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扫描电子显微镜

Scanning Electron Microscope

 
 
 
 
 

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扫描电镜解析:陀螺仪  

2011-02-19 21:45:57|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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苹果在WWDC2010大会中首次提到iPhone 4内置陀螺仪,但A4处理器,视网膜显示器,外接天线这些方面很大程度上掩盖了这一改进。振动陀螺仪包含大量技术改进(iPhone  4拆解),当然随意的观察者可能会忽视芯片本身所包含的重要内容。我们与Chipworks 公司的合作伙伴细致为你展示这些芯片内部 。 
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 
步骤1( iPhone 4陀螺仪拆卸) 
在我们展示细节之前,先来了解陀螺仪是做什么的吧。
根据维基百科的定义:「陀 螺仪是一种用来传感与维持方向的装置,基于角动量守恒的理论设计出来的。」这句话的要点是测量或维持 方向,这是iPhone 4 为何搭载此类设备的原因。
机械陀螺仪 – 上方图示中 –  使用在一个旋转的转子中心检测所示的方向转变。
在iPhone 4采用了微电子版振 动陀螺仪,即所谓的MEMS陀螺仪。

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 

 
步骤2 
 微机电系统(MEMS)是一种嵌入式系统,集成了一个体积很小的大规模集成电路和机械部件。
一个基本的 MEMS 设备由专用集成电路(ASIC)和微机械硅传感器组成。
在 iPhone 4 中发现的 AGD1 2022 FP6AQ 芯片据传是由 ST  微电子设计的 MEMS 陀螺仪。

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔--- 
步骤3

Chipworks公司已确认iPhone 4  内置的MEMS陀螺仪与现有的STMicroelectronicsL3G4200D陀 螺仪几乎一致。
左侧是在 L3G4200D 中发现的  GK10A MEMS 内核照片。
GK10A  由一个被称作「待验质量」的金属片组成,当驱动信号加载于驱动电容片时,导致其产生振动(振荡)。
当用户旋转手机,在科里奥利力(Coriolis force)的作用下,在 X,Y 及 Z  轴产生偏移。ASIC处理器感知到待验质量通过其下电容器板和位于边缘的指电容偏移,
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---
 
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---
 步骤4 
 
上图中的 V654A 芯片将来自 GK10A  中微小的电容信号转换成 iPhone 4 可以接收的数字信号。
该数据可用于多种情况,例如视频游戏中的方向盘 转动,或qiang眼瞄准。
对于机械工程师:在MEMS陀螺仪的灵敏度,通 常以mV/dps(度/每秒),所以在毫伏振荡器(in mV)的灵敏度(mV/dps)除以规定的角速度适用于度/每秒。
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---
 
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---
 

步骤5

上图并不是 iPhone 4  的元件,但放在这里是为了解释 MEMS 陀螺仪不可思议的结构。
照片所显示的是 ST LYPR540AH 三轴陀螺仪,通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄。
MEMS 器件需要极其复杂和敏感的制造工艺,才能生产出准确可靠的传感器。
多数MEMS器件需要对薄 膜层沉积结合,蚀刻后保留覆盖图案的薄膜层沉积区域,消除多余的薄膜层产生最终产品。
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---
 
iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---
 
 
 
 
 


步骤6 
 有的 MEMS 陀螺仪的振荡器设计令人赞叹,例如上图的 Kionix 陀螺仪。这是一种肉眼看不见的美, 深藏在黑色的封装结构中。
图像中的比例尺显示了其极小的规格。第二幅图片(可访问  iFixit 网站查看)中振荡器的厚度大约为头发平均直径的四分之一,或三个红细胞并列的长度。

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 步骤7 
 这里展示的是 SiTime 公司的 SI8002AC,外防护罩已移除。
一种ASIC –  它转换振荡器的原始信号 – 堆叠在振荡器上方,二者用线连接以利信号传输。整个单元密实的封装在塑料外壳中。
第二幅是Bosch  BMA 220层叠核心的 X 光结构照片。电线将二者连接在一起,并将信号引至球形栅格阵 列。
堆叠式芯片使得制造商在同一封装内加入更多的功能。这对 iPhone 4 等移动设备来说尤其重要,因为电路板空间有限。

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 步骤8 
 这两张照片是扫描电子显微镜所摄 SiTime SI8002 AC 内的振荡器。
MEMS  器件的设计、制造与实施需要大量的工程学内容。MEMS  器件真正弥合了电子与机械工程之间的缺口。而设计这样的设备需要工业、材料、机械、电子、和软件工程的通力合作。
大力感谢 Chipworks 提供的图片!
 
在iPhone  4陀螺仪包含GK10A微机电系统芯片振动陀螺仪具有包括汽车偏航传感器,游戏控制器,摄像机和图像稳定方面的实际用途。现在,iPhone  4应用程序和游戏也可以受益于他们精确作用。该拆 解不仅涵盖了iPhone 4的陀螺仪,而且包括振动陀螺仪。我们尽力解释振动陀螺仪的 功能,并在微观水平记录它们内部作用。 

iPhone 4陀螺仪拆解(扫描电镜多图) - 驰奔 - ---DEMA 驰奔---

 
STLYPR540AH三轴MEMS陀螺仪,扫描电子显微镜拍摄。

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