什么是MEMS

2011-03-09 12:00:02来源: 互联网

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微机电系统的缩写。MEMS是美国的叫法,在日本被称为微机械,在欧洲被称为微系统。

MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分,它是在融合多种微细加工技术,并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。

MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业,采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业,就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样,MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测,未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势,年平均增加率约为18%,因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。

MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域,相对于传统的机械,它们的尺寸更小,最大的不超过一个厘米,甚至仅仅为几个微米,其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料,电气性能优良,硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝类似,热传导率接近钼和钨。采用与集成电路(IC)类似的生成技术,可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺 ,进行大批量、低成本生产,使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

沿着系统及产品小型化、智能化、集成化的发展方向,可以预见:MEMS会给人类社会带来另一次技术革命,它将对21世纪的科学技术、生产方式和人类生产质量产生深远影响,是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。

制造商正在不断完善手持式装置,提供体积更小而功能更多的产品。但矛盾之处在于,随着技术的改进,价格往往也会出现飙升,所以这就导致一个问题:制造商不得不面对相互矛盾的要求——在让产品功能超群的同时降低其成本。

解决这一难题的方法之一是采用微机电系统,更流行的说法是MEMS,它使得制造商能将一件产品的所有功能集成到单个芯片上。MEMS对消费电子产品的终极影响不仅包括成本的降低、而且也包括在不牺牲性能的情况下实现尺寸和重量的减小。事实上,大多数消费类电子产品所用MEMS元件的性能比已经出现的同类技术大有提高。虽然MEMS过去只限于汽车、工业和医疗应用,但据调查公司估计:“MEMS消费类电子产品的销售额将在2005年前达到15亿美元”。

手持式设备制造商正在逐渐意识到MEMS的价值以及这种技术所带来的好处——大批量、低成本、小尺寸,而且开始转向成功的MEMS公司,其所实现的成本削减幅度之大,将影响整个消费类电子世界,而不仅是高端装置。

国内MEMS芯片(Die)供应商主要有:上海微系统所、沈阳仪表所、电子部13研究所、北京微电子所等,目前形成生产的主要是MEMS压力传感器芯片(Die)。

MEMS技术的发展历史

MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初,当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。由于薄硅片振动膜在压力下变形,会影响其表面的压敏电阻走线,这种变化可以把压力转换成电信号。后来的电路则包括电容感应移动质量加速计,用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。

第二轮商业化出现于20世纪90年代,主要围绕着PC和信息技术的兴起。TI公司根据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪,而热式喷墨打印头现在仍然大行其道。

第三轮商业化可以说出现于世纪之交,微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。尽管该市场现在萧条,但微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。

推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针,以及所谓的'片上实验室'生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0309/article_734.html
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