- 汽車和消費電子推動MEMS應用
- MEMS傳感器技術詳細分析
- 知名廠商及其相關產(chǎn)品介紹
- MEMS傳感器封裝工藝探討
- MEMS傳感器的新應用領域展望
當今的趨勢，無論是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、智能手機的熱潮、移動網(wǎng)絡的崛起，都和傳感器有著密切的關系。傳感器已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ睿嬖谟诿總€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(jù)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(nèi)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(nèi)。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?qū)⑿畔⒌墨@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(chǎn)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(chǎn)。
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(wǎng)球球拍的運動）轉(zhuǎn)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(shù)手機都含有MEMS傳感器實現(xiàn)重力加速計和陀螺儀的功能，例如被用在iPhone中。通過對旋轉(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)速和其它一些數(shù)據(jù)，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(nèi)壓力測量等等大多數(shù)汽車子系統(tǒng)中。
MEMS應用的廣泛性，從以下文章可見一斑。
車用MEMS行情看漲
2010年全球MEMS市場增長11.1%
高價值MEMS市場成長強勁
MEMS應用的下一個爆發(fā)點
今年MEMS麥克風出貨近6.96億顆
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(qū)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(shù)字化，就稱為數(shù)字指南針（DigitalCompass）。老實說，數(shù)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(zhì)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(shù)組麥克風 （ArrayMIC），事實上早在Apple實行之前，2004年就已經(jīng)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(zhuǎn)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(xiàn)方式也是許多種，MEMS只是手法之一，用MEMS實現(xiàn)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(zhuǎn)而自動對應翻轉(zhuǎn)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(xiàn)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。
對于MEMS傳感器的技術和分析可以參考下面幾篇文章：
iPhone4 MEMS傳感器技術詳細解析
將MEMS傳感器用于各種創(chuàng)新的消費類產(chǎn)品設計
MEMS振蕩器技術設計思路[page]
廠商競逐MEMS市場
根據(jù) iSuppli的統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(chǎn)品領域。產(chǎn)品也包括可調(diào)匹配網(wǎng)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(chǎn)品的合理選擇。
相關產(chǎn)品：
T5000/ABS1200E：EPCOS最小MEMS核心氣壓傳感器
ADXL001：ADI公司基于MEMS的振動傳感器
意法半導體全力打造消費電子類MEMS
形D6F-70：歐姆龍推出MEMS流量傳感器用于燃料電池
關于MEMS 傳感器的封裝
封裝曾是MEMS技術的難點。不過，生產(chǎn)工藝的提升使得產(chǎn)品良率有很大提升，現(xiàn)在MEMS產(chǎn)品的價格已經(jīng)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(xiàn)了眾多的MEMS封裝技術，大多數(shù)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，通常可將其分為3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(nèi)，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(shù)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(chǎn)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）。
根據(jù)生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)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(nèi)。同樣，電路也可以是集成了MEMS器件的單芯片、單封裝。
更多內(nèi)容，請參考：
MEMS封裝級設計
MEMS組件封裝高度降至0.9mm
加拿大將向MEMS及三維封裝研究項目投入1億7800萬美元
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(xiàn)成本適當?shù)摹⑦B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。
更多詳細內(nèi)容，請參考：
MEMS技術成醫(yī)療電子發(fā)展新動力
MEMS流體陀螺
