? 　自1959年微機電系統(tǒng)（MEMS）的構(gòu)想被提出，歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，今天，MEMS產(chǎn)品正成為推動半導(dǎo)體市場發(fā)展的巨大驅(qū)動力。根據(jù)Yole Development預(yù)測，在未來五年內(nèi)，MEMS將以每年20%增長（遠超其他半導(dǎo)體產(chǎn)品），而此在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中扮演了重要角色。從汽車安全、工業(yè)控制到消費性娛樂產(chǎn)品以及通訊產(chǎn)品，MEMS器件的應(yīng)用范圍早已無所不在，而未來在生物醫(yī)學(xué)、宇航及國防感測控制應(yīng)用等需求上，MEMS有望作出更多的貢獻。

　　亞德諾半導(dǎo)體（ADI）微機械產(chǎn)品線高級應(yīng)用工程師趙延輝認為，MEMS技術(shù)在未來主要有以下幾個發(fā)展趨勢：

　　第一，微型化的同時降低功耗。將會出現(xiàn)微米甚至納米級別的微型器件，同時降低功耗;

　　第二，微型化的同時提高精度，將MEMS加速度計做到石英加速度計的噪聲特性，保證MEMS陀螺儀小體積的同時獲得光纖陀螺儀的零偏穩(wěn)定性;

　　第三，集成化及智能化趨勢，即MEMS與IC的集成制造技術(shù)及多參量MEMS傳感器的集成制造技術(shù)得到發(fā)展，以及在集成化基礎(chǔ)上使得信號檢測具有一定的智能。

　　這些趨勢要求半導(dǎo)體廠商提供更高精度、穩(wěn)定性更好、更智能的高集成度MEMS傳感器模塊。

　　2013年MEMS傳感器市場的需求依然十分旺盛，這既有傳統(tǒng)汽車和消費類市場的需求，也有新興的工業(yè)、醫(yī)療、通信、測井、軍工類的需求。室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用會是促進新型MEMS氣壓計在2013起量的一個驅(qū)動因素;而隨著人們對錄音、視頻通話等的質(zhì)量要求越來越高，高信噪比的MEMS麥克風(fēng)會用在越來越多的手機或平板電腦中。隨著高溫MEMS器件通過越來越多的客戶驗證，在測井等極端工作領(lǐng)域，也會看到越來越多的MEMS產(chǎn)品。而物聯(lián)網(wǎng)和家庭醫(yī)療會是繼汽車和消費類應(yīng)用領(lǐng)域后，又一個殺手級的應(yīng)用，其潛在的市場和增長趨勢會像今天的智能手機一樣。但由于目前該市場還缺乏統(tǒng)一的標準和客戶的認知度，預(yù)計還需要2年左右的時間才會起量。

　　消費電子要求融合多功能的高集成度MEMS

　　智能手機、平板電腦、便攜醫(yī)療設(shè)備、GPS儀器等多功能個人電子設(shè)備等強勁的市場需求加速了MEMS傳感器技術(shù)的發(fā)展。飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale）傳感器產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理孫淙表示，在消費類領(lǐng)域，由智能手機和平板電腦市場的帶動，MEMS運動傳感器將繼續(xù)保持快速發(fā)展?！艾F(xiàn)在獨立的慣性傳感器應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，隨著3D IC 和TSV技術(shù)的發(fā)展和成熟，我們會看到越來越多的多軸組合慣性傳感器IMU（加速度+磁、加速度+陀螺、加速度+陀螺+磁）的出現(xiàn)，以適應(yīng)更小體積、更低成本的要求。同時隨著智能電視和類似電視盒等集成網(wǎng)絡(luò)、影音和游戲的終端產(chǎn)品的應(yīng)用普及和發(fā)展，集成IMU的手持遙控器也將越來越多。”

　　由于成本優(yōu)勢和無可替代性，MEMS慣性傳感器特別是加速度傳感器目前還是消費電子中最主要的MEMS器件。MEMS慣性傳感器主要用來實現(xiàn)運動捕捉、人機互動。例如在智能手機和平板電腦中屏幕顯示橫豎模式的自動切換，需要利用重力加速度傳感器精確地檢測角度的變化，同時還要滿足苛刻的體積和功耗要求。

　　在消費電子市場中，除了已有的MEMS慣性傳感器、壓力傳感器、紅外傳感器和麥克風(fēng)陣列，一些環(huán)境傳感器和生物傳感器也正逐漸被應(yīng)用于該市場。“MEMS傳感器的融合（也就是集成）將會繼續(xù)推動創(chuàng)新。將傳感器集成到一個單獨封裝中，有利于在消費產(chǎn)品中幫助簡化傳感器集成?！?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/idt/" target="_blank">IDT公司MEMS部門總經(jīng)理Harmeet Bhugra表示。

