导语:随着电子烟市场的不断增长和MEMS器件的广泛应用,电子烟核心器件升级加快,而歌尔微电子(歌尔股份控股子公司,以下简称“歌尔微”)研制的电子烟MEMS气流传感器与传统气流开关相比,在保持优良的性能产品和一致性的同时,良率更高;且凭借其自主研发的MEMS芯片和IC芯片,更易实现器件的稳定供应和整机成本深度优化。

  电子烟的“前世今生”

  1963年,美国人Herbert A. Gilbert取得一款“无烟、非烟草香烟”的专利设计,电子烟的概念就此问世。直到2003年,中国药剂师韩力发明了第一款电子烟。近几年,电子烟作为一种可替代卷烟以减少使用者接触卷烟燃烧产生的多种有毒物和致癌物的产品,以健康、时尚、个性化的形象受到吸烟者的欢迎,加上人们对于健康生活的需求以及各国禁烟力度的加强,传统烟草市场发展滞缓,一定程度上为电子烟行业释放了剩余市场。据国家统计局数据显示,自2016年以来,传统卷烟无论是产量还是销量均呈大幅下降趋势,且始终维持在一个较低的产销量水平。此外,近几年的卷烟期末库存量较年初均出现大幅下降,卷烟存量不断减少。

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  传统烟草增长乏力

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  电子烟高复合增长

  核心器件亟待升级,MEMS器件带来更优解决方案

  电子烟工作原理

  电子烟是利用气流传感器感知人的抽吸动作后,控制放置在烟油中的雾化丝发热,使烟油雾化来模拟真烟体验的电子器件。

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  气流传感器为电子烟核心零部件之一,目前主流的产品方案为电容式咪头。其工作原理是通过气流引起导电薄膜的形变引发等效电容变化来实现,当变化量达到一定值(触发阈值)时,检测模块才对内部输出吸烟信号,工作原理与电容式麦克风相似。

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  咪头工作电路图

  电容式咪头工艺成熟、成本相对较低,为大部分电子烟厂商的选择方案,但随着电子烟行业爆发式增长、竞争加剧和产业的升级,电容式咪头的弊端也逐步显现。首先,对于整机组装,电容式咪头只能采用人工焊接的方式,严重掣肘产能的提升;其次,市面上主要产品一致性较差、性能不稳定,一定程度上影响消费者的使用体验。

  随着MEMS巨头入局,整机成本进一步下探,行业亟需不依赖人工、一致性、稳定性更好的传感器方案。在这种行业需求的大背景之下,MEMS器件以其优异的性能和生产方式成为电子烟核心器件气流传感器最优升级换代解决方案。

  歌尔微作为麦克风行业由电容式向MEMS升级转换的亲历者与行业龙头,凭借对市场的敏锐洞悉与技术的前瞻性以及多年MEMS技术的积累,开创性地开发出可用于电子烟的MEMS气流传感器,并已通过11项专利申请。不仅如此,歌尔微MEMS气流传感器搭载自研开发的MEMS芯片和IC芯片,在保证性能、品质优良的前提下,实现核心芯片自主,大大增强了交付和成本优化的可能性。歌尔微MEMS电子烟用气流传感器已充分获得业内知名客户认可,成为全行业首个MEMS气流传感器量产于电子烟的项目。

  MEMS气流传感器工作原理

  下图为歌尔微研发的电子烟MEMS气流传感器。

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  原理:极板和振膜形成平行板电容器,吸烟时,气流引起振膜弯曲形变,引起电容变化,当电容变化超过阈值时,Out极输出高电平,起到开关作用。

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  器件原理图

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  整机布局示意图

  MEMS传感器具备传统电容式咪头无可替代的优势:如硅基器件性能稳定,耐高温,MEMS工艺稳定、一致性号,良率高;其次,对于整机组装,MEMS气流传感器形态已经发生了巨大变化,最大的特点是可以采用表贴工艺进行制造,能够承受很高的回流焊温度,容易与其它电路相集成,摆脱人工焊接的限制,极大减少对人工的依赖,从而进一步减少人为因素对制程、良率与生产效率的影响。

  在全球缺“芯”的大背景下,歌尔微通过自主MEMS气流传感器进入电子烟市场,无疑是对电子烟供应链安全的进一步增强。在带来开创性产品解决方案的同时,助力电子烟产业提升,凭借歌尔微领先的MEMS研发实力与强大的制造能力,必将为行业的进一步增长带来无限可能。

  更多MEMS器件使用可行性

  电子烟中可实现抽吸开关的不止气流传感器,MEMS压力传感器也是解决方案之一:

  当电子烟发生抽吸时,烟杆腔体内部和大气压产生不同的压力,因此可以通过两颗不同位置的MEMS压力传感器监测压力值,判断电子烟的使用状态。

  MEMS差压传感器能提供更优方案:

  一种新型气流检测方案,仅用1颗器件,即可以实现电子开关的功能,又可实现气流大小的连续测量,为雾化器信号反馈;相对于双气压计方案拥有更低的功耗,更小的尺寸,且可任意设定触发阈值,灵活度更高,采用GEL填充的封装形式,保证了防油特性。

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  差压传感器原理

MEMS气流传感器助力电子烟产业升级

  整机方案简图

  关于歌尔微电子

  歌尔微电子股份有限公司成立于2017年10月,专注于MEMS相关产品的自主研发与设计,在MEMS麦克风、传感器领域的芯片设计、封装测试、语音算法、系统应用等方面掌握了行业领先的核心技术。2019年全球MEMS企业排名中,歌尔微电子位居第9位,且连续多年位居国内第一。2021年新晋为独角兽企业。

  联系方式:[email protected]

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