汽車MEMS市場安裝率節(jié)節(jié)攀升 汽車安全性能要求越來越高

微機械（MEMS）是英文Micro Electro Mechanical systems的縮寫，即微電子機械系統。微電子機械系統(MEMS)技術是建立在微米/納米技術（micro/nanotechnology）基礎上的 21世紀前沿技術，是指對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術。它可將機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統集成為一個整體單元的微型系統。這種微電子機械系統不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據外部的指令采取行動。它用微電子技術和微加工技術(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術)相結合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅動器和微系統。微電子機械系統（MEMS）是近年來發(fā)展起來的一種新型多學科交叉的技術，該技術將對未來人類生活產生革命性的影響。它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、材料等多學科。

微機械陀螺即MEMS陀螺，也稱為硅微陀螺，它的制作是通過采用半導體生產中成熟的沉積、蝕刻和摻雜等工藝，將機械裝置和電子線路集成在微小的硅芯片上完成的，最終形成的是一種集成電路芯片大小的微型陀螺儀。所有的微機械陀螺都是非旋轉裝置，通過獲取一個振動機械元件上的哥氏加速度效應，實現角速率檢測。即一個驗證質量在一個平面內做正弦振動，如果此平面以角速率Ω旋轉，那么哥氏力就會使該質量以垂直于該平面的方向做正弦振動，其幅值正比于Ω。對哥氏力所引起的運動進行測量，就可獲得Ω的信號，這就是微機械陀螺的基本工作原理。

傳統機械陀螺儀主要利用角動量守恒原理，即：對旋轉的物體，它的轉軸指向不會隨著承載它的支架的旋轉而變化。MEMS陀螺儀主要利用科里奧利力（旋轉物體在有徑向運動時所受到的切向力）原理，公開的微機械陀螺儀均采用振動物體傳感角速度的概念，利用振動來誘導和探測科里奧利力。

MEMS陀螺儀的核心是一個微加工機械單元，在設計上按照一個音叉機制共振運動，通過科里奧利力原理把角速率轉換成一個特定感測結構的位移。以一個單軸偏移（偏航，YAW）陀螺儀為例，通過圖利探討最簡單的工作原理。

兩個相同的質量塊以方向相反的做水平震蕩，如水平方向箭頭所示。當外部施加一個角速率，就會出現一個科氏力，力的方向垂直于質量運動方向，如垂直方向箭頭所示。產生的科氏力使感測質量發(fā)生位移，位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為感測器感測部分的動電極（轉子）位于固定電極（定子）的側邊，上面的位移將會在定子和轉子之間引起電容變化，因此，在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉化成一個專用電路可以檢測的電子參數---電容量。

下圖是一種MEMS陀螺儀的系統架構，，陀螺儀的訊號調節(jié)電路可以分為馬達驅動和加速度計感測電路兩個部分。其中，馬達驅動部分是透過靜電引動方法，使驅動電路前后振動，為機械元件提供激勵；而感測部分透過測量電容變化來測量科氏力在感測質量上產生的位移。

當然，MEMS陀螺儀還具有其它功能模塊，比如自檢功能電路，低功耗以及運動喚醒電路等等。

已進入實用的微機械陀螺主要存在以下三種不同結構：框架式角振動陀螺、音叉式梳狀諧振陀螺和振動輪式硅微陀螺（見下圖），這幾種結構的陀螺當前精度已達到1度/小時的量級。

隨著工藝的成熟，制造成千上萬個硅微陀螺將與制造一個硅微陀螺一樣的方便，這種大批量制造的特點使得硅微陀螺的生產成本大大降低，這是它的一個突出的優(yōu)點。其他優(yōu)點有：體積小，質量輕，功耗低，可靠性高，能承受高過載、高沖擊等惡劣的動態(tài)環(huán)境。

MEMS傳感器市場浪潮可以從最早的汽車電子到近些年來的消費電子，和即將來到的物聯網時代。如今單一的傳感器已不能滿足人們對功能、智能的需要，像包括MEMS慣性傳感器、MEMS環(huán)境傳感器、MEMS光學傳感器、甚至生物傳感器等多種傳感器數據融合將成為新時代傳感器應用的趨勢。

在車載導航中，使用的就是MEMS陀螺儀,用來測量車輛轉角的角速度，并對時間進行積分得到車輛的角度變化，根據前一時刻的車輛方向來確定當前時刻車輛的行駛方向。

微機械陀螺儀用于測量汽車的旋轉速度（轉彎或者打滾），它與低加速度計一起構成主動控制系統。所謂主動控制系統就是一旦發(fā)現汽車的狀態(tài)異常，系統在車禍尚未發(fā)生時及時糾正這個異常狀態(tài)或者正確應對個異常狀態(tài)以阻止車禍的發(fā)生。比如在轉彎時，系統通過陀螺儀測量角速度就知道方向盤打得過多還是不夠，主動在內側或者外側車輪上加上適當的剎車以防止汽車脫離車道?，F在這種系統主要安裝于高端汽車上。

目前在汽車MEMS市場，壓力計和加速度計還是占較大份額，但是隨著對汽車安全性能要求越來越高，尤其是在北美和歐洲穩(wěn)定性主控系統的安裝率節(jié)節(jié)攀升，陀螺儀的市場增長率明顯比前兩類要快，在2011年預期達到10%。