尽管大部分人关于MEMS(Microelectromechanical systems, 微机电体系/微机械/微体系)仍是感到很生疏,可是其实MEMS在咱们出产,乃至日子中早已无处不在了,智能手机,健身手环、打印机、轿车、无人机以及VR/AR头戴式设备,部分前期和简直一切近期电子产品都应用了MEMS器材。
MEMS是一门归纳学科,学科穿插现象极端显着,首要触及微加工技能,机械学/固体声波理论,暖流理论,电子学,生物学等等。MEMS器材的特征长度从1毫米到1微米,相比之下头发的直径大约是50微米。MEMS传感器首要长处是体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等,是微型传感器的主力军,正在逐渐替代传统机械传感器,在各个范畴简直都有研讨,不论是消费电子产品、轿车工业、乃至航空航天、机械、化工及医药等各范畴。常见产品有压力传感器,加速度计,陀螺,静电致动光投影显示器,DNA扩增微体系,催化传感器。
MEMS的快速开展是根据MEMS之前现已适当老练的微电子技能、集成电路技能及其加工工艺。 MEMS往往会选用常见的机械零件和东西所对应微观模仿元件,例如它们或许包括通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。但是,MEMS器材加工技能并非机械式。相反,它们选用类似于集成电路批处理式的微制作技能。批量制作能明显下降大规模出产的本钱。若单个MEMS传感器芯片面积为5 mm x 5 mm,则一个8英寸(直径20厘米)硅片(wafer)可切割出约1000个MEMS传感器芯片(图1),分摊到每个芯片的本钱则可大幅度下降。因而MEMS商业化的工程除了进步产品自身功用、可靠性外,还有许多作业集中于扩展加工硅片半径(切割出更多芯片),削减工艺进程总数,以及尽或许地缩传感器巨细。
图1. 8英寸硅片上的MEMS芯片(5mm X 5mm)示意图
图2. 从硅原料到硅片进程。硅片上的重复单元可称为芯片(chip 或die)。
MEMS需求专门的电子电路IC进行采样或驱动,一般别离制作好MEMS和IC粘在同一个封装内能够简化工艺,如图3。不过具有集成或许性是MEMS技能的另一个长处。正如之前说到的,MEMS和ASIC (专用集成电路)选用类似的工艺,因而具有极大地潜力将二者集成,MEMS结构能够更容易地与微电子集成。但是,集成二者难度仍是非常大,首要考虑要素是如安在制作MEMS确保IC部分的完好性。例如,部分MEMS器材需求高温工艺,而高温工艺将会损坏IC的电学特性,乃至熔化集成电路中低熔点资料。MEMS常用的压电资料氮化铝由于其低温堆积技能,由于成为一种广泛运用post-CMOS compaTIble(后CMOS兼容)资料。尽管难度很大,但正在逐渐完成。与此同时,许多制作商现已选用了混合方法来发明成功商用并具有本钱效益的MEMS 产品。一个成功的比如是ADXL203,图4。ADXL203是完好的高精度、低功耗、单轴/双轴加速度计,供给通过信号调度的电压输出,一切功用(MEMS & IC)均集成于一个单芯片中。这些器材的满量程加速度丈量规模为±1.7 g,既能够丈量动态加速度(例如振荡),也能够丈量静态加速度(例如重力)。
图3. MEMS与IC在不同的硅片上制作好了再粘合在同一个封装内
图4. ADXL203(单片集成了MEMS与IC)
通讯/移动设备
图5. 智能手机简化示意图(How MEMS Enable Smartphone Features)