邁鑄半導(dǎo)體推出基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機(jī)解決方案

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場的蓬勃發(fā)展，設(shè)備的供能及續(xù)航正在成為新的挑戰(zhàn)，低功耗技術(shù)需求越來越多。例如智能手環(huán)/手表作為物聯(lián)網(wǎng)市場中的火爆可穿戴產(chǎn)品，其中集成的各種傳感器結(jié)合精確的算法能夠?qū)崿F(xiàn)人體運(yùn)動及健康監(jiān)測，然而功耗問題一直制約著智能手環(huán)/手表的發(fā)展，因此不僅需要低功耗藍(lán)牙（BLE）通信技術(shù)，還亟需改進(jìn)供能方式并實(shí)現(xiàn)智能電源管理功能。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，上海邁鑄半導(dǎo)體科技有限公司（中文簡稱：邁鑄半導(dǎo)體；英文簡稱：MCT）推出一種基于MEMS線圈的指尖陀螺發(fā)電機(jī)（超薄發(fā)電機(jī)）解決方案，其中的MEMS線圈采用邁鑄半導(dǎo)體獨(dú)有的MEMS-Casting?（微機(jī)電鑄造）技術(shù)制作而成。

這種創(chuàng)新的超薄發(fā)電機(jī)解決方案由數(shù)個MEMS線圈集成PCB板組成，總厚度可以薄至毫米（mm）級別。結(jié)合磁環(huán)組，該超薄發(fā)電機(jī)解決方案可以通過手指撥動輸出高達(dá)百毫瓦（mW）級的功率輸出，該功率已能滿足許多低功耗場景應(yīng)用需求。

傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的制作過程需要在電工硅鋼片骨架上繞制漆包線，如圖1所示。而邁鑄半導(dǎo)體推出的基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機(jī)拋棄了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的制作方法，將發(fā)電機(jī)的線圈與控制電路集成到一塊PCB板上，從而可以在電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)一步集成與融合，如圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的定子/轉(zhuǎn)子需要繞制漆包線

圖2 邁鑄半導(dǎo)體展示的基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機(jī)，其中MEMS線圈在PCB板上呈放射狀排布，結(jié)合磁環(huán)組形成完整的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

目前，基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機(jī)解決方案主要用于低功耗設(shè)備供電，通過手指轉(zhuǎn)動可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)近100 mW的發(fā)電功率。具體的發(fā)電功率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，理論上發(fā)電功率與轉(zhuǎn)速的平方成正比。此次，邁鑄半導(dǎo)體推出的超薄發(fā)電機(jī)解決方案包括單相和三相兩種結(jié)構(gòu)形式，其中單相發(fā)電機(jī)方案采用了24顆MEMS線圈，而三相發(fā)電機(jī)方案采用了21顆MEMS線圈。標(biāo)準(zhǔn)的超薄發(fā)電機(jī)如圖3所示，外徑為46 mm，厚度約為5 mm（可以薄至3 mm）。

此外，邁鑄半導(dǎo)體還可根據(jù)客戶的需求配置不同數(shù)量的MEMS線圈以實(shí)現(xiàn)超薄發(fā)電機(jī)的定制化。

圖3  單相發(fā)電機(jī)方案和三相發(fā)電機(jī)方案

當(dāng)用手指撥動基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機(jī)時，可以感受到單相發(fā)電機(jī)反饋給手指有更強(qiáng)的顆粒感，并且有振動效果；而三相發(fā)電機(jī)的反饋效果則更平滑，有類似于旋轉(zhuǎn)指尖陀螺的感覺。

受益于較薄的厚度，這種基于MEMS線圈的發(fā)電機(jī)可應(yīng)用于多種低功耗便攜式/可穿戴設(shè)備，例如智能手環(huán)/手表、無電池遙控器等。邁鑄半導(dǎo)體也展示了一些新的應(yīng)用潛力，例如超薄發(fā)電機(jī)與電子墨水屏結(jié)合而成的智能手機(jī)外殼。該手機(jī)殼無需充電，通過手指轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)既可實(shí)現(xiàn)在手機(jī)殼的電子墨水屏上顯示不同的圖案或者文字，徹底解決充電問題（目前還不能給手機(jī)充電）。

圖4 超薄發(fā)電機(jī)與電子墨水屏結(jié)合而成的智能手機(jī)外殼

基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機(jī)結(jié)合匹配的電路可以實(shí)現(xiàn)免電池、電池延長及應(yīng)急供電等應(yīng)用方案。圖5展示了基于單相發(fā)電機(jī)的免電池方案的電路原理圖。單相發(fā)電機(jī)發(fā)電后經(jīng)倍壓整流對電容充電，然后電容的電壓上升并使得電壓檢測芯片啟動工作，并且通過升壓電路提高電壓后穩(wěn)定輸出電能，其中MOS管可以保證電容電壓下降后還可以持續(xù)給升壓電路供電。圖6展示了基于三相發(fā)電機(jī)的電池延長方案的電路原理圖。上述匹配的電路可以與發(fā)電機(jī)的MEMS線圈一起集成到PCB板上，從而可以大大地減少電路的空間占比。

發(fā)電機(jī)型號：MGS-24-4605

圖5 基于單相發(fā)電機(jī)的免電池方案的電路原理圖，該方案可取代電池以解決設(shè)備更換電池的煩惱

發(fā)電機(jī)型號：MGT-21-4605

圖6 基于三相發(fā)電機(jī)的電池延長方案的電路原理圖，該方案可作為電池的補(bǔ)充以延長設(shè)備的續(xù)航時間

MEMS線圈作為邁鑄半導(dǎo)體基于獨(dú)有的MEMS-Casting?技術(shù)制造的芯片式線圈，開創(chuàng)了一種全新的線圈品類。邁鑄半導(dǎo)體此次推出的超薄發(fā)電機(jī)是基于MEMS線圈的一種創(chuàng)新式的擴(kuò)展應(yīng)用解決方案。麥姆斯咨詢從邁鑄半導(dǎo)體獲悉，該公司后續(xù)還將推出更多基于MEMS線圈的應(yīng)用解決方案，希望為各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用提供一些新的思路并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)落地。

如果您對基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機(jī)解決方案感興趣，可以和邁鑄半導(dǎo)體聯(lián)系并申請樣品進(jìn)行測試工作，期待與各位志同道合之士攜手合作。

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上海邁鑄半導(dǎo)體成立于2018年，是中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所孵化企業(yè)。2021年獲高新技術(shù)企業(yè)稱號。公司致力于晶圓級微機(jī)電鑄造（MEMS-Casting）技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，此技術(shù)是本公司研發(fā)的一項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)性技術(shù)，該技術(shù)可通過微納原理將宏觀的鑄造縮小一百萬倍，從而可以在晶圓上實(shí)現(xiàn)鑄造?？蓮V泛應(yīng)用于半導(dǎo)體先進(jìn)封裝、MEMS器件以及三維集成射頻器件等領(lǐng)域。