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不怕灰塵搗蛋 長「翅膀」的MEMS感測器更精準

上網時間: 2007年11月15日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MEMS  感測器  微機電系統 

微機電系統(MEMS)技術能使探測器中的感測元件尺寸縮小,因而降低其成本、提高其精密度,並提供可媲美半導體的整合度。不幸的是,這個世界並不會因感測器尺寸縮小而縮小,較小的MEMS元件很容易被灰塵和其它微粒阻塞。

而現在Omron Electronic Components宣稱已為MEMS氣流感測器(air-flow sensors)解決了這個問題;該公司所採用的是一種代號叫「企鵝(penguin)」的創新性機械結構。

「我們最新推出的D6F氣流感測器、代號企鵝,永遠不需要過濾器(filter);因為當過濾器被堵塞的時候,可能會干擾氣流量讀數;」Omron Electronic Components總經理Yoshio Sekiguchi表示:「我們是利用旋轉氣流產生離心力(centrifugal force),來解決這個問題。」

Sekiguchi表示,目前全球傳統流量感測器市場規模達10億美元。這些感測器被應用各種領域,從醫療呼吸器(medical respirators)到消費性影音(AV)投影機都有;前者用於監測病患,後者則用於檢測風扇過濾器的阻塞。此外在工業應用方面,包括現有的可變氣流(variable air volume,VAV)通風機(ventilators),以及未來在燃料電池中用於探測氣體交換過程。

「企鵝」如何運作?

像所有的MEMS感測器一樣,該解決方案依賴於如何設計元件中的機械結構。在Omron的D6F氣流感測器中,機械結構在晶片外部展開,形成類波導(waveguide-like)的路徑,就像張開翅膀的企鵝,能加速氣流使之向下沿著某一邊的翅膀,繞過一個銳角(sharp corner)轉角,再從另一邊的翅膀流出。

簡而言之,Omron利用精心設計的氣流路徑形成旋風式氣流,離心力驅使灰塵等重粒子離開位於中央、通向MEMS感測器的路徑,因而可以直接測量氣流,擺脫過濾器的干擾和維護工作,並防止灰塵影響感測器計讀數。

氣流測量本身是利用一個具有雙熱堆(dual thermopiles)的MEMS感測器完成的,這兩個熱堆在一個位於中央的發熱器的兩側,一邊一個。在沒有氣流的時候,兩個熱堆測出的空氣溫度相同。但當有氣流經過熱堆的時候,進口處氣流的溫度低於出口處的氣流溫度,溫度差與氣流流量成正比。

目前Omron的MEMS感測器適用於壓力、慣性(加速度計)、氣流、溫度和紅外線探測;該公司目前也在生產一款應用於4G手機的MEMS高頻15GHz開關,與TeraVicta Technologies競爭。TeraVicta是目前唯一的一家高頻MEMS開關供應商。

「我們估計,4G手機將需要五個高頻開關;」Sekiguchi表示:「我們的高頻MEMS開關壽命將是目前(非MEMS)元件的兩倍,可以開關大約1億次。」

Omron也可提供一款新型MEMS麥克風設計樣品,這是該公司第一款採用表面顯微加工(surface-micromachined)方式製造的MEMS,計劃與Akustica.、Knowles Acoustics和Sonion MEMS等公司的產品競爭。後三家公司目前都在手機和個人電腦麥克風應用領域進行競爭。

此外Omron同時在開發一款採用MEMS技術的“光眼(optical eye)”,該元件整合了一個智慧視覺感測器,可在同一個模組中提供控制與通訊能力。目前也在開發這類產品的還包括美國業者Canesta,以及歐洲公司IEE、CSME。

(參考原文:MEMS chips sprout wings)

(R. Colin Johnson)




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