【文章內(nèi)容簡介】 可嵌入大尺寸系統(tǒng)中，把自動化、智能化和可靠性水平提高到一個新的水平。 21 世紀(jì) MEMS 將逐步從實驗室走向?qū)嵱没瑢まr(nóng)業(yè)、信息、環(huán)境、生物工程、醫(yī)療、空間技術(shù)、國防和科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生重大影響 MEMS 將來應(yīng)用前景 MEMS 傳感器已經(jīng)存在幾十年了，并成功的滲透到一些大規(guī)模應(yīng)用的市場，如醫(yī)療壓力傳感器和安全汽囊加速度計等。盡管取得了這些成功，但 MEMS 傳感器很大程度上還是局限于這些零散的應(yīng)用。這種狀況在下一個十年中有望得到改變。 1） 汽車市場 。 MEMS 傳感器在汽車工業(yè)中的主要應(yīng)用是壓力和慣性，這兩個領(lǐng)域預(yù)期在未來的十年內(nèi)都會蓬勃成長。 胎壓傳感器，美國國會在 TREAD Act 法案的引言中強(qiáng)制命令為所有的交通車輛安裝壓力傳感器，要求傳感器在偵測到輪胎充氣不足時，在二十分鐘內(nèi)向司機(jī)8 發(fā)出警告。在 2020 年生產(chǎn)的所有模型車、小型貨車、卡車和運動型車（ SUVs）上都將具備這項功能。 慣性傳感器，加速度計在汽車中的應(yīng)用包括了安全汽囊、傾翻偵測、電子動態(tài)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航、安全系統(tǒng)和靈活性背負(fù)系統(tǒng)。陀螺儀應(yīng)用于穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，抗傾翻系統(tǒng)和 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)。 MEMS 陀螺儀實現(xiàn)慣性導(dǎo)航（ Dead Reckoning,即慣性導(dǎo)航技術(shù)，也稱方位推估技術(shù)，讓 GPS 斷訊時仍能繼續(xù)定位）的 GPS 系統(tǒng)在日本等國家被廣泛采用，在這里它成為所有車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置。 2） 消費類電子 。 自從上世紀(jì) 90 年代后期， MEMS 傳感器已經(jīng)被用于攝錄像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中來增強(qiáng)圖像的穩(wěn)定性。隨著上述數(shù)碼產(chǎn)品的尺寸越來越小以及像素越來越高，由于手的抖動，圖片變得越來越容易模糊。為了解決這一問題，由ADI、 InvenSense、意法半導(dǎo)體以及其他公司開發(fā)的 MEMS 陀螺儀測量相機(jī)的運動軌跡并向微控制器發(fā)送信號，微控 制器直接控制鏡頭或者圖像傳感器進(jìn)行微小的線性運動從而補(bǔ)償意外的相機(jī)抖動。 麥克風(fēng) ， 與目前廣泛使用的電介質(zhì)電容器麥克風(fēng)相比， MEMS 麥克風(fēng)更耐熱，并且對抖動和震動有更強(qiáng)的免疫能力。 Knowles Acoustics 公司是首家將硅 MEMS麥克風(fēng)推向市場的公司。英飛凌公司則提供兩芯片的解決方案，包括 MEMS 芯片和 ASIC(特定應(yīng)用集成電路 )，兩者同時封裝在一起。 移動電話 ， 在移動電話中加速度計被用來增加圖像穩(wěn)定性、震動偵測、菜單導(dǎo)航、文本滾動、游戲控制、靜音模式下的激活、搖動撥號以及其它功能。例如，索尼愛立信 W910i，當(dāng)用戶晃動電話時，運用加速度計來改變音調(diào)；或者通過一個振動讓用戶知道音軌已經(jīng)發(fā)生變化。 MEMS 與無線通信領(lǐng)域 3） 在無線通信終端領(lǐng)域，對微型化、高性能和低成本的追求使大家普遍期待能將各種功能單元集成在一個單一芯片上，即實現(xiàn) SOC(System On a Chip)，而通信工程中大量射頻技術(shù)的采用使諸如諧振器，濾波器、耦合器等片外分離單元大量存在。 MEMS 技術(shù)不僅可以克服這些障礙，而且表現(xiàn)出比傳統(tǒng)的通信元件具有更優(yōu)越的內(nèi)在性能。 日前， IBM 公司采用 MEMS 技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出了能夠用在手機(jī)等無線裝置上 的微型嵌入式頻率調(diào)諧器和其他設(shè)備。 4） MEMS 光通信與光網(wǎng)絡(luò) MEMS 技術(shù)可使開發(fā)就地配置的光器件成為可能。用于光網(wǎng)絡(luò)的 MEMS 動態(tài)元件包括可調(diào)的激光器和濾波器、動態(tài)增益均衡器、可變光衰減器以及光交叉連接器等。