MEMS传感器发展现状及在自动驾驶汽车中的应用

互联网 · 电子工程世界·2021-06-10 00:00

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6月10日,在南京举办的世界半导体大会《汽车半导体创新协作论坛》上,华东光电集成器件研究所副所长展明浩带来主题为《MEMS传感器发展现状及在自动驾驶汽车中的应用》的报道。

华东光电集成器件研究所副所长展明浩

我的介绍分为四个方面:传感器简介;MEMS传感器发展以及现状;MEMS传感器在自动驾驶汽车中的应用;本单位MEMS传感器的产业情况。

一、传感器简介:分为传感器概念、传感器发展历程和MEMS传感器概念。
传感器概念。通俗讲就是检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息转换成为电信号或其他所需形式的信息输出,包括转换元件、条理电路、敏感元件。

从17世纪发展温度计开始发展经历了三个阶段:结构型传感器、固体型传感器、MEMS传感器,它是兼容的MEMS技术。随着集成电路工艺的不断完善,传感器工艺技术实现微型化和集成化、智能化。

MEMS传感器:采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。特点是体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化,易于集成和实现智能化的特点。IC和MEMS结合新型的传感器。右图可以看到以前的传感器是机械加工的方法,现在用集成电路技术,光刻、刻蚀等技术发展MEMS传感器。

二、MEMS传感器发展历程及现状

发展里程碑。第一个是MEMS压力传感器诞生—体硅各向异性化学腐蚀工艺。1970年Waggener提出电化学自停止腐蚀技术,获得精确控制KOH腐蚀体硅的工艺,所以体硅工艺在这一年诞生了。IBM实验室的Kurt  Peterson利用电化学自停止腐蚀技术制作了硅基压力传感器,1974年,压力传感器最早成功的MEMS商业化产品。

第二个是MEMS惯性传感器诞生—平面牺牲层工艺。1988年Berkley利用牺牲层工艺制作了首个静电驱动马达;1989年制作了平面横向静电驱动器;1992年Draper实验室报道了首款微机陀螺;1993年ADI加速度计量产CMOS-MEMS工艺。

第三个是光MEMS器件—平面牺牲层工艺。1987年德州仪器发布DLP芯片问世;1997年实现民用化。

第四个是深硅刻蚀工艺—1994年。德国BOSCH公司发明DRIE技术,便于形成高深宽比、高垂直度结构,颠覆未来MEMS工艺技术的发展方向。

进入21世纪以来MEMS技术以超高速创新发展诞生了很多新型传感器。这是惯性、光MEMS、生物治疗MEMS、射频MEMS等等。

三、MEMS五传感器在自动驾驶汽车中的应用

国家发展改革委、中央网信办等11部委联合印发的智能汽车行业发展顶层设计和国家级战略。

MEMS传感器在自动驾驶领域中的应用—这是中国智能车联网技术路线图,从L1级到L4级,L5级,到2025年实现L4,L5级的无人驾驶。

无人驾驶发展路线。未来的自动驾驶联合自主化和网联化形式,两种技术互为补充形成自动驾驶的能力。这是无人驾驶交叉多技术、产业融合技术。

感知是智能驾驶的前提。外界环境的高灵敏度感知技术是汽车自动驾驶基础关键技术之一,它是通过安装在智能网联汽车和周边的传感器及网络,实时识别。所以自动驾驶汽车都布满了传感器。

IMU在无人驾驶中扮演重要角色。

惯性测量单元。是所有定位系统中最关键的传感器之一,测量运动、加速度和旋转速度的基本物理量,而且不受天气和其他环境的影响,不受任何干扰。IMU和相关数据融合也是自动驾驶很关键的部分。

四、本单位MEMS传感器的产业情况

华东光电集成器件研究所是中国高端芯片联盟成员单位,是中国物联网产业联盟副理事长单位,是国家集成电路封测产业链技术创新联盟成员单位,也是国家发改委批复的微电子机械系统(MEMS)联合实验室。

我们具有一条6英寸MEMS体谷SOI工艺平台,包含硅硅键合、高深宽笔SOI结构刻蚀释放、高深宽比TSV刻蚀与填充,也列了一些产品。

平台情况。我们有完整的设计平台,里面有系统设计、结构设计、ASIC设计和版图设计。

MEMS制造平台:有SOI体硅工艺体系、TSV工艺体系、压轴体硅工艺体系。一站式给用户提供定制服务。

这里是我们单位传感器实现产业化的情况,一是MEMS气体传感器用在家用呼吸机、惯性传感器用在康复医疗,同时也用在自动驾驶汽车上,还有MEMS红外传感器用在额温枪,压力传感器、超声换能器、实现量产的光微镜是用在激光雷达上的。

总结

微机电系统涉及物理、半导体、化学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多学科;


随着新技术、新工艺的出现,以MEMS技术为代表的半导体行业,将加速进入发展的快车道;


MEMS技术将使传感器应用领域发生颠覆性变化和更多场景的应用;


MEMS技术在自动驾驶等未来领域发挥着越来越重要的作用,促进自动驾驶早日走向我们的生活;


5G、自动驾驶、新型智慧城市等国家发展战略促进下,将进一步促进MEMS产业上下游产业链繁荣与发展;


国内MEMS厂家正逐步走向世界舞台,在性能、市场空间等方面优势愈发明显。


关键字: MEMS传感器 5G 自动驾驶 世界半导体大会 编辑:鲁迪 引用地址: //news.eeworld.com.cn/qcdz/ic538236.html

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