MEMS 基础知识

MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
 
MEMS 技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航 空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近 20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导 产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约 为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。

微机电系统MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路 （IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺 ，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

MEMS芯片外的封装级设计考虑
MEMS器件的封装形式是把基于MEMS的系统方案推向市场的关键因素。研究发现，当今基于MEMS的典型产品中，封装成本几乎占去了所有物料和组装成 本的20%～40%。由于生产因素的影响，使得封装之后的测试成本比器件级的测试成本更高，这就使MEMS产品的封装选择和设计更加重要。

MEMS器件设计团队在开始每项设计前，以及贯穿在整个设计流程中都必须对封装策略和如何折中进行考虑和给与极大的关注。许多MEMS产品供应商都会把产品封装作为进行市场竞争的主要产品差异和竞争优势。

MEMS封装选择规则
设计MEMS器件的封装往往比设计普通集成电路的封装更加复杂，这是因为工程师常常要遵循一些额外的设计约束，以及满足工作在严酷环境条件下的需求。器件应该能够在这样的严苛环境下与被测量的介质非常明显地区别开来。这些介质可能是像干燥空气一样温和，或者像血液、散热器辐射等一样严苛。其他的介质还包括进行测量时的环境，例如，冲击、震动、温度变化、潮湿和EMI/RFI等。

首先，MEMS器件的封装必须能够和环境进行相互影响。例如，压力传感器的压力输入、血液处理器件的流体入口等。MEMS器件的封装也必须满足其他一些机械和散热裕量要求。作为MEMS器件的输出，可能是机械电机或压力的变化，因此，封装的机械寄生现象就有可能与器件的功能相互影响和干扰。
例如，在压阻传感器内，封装应力就会影响传感器的输出。当封装中不同材料混合使用时，它们的膨胀和收缩系数不同，因此，这些变化引起的应力就附加在传感器的压力值中。在光学MEMS器件中，由于冲击、震动或热膨胀等原因而产生的封装应力会使光器件和光纤之间的对准发生偏移。在高精度加速度计和陀螺仪中，封装需要和MEMS芯片隔离以优化性能。
 

MEMS产品应用
1.任天堂的Wii
搭载运动传感器（Motion sensor）的 Wii 手柄采用了ST的3轴加速度传感器。
2.Guitar Hero: World Tour
游戏吉他中使用了飞思卡尔公司的MMA7360L三轴加速计
3.iPhone
iPhone将使用MEMS陀螺仪，iPhone可以在很多应用中使用该技术，比如保龄球、高尔夫等运动游戏。
另外，该项技术还可以将iPhone和桌面PC游戏结合在一起。任天堂和索尼都已经使用该项技术做为和其它系统相连的游戏控制器，苹果也已经将iPhone用作Mac笔记本的遥控设备，因此，我们可能很快就可以看到苹果将iPhone用作PC上的游戏控制设备。
4.奥林巴斯数码相机 u1050SW
奥林巴斯新近推出一款数码相机，使用者可通过敲击LCD显示屏或机身外壳来改变设置、拍照和查 看拍摄的照片。例如，当使用者在滑雪坡道上拍照时，无需脱下手套即可操作相机。另外，该款隶属“u-SW”系列的编号“u1050SW”的相机，具有增强 的防水、防尘和防撞击特点。
5.MEMS麦克风
国内主要的MEMS麦克风生产厂家有：山东歌尔声学、苏州敏芯（Suzhou MEMSensing Microsystems）、深圳瑞声（AAC Acoustic Technologies ）
6.GPS辅助导航
MEMS压力传感器可以使GPS导航更精确，Sensor Platforms公司和其它供应商都在开发集成有MEMS航位推算功能的系统，这样你的导航系统就可以跟随你进入建筑物内（甚至是地铁）而不迷路。其它 的开发者在开发把GPS、相机、MEMS传感器集成在一个平台，这样导航系统不但知道使用者身处何处，还知道使用者看到些什么，这样屏幕上的数据交互以确 定你寻找的建筑物。
7.喷墨打印机的喷墨头
明基电通(BenQ)日前发表新一代应用微机电(MEMS)整合之喷墨单芯片产品，这是该公司自2005年起执行工业局前瞻应用主导性新产品计划的研究成果，随着新一代产品的开发完成，明基希望能藉此开拓更多打印机ODM代工的商业机会。
8.玩具
玩具也装配有MEMS器件。在其动作传感游戏杆之外，Jakks Pacific最近推出了一系列带有动作传感的加速度计的低价玩具，例如，仙女玩具组合中的带有动作传感的魔杖。
9.硬盘跌落保护
10.MEMS微型投影仪