MEMS 的全稱是微型電子機(jī)械系統(tǒng)，利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝和材料，集微傳感器、微執(zhí)行器、微機(jī)械機(jī)構(gòu)、信號(hào)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(diǎn)。
MEMS工作原理圖
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MEMS傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
除了智能手機(jī)，MEMS傳感器將會(huì)在 AR/VR、可穿戴等消費(fèi)電子，智能駕駛、智能工廠、智慧物流、 智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
1、可穿戴設(shè)備應(yīng)用
以小米手環(huán)為例，就用到了ADI的MEMS加速度和心率傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和心率監(jiān)測(cè)。 Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計(jì)、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)，還有使用脈搏傳感器。
2、VR應(yīng)用
VR設(shè)備需要足夠精確測(cè)定頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的速度、角度和距離，采用MEMS加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)定是重要的解決方案之一，幾乎成為VR設(shè)備的標(biāo)配。Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR都采用了MEMS加速度計(jì)和陀螺儀，未來(lái)VR設(shè)備也可能會(huì)使用MEMS眼球追蹤技術(shù)。
3、無(wú)人機(jī)應(yīng)用
無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)上，MEMS傳感器又有了施展的空間。結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀，可以算出角度變化，并確定位置和飛行姿態(tài)。MEMS傳感器能在各種惡劣條件正常工作，同時(shí)獲得高精度的輸出。MEMS加速度計(jì)和陀螺儀在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用可謂是大放異彩。
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(shí)代，主動(dòng)安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領(lǐng)域，需要改進(jìn)現(xiàn)有的主動(dòng)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(lái)感測(cè)車身姿態(tài)。
語(yǔ)音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風(fēng)將迎來(lái)發(fā)展新機(jī)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(jì)和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器）、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（應(yīng)用于檢測(cè)進(jìn)氣量的進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器和流量傳感器）等。
5、自動(dòng)駕駛應(yīng)用
自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起，進(jìn)一步推動(dòng)了MEMS傳感器進(jìn)入汽車。雖然GPS接收器可以計(jì)算自身位置和速度，但在GPS信號(hào)較差的地方（地下車庫(kù)、隧道）和信號(hào)受到干擾的時(shí)候，汽車的導(dǎo)航會(huì)受到影響，這對(duì)自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計(jì)獲取速度和位置（角速度和角位置），車輛任何細(xì)微的動(dòng)作和傾斜姿態(tài)，都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)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。
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(shí)代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測(cè)，MEMS加速度計(jì)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)工業(yè)設(shè)備的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計(jì)和陀螺儀可以為工業(yè)機(jī)器人的導(dǎo)航和轉(zhuǎn)動(dòng)提供精確的位置信息。
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MEMS產(chǎn)業(yè)鏈
MEMS是多學(xué)科交叉的復(fù)雜系統(tǒng)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈涉及設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試、軟件及應(yīng)用方案環(huán)節(jié)。MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的上游負(fù)責(zé)MEMS器件設(shè)計(jì)、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(gè)產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，涉及的廠商眾多；中國(guó)的設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)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(dǎo)體、惠普、德州儀器、佳能、InvenSense、 Avago和 Qorvo、樓氏電子、松下等等。其中 BOSCH因?yàn)槠湓谄囯娮雍拖M(fèi)電子的雙重布局，牢牢占據(jù)著行業(yè)的第一的位置，其營(yíng)收約占五大公司合計(jì)營(yíng)收的三分之一。
大部分 MEMS行業(yè)的主要廠商是以 Fabless為主，例如樓氏、 HP、佳能等。同時(shí)，平行的也有 IDM廠商垂直參與到整條產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，比如 Bosch、 ST等都建有自己的晶元代工生產(chǎn)線。
2、MEMS代工
MEMS代工主要有兩種類型：IDM廠商提供的MEMS代工，獨(dú)立的代工廠提供的MEMS代工，其中獨(dú)立的代工廠包括集成電路代工廠和純MEMS代工廠。近幾年Fabless模式的MEMS器件制造商發(fā)展迅速，獨(dú)立的MEMS代工廠努力尋求標(biāo)準(zhǔn)化的工藝以提升規(guī)模經(jīng)濟(jì)，減少制造時(shí)間和降低成本，使得獨(dú)立的MEMS代工廠快速成長(zhǎng)，但目前IDM代工仍處于市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位。
目前提供MEMS代工的IDM廠商主要有意法半導(dǎo)體、索尼、德州儀器等；臺(tái)積電目前是全球最大的獨(dú)立的MEMS代工廠，全球領(lǐng)先的純MEMS代工廠還有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、Asia Paci?c Microsystems、X-FAB 、Innovative Micro Technology等,國(guó)內(nèi)的中芯國(guó)際、華宏宏利、上海先進(jìn)半導(dǎo)體也有生產(chǎn)MEMS的能力。
3、MEMS封裝測(cè)試
目前具備MEMS封裝測(cè)試能力的國(guó)際廠商主要有日月光、安靠、矽品、力成科技等，國(guó)內(nèi)有華天科技、長(zhǎng)電科技、晶方科技、中科飛龍等廠商。盡管國(guó)內(nèi)的MEMS前端制造還落后于國(guó)際大廠，由于國(guó)內(nèi)的封裝技術(shù)起步較早，國(guó)內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈后端封裝較為完善。
封裝技術(shù)與IC封裝有著諸多不同，對(duì)企業(yè)的要求很高。眾所周知，MEMS器件價(jià)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(jià)格的40%到60%。如何做到低成本封裝是封測(cè)廠商面臨的巨大挑戰(zhàn)。
經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，微機(jī)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(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。