　　EVG公司MEMS業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Eric F. Pabo認為，在設(shè)計中加入MEMS器件時，設(shè)計工程師所面臨的最大挑戰(zhàn)是如何將MEMS器件的輸出最大程度上轉(zhuǎn)化為對實現(xiàn)器件功能或器件擁有者有益的信息。這個A/D（模擬到數(shù)字）的轉(zhuǎn)化和軟件其實十分困難。使不同MEMS器件在一起工作以進行互相校準和糾正難度很大，但同時又具有突出優(yōu)勢——有時被稱為傳感器融合。有幾家MEMS廠家已經(jīng)通過將一個3軸加速計、一個3軸陀螺儀、一個3軸磁力計和ASIC封裝在一起解決了這個問題。ASIC進行所有的信號處理并通過一個標準接口如USB輸出所處理的信息。意法半導(dǎo)體（ST）、博世傳感技術(shù)有限公司（Bosch Sensortec）和Invensense公司都提供該類型產(chǎn)品。

　　TDK集團旗下的愛普科斯（EPCOS）大中華區(qū)MEMS產(chǎn)品市場部資深經(jīng)理王緯瑛則指出，目前業(yè)界的MEMS所需使用的生產(chǎn)制程工藝眾多，為有效降低成本以及提高供應(yīng)彈性卻又不犧牲規(guī)格性能，這是目前消費類電子產(chǎn)品中加入MEMS器件所需突破的重要門檻。未來的應(yīng)用上會趨向?qū)⒏鱾€單項功能結(jié)合為單顆智能（多項檢測功能）產(chǎn)品。

　　EPCOS目前推出的主要產(chǎn)品業(yè)已結(jié)合檢測大氣壓力、溫度以及高度三種功能的傳感器。器件本身除了在尺寸高度上具有優(yōu)勢，且能夠在保證規(guī)格性能的同時提供高成本效益的產(chǎn)品。舉例來說，在定位系統(tǒng)產(chǎn)品的應(yīng)用上，EPCOS的壓力傳感器能夠提升精準度高達25cm以內(nèi)。這有助于提高手持產(chǎn)品以及游戲機等消費性產(chǎn)品在移動中對靈敏度的判斷。在溫度及壓力的變化上也能夠以秒為單位來呈現(xiàn)差異。EPCOS公司的T5400是市場上最小型的數(shù)字壓力傳感器，專為滿足移動設(shè)備及其周邊需求而開發(fā)（圖1）。T5400使得如心率監(jiān)控、運動鞋或自行車計算機等健身與戶外領(lǐng)域的應(yīng)用程序設(shè)計更加豐富，另外還可結(jié)合高度計來追蹤高度變化。此外還有助于在無可用GPS信號的情況下改進室內(nèi)導(dǎo)航。

　　

　　飛思卡爾已經(jīng)量產(chǎn)的FXOS8700CQ是一顆內(nèi)部集成了一個12位三軸加速度傳感器和一個三軸磁力計的6軸IMU器件，而PCB占位僅為3mm×3mm。FXOS8700具有0.1度的方向分辨率，可提供誤差低于5度的航向精確度，為高性能運動檢測和eCompass提供了理想的解決方案。FXOS8700具有低功耗特性和豐富的嵌入式功能，特別擁有磁場矢量幅度變化超限，磁場分量變化超限自動中斷輸出，內(nèi)置嵌入式硬磁自校準功能，支持低功耗硬磁偏移補償?？蓮V泛應(yīng)用于智能手機、平板電腦及個人導(dǎo)航等設(shè)備，提供運動檢測、電子羅盤、游戲、增強實境及位置服務(wù)等應(yīng)用。

　　ADXL362是ADI公司推出的業(yè)界功耗最低的MEMS加速度計（圖2）。這款3軸數(shù)字MEMS加速度計在運動檢測喚醒模式下功耗僅為300nA，與最接近的競爭傳感器相比，相同模式下的功耗低60%。在全速測量模式下，數(shù)據(jù)速率為100Hz時，功耗為2μA，比相同頻率下工作的競爭MEMS加速度計低80%。除了固有的低功耗工作特性，ADXL362 MEMS加速度計還有其他能夠提高系統(tǒng)級功效的重要特性。ADXL362還內(nèi)置增強型樣本活動檢測功能，可準確區(qū)分不同種類的運動。該特性可避免誤檢，防止傳感器不必要地開啟系統(tǒng)且縮短電池壽命。ADXL362可用作智能型、連續(xù)工作、運動激活開關(guān)的一部分。當配備喚醒狀態(tài)輸出引腳時，運動傳感器可繞過處理器即時觸發(fā)啟動系統(tǒng)功能的開關(guān)，從而進一步降低系統(tǒng)功耗。極低的功耗使ADXL362適合從醫(yī)療保健到基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控的各種極度注重電池壽命的應(yīng)用。

