[導讀]當今的趨勢，無論是物聯網的發(fā)展、智能手機的熱潮、移動網絡的崛起，都和傳感器有著密切的關系。傳感器已經滲透到我們日常生活，存在于每個角落，大到汽車、工業(yè)設備，小到手機，都大量使用了各種傳感器——這正符合
當今的趨勢，無論是物聯網的發(fā)展、智能手機的熱潮、移動網絡的崛起，都和傳感器有著密切的關系。傳感器已經滲透到我們日常生活，存在于每個角落，大到汽車、工業(yè)設備，小到手機，都大量使用了各種傳感器——這正符合了智能化的潮流，而傳感器則是其中最基本也是最重要的一環(huán)。
傳感器種類多樣，因此根據用途、原理都有特定的分類。例如接近傳感器、 霍爾傳感器、溫度/壓力傳感器、電流傳感器等等。而傳感技術在近年來也得到了長足的發(fā)展，MEMS 就是最具代表性的例子，MEMS技術讓我們能夠在有限的空間內最大限度地發(fā)揮傳感器的功能，廣泛用于多種場合。
那么什么是MEMS？在維基百科中，這項技術的解釋是：微機電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，MEMS）是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業(yè)技術，它的操作范圍在微米范圍內。比它更小的，在納米范圍的類似的技術被稱為納機電系統(tǒng)。
完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。MEMS傳感器能夠將信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。它還能夠使得制造商能將一件產品的所有功能集成到單個芯片上，從而降低成本，適用于大規(guī)模生產。
兩大應用領域推動MEMS傳感技術應用
MEMS傳感器目前主要應用在汽車和消費電子兩大領域。
消費電子領域中，任天堂公司曾在Wii無線游戲機中使用 MEMS器件，允許使用者通過運動和點擊互相溝通和在屏幕上處理一些需求，其原理是將運動（例如揮舞胳膊模仿網球球拍的運動）轉化為屏幕上的游戲行為。早前，任天堂和ADI宣布將ADI的ADXL330 iMEMS加速度計整合到任天堂的Wii游戲控制臺中。加速度計幫助任天堂把視頻游戲提升到一個新的水平。
目前大多數手機都含有MEMS傳感器實現重力加速計和陀螺儀的功能，例如被用在iPhone中。通過對旋轉時運動的感知，iPhone可以自動地改變橫豎屏顯示，以便消費者能夠以合適的水平和垂直視角看到完整的頁面或者數字圖片。
在汽車應用中，用到越來越多的MEMS傳感器。包括安全氣囊中的汽車安全氣囊感應器、懸架控制、翻滾等。另外還包括汽車MEMS壓力傳感器和輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng)，MEMS壓力傳感器適合于任何類型的輪胎，在輪胎胎壁埋設一小塊感壓力敏芯片，自動測量輪胎氣壓、溫度、轉速和其它一些數據，并用特定的代碼發(fā)送出來。另外，汽車導航中的GPS信號補償、氣缸內壓力測量等等大多數汽車子系統(tǒng)中。
iPhone 4上的MEMS 傳感器
iPhone4 上用到的MEMS 傳感器大致一下幾種。影像傳感器：簡單說就是相機鏡頭，由于只牽涉到微光學與微電子，沒有機械成份在里頭，即便加入馬達、機械驅動的鏡頭。磁阻傳感器：簡單講就是感測地磁。感應地磁就是指南針原理，將這種地磁感應電子化、數字化，就稱為數字指南針（DigitalCompass）。老實說，數字指南針技術比較偏玩具性，因為用來感測地磁的磁阻傳感器，很容易受環(huán)境影響（如高壓電塔旁、馬達旁），必須時時校正才有用。磁阻傳感器目前沒有被視為熱門的MEMS組件，有些MEMS組件會追加整合磁阻感測能力。聲波傳感器：學名聲波傳感器，俗名麥克風。是的，iPhone4為了強化聲音質量，使用2組麥克風與相關運算來達到降噪（降低噪音）的效果，這種技術稱為數組麥克風 （ArrayMIC），事實上早在Apple實行之前，2004年就已經在PC上提出過，差別是蘋果用于手機，Wintel用于PC。麥克風需要微型化嗎？相當需要。