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你覺得陌生的MEMS無處不在
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2018/5/4

雖然大部分人對(duì)于MEMS(Microelectromechanical systems,微機(jī)電系統(tǒng)/微機(jī)械/微系統(tǒng))還是感到很陌生,但是其實(shí)MEMS在我們生產(chǎn),甚至生活中早已無處不在了,智能手機(jī),健身手環(huán)、打印機(jī)、汽車、無人機(jī)以及VR/AR頭戴式設(shè)備,部分早期和幾乎所有近期電子產(chǎn)品都應(yīng)用了MEMS器件。

MEMS是一門綜合學(xué)科,學(xué)科交叉現(xiàn)象及其明顯,主要涉及微加工技術(shù),機(jī)械學(xué)/固體聲波理論,熱流理論,電子學(xué),生物學(xué)等等。MEMS器件的特征長(zhǎng)度從1毫米到1微米,相比之下頭發(fā)的直徑大約是50微米。

MEMS傳感器主要優(yōu)點(diǎn)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(tǒng)機(jī)械傳感器,在各個(gè)領(lǐng)域幾乎都有研究,不論是消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車工業(yè)、甚至航空航天、機(jī)械、化工及醫(yī)藥等各領(lǐng)域。

常見產(chǎn)品有壓力傳感器加速度計(jì),陀螺,靜電致動(dòng)光投影顯示器,DNA擴(kuò)增微系統(tǒng),催化傳感器。

MEMS的快速發(fā)展是基于MEMS之前已經(jīng)相當(dāng)成熟的微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)及其加工工藝。 MEMS往往會(huì)采用常見的機(jī)械零件和工具所對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)。然而,MEMS器件加工技術(shù)并非機(jī)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(shù)。

批量制造能顯著降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。若單個(gè)MEMS傳感器芯片面積為5 mm x 5 mm,則一個(gè)8英寸(直徑20厘米)硅片(wafer)可切割出約1000個(gè)MEMS傳感器芯片,分?jǐn)偟矫總(gè)芯片的成本則可大幅度降低。

因此MEMS商業(yè)化的工程除了提高產(chǎn)品本身性能、可靠性外,還有很多工作集中于擴(kuò)大加工硅片半徑(切割出更多芯片),減少工藝步驟總數(shù),以及盡可能地縮傳感器大小。

MEMS需要專門的電子電路IC進(jìn)行采樣或驅(qū)動(dòng),一般分別制造好MEMS和IC粘在同一個(gè)封裝內(nèi)可以簡(jiǎn)化工藝。不過具有集成可能性是MEMS技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

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(jié)構(gòu)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(huì)破壞IC的電學(xué)特性,甚至熔化集成電路中低熔點(diǎn)材料。MEMS常用的壓電材料氮化鋁由于其低溫沉積技術(shù),因?yàn)槌蔀橐环N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(shí)現(xiàn)。與此同時(shí),許多制造商已經(jīng)采用了混合方法來創(chuàng)造成功商用并具備成本效益的MEMS 產(chǎn)品。

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