- 你覺得陌生的MEMS無處不在
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雖然大部分人對于MEMS(Microelectromechanical systems,微機電系統/微機械/微系統)還是感到很陌生,但是其實MEMS在我們生產,甚至生活中早已無處不在了,智能手機,健身手環、打印機、汽車、無人機以及VR/AR頭戴式設備,部分早期和幾乎所有近期電子產品都應用了MEMS器件。
MEMS是一門綜合學科,學科交叉現象及其明顯,主要涉及微加工技術,機械學/固體聲波理論,熱流理論,電子學,生物學等等。MEMS器件的特征長度從1毫米到1微米,相比之下頭發的直徑大約是50微米。
MEMS傳感器主要優點是體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成等,是微型傳感器的主力軍,正在逐漸取代傳統機械傳感器,在各個領域幾乎都有研究,不論是消費電子產品、汽車工業、甚至航空航天、機械、化工及醫藥等各領域。
常見產品有壓力傳感器,加速度計,陀螺,靜電致動光投影顯示器,DNA擴增微系統,催化傳感器。
MEMS的快速發展是基于MEMS之前已經相當成熟的微電子技術、集成電路技術及其加工工藝。 MEMS往往會采用常見的機械零件和工具所對應微觀模擬元件,例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結構。然而,MEMS器件加工技術并非機械式。相反,它們采用類似于集成電路批處理式的微制造技術。
批量制造能顯著降低大規模生產的成本。若單個MEMS傳感器芯片面積為5 mm x 5 mm,則一個8英寸(直徑20厘米)硅片(wafer)可切割出約1000個MEMS傳感器芯片,分攤到每個芯片的成本則可大幅度降低。
因此MEMS商業化的工程除了提高產品本身性能、可靠性外,還有很多工作集中于擴大加工硅片半徑(切割出更多芯片),減少工藝步驟總數,以及盡可能地縮傳感器大小。
MEMS需要專門的電子電路IC進行采樣或驅動,一般分別制造好MEMS和IC粘在同一個封裝內可以簡化工藝。不過具有集成可能性是MEMS技術的另一個優點。
正如之前提到的,MEMS和ASIC (專用集成電路)采用相似的工藝,因此具有極大地潛力將二者集成,MEMS結構可以更容易地與微電子集成。然而,集成二者難度還是非常大,主要考慮因素是如何在制造MEMS保證IC部分的完整性。
例如,部分MEMS器件需要高溫工藝,而高溫工藝將會破壞IC的電學特性,甚至熔化集成電路中低熔點材料。MEMS常用的壓電材料氮化鋁由于其低溫沉積技術,因為成為一種廣泛使用post-CMOS compatible(后CMOS兼容)材料。
雖然難度很大,但正在逐步實現。與此同時,許多制造商已經采用了混合方法來創造成功商用并具備成本效益的MEMS 產品。
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