MEMS传感器技术发展及应用分析

2021-03-27林文浩陈昱夏曼梁明光

电子元器件与信息技术 2021年7期

关键词：传感器系统研究

林文浩，陈昱，夏曼，梁明光

（广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山 528400）

0 引言

现阶段，随着MEMS传感器技术的不断发展，MEMS传感器技术在各个领域得到了广泛运用。在具体应用过程中，技术人员要结合MEMS传感器技术应用实际，科学地进行具体分析，从而全面提高MEMS传感器技术应用研究水平。

1 MEMS传感器技术发展现状

我国在MEMS传感器研究方面的起步较晚，但研究成果较为可观，已经成为国际上重要的研究力量。目前，我国在MEMS传感器设计、测试、装配等多个环节实现了大跨度的提升，形成了具有自主知识产权的多项成果，并组建了代表我国先进MEMS/NEMS研发力量的团队，形成了专门的研发基地，在较短的时间内构建了微纳制造技术研发体系。这些措施促使我国在MEMS/NEMS方面的研究水平不断提升，技术竞争能力也持续加强。

近年来，我国参与MEMS/NEMS研发的企业已经超过200余家，大型集成电路的领军企业也参与到MEMS/NEMS的研发工作中，汽车等行业已经实现了MEMS/NEMS的代工生产，构建了设计、封装、测试等多个环节的全产业研发和生产链条[1]。

在我国的“十二五”计划中，与“工业用高端微纳传感器与系统研究开发”相关的课题有9个，目前这些课题均通过验收环节，这也为MEMS能量收集器方面的研究提供了基础。

未来，传感器的发展方向主要为无源化，以及材料的多元化和微型化，无线MEMS传感器系统可利用能量收集芯片收集其他形式的能源，从而完成能量的聚集与转化，最终实现无源化的应用。在传感器制备期间，材料合成技术也在持续发展，如光纤材料制备技术等，这也能够为材料的多元化发展提供基础。

2 MEMS传感器技术的应用

2.1 在生物医药领域的应用

我国的生物医药领域使用MEMS传感器的频率较高，主要可用于临床化验、健康指数的检测等多项内容。使用的MEMS传感器主要为压力传感器、微型流体传感器等多种系统。将MEMS传感器应用到医用口服液当中，可通过口服方式将芯片送入人体，实现对身体目标器官的检验与分析。此外，还可发挥MEMS传感器的吸附作用，逐渐消除人体内存在的危害细胞等物质，同时清除多余的脂肪，以此降低人体出现心脏疾病的几率。在生物医疗应用方面，MEMS传感器还可介入到手术之前来发挥功能，从而降低术中所形成风险，为提高手术的成功率提供重要的保障[2]。

2.2 在环保项目生产运营管理领域中的应用

从污泥处理方面来讲，企业需在整个运营期间对各类机组进行随时监控，搜集一手数据信息，并将其发送到中央控制室，依据项目的具体要求来完成生产运营系统、全厂视频监控系统等内容的构建。结合项目所提出的具体要求，接入对应的监管平台中，将项目各监控子站的数据同步上传到监管平台，同时还需依据运营平台数据库及界面风格的具体要求，对设计进行统一设置，为后续的数据等层面对接提供便利。为实现上述要求，可对污泥处理企业的运营管理系统E-MES进行深度开发。该系统具有多协议接入功能，可接入到监管平台，对污泥的计量、视频场景等各指标进行远程监控[3]。

2.3 在军事中的应用

将MEMS传感器系统与卫星技术结合使用，便可在既定的空间范围内实现信号传输。由于传感器的质量较小，其可应用在超微型卫星中。但卫星系统的飞行时间较短，这便会影响MEMS传感器在军事系统中发挥更大的作用。部分国家也将其应用在装甲兵的车用轮胎内，可通过使用卫星技术及探测仪等设备，拓展MEMS传感器的应用范围。MEMS传感器的耐磨和耐久性均较为理想，可布设在较为恶劣的环境中。在军事方面，可通过战斗机的弹座系统对传感器进行科学的测试，提升系统对恶劣环境条件的适应性，以此促使传统MEMS传感器芯片能够在使用期间具有更高的稳定性。此外还可对通信环境和地形进行系统识别，以此提高应用功能。

2.4 在航空航天领域中的应用

MEMS传感器能够在航空航天领域具有更为理想的应用前景，不但可将其安装在飞机的核心部分，同时还可依据安装位置来实施更为精准的操作，提高控制的精准性。如在飞机飞行期间，可通过MEMS传感器来分析气流环境、声学等信息，同时对系统的控制部件进行研究，在保证飞机平稳运行的前提下，提高燃料系统的运行效果，减少飞机飞行产生的噪音。此外，MEMS传感器还可用于对宇宙的探索，将其植入到探测设备中，可实现数据的传输，辅助完成拍摄的工作内容。

3 推进MEMS传感器技术发展的建议

3.1 完善产业链

可将研究院、高校作为创新的载体，将工业类的MEMS传感器的研究作为后续的发展方向，设置囊括产品设计、封装和测试等的全产业链的服务平台，打造资源共享的服务体系，从而开辟出技术创新的新渠道。将公共服务平台作为基础，将工业MEMS传感器等的应用作为目标，可尽量对示范企业提供扶持，形成布局更为优化的产业结构[4]。

3.2 攻克关键核心技术

可广泛利用各类资源协同实施研究活动，深化研究多种能量收集器的集成设计、规模化测试、晶圆级封装等技术，研发出多种能量收集器传感设备，从而能够拓展能量收集器的应用范围，促使其发挥作用，实现更为理想的应用效果。

3.3 提升应用规模与水平

可通过发挥公共技术平台的作用来实现多个工业类MEMS传感器等的转化工作，并将其拓展应用到工业互联网领域，针对重点领域和行业应用各类产品，促使产品数量和质量均能够实现质的提升。研究人员需努力挖掘产品的功能及优势，结合产品的特征来将其投放到适合的领域，充分发挥产品的价值，从而实现预期目标。

3.4 加强支持力度

依据我国目前在智能微纳传感设备等方面提出的要求，针对“工业互联网”等的应用需求，选择市场需求量较大的MEMS传感器，开展封装技术、单片集成多传感设备等方面的重点技术研究，充分发挥研究人员的职业精神与素养，深化钻研技术，全面提升产品的技术水平，不断提升我国的科技竞争力，促使我国成为国际工业领域传感器市场的重要供应商，以科技创新推动我国向强国迈进，深化落实科技兴国的战略思想。