且使用一個以上的麥克風，麥克風的體積縮小需求就更迫切，麥克風也牽涉到機械（聲波會使微型機械振動），并將機械振動轉換成電子信號，因此微型化的麥克風，是個不折不扣的MEMS傳感器。加速度傳感器：俗稱加速規(guī)、G-Sensor，可以感應物體的加速度性。事實上加速度傳感器的實現方式也是許多種，MEMS只是手法之一，用MEMS實現加速度傳感器確實是目前的趨勢。加速度傳感器一般有“X、Y兩軸”與“X、Y、Z三軸”兩種，兩軸多用于車、船等平面移動為多，三軸多用于飛彈、飛機等飛行物。而不用多說，Wii遙控器也是用三軸，iPhone可以感應實體翻轉而自動對應翻轉畫面，靠的就是這個傳感器。角加速度傳感器：iPhone4確實是率先使用陀螺儀的手機。更簡單講就是陀螺儀，陀螺儀實現技術有機械式與光學（紅外線、雷射）式，第六項的加速度傳感器比較能感測平移性，但對于物體有個軸心，進行角度性的移動， 則其感應效果不如陀螺儀好。
廠商競逐MEMS市場
根據 iSuppli的統(tǒng)計數據指出，2010年前10大MEMS廠商在消費電子和行動裝置領域的營收排名依序為：意法半導體、安華高（Avago）、樓氏電子（Knowles）、德州儀器（TI）、博世（Bosch Sensortec）、應美盛（InvenSense）、Panasonic、TriQuint、Kionix和愛普生（Epson Toyocom）。
除了知名的半導體廠商如意法半導體、德州儀器、ADI 以外，元器件廠商中也有關注MEMS方案的廠商，例如愛普科斯。
TDK旗下的TDK-EPC（原愛普科斯）前兩年就開始在MEMS市場有動作，包括展開了多個收購 ，擴 展 了 其MEMS相關技術和產品領域。產品也包括可調匹配網絡（RFMEMS）、硅麥克風（MEMS麥克風）、壓阻式壓力傳感器。
愛普科斯收購Technitrol公司后，由于Technitrol的 MEMS麥克風專有技術和一系列專利技術可與愛普科斯的封裝工結合，因此，MEMS麥克風也成為愛普科斯擴展手機產品的合理選擇。
關于MEMS 傳感器的封裝
封裝曾是MEMS技術的難點。不過，生產工藝的提升使得產品良率有很大提升，現在MEMS產品的價格已經下降了很多，技術難題也逐漸得到了解決。
傳統(tǒng)的MEMS封裝主要有金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝三種形式。隨著MEMS封裝技術取得了很大進展，出現了眾多的MEMS封裝技術，大多數研究都集中在特殊應用的不同封裝工藝，但又開發(fā)了一些較通用、較完善的封裝設計，通?？蓪⑵浞譃?個封裝層次：芯片級封裝、圓片級封裝、系統(tǒng)級封裝。
從傳感器的應用來說，有些MEMS器件的封裝必須能夠和環(huán)境進行相互影響。例如，在壓阻傳感器內，封裝應力就會影響傳感器的輸出。當封裝中不同材料混合使用時，它們的膨脹和收縮系數不同，因此，這些變化引起的應力就附加在傳感器的壓力值中。在光學MEMS器件中，由于沖擊、震動或熱膨脹等原因而產生的封裝應力會使光器件和光纖之間的對準發(fā)生偏移。在高精度加速度計和陀螺儀中，封裝需要和MEMS芯片隔離以優(yōu)化性能（見下圖）。[!--empirenews.page--]
根據生產的MEMS器件類型的不同，電子性能的考慮可以決定所選封裝類型的策略。例如，電容傳感MEMS器件會產生非常小、并可以被電子器件所識別的電荷，在設計時就需要特別注意電路和封裝中的信號完整性問題。通常，大多數基于MEMS的系統(tǒng)方案都對MEMS芯片提供相應的電路補償、控制和信號處理單元。因此，一個MEMS芯片和定制ASIC芯片可以被集成在同一個封裝內。同樣，電路也可以是集成了MEMS器件的單芯片、單封裝。
MEMS傳感器：新應用層出不窮
除了以上提到的部分常見的應用外，MEMS還在解決一些全球問題上發(fā)揮了重要作用。例如，MEMS傳感器正在用于能源領域，幫助尋找和開發(fā)新的能源：地震檢波器用于勘探石油和天然氣，慣性傳感器用于隨鉆測量，通過改善工業(yè)流程、高效住宅取暖和精確計費系統(tǒng)來充分利用當前的能源。
