MEMS技術

MEMS技術基礎

MEMS技術的目標是通過系統的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、物理學、化學、生物醫學、材料科學、能源科學等。其研究內容一般可以歸納為以下三個基本方面：

1.MEMS理論基礎：

在當前MEMS所能達到的尺度下，宏觀世界基本的物理規律仍然起作用，但由于尺寸縮小帶來的影響(Scaling Effects)，許多物理現象與宏觀世界有很大區別，因此許多原來的理論基礎都會發生變化，如力的尺寸效應、微結構的表面效應、微觀摩擦機理等，因此有必要對微動力學、微流體力學、微熱力學、微摩擦學、微光學和微結構學進行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大，往往需要多學科的學者進行基礎研究。

2.MEMS技術基礎：

MEMS的技術基礎可以分為以下幾個方面：(1)設計與仿真技術;(2)材料與加工技術(3)封裝與裝配技術;(4)測量與測試技術;(5)集成與系統技術等。

3.MEMS應用研究：

人們不僅要開發各種制造MEMS的技術，更重要的是如何將MEMS技術與航空航天、信息通信、生物化學、醫療、自動控制、消費電子以及兵器等應用領域相結合，制作出符合各領域要求的微傳感器、微執行器、微結構等MEMS器件與系統。

4 MEMS及其應用

MEMS技術是采用微制造技術，在一個公共硅片基礎上整合了傳感器、機械元件、致動器(actuator)與電子元件。MEMS通常會被看作是一種系統單晶片(SoC)，它讓智能型產品得以開發，并得以進入很多的次級市場，為包括汽車、保健、手機、生物技術、消費性產品等各領域提供解決方案。根據電子產業市場研究與信息網路的資料，MEMS的平均年增長率高于20%,并預計在2010年超過100億美元。MEMS技術已被認為是下個世紀最有前途的技術之一。

MEMS有很多應用，并被越來越多的產品所接納。MEMS的一些常見應用領域包括汽車、生物技術與醫療，以及消費電子產品。MEMS還用于大量聲波雙工器(BulkAcousTIcWaveduplexer)與濾波器、麥克風、MEMS自動聚焦致動器、壓力感測器、MEMS微微型投影儀，甚至MEMS陀螺儀。

MEMS的公司

從全球看，MEMS產品是由一些美國和亞洲公司開發的，包括意法半導體(ST)、AnalogDevices公司(ADI)、惠普公司(HP)、德州儀器公司(TI)，以及Memsic公司。下文將介紹各個制造商及其主要MEMS產品的現況。

意法半導體公司是最大的MEMS制造商之一，提供單軸和多軸陀螺儀的廣泛選擇，各種滿量程區間，適用于數位相機和數位錄像機的影像穩定，以及提高游戲應用中的用戶體驗。ST公司還提供3軸陀螺儀，能精確地測量沿三個正交軸的角速度。另外，STM還用下一代微電機聲學器件擴展了自己的產品組合。創新的MEMS麥克風采用了Omron的傳感器技術，能夠大幅地提高聲音質量，有出色的可靠性、健壯性，同時對現有/新興音頻應用都有很好的成本效益，如手機、無線設備以及手持游戲機等。關鍵是，MEMS麥克風可以做得比最小的駐極體電容式麥克風(electretscondensermicrophone)還要小，而對溫度變化、機械振動和電磁干擾更不敏感。

ADI公司同時提供類比與數位型的全向MEMS麥克風。最近，ADI與英飛凌科技公司商定共同發展下一代的汽車氣囊安全系統。這個ADI-英飛凌合作計劃將確保兩家公司相應產品發展藍圖的協調一致，以及各自傳感器與芯片組的互通性。這個合作也將加速先進氣囊系統的發展，為安全系統供應商和OEM商提供一個完整的設計平臺，從而實現一種可靠、具成本效益和易于使用的先進氣囊方案。

惠普公司最近推出一種慣性探測技術(inertialsensingtechnology)，能夠用來開發可當作高階傳感器使用的數位MEMS加速度計。HP預計該技術將使芯片的靈敏度比今天市場上的批量產品提高1000倍。這種傳感器是以該公司已率先商業應用在其打印機墨盒的MEMS技術為基礎。

另外，TI公司擁有的數位光處理器(digitallightProcessor,DLP)技術為有光處理與光轉向需求的創新應用提供了開發平臺和芯片組。該公司的MEMS技術為光轉向應用提供了可靠的單元件類比鏡(singleelementanalogmirror)，其高反射的MEMS表面最大為9平方毫米，簡化了對驅動的需求，因此TI的AnalogMirrors成為柔性系統設計的一個理想選擇。TI的AnalogMirrors可以用于精確定位和控制激光束，同時最大限度地減少光功率的損耗，支持各種光束旋轉應用，如影像與顯示、光網路、自由空間光學、物體探測以及激光印刷等。

另一家著名企業Memsic公司則是推出了多種高性能加速度計。由于美國國家高速公路交通安全局(NHTSA)要求，到2012年時，美國市場上的所有汽車、卡車和大巴士都要安裝車輛穩定控制系統(VehicleStabilityControl,VSC)，歐盟確認它也將實施類似的要求，數百萬個Memsic加速度傳感器已經被部署在帶有VSC的汽車和卡車上。現在，致力于滿足政府VSC要求的工程團隊可以采用經過完全的汽車和道路認證、兼容于串列周邊界面(SPI)的傳感器技術，設計出下一代的VSC系統。

市場展望

顯然地，MEMS已在我們今天日常生活中的各種應用中扎下根基。其普及的主要動力來自于成本低與體積小，從而能夠做出更小、更輕和更廉價的最終產品。但在MEMS前方并非一片光明。一項挑戰是封裝問題，因為MEMS器件的多樣性以及每個要暴露的不同環境。封裝加上測試，很容易就會將成本增加一倍。在不影響產品性能的情況下，研究出標準化和更廉價的封裝已成為MEMS設計的主要關注目標。在今天的地球上，MEMS制造商投入了大量研發力量，試圖加強自己在封裝制程中的地位，為各種新設備開發新的專用封裝。當前長足的進步與工程進展讓我們對MEMS或SoC有更新的理解。對設計工程師而言，這確實是富于挑戰且令人興奮的時代!

微機電 (MEMS) 技術在電子產品中的地位愈來愈重要，不論是在汽車、工業、醫療或軍事上需要用到此類精密的元器件，在信息、通訊和消費性電子等大眾的市場，也可以看到快速增長的MEMS應用。

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