高精度MEMS陀螺仪深度之一：原理、工艺与产业链

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MEMS陀螺仪利用科里奥利力去测量角速度，用MEMS工艺实现，一般采用梳齿电容静电驱动质量块振动，角速度带来质量块另外一个方向的位移，用电容检测该位移从而计算出角速度。MEMS陀螺仪基本都是谐振式陀螺仪，主要部件有支撑框架、谐振质量块及激励和测量单元，工作模态分为驱动模态与检测模态，两种模态的工作状态、稳定控制及后续信号处理都需要通过外围电路来实现，静电驱动是目前大部分MEMS陀螺仪采用的驱动方法，检测方式包括电磁检测、电容检测、压电检测和压阻检测等。

零偏稳定性是衡量陀螺仪性能的主要核心指标，用来衡量陀螺仪在一个工作周期内，当输入角速率为零时，陀螺仪输出值围绕其均值的离散程度，数值越小表示性能越高。按照该指标不同，陀螺仪又分为消费级、战术级、导航级、战略级，当前MEMS陀螺仪可以达到导航级的精度水平。MEMS陀螺仪因其体积小、重量轻、功耗低、成本低等诸多优点，在消费电子领域已经获得了广泛应用，随着技术进步，高精度MEMS陀螺仪在工业、商用航空航天、商用船舶导航以及武器装备领域的渗透率存在较大提升空间。

由于MEMS传感器中复杂的极微小型机械系统的存在，MEMS传感器的芯片设计和工艺研发必须紧密配合。一方面，制造端已有的工艺路线在很大程度上决定了芯片的设计路线；另一方面，芯片的设计路线又需要对制造端的工艺模块进行重组和调试。因此，MEMS传感器的研发企业必须同时进行芯片和工艺端的研发。在MEMS陀螺仪工艺路线上，SOI结构渐渐成为加工MEMS器件的主要技术，ASIC一般采用CMOS工艺；MEMS器件一般采用晶圆级封装，CMOS、MEMS等器件集成封装正在向3D集成技术发展，用较短的垂直互连取代很长的二维互连，从而减低了系统寄生效应和功耗，并达到体积最小化和优良电性能的高密度互连目的。

国内MEMS陀螺仪相关厂商包括芯动联科、美泰科技、深迪半导体、矽睿科技等。其中，芯动联科主要做高性能产品，典型产品33系列陀螺仪的零偏稳定性为0.1°/h，相较于其他厂商，该指标领先1-2个数量级。

风险提示：MEMS陀螺仪性能提升速度趋缓、MEMS陀螺仪行业竞争加剧、存在其他新技术替代MEMS陀螺仪等。

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