中心議題：

• 介紹電容式加速度計的結構和優點
• 分析該電容式加速度計的未來發展趨勢

解決方案：

• 電容式加速度計的電容值一般與電極材料無關
• 用堆棧或並排方式封裝芯片

電容式加速度計是將被測非電量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器。它具有結構簡單、高分辨力、可非接觸測量，並能在高溫
、輻射和強烈振動等惡劣條件下工作等獨特優點。隨著MEMS和半導體製程的進步
，大幅改善其原先的一些使用限製，也讓電容式作法成為今日市場上極受歡迎的一種加速度計設計途徑。

圖2　電容式加速度計的MEMS結構示意圖原文位置
資料來源：ST

dianrongshijiasudujidejiegouzhonghuiyoukeyidongdezhikuaiyuxiangduidegudingduan，fenweizuoweidianrongdeliangji。dangwaijiejiasudushikeyidongjiyugudingjifashengxiangduiweiyishi，liangjijiandedianrongliangyehuichanshengbianhua
，tongguoteshudianlukejiangcibianhualiangzhuanhuanchengxiangduiyingdeshuchuxinhao。

電(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)計(ji)的(de)好(hao)處(chu)甚(shen)多(duo)，比(bi)起(qi)壓(ya)阻(zu)式(shi)或(huo)熱(re)對(dui)流(liu)式(shi)容(rong)易(yi)因(yin)外(wai)界(jie)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)而(er)產(chan)生(sheng)零(ling)位(wei)漂(piao)移(yi)，電(dian)容(rong)式(shi)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)一(yi)般(ban)與(yu)電(dian)極(ji)材(cai)料(liao)無(wu)關(guan)

，因(yin)此(ci)可(ke)選(xuan)擇(ze)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)低(di)的(de)材(cai)料(liao);加上本身發熱極小，溫度對穩定性的影響甚微。此外，電容式除了可以實現微型化需求外，也能在高溫、高壓、強輻射及強磁場等惡劣的環境中工作，也能耐受極大衝擊
，適用範圍極廣。

另一個優點是它的動態響應時間很短，能在幾MHz的(de)頻(pin)率(lv)下(xia)工(gong)作(zuo)
，因(yin)此(ci)特(te)別(bie)適(shi)用(yong)於(yu)動(dong)態(tai)測(ce)量(liang)。又(you)由(you)於(yu)其(qi)介(jie)質(zhi)損(sun)耗(hao)小(xiao)，可(ke)以(yi)用(yong)較(jiao)高(gao)頻(pin)率(lv)供(gong)電(dian)
，因(yin)此(ci)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)高(gao)，可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)高(gao)速(su)變(bian)化(hua)的(de)參(can)數(shu)。除(chu)了(le)上(shang)述(shu)優(you)點(dian)外(wai)，電(dian)容(rong)式(shi)還(hai)可(ke)測(ce)極(ji)低(di)的(de)加(jia)速(su)度(du)和(he)位(wei)移(yi)(0.01mm以下)，靈敏度及分辨力可以做到很高。

圖3　加速度計傳感器的技術原理原文位置
資料來源：ST

在電容式的結構中，當其中的質塊出現加速度運動時，就會產生電容量的差異變化(DC)

，此變化會傳送給另一顆接口芯片(Interface chip)，由它來輸出可量測的電壓值。因此，一個3軸加速度計芯片中必須包含兩大單元，一是單純的機械性MEMS傳感器，它包含測量XY軸的區域及測量Z軸的區域
，內部有成群移動的電子;另一則是標準的ASIC接口芯片
，它會將電容變化轉換為電壓訊號輸出。

傳感器與ASIC接口芯片這兩大單元雖然都可采用CMOS製程來生產，但由於實現技術上的差異，兩者目前大多仍會采用不同的生產流程
，再將兩顆芯片封裝整合在一起，成為係統級封裝(SiP)芯片。這兩顆芯片可以用堆棧(Stacked)或並排(Side by side)方式來進行封裝。采用先進LGA封裝的ST加速度計芯片隻有3×5×1.0mm，此尺寸已相當適合小型化手持設備的使用。

