串行接口捕获数字麦克风的PDM数据流，然 后通过软件滤波器将其转换成PDM格式。
MEMS技术及其应用(整理版)ppt课件
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6
世界上第一个微静电马达
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7
What is the peculiarity of MEMS technology?
MEMS是受到集成电路工艺的启发而发展起来的，它不仅具有集 成电路系统的许多优点，同时集约了多种学科发展的尖端成果。
1、微型化特点 2、多样化特点 3、稳定性特点
These systems merge computation with sensing and actuation to perceive the physical world at a miniaturized level.
精选PPT课件
4
MEMS定义
早在二十世纪六十年代，在硅集成电路制造技术发明不久，研究人员 就想利用这些制造技术和利用硅很好的机械特性，制造微型机械部件，如 微传感器、微执行器等。如果把微电子器件同微机械部件做在同一块硅片
17
生物医疗和医学上的应用
微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。例如:将微型传感器用口服或皮下 注射法送入人体 ,就可对体内的五脏六腑进行直接有效的监测 。 将特制的微型机器人送入人体 ,可刮去导致心脏病的油脂沉积物 ,除去体内的胆固醇 , 可探测和清除人体内的癌细胞 ,进行视网膜开刀时 ,大夫可将遥控机器人放入眼球内 , 在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送药等方面应用甚广。 MEMS的微小 可进入很小的器官和组织 和智能 能自动地进行细微精确的操作 的特 点 ,可大大提高介入治疗的精度 ,直接进入相应病变地进行工作 ,降低手术风险。 同微电子,集成电路,IC,工艺,设计,器件,封装,测试,MEMS时 ,可进行基因分析和遗传诊 断 ,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、微器皿和微流量计的器 件适合于操作生物细胞和生物大分子。所以 ,微机械在现代医疗技术中的应用潜力巨 大 ,为人类最后征服各种绝症延长寿命带来了希望。