全球MEMS微制造技术应用 及其市场状况

是否曾想过：为什么你的智能型手机倒向一边时，荧幕会自动从垂直的显示方式调整为横向的显示方式，或者为什么游戏机的控制器能回应方向、速度和加速度的改变？这些用户友好功能的背后是微机电系统（MEMS）的加速度运动传感器，它们是实现这些功能的关键因素，也是这些智能型手机与游戏机如此流行的核心元素之一。

      MEMS及其应用

      MEMS技术是采用微制造技术，在一个公共硅片基础上整合了传感器、机械元件、致动器（actuator）与电子元件。MEMS通常会被看作是一种系统单晶片（SoC），它让智能型产品得以开发，并得以进入很多的次级市场，为包括汽车、保健、手机、生物技术、消费性产品等各领域提供解决方案。根据电子产业市场研究与信息网路的资料，MEMS的平均年增长率高于20%，并预计在2010年超过100亿美元。MEMS技术已被认为是下个世纪最有前途的技术之一。

      MEMS有很多应用，并被越来越多的产品所接纳。MEMS的一些常见应用领域包括汽车、生物技术与医疗，以及消费电子产品。MEMS还用于大量声波双工器（Bulk Acoustic Wave duplexer）与滤波器、麦克风、MEMS自动聚焦致动器、压力感测器、MEMS微微型投影仪，甚至MEMS陀螺仪。

      MEMS的公司

      从全球看，MEMS产品是由一些美国和亚洲公司开发的，包括意法半导体（ST）、Analog Devices公司（ADI）、惠普公司（HP）、德州仪器公司（TI），以及Memsic公司。下文将介绍各个制造商及其主要MEMS产品的现况。

      意法半导体公司是最大的MEMS制造商之一，提供单轴和多轴陀螺仪的广泛选择，各种满量程区间，适用于数位相机和数位录像机的影像稳定，以及提高游戏应用中的用户体验。ST公司还提供3轴陀螺仪，能精确地测量沿三个正交轴的角速度。另外，STM还用下一代微电机声学器件扩展了自己的产品组合。创新的MEMS麦克风采用了Omron的传感器技术，能够大幅地提高声音质量，有出色的可靠性、健壮性，同时对现有/新兴音频应用都有很好的成本效益，如手机、无线设备以及手持游戏机等。关键是，MEMS麦克风可以做得比最小的驻极体电容式麦克风（electrets condenser microphone）还要小，而对温度变化、机械振动和电磁干扰更不敏感。

      ADI公司同时提供类比与数位型的全向MEMS麦克风。最近，ADI与英飞凌科技公司商定共同发展下一代的汽车气囊安全系统。这个ADI-英飞凌合作计划将确保两家公司相应产品发展蓝图的协调一致，以及各自传感器与芯片组的互通性。这个合作也将加速先进气囊系统的发展，为安全系统供应商和OEM商提供一个完整的设计平台，从而实现一种可靠、具成本效益和易于使用的先进气囊方案。

      惠普公司最近推出一种惯性探测技术（inertial sensing technology），能够用来开发可当作高阶传感器使用的数位MEMS加速度计。HP预计该技术将使芯片的灵敏度比今天市场上的批量产品提高1000倍。这种传感器是以该公司已率先商业应用在其打印机墨盒的MEMS技术为基础。

另外，TI公司拥有的数位光处理器（digital light processor，DLP）技术为有光处理与光转向需求的创新应用提供了开发平台和芯片组。该公司的MEMS技术为光转向应用提供了可靠的单元件类比镜（single element analog mirror），其高反射的MEMS表面最大为9平方毫米，简化了对驱动的需求，因此TI的Analog Mirrors成为柔性系统设计的一个理想选择。TI 的Analog Mirrors可以用于精确定位和控制激光束，同时最大限度地减少光功率的损耗，支持各种光束旋转应用，如影像与显示、光网路、自由空间光学、物体探测以及激光印刷等。

      另一家著名企业Memsic公司则是推出了多种高性能加速度计。由于美国国家高速公路交通安全局（NHTSA）要求，到2012年时，美国市场上的所有汽车、卡车和大巴士都要安装车辆稳定控制系统（Vehicle Stability Control，VSC），欧盟确认它也将实施类似的要求，数百万个Memsic加速度传感器已经被部署在带有VSC的汽车和卡车上。现在，致力于满足政府VSC要求的工程团队可以采用经过完全的汽车和道路认证、兼容于串列周边界面（SPI）的传感器技术，设计出下一代的VSC系统。

      展望 

      显然地，MEMS已在我们今天日常生活中的各种应用中扎下根基。其普及的主要动力来自于成本低与体积小，从而能够做出更小、更轻和更廉价的最终产品。但在MEMS前方并非一片光明。一项挑战是封装问题，因为MEMS器件的多样性以及每个要暴露的不同环境。封装加上测试，很容易就会将成本增加一倍。在不影响产品性能的情况下，研究出标准化和更廉价的封装已成为MEMS设计的主要关注目标。在今天的地球上，MEMS制造商投入了大量研发力量，试图加强自己在封装制程中的地位，为各种新设备开发新的专用封装。当前长足的进步与工程进展让我们对MEMS或SoC有更新的理解。对设计工程师而言，这确实是富于挑战且令人兴奋的时代！