步驟一：
- 在拆解iPhone4的陀螺儀之前，讓我們先了解一下陀螺儀的原理。
- 根據維基百科的解釋「陀螺儀是一種用來檢測與維持方向的裝置，其基本原理是角動量守恆定律」，其關鍵是檢測與維持方向，這也是iPhone4採用MEMS陀螺儀的原因。
- 機械陀螺儀（如圖1所示）使用中間的轉子來檢測方向變化。
- iPhone4採用的是一種精密的電子振動陀螺儀，又稱MEMS陀螺儀。
[caption id="attachment_25" align="aligncenter" width="592" caption="圖1 陀螺儀原理"][/caption]
步驟二：
- 微機電系統（MEMS）是一種將電子和機械零部件集成在微小結構中的嵌入式系統。
- 一個基本的MEMS裝置由專用集成電路和精密加工的矽傳感器組成。
- iPhone4中的MEMS陀螺儀是AGD1 2022 FP6AQ晶片（如下圖所示），傳聞是由意法半導體設計的。
[caption id="attachment_26" align="aligncenter" width="592" caption="圖2 MEMS陀螺儀外觀"][/caption]
步驟三：
- 經Chipworks確認，在iPhone4內發現的MEMS陀螺儀與目前市面上銷售的意法半導體產的L3G4200D陀螺儀幾乎一致。
- 下圖所示的是L3G4200D中的GK10A MEMS 晶片塊。
- GK10A由一個防護層構成，當驅動信號輸入到驅動電容層時隨之振動。
- 當用戶轉動手機時，GK10A的防護層在科裡奧利力的作用下在X、Y、Z方向上產生形變，ASIC處理器通過防護層下方的電容層檢測防護層的位移，以及晶片套裝邊緣的檢測電容。
[caption id="attachment_27" align="aligncenter" width="592" caption="圖3 GK10A MEMS 晶片塊"][/caption]
步驟四：
- V654A ASIC模塊（見圖4）將GK10A MEMS模塊產生的微弱電容信號轉化成數位訊號。
- 這種數據（數位訊號）可用於（以iPhone4中的視頻遊戲為例）汽車轉向或槍械瞄準。
- 對機械工程師來說，MEMS陀螺儀的靈敏度通常是用mV/dps（或者度/秒）來度量的，所以振子的輸出（以mV為單位）除以靈敏度（mV/dps）表示的是模塊的角速度（dps）
[caption id="attachment_28" align="aligncenter" width="592" caption="圖4"][/caption]
步驟五：
- 這一步中圖示的晶片不是iPhone 4的部件，放在這裡是為了清楚地展示MEMS陀螺儀的精密結構。
- 下圖所示的是用掃描電子顯微鏡（SEM）拍攝的ST LYPR540AH 三軸MEMS陀螺儀。
- 為保證可靠的傳感性，MEMS裝置的精度要求很高，故通常採用複雜靈敏的加工工藝。
- 大多數MEMS裝置的加工過程需要三種工藝的結合：感光層的沉澱、掩膜（保護需要保留的部分）、蝕刻（去除不需保留的部分）。
[caption id="attachment_29" align="aligncenter" width="592" caption="圖5"][/caption]
步驟六：
- MEMS陀螺儀可採用精美的振子設計，如下圖所示的Kionix陀螺儀。唯一遺憾的是這種美不能為肉眼所見。
- 下圖右下角的200μm標尺條，可以給出振子實物尺度的參照。
[caption id="attachment_30" align="aligncenter" width="592" caption="圖6"][/caption]
步驟七：
- 下圖展示的是SiTime SI8002AC 模塊去除保護殼之後的微觀圖。
- ASIC處理器用于振子的信號轉換，常固定在振子上方，並通過導線與振子傳遞信號，二者作為整體封裝在塑料外殼中。
[caption id="attachment_31" align="aligncenter" width="592" caption="圖7"][/caption]
步驟八：
- 下圖所示的是SiTime SI8002AC內部的SEM掃描圖。
- MEMS裝置的設計、製造、應用各個環節都涉及大量複雜的工程問題，作為連接電子工程與機械工程的橋梁，MEMS的開發通常需要工業設計、材料、機械、電子、化學、計算機、軟體開發等多種人才的共同努力。
- 致謝：本文的圖片由Chipworks提供。
[caption id="attachment_24" align="aligncenter" width="592" caption="圖8"][/caption]
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