　　

　　MEMS為汽車、工業(yè)等領(lǐng)域帶來創(chuàng)新

　　MEMS壓力傳感器主要用于檢測流體或固體的壓力，并能進行信號遠傳。它是工業(yè)應(yīng)用中最為常用的一種傳感器，常常作為一種自動化控制的前端組件，因此其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制環(huán)境，包括石油化工、造紙、水處理、電力、船舶、機床和公用設(shè)備等行業(yè)。MEMS壓力傳感器的封裝工藝，通常還可以將壓阻式敏感芯體做得體積小巧、靈敏度高，而且穩(wěn)定性好，并將壓敏電阻以惠司通電橋形式與應(yīng)變材料結(jié)合在一起，這樣就能確保壓阻式壓力傳感器過載能力強和抗沖擊壓力強。這相當適合測量高量程范圍的壓力變化，尤其在1Mpa以上時，線性很好，精度也很高，并適合測量與應(yīng)變材料兼容的各類介質(zhì)。

　　EVG公司的Eric F. Pabo指出，除了消費電子領(lǐng)域，MEMS傳感器在汽車市場的應(yīng)用也將持續(xù)增長，因為更多的汽車市場使用系統(tǒng)諸如TMPS（胎壓監(jiān)測系統(tǒng)）和ESC（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）。一些過去的專用MEMS器件如微測輻射熱計會出現(xiàn)在高端汽車應(yīng)用領(lǐng)域然后隨著器件成本的下降逐步走向中低端市場。MEMS會持續(xù)應(yīng)用于更多的工業(yè)領(lǐng)域以及出現(xiàn)在耐用消費品領(lǐng)域。不過，這兩個最新的應(yīng)用市場規(guī)模都不會大于消費類MEMS器件。

　　MEMS傳感器在環(huán)境和工業(yè)應(yīng)用中帶來的創(chuàng)新和突破來自于在降低成本基礎(chǔ)上的廣泛使用。對于環(huán)境應(yīng)用而言，可以想象一下如果傳感器已經(jīng)存在于全世界億萬智能手機中，那么它們可用來采集和報告環(huán)境信息。當使用MEMS器件的傳感器每節(jié)點成本繼續(xù)下降，勢必MEMS器件的工業(yè)應(yīng)用會增加。一個MEMS麥克風(fēng)加上一個MPU（微處理單元）和一個無線電通信線路，可以用于監(jiān)控大型電機或旋轉(zhuǎn)電機的噪音級別并對噪音進行頻譜分析，當感測到的聲音和頻譜特征出錯或探測到其他問題，就會發(fā)出信號傳送到中央監(jiān)控站要求檢修。

　　由于價格相對較高，以及在汽車、工業(yè)及醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴大，壓力傳感器有望成為銷售額最高的MEMS器件。由于補償水平、裸片校準與封裝類型的不同，MEMS壓力傳感器的平均價格目前相差很大，面向高價值工業(yè)與醫(yī)療應(yīng)用的從幾美元到幾十美元不等，而面向飛機液壓系統(tǒng)或飛行數(shù)據(jù)測量等專業(yè)應(yīng)用的則高達幾百美元，包括在惡劣的介質(zhì)、溫度和壓力條件下的工業(yè)應(yīng)用組合。MEMS壓力傳感器在汽車中的一個新應(yīng)用是傳動系統(tǒng)壓力感測。在工業(yè)領(lǐng)域，MEMS壓力傳感器的主要應(yīng)用包括采暖通風(fēng)及空調(diào)（HVAC）、水平面測量、各種工業(yè)過程與控制應(yīng)用。

　　MEMS最新發(fā)展集中在定時振蕩器

　　此外，污染和花粉探測正在成為環(huán)境傳感器的一個熱點話題，尤其是考慮到煙霧/過敏原在大城市呈現(xiàn)出高水平。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，機器人將繼續(xù)推動對越來越精密傳感器的需求。