不同的應用需選用不同規格的加速度計，以手持設備的姿態識別與單擊、雙擊動作偵測應用來說
，隻需選用低頻(0~20Hz)的加速度計即可;若需用於硬盤自由墜落的感測保護，必須選用中頻(~50Hz)以上的產品;對於汽車衝撞感測或洗衣機振動感測的應用來說
，就需選用高頻(~100Hz)的加速度計。

未來的MEMS明星
今日MEMS的當紅產品，當然是加速度計，不過
，還有許多的微機電芯片具有極佳的市場爆發力，包括陀螺儀、MEMS麥克風、IMOD顯示器
、嵌入式超小型投影機、MEMS振(zhen)蕩(dang)器(qi)等(deng)。陀(tuo)螺(luo)儀(yi)是(shi)繼(ji)加(jia)速(su)度(du)計(ji)後(hou)另(ling)一(yi)個(ge)備(bei)受(shou)注(zhu)目(mu)的(de)運(yun)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)能(neng)補(bu)足(zu)加(jia)速(su)度(du)計(ji)在(zai)轉(zhuan)向(xiang)角(jiao)度(du)上(shang)的(de)不(bu)足(zu)，因(yin)此(ci)兩(liang)者(zhe)的(de)互(hu)補(bu)能(neng)提(ti)供(gong)更(geng)精(jing)準(zhun)的(de)運(yun)動(dong)行(xing)為(wei)判(pan)斷(duan)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)，陀(tuo)螺(luo)儀(yi)也(ye)能(neng)用(yong)於(yu)照(zhao)相(xiang)防(fang)震(zhen)、3D搖控、空中鼠標
、遊戲遊戲杆等應用中。

新的MEMS麥克風(也稱矽晶麥克風)具有小尺寸、抗噪訊及易開發等優勢，已成為取代傳統駐極體電容式麥克風(Electret Condenser Microphone, ECM)的主流選擇;Qualcomm開發的IMOD(Interferometric Modulator) 技術是一項基於MEMSdegansheceliangtiaojiexianshijishu
，qiangtiaonenggouxiangguangdebomoganshenayang，huoderuhudiechipanghekongqueyumaonayangbanlandesecai
，erqienengbiqitaxianshijishutigonggengdidehaodianliang。

此(ci)外(wai)，超(chao)小(xiao)型(xing)投(tou)影(ying)機(ji)小(xiao)到(dao)能(neng)嵌(qian)入(ru)手(shou)機(ji)當(dang)中(zhong)
，進(jin)而(er)讓(rang)手(shou)機(ji)能(neng)夠(gou)投(tou)射(she)出(chu)更(geng)大(da)的(de)屏(ping)幕(mu)，而(er)不(bu)會(hui)受(shou)限(xian)於(yu)今(jin)日(ri)僅(jin)數(shu)寸(cun)的(de)顯(xian)示(shi)器(qi)
，讓(rang)手(shou)機(ji)用(yong)戶(hu)能(neng)更(geng)進(jin)一(yi)步(bu)地(di)享(xiang)受(shou)視(shi)聽(ting)效(xiao)果(guo)。MEMS振蕩器的應用則將衝擊整個電子產業，因為它已成為長久以來用來提供頻率的石英晶體振蕩器的可行取代方案。

圖4　通過手機、PDA投影的顯示應用模式
資料來源：Microvision

結語
MEMS芯片的運用
，就如同人通過五官接受外界的信息一般

，通過信息處理(如人的大腦)，再(zai)做(zuo)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)動(dong)作(zuo)。這(zhe)種(zhong)能(neng)力(li)讓(rang)微(wei)小(xiao)的(de)芯(xin)片(pian)也(ye)能(neng)具(ju)備(bei)感(gan)知(zhi)與(yu)反(fan)應(ying)能(neng)力(li)
，大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)了(le)機(ji)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)智(zhi)能(neng)性(xing)。我(wo)們(men)今(jin)日(ri)看(kan)到(dao)的(de)微(wei)機(ji)電(dian)芯(xin)片(pian)功(gong)能(neng)或(huo)許(xu)隻(zhi)是(shi)其(qi)能(neng)力(li)的(de)一(yi)個(ge)雛(chu)型(xing)
，未(wei)來(lai)仍(reng)有(you)很(hen)大(da)的(de)想(xiang)象(xiang)空(kong)間(jian)
，等(deng)待(dai)我(wo)們(men)去(qu)實(shi)現(xian)。