全球MEMS微制造技術(shù)應(yīng)用 及其市場(chǎng)狀況

是否曾想過(guò)：為什么你的智能型手機(jī)倒向一邊時(shí)，熒幕會(huì)自動(dòng)從垂直的顯示方式調(diào)整為橫向的顯示方式，或者為什么游戲機(jī)的控制器能回應(yīng)方向、速度和加速度的改變？這些用戶友好功能的背后是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的加速度運(yùn)動(dòng)傳感器，它們是實(shí)現(xiàn)這些功能的關(guān)鍵因素，也是這些智能型手機(jī)與游戲機(jī)如此流行的核心元素之一。

      MEMS及其應(yīng)用

      MEMS技術(shù)是采用微制造技術(shù)，在一個(gè)公共硅片基礎(chǔ)上整合了傳感器、機(jī)械元件、致動(dòng)器（actuator）與電子元件。MEMS通常會(huì)被看作是一種系統(tǒng)單晶片（SoC），它讓智能型產(chǎn)品得以開(kāi)發(fā)，并得以進(jìn)入很多的次級(jí)市場(chǎng)，為包括汽車、保健、手機(jī)、生物技術(shù)、消費(fèi)性產(chǎn)品等各領(lǐng)域提供解決方案。根據(jù)電子產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)研究與信息網(wǎng)路的資料，MEMS的平均年增長(zhǎng)率高于20%，并預(yù)計(jì)在2010年超過(guò)100億美元。MEMS技術(shù)已被認(rèn)為是下個(gè)世紀(jì)最有前途的技術(shù)之一。

      MEMS有很多應(yīng)用，并被越來(lái)越多的產(chǎn)品所接納。MEMS的一些常見(jiàn)應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車、生物技術(shù)與醫(yī)療，以及消費(fèi)電子產(chǎn)品。MEMS還用于大量聲波雙工器（Bulk Acoustic Wave duplexer）與濾波器、麥克風(fēng)、MEMS自動(dòng)聚焦致動(dòng)器、壓力感測(cè)器、MEMS微微型投影儀，甚至MEMS陀螺儀。

      MEMS的公司

      從全球看，MEMS產(chǎn)品是由一些美國(guó)和亞洲公司開(kāi)發(fā)的，包括意法半導(dǎo)體（ST）、Analog Devices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(gè)制造商及其主要MEMS產(chǎn)品的現(xiàn)況。

      意法半導(dǎo)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(qū)間，適用于數(shù)位相機(jī)和數(shù)位錄像機(jī)的影像穩(wěn)定，以及提高游戲應(yīng)用中的用戶體驗(yàn)。ST公司還提供3軸陀螺儀，能精確地測(cè)量沿三個(gè)正交軸的角速度。另外，STM還用下一代微電機(jī)聲學(xué)器件擴(kuò)展了自己的產(chǎn)品組合。創(chuàng)新的MEMS麥克風(fēng)采用了Omron的傳感器技術(shù)，能夠大幅地提高聲音質(zhì)量，有出色的可靠性、健壯性，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有/新興音頻應(yīng)用都有很好的成本效益，如手機(jī)、無(wú)線設(shè)備以及手持游戲機(jī)等。關(guān)鍵是，MEMS麥克風(fēng)可以做得比最小的駐極體電容式麥克風(fēng)（electrets condenser microphone）還要小，而對(duì)溫度變化、機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾更不敏感。

      ADI公司同時(shí)提供類比與數(shù)位型的全向MEMS麥克風(fēng)。最近，ADI與英飛凌科技公司商定共同發(fā)展下一代的汽車氣囊安全系統(tǒng)。這個(gè)ADI-英飛凌合作計(jì)劃將確保兩家公司相應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展藍(lán)圖的協(xié)調(diào)一致，以及各自傳感器與芯片組的互通性。這個(gè)合作也將加速先進(jìn)氣囊系統(tǒng)的發(fā)展，為安全系統(tǒng)供應(yīng)商和OEM商提供一個(gè)完整的設(shè)計(jì)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)一種可靠、具成本效益和易于使用的先進(jìn)氣囊方案。

      惠普公司最近推出一種慣性探測(cè)技術(shù)（inertial sensing technology），能夠用來(lái)開(kāi)發(fā)可當(dāng)作高階傳感器使用的數(shù)位MEMS加速度計(jì)。HP預(yù)計(jì)該技術(shù)將使芯片的靈敏度比今天市場(chǎng)上的批量產(chǎn)品提高1000倍。這種傳感器是以該公司已率先商業(yè)應(yīng)用在其打印機(jī)墨盒的MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)。

另外，TI公司擁有的數(shù)位光處理器（digital light processor，DLP）技術(shù)為有光處理與光轉(zhuǎn)向需求的創(chuàng)新應(yīng)用提供了開(kāi)發(fā)平臺(tái)和芯片組。該公司的MEMS技術(shù)為光轉(zhuǎn)向應(yīng)用提供了可靠的單元件類比鏡（single element analog mirror），其高反射的MEMS表面最大為9平方毫米，簡(jiǎn)化了對(duì)驅(qū)動(dòng)的需求，因此TI的Analog Mirrors成為柔性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)理想選擇。TI 的Analog Mirrors可以用于精確定位和控制激光束，同時(shí)最大限度地減少光功率的損耗，支持各種光束旋轉(zhuǎn)應(yīng)用，如影像與顯示、光網(wǎng)路、自由空間光學(xué)、物體探測(cè)以及激光印刷等。

      另一家著名企業(yè)Memsic公司則是推出了多種高性能加速度計(jì)。由于美國(guó)國(guó)家高速公路交通安全局（NHTSA）要求，到2012年時(shí)，美國(guó)市場(chǎng)上的所有汽車、卡車和大巴士都要安裝車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)（Vehicle Stability Control，VSC），歐盟確認(rèn)它也將實(shí)施類似的要求，數(shù)百萬(wàn)個(gè)Memsic加速度傳感器已經(jīng)被部署在帶有VSC的汽車和卡車上?，F(xiàn)在，致力于滿足政府VSC要求的工程團(tuán)隊(duì)可以采用經(jīng)過(guò)完全的汽車和道路認(rèn)證、兼容于串列周邊界面（SPI）的傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)出下一代的VSC系統(tǒng)。

      展望 

      顯然地，MEMS已在我們今天日常生活中的各種應(yīng)用中扎下根基。其普及的主要?jiǎng)恿?lái)自于成本低與體積小，從而能夠做出更小、更輕和更廉價(jià)的最終產(chǎn)品。但在MEMS前方并非一片光明。一項(xiàng)挑戰(zhàn)是封裝問(wèn)題，因?yàn)镸EMS器件的多樣性以及每個(gè)要暴露的不同環(huán)境。封裝加上測(cè)試，很容易就會(huì)將成本增加一倍。在不影響產(chǎn)品性能的情況下，研究出標(biāo)準(zhǔn)化和更廉價(jià)的封裝已成為MEMS設(shè)計(jì)的主要關(guān)注目標(biāo)。在今天的地球上，MEMS制造商投入了大量研發(fā)力量，試圖加強(qiáng)自己在封裝制程中的地位，為各種新設(shè)備開(kāi)發(fā)新的專用封裝。當(dāng)前長(zhǎng)足的進(jìn)步與工程進(jìn)展讓我們對(duì)MEMS或SoC有更新的理解。對(duì)設(shè)計(jì)工程師而言，這確實(shí)是富于挑戰(zhàn)且令人興奮的時(shí)代！