　　飛思卡爾公司的孫淙也表示，MEMS器件正越來越多地應(yīng)用到環(huán)境和工業(yè)中，例如MEMS化學(xué)氣體和壓力傳感器，這將促進檢測和傳感設(shè)備的小型化和便攜化，更方便于環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)檢測。同時，預(yù)計采用MEMS傳感器的無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點也將越來越多地應(yīng)用于環(huán)境和工業(yè)領(lǐng)域。針對工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，飛思卡爾推出的MMA8491是一款低功耗的12位三軸加速度傳感器，逐秒采樣時運行耗電低于400nA，關(guān)斷電流小于10nA。MMA8491非常適合于用于無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，提供諸如設(shè)備追蹤，震動以及傾斜檢測。MMA8491提供適用于高可靠性要求的工業(yè)領(lǐng)域的封裝外形。

　　ADI公司的ADXL377是業(yè)界首款商用高量程三軸加速度計。ADXL377可測量±200g滿量程范圍內(nèi)且無信號飽和情況下由沖擊和振動引起的高沖擊事件的加速度。該測量范圍與可連續(xù)捕捉?jīng)_擊數(shù)據(jù)的模擬輸出相結(jié)合，使ADXL377成為接觸類運動的理想傳感器，可通過檢測沖擊力來了解創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）指標。

　　IDT公司MEMS部門總經(jīng)理Harmeet Bhugra的觀點是，MEMS技術(shù)的最新發(fā)展集中在振蕩器（定時參考）領(lǐng)域?！暗侥壳盀橹?，MEMS僅在諸如手機傳感器這樣的消費產(chǎn)品中獲得采用，下一階段的快速發(fā)展將圍繞定時振蕩器展開。MEMS振蕩器受到如高性能路由器、交換機和存儲集群這樣數(shù)據(jù)中心企業(yè)應(yīng)用的巨大推動，性能已得到足夠提升?！盜DT公司針對云計算和企業(yè)應(yīng)用推出了計時振蕩器，其4H性能MEMS振蕩器具有100飛秒（fs）典型相位抖動性能和集成的頻率裕量設(shè)定能力（圖3）。IDT高性能振蕩器的超低相位抖動和可修改的輸出頻率顯著降低萬兆以太網(wǎng)（10GbE）交換器、路由器和其他相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的誤碼率（BER）。

　　

　　MEMS時鐘器件進入手機市場

　　除了慣性傳感器，傳統(tǒng)的石英晶振也正在被硅MEMS器件取代，硅時鐘器件憑借標準的半導(dǎo)體工藝和可高量產(chǎn)的塑殼封裝技術(shù)，使得時鐘晶振器件的交貨周期和供貨發(fā)生革命性變化，尺寸也更小。“目前出現(xiàn)顯著增長的一個應(yīng)用領(lǐng)域是用MEMS時鐘芯片替代傳統(tǒng)石英時鐘，這能夠為用戶帶來更高的性能、靈活性、可靠性，更小的元件尺寸和更低的功耗?！?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/sitime/" target="_blank">SiTime公司市場營銷執(zhí)行副總裁Piyush Sevalia談到。他認為，在今后兩年內(nèi)，MEMS時鐘在各種應(yīng)用中的普及將會推動MEMS產(chǎn)業(yè)的增長。面向MEMS時鐘的新應(yīng)用包括智能手機、平板電腦、數(shù)碼相機、運動健身器材（如手表），醫(yī)療健康設(shè)備（血壓計、血糖檢測儀等）、電子配件（如MP3、耳機）以及計算機外圍設(shè)備（無線鼠標、觸控板等）。

　　SiTime的MEMS時鐘器件包括振蕩器，諧振器和時鐘發(fā)生器已在各類消費和移動電子產(chǎn)品中被廣泛采納。此外，SiTime元件具有可編程的功能，為用戶提供了極強的靈活性和新功能，如頻率精度達到小數(shù)點6位。SiTime的硅MEMS時種器件由低功耗MEMS與可編程的模擬電路集成，采用完全的硅制程工藝。繼推出針對系統(tǒng)設(shè)備、工業(yè)控制和消費電子的高端硅MEMS后，SiTime公司最新的SiT15xx系列32kHz MEMS振蕩器（圖4）以多種方式克服了基于石英器件的限制，占位面積減小了85%，功耗降低了50%，可靠性提高了15倍，所有這些都有助于實現(xiàn)體積更小、功耗更低和更耐用的移動電子產(chǎn)品。此外，各種醫(yī)療健身器件和目前非常熱門的各種智能配帶式產(chǎn)品如智能手表、智能眼鏡等等也非常適合使用硅MEMS時鐘振蕩器。