導讀:利用傳統(tǒng)的半導體工藝和材料,集微傳感器、微執(zhí)行器、微機械機構(gòu)、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。具有小體積、低成本、集成化等特點。
MEMS的全稱是微型電子機械系統(tǒng)
利用傳統(tǒng)的半導體工藝和材料,集微傳感器、微執(zhí)行器、微機械機構(gòu)、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。具有小體積、低成本、集成化等特點。
MEMS工作原理圖
MEMS傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
除了智能手機,MEMS傳感器將會在 AR/VR、可穿戴等消費電子,智能駕駛、智能工廠、智慧物流、 智能家居、環(huán)境監(jiān)測、智慧醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
4、車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重大領(lǐng)域,智能汽車是車聯(lián)網(wǎng)的核心,正處于高速發(fā)展中。在智能汽車時代,主動安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領(lǐng)域,需要改進現(xiàn)有的主動安全系統(tǒng),比如側(cè)翻(rollover)與穩(wěn)定性控制(ESC),這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感測車身姿態(tài)。
語音將成為人與智能汽車的重要交互方式,MEMS麥克風將迎來發(fā)展新機遇。MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域還有很多應(yīng)用,包括安全氣囊(應(yīng)用于正面防撞氣囊的高g值加速度計和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器)、汽車發(fā)動機(應(yīng)用于檢測進氣量的進氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器)等。
5、自動駕駛應(yīng)用
自動駕駛技術(shù)的興起,進一步推動了MEMS傳感器進入汽車。雖然GPS接收器可以計算自身位置和速度,但在GPS信號較差的地方(地下車庫、隧道)和信號受到干擾的時候,汽車的導航會受到影響,這對自動駕駛來說是致命的缺陷。
利用MEMS陀螺儀和加速度計獲取速度和位置(角速度和角位置),車輛任何細微的動作和傾斜姿態(tài),都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,通過總線,傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態(tài)下,MEMS的精度和反應(yīng)速度也能夠適應(yīng)。得益于硅體微加工、晶片鍵合等技術(shù)的發(fā)展,精度已經(jīng)上升到0.01。
MEMS VOC氣體傳感器GM-502B
6、工業(yè)應(yīng)用
MEMS讓傳感器小型化、智能化,MEMS傳感器將在智慧工業(yè)時代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測,MEMS加速度計可以用來監(jiān)測工業(yè)設(shè)備的振動和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業(yè)機器人的導航和轉(zhuǎn)動提供精確的位置信息。
MEMS傳感器種類及供應(yīng)商
MEMS傳感器種類繁多,主要的MEMS傳感器包括運動傳感器、壓力、麥克風、環(huán)境、光傳感器等。
MEMS運動傳感器主要有加速度計、陀螺儀、磁力計三大類,加速度計和陀螺儀可以集成為六軸慣性傳感器;磁力計和加速度計集成為電子羅盤(e-compass),加速度計、陀螺儀和磁力計可集成為9軸傳感器。
MEMS環(huán)境傳感器可細分為氣體、溫度和濕度傳感器等。MEMS氣體傳感器主要用于檢測目標氣體的成分、濃度等。MEMS溫度傳感器可用于任何需要檢測溫度的地方。MEMS濕度傳感器在工業(yè)控制、氣象、農(nóng)業(yè)、礦山檢測等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
MEMS生物傳感器目前處于發(fā)展初期。MEMS生物傳感器是利用生物分子探測生物反應(yīng)信息的器件,被列為新世紀五大醫(yī)學檢驗技術(shù)之一,是現(xiàn)代生物技術(shù)與微電子學、化學等多學科交叉結(jié)合的產(chǎn)物。未來MEMS生物傳感器在醫(yī)學、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展空間。
MEMS產(chǎn)業(yè)鏈
MEMS是多學科交叉的復雜系統(tǒng),整個產(chǎn)業(yè)鏈涉及設(shè)計、制造、封裝測試、軟件及應(yīng)用方案環(huán)節(jié)。
MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的上游負責MEMS器件設(shè)計、材料和生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng),中游生產(chǎn)制造出MEMS器件、下游使用MEMS器件制造終端電子產(chǎn)品。
MEMS整個產(chǎn)業(yè)鏈復雜,涉及的廠商眾多。中國的設(shè)計、制造、封裝測試廠商都在積極布局MEMS,已形成完整MEMS的產(chǎn)業(yè)鏈。
1、全球MEMS生產(chǎn)廠商
全球前十名 MEMS廠商主要包括博世、意法半導體、惠普、德州儀器、佳能、InvenSense、Avago和 Qorvo、樓氏電子、松下等。
2、MEMS代工
MEMS代工主要有兩種類型:IDM廠商提供的MEMS代工,獨立的代工廠提供的MEMS代工,其中獨立的代工廠包括集成電路代工廠和純MEMS代工廠。
近幾年Fabless模式(無生產(chǎn)線設(shè)計公司)的MEMS器件制造商發(fā)展迅速,獨立的MEMS代工廠努力尋求標準化的工藝以提升規(guī)模經(jīng)濟,減少制造時間和降低成本,使得獨立的MEMS代工廠快速成長,但目前IDM代工仍處于市場領(lǐng)導地位。
3、MEMS封裝測試
封裝技術(shù)與IC封裝有著諸多不同,對企業(yè)的要求很高。眾所周知,MEMS器件價格下降非常之快,目前部分MEMS器件中封裝成本甚至占到總價格的40%到60%。如何做到低成本封裝是封測廠商面臨的巨大挑戰(zhàn)。
經(jīng)過四十多年的發(fā)展,微機電系統(tǒng)(MEMS)已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫(yī)學等多種學科與技術(shù),應(yīng)用前景廣闊。