Tip:
Highlight text to annotate it
X
Hur en Smartphone Vet Upp Från Ner EngineerGuy serie #4
Jag tycker det här är en av de coolaste egenskaperna hos dagens smartphones.
Den vet upp från ner.
Byggt in i kretssystemet finns en liten manick som kan
känna av ändringar i orientering och kan säga till skärmen att rotera.
Låt mig visa dig hur den ser ut i en gammal iPhone.
Där är den
Det är en accelerometer.
Jag ska berätta för dig hur den här typen av chip fungerar och hur den tillverkas
men först, lite grundläggande om accelerometrar.
Dom har två fundamentala delar
Ett hölje som är fäst till det objektet vars acceleration vi vill mäta
och en vikt som, medan tjudrad till höljet, fortfarande kan röra sig.
Här är det en fjäder med en tung metallkula.
Om du rör höljet uppåt kommer kulan släpas efter
vilket tänjer fjädern.
Om vi mäter hur mycket fjädern tänjs
kan vi räkna ut tyngdkraften.
Du kan enkelt se att tre av dessa skulle kunna fastställa
det 3-dimensionella objektets orientering.
Liggande med z-axeln vinkelrätt mot tyngdkraften
kommer endast bollen i x-axeln tänjas.
Lägger man den på sidan så att z-axeln pekar uppåt
kommer endast accelerometern längs den axeln att tänjas.
Så, hur mäter den här telefonen och det här chipet ändringar i tyngdkraften?
Även om den är lite mer komplicerad än den enkla boll och fjäder modellen
så har den samma grundläggande delar.
Inuti chipet så har ingenjörer gjort en liten accelerometer av kisel.
Självklart så har den ett hölje som är fastsatt på telefonen
och har en \"kam liknande\" del som kan röra sig fram och tillbaka.
Det är den seismiska tyngden som motsvarar bollen.
I det här fallet så är fjädern flexibiliteten från
det tunna kislet tjudrat till höljet.
Det är självklart att om vi kan mäta rörelsen i denna centrala delen
så kan vi upptäcka ändringar i orientering.
För att se hur det är gjort granska tre av fingrarna på accelerometern.
Dom tre fingrarna utgör en differentialkondensator.
Det innebär att om den centrala delen rör sig så kommer ström att flöda.
Ingenjörer korrelerar den flödande strömmen med accelerering.
Den här accelerometern fascinerar mig
men vad som är desto mer otroligt är hur dom gör en sådan sak.
Det tycks nästan omöjligt att kunna göra en sådan invecklad manick
som den lilla smartphone accelerometern.
På endast 500 mikroner (0.5 mm) på bredden skulle inga små verktyg klara av att göra en sådan sak.
Istället så har ingenjörer använt sig av några unika kemiska egenskaper från
kisel för att etsa fast accelerometerns fingrar och den H-formade delen.
För att få en uppfattning om hur dom gör detta
låt mig visa dig hur man gör en enda fribärande balk
som en trampolin
i ett fast stycke kisel.
Erfarenhetsmässigt har ingenjörerna upptäckt att om de häller kaliumhydroxid (KOH)
på en särskild yta av kristallin kisel
skulle det fräta bort kislet tills det bildades ett pyramidformat hål.
Det här händer på grund av den unika kristallstrukturen av kisel.
För att göra ett pyramidformat hål i kislet täcker ingenjörerna allt förutom
en liten maskerad fyrkant ogenomtränglig för KOH.
Det etsas endast inom den kvadratiska formen som är avspärrat av masken.
KOH upplöser kisel snabbare i den vertikala
än i den horisontala riktningen.
Det är därför den gör ett pyramidformat hål.
Så, för att göra en fribärande balk följer ingenjörer dessa steg.
Först, maskera ytan förutom för en u-formad del.
I början kommer KOH vilja skära två omvända pyramider sida vid sida.
Allt eftersom etsningen fortsätter löser KOH upp
kislet mellan dessa hål.
Om vi sköljer bort det vid precis rätt tidpunkt
innan det löser upp kislet precis under masken
kommer det lämna en liten bärande balk hängande ovanför ett hål med en kvadratisk botten.
Ingenjörer använder sig utav samma metoder för att göra smartphone accelerometrar
men som du kan föreställa dig så krävs det en serie av detaljerade masker
för att skapa den invecklade strukturen hos en smartphone accelerometer.
Även om den är komplicerad så är den viktigaste punkten att hela processen kan automatiseras.
Detta är det absolut viktigaste vid miniatyrisering av teknologi.
nu gör ingenjörer en *** olika otroliga saker på denna lilla skala
mikro-motorer med kugghjul som roterar 300 000 gånger per minut
munstycken till bläckskrivare, och min favorit
mikrospeglar som fokuserar ljus i halvledarlasrar.
Jag är Bill Hammack, Ingenjörskillen.
Den här videon är baserad på ett kapitel i boken
Åtta Otroliga Ingenjörshistorier
Kapitlen har mer information om det här ämnet.