你知道智能手環(huán)是如何進(jìn)行步數(shù)統(tǒng)計，從而計算你的運動消耗的嗎？

你知道人們是如何通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測森林野火，從而減緩全球變暖的嗎？

你知道安全氣囊是如何準(zhǔn)確判斷彈出時機(jī)，從而挽救千萬人生命的嗎？

其實這一切背后的大功臣，只是一顆小小的MEMS傳感器。

MEMS的全稱是微型電子機(jī)械系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System），是集微傳感器、微執(zhí)行器、微機(jī)械結(jié)構(gòu)、微電源微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。而MEMS傳感器就是在微電子和微機(jī)械加工技術(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)各種需求結(jié)合電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)制造出來的新型傳感器。

這些傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至比頭發(fā)絲還要細(xì)，它們可以將微觀運動轉(zhuǎn)化為電信號，在進(jìn)行簡單的處理后，把信號傳輸給不同的控制器。它們讓電子系統(tǒng)像器官一樣學(xué)會看、聽、聞和感覺，可以說，它們就是“機(jī)器的感官”。

博世MEMS歷史

早在1970年，博世就開始了MEMS在發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)中壓力傳感器應(yīng)用的嘗試與研究。經(jīng)過長時間的技術(shù)積淀，在1992年，博世的科學(xué)家們初步研發(fā)出一種可以在硅片上進(jìn)行高精度蝕刻的技術(shù)工藝并提交了專利申請。終于在1994年，這項專利正式獲批，這種技術(shù)工藝就是深層反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)（DRIE）。憑借其極高的精度，我們可以在硅片上生成幾乎任何幾何形狀的結(jié)構(gòu)。它的誕生是MEMS傳感器研發(fā)生產(chǎn)里程碑式的突破，它使得工程師能夠縮小傳感器的尺寸，并在提高精度的同時極大地降低了成本，成為了博世建立微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。因此，DRIE也被稱為“博世工藝”，博世將這一工藝授權(quán)給其他半導(dǎo)體廠商，成為了微電子領(lǐng)域的全球標(biāo)準(zhǔn)。

1995年，在“博世工藝”的助力下，博世加速推進(jìn)車用MEMS傳感器的研發(fā)進(jìn)程，首款用于發(fā)動機(jī)管理的壓力傳感器投入量產(chǎn)，為現(xiàn)代移動技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展鋪平道路。1998年，博世推出了首款用于ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)的MEMS偏航率傳感器。隨著駕駛輔助技術(shù)的發(fā)展和成熟，ESP逐漸成為汽車中的標(biāo)準(zhǔn)配置。研究表明，這樣的系統(tǒng)每年可以挽救1萬多條生命，而 MEMS傳感器就是這背后不為人知的大功臣。

MEMS傳感器工作原理和應(yīng)用

看到這，你可能會提出這樣的疑問：這個小小的MEMS傳感器究竟是如何拯救生命的呢？

讓我們把鏡頭放大，再放大，把目光轉(zhuǎn)向這個“大功臣”的內(nèi)部，仔細(xì)地看看它的結(jié)構(gòu)。

以應(yīng)用在安全氣囊系統(tǒng)中的博世高加速度傳感器SMA7xy為例，我們能看到，這個小小的傳感器主要分為兩個部分：左側(cè)是微機(jī)械構(gòu)成的梳狀結(jié)構(gòu)，右側(cè)是信號處理器。其實，這個梳狀結(jié)構(gòu)就是MEMS傳感器感知加速度的關(guān)鍵所在。在這個“小梳子”里，左右兩側(cè)的極板是固定的，而中間的“王”字形結(jié)構(gòu)即質(zhì)量塊的兩端連接著彈簧，是可活動的。在車輛行駛的過程中，當(dāng)加速度在特定方向作用時，質(zhì)量塊會隨著加速度的變化在極板間來回運動，這就引起了質(zhì)量塊和極板之間電容的改變。所有電容的變化都會被記錄下來，從梳狀結(jié)構(gòu)傳遞給信號處理器。通過電容的變化，處理器就能得出對應(yīng)的加速度，并將信號進(jìn)一步傳遞給控制系統(tǒng)，從而下達(dá)相應(yīng)的指令。

和加速度傳感器一樣，不同類型的MEMS傳感器都是通過不同的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)需求結(jié)合各種學(xué)科技術(shù)來實現(xiàn)各種感知功能。它們憑借微小的身材和精細(xì)的感知，被應(yīng)用在各種各樣的汽車系統(tǒng)中。例如應(yīng)用在自動駕駛系統(tǒng)的博世高性能慣性傳感器SMU2xy，應(yīng)用在發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的博世大氣壓力傳感器SMP581，應(yīng)用在導(dǎo)航系統(tǒng)中的博世組合慣性傳感器SMI230以及應(yīng)用在主動懸架系統(tǒng)中的博世低加速度傳感器SMA73x等等。今天，每一輛現(xiàn)代汽車平均包含五個博世MEMS傳感器。

除了車用領(lǐng)域，博世還發(fā)現(xiàn)了MEMS傳感器在其他應(yīng)用中不斷增長的潛力，尤其是在消費電子產(chǎn)品中。2005年，博世成立了博世傳感技術(shù)有限公司，開始在新品層出不窮的消費電子市場中開疆拓土。博世的MEMS傳感器也被應(yīng)用在智能手機(jī)和例如智能手表、健身臂帶和智能眼鏡等可穿戴設(shè)備中，用來感知和評估海量的信息。現(xiàn)在，在全球范圍內(nèi)，每一秒鐘都有智能手機(jī)正在使用博世MEMS傳感器。

博世是全球領(lǐng)先的MEMS供應(yīng)商

自MEMS問世以來，博世一直走在MEMS技術(shù)前沿，被全球知名咨詢機(jī)構(gòu)IHS Technology和Yole Développement認(rèn)證為全球領(lǐng)先MEMS供應(yīng)商。

自1995年開始生產(chǎn)以來，博世已經(jīng)生產(chǎn)了超過100億顆MEMS傳感器?，F(xiàn)在，博世每天生產(chǎn)超過400萬個MEMS傳感器。在前沿技術(shù)與工藝的基礎(chǔ)上，博世持續(xù)推動技術(shù)創(chuàng)新，不斷地減少尺寸、重量、功耗和成本。目前，博世始終具備著最好的MEMS創(chuàng)新能力，擁有以及申請了超過1000項MEMS技術(shù)專利。在剛開始生產(chǎn)MEMS傳感器時，首款加速度傳感器的邊緣長度為133毫米。而如今，博世產(chǎn)品組合中最小的MEMS傳感器的邊緣長度僅為1.56毫米，比一個針頭還要小，80多個這樣的微芯片可以平鋪在一個拇指指甲上。這表明了在約25年內(nèi)，傳感器尺寸縮小了85倍。

博世對MEMS的研究涵蓋了整個價值鏈——從生產(chǎn)工藝的開發(fā)、MEMS傳感器研發(fā)設(shè)計，到生產(chǎn)、封裝、測試和銷售，這使得博世對這些微型的技術(shù)奇跡和它們的復(fù)雜的功能研發(fā)和實現(xiàn)有著深刻的了解。未來，博世也將致力創(chuàng)新，持續(xù)革新技術(shù)和產(chǎn)品，用“博世工藝”進(jìn)一步塑造明日的智能出行和智慧生活。

原文標(biāo)題：半導(dǎo)體 | 用“博世工藝”孕育“機(jī)器感官”

文章出處：【微信公眾號：博世汽車電子事業(yè)部】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。