MEMS也在幫助解決其它社會問題，如老齡化和肥胖，還可以提供針對老人的侵入性較小的監(jiān)控方式，實現成本適當的、連續(xù)性的診斷，以更好和更舒適地給藥。
MEMS已進入我們的生活，從技術到醫(yī)藥到健康無所不在，2011年這種趨勢必將更加明顯。
傳感器種類多樣，因此根據用途、原理都有特定的分類。例如接近傳感器、 霍爾傳感器、溫度/壓力傳感器、電流傳感器等等。而傳感技術在近年來也得到了長足的發(fā)展，MEMS 就是最具代表性的例子，MEMS技術讓我們能夠在有限的空間內最大限度地發(fā)揮傳感器的功能，廣泛用于多種場合。
那么什么是MEMS？在維基百科中，這項技術的解釋是：微機電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，MEMS）是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業(yè)技術，它的操作范圍在微米范圍內。比它更小的，在納米范圍的類似的技術被稱為納機電系統(tǒng)。
完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。MEMS傳感器能夠將信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。它還能夠使得制造商能將一件產品的所有功能集成到單個芯片上，從而降低成本，適用于大規(guī)模生產。
兩大應用領域推動MEMS傳感技術應用
MEMS傳感器目前主要應用在汽車和消費電子兩大領域。
消費電子領域中，任天堂公司曾在Wii無線游戲機中使用 MEMS器件，允許使用者通過運動和點擊互相溝通和在屏幕上處理一些需求，其原理是將運動（例如揮舞胳膊模仿網球球拍的運動）轉化為屏幕上的游戲行為。早前，任天堂和ADI宣布將ADI的ADXL330 iMEMS加速度計整合到任天堂的Wii游戲控制臺中。加速度計幫助任天堂把視頻游戲提升到一個新的水平。
目前大多數手機都含有MEMS傳感器實現重力加速計和陀螺儀的功能，例如被用在iPhone中。通過對旋轉時運動的感知，iPhone可以自動地改變橫豎屏顯示，以便消費者能夠以合適的水平和垂直視角看到完整的頁面或者數字圖片。
在汽車應用中，用到越來越多的MEMS傳感器。包括安全氣囊中的汽車安全氣囊感應器、懸架控制、翻滾等。另外還包括汽車MEMS壓力傳感器和輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng)，MEMS壓力傳感器適合于任何類型的輪胎，在輪胎胎壁埋設一小塊感壓力敏芯片，自動測量輪胎氣壓、溫度、轉速和其它一些數據，并用特定的代碼發(fā)送出來。另外，汽車導航中的GPS信號補償、氣缸內壓力測量等等大多數汽車子系統(tǒng)中。
iPhone 4上的MEMS 傳感器
iPhone4 上用到的MEMS 傳感器大致一下幾種。影像傳感器：簡單說就是相機鏡頭，由于只牽涉到微光學與微電子，沒有機械成份在里頭，即便加入馬達、機械驅動的鏡頭。磁阻傳感器：簡單講就是感測地磁。感應地磁就是指南針原理，將這種地磁感應電子化、數字化，就稱為數字指南針（DigitalCompass）。老實說，數字指南針技術比較偏玩具性，因為用來感測地磁的磁阻傳感器，很容易受環(huán)境影響（如高壓電塔旁、馬達旁），必須時時校正才有用。磁阻傳感器目前沒有被視為熱門的MEMS組件，有些MEMS組件會追加整合磁阻感測能力。聲波傳感器：學名聲波傳感器，俗名麥克風。是的，iPhone4為了強化聲音質量，使用2組麥克風與相關運算來達到降噪（降低噪音）的效果，這種技術稱為數組麥克風 （ArrayMIC），事實上早在Apple實行之前，2004年就已經在PC上提出過，差別是蘋果用于手機，Wintel用于PC。麥克風需要微型化嗎？相當需要。且使用一個以上的麥克風，麥克風的體積縮小需求就更迫切，麥克風也牽涉到機械（聲波會使微型機械振動），并將機械振動轉換成電子信號，因此微型化的麥克風，是個不折不扣的MEMS傳感器。加速度傳感器：俗稱加速規(guī)、G-Sensor，可以感應物體的加速度性。事實上加速度傳感器的實現方式也是許多種，MEMS只是手法之一，用MEMS實現加速度傳感器確實是目前的趨勢。加速度傳感器一般有“X、Y兩軸”與“X、Y、Z三軸”兩種，兩軸多用于車、船等平面移動為多，三軸多用于飛彈、飛機等飛行物。而不用多說，Wii遙控器也是用三軸，iPhone可以感應實體翻轉而自動對應翻轉畫面，靠的就是這個傳感器。角加速度傳感器：iPhone4確實是率先使用陀螺儀的手機。更簡單講就是陀螺儀，陀螺儀實現技術有機械式與光學（紅外線、雷射）式，第六項的加速度傳感器比較能感測平移性，但對于物體有個軸心，進行角度性的移動， 則其感應效果不如陀螺儀好。
廠商競逐MEMS市場
根據 iSuppli的統(tǒng)計數據指出，2010年前10大MEMS廠商在消費電子和行動裝置領域的營收排名依序為：意法半導體、安華高（Avago）、樓氏電子（Knowles）、德州儀器（TI）、博世（Bosch Sensortec）、應美盛（InvenSense）、Panasonic、TriQuint、Kionix和愛普生（Epson Toyocom）。
除了知名的半導體廠商如意法半導體、德州儀器、ADI 以外，元器件廠商中也有關注MEMS方案的廠商，例如愛普科斯。
TDK旗下的TDK-EPC（原愛普科斯）前兩年就開始在MEMS市場有動作，包括展開了多個收購 ，擴 展 了 其MEMS相關技術和產品領域。產品也包括可調匹配網絡（RFMEMS）、硅麥克風（MEMS麥克風）、壓阻式壓力傳感器。
愛普科斯收購Technitrol公司后，由于Technitrol的 MEMS麥克風專有技術和一系列專利技術可與愛普科斯的封裝工結合，因此，MEMS麥克風也成為愛普科斯擴展手機產品的合理選擇。
關于MEMS 傳感器的封裝
封裝曾是MEMS技術的難點。不過，生產工藝的提升使得產品良率有很大提升，現在MEMS產品的價格已經下降了很多，技術難題也逐漸得到了解決。
傳統(tǒng)的MEMS封裝主要有金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝三種形式。隨著MEMS封裝技術取得了很大進展，出現了眾多的MEMS封裝技術，大多數研究都集中在特殊應用的不同封裝工藝，但又開發(fā)了一些較通用、較完善的封裝設計，通?？蓪⑵浞譃?個封裝層次：芯片級封裝、圓片級封裝、系統(tǒng)級封裝。
從傳感器的應用來說，有些MEMS器件的封裝必須能夠和環(huán)境進行相互影響。例如，在壓阻傳感器內，封裝應力就會影響傳感器的輸出。當封裝中不同材料混合使用時，它們的膨脹和收縮系數不同，因此，這些變化引起的應力就附加在傳感器的壓力值中。在光學MEMS器件中，由于沖擊、震動或熱膨脹等原因而產生的封裝應力會使光器件和光纖之間的對準發(fā)生偏移。在高精度加速度計和陀螺儀中，封裝需要和MEMS芯片隔離以優(yōu)化性能（見下圖）。[!--empirenews.page--]
根據生產的MEMS器件類型的不同，電子性能的考慮可以決定所選封裝類型的策略。例如，電容傳感MEMS器件會產生非常小、并可以被電子器件所識別的電荷，在設計時就需要特別注意電路和封裝中的信號完整性問題。通常，大多數基于MEMS的系統(tǒng)方案都對MEMS芯片提供相應的電路補償、控制和信號處理單元。因此，一個MEMS芯片和定制ASIC芯片可以被集成在同一個封裝內。同樣，電路也可以是集成了MEMS器件的單芯片、單封裝。
MEMS傳感器：新應用層出不窮
除了以上提到的部分常見的應用外，MEMS還在解決一些全球問題上發(fā)揮了重要作用。例如，MEMS傳感器正在用于能源領域，幫助尋找和開發(fā)新的能源：地震檢波器用于勘探石油和天然氣，慣性傳感器用于隨鉆測量，通過改善工業(yè)流程、高效住宅取暖和精確計費系統(tǒng)來充分利用當前的能源。
MEMS也在幫助解決其它社會問題，如老齡化和肥胖，還可以提供針對老人的侵入性較小的監(jiān)控方式，實現成本適當的、連續(xù)性的診斷，以更好和更舒適地給藥。
MEMS已進入我們的生活，從技術到醫(yī)藥到健康無所不在，2011年這種趨勢必將更加明顯。
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