此外， MEMS 技術(shù)已經(jīng)在光交換應(yīng)用中進(jìn)入現(xiàn)場試驗階段，基于 MEMS的光交換機(jī)已經(jīng)能夠傳遞實際的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，全光 MEMS 光交換機(jī)也正在步入商用階段。 2020 年 3 月，日立制作所機(jī)械研究所與日立金屬下屬的尖端電子研究所合作，日前成功開發(fā)出了用于城域網(wǎng)的三維 MEMS 型光交換元件。該元件通過采用三維 MEMS 型 光矩陣交換方式，同時實現(xiàn)了小型化設(shè)計和低損耗。 5） MEMS 與生物技術(shù) 生物芯片是近年來在生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，它主要是指通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固格體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細(xì)胞、蛋白質(zhì)、 DNA 以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測。常用的生物芯片分為三大類：即基因芯片、蛋白質(zhì)芯片和芯片實驗室。 6） MEMS 與納米技術(shù) 9 納米技術(shù)與 MEMS 技術(shù)作為在尺度上的兩個不同的概念（納米的尺幅范圍是在 100nm— ，而微機(jī)械的尺寸定義在 到 1 微米）。納 米技術(shù)的應(yīng)用主要包括納米材料、納米電子技術(shù)、納米機(jī)器人、納米衛(wèi)星還有納米武器。 MEMS 市場發(fā)展趨勢 與傳統(tǒng) IC 產(chǎn)業(yè)相比， MEMS 產(chǎn)值如冰山一角，所占比例很??；但 MEMS 產(chǎn) 業(yè)的增長速度很快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng) IC 產(chǎn)業(yè)。據(jù)市場調(diào)查公司 Yole Development 的統(tǒng)計， 2020 年全球 MEMS 市場總值為 71 億美元， 2020 年將達(dá)到 140 億美元， 復(fù)合年均增長率（ CAGR）達(dá)到 14%。全球 MEMS 相關(guān)產(chǎn)品 (包括汽車安全氣囊系 統(tǒng)，顯示系統(tǒng)等 )市場總值為 480 億美元，至 2020 年將達(dá)到 950 億美元。 MEMS與 IC 芯片產(chǎn)業(yè)有非常類似的發(fā)展規(guī)律。兩者的升級換代周期都非常短： MEMS器件從研發(fā)到量產(chǎn) 3 億個的時間，從過去 10 年縮短為現(xiàn)在 2~3 年，速度成為MEMS 產(chǎn)品成功的基本保障。 MEMS 第一輪商業(yè)化浪潮始于 20 世紀(jì) 70 年代末，當(dāng)時用大型蝕刻硅片結(jié)構(gòu)和背蝕刻膜片制作壓力傳感器。由于薄硅片振動膜在壓力下變形，會影響其表面的壓敏電阻走線，這種變化可以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號。后來的電路則包括電容感應(yīng)移動質(zhì)量加速計，用于觸發(fā)汽車安全氣囊和定位陀螺 儀。 第二輪商業(yè)化出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 90 年代，主要圍繞著 PC 和信息技術(shù)的興起。 德州儀器公司根據(jù)靜電驅(qū)動斜微鏡陣列推出了投影儀，而熱式噴墨打印頭現(xiàn)在 仍然大行其道。 第三輪商業(yè)化出現(xiàn)于世紀(jì)之交，微光學(xué)器件通過全光開關(guān)及相關(guān)器件而成 為光纖通訊的補(bǔ)充。盡管該市場現(xiàn)在蕭條，但從長期看來微光學(xué)器件將是 MEMS 一個增長強(qiáng)勁的領(lǐng)域。 第四輪商業(yè)化包括一些面向射頻無源元件、在硅片上制作的音頻、生物和 神經(jīng)元探針，以及所謂的 片上實驗室 生化藥品開發(fā)系統(tǒng)和微型藥品輸送系統(tǒng) 的靜態(tài)和移動器件。 10 Chapter 市場動態(tài)分析 全球 MEMS 市場的增長態(tài)勢 目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有 關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。 微機(jī)電系統(tǒng)（ MEMS）市場 2020 年強(qiáng)勁增長，營業(yè)收入同比增長 ％。預(yù)計其增長趨勢將持續(xù)到 2020 年。 2020 年， MEMS 預(yù)計將增長 10％，大大高于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長速度。 MEMS 市場持續(xù)增長，緣于該市場的周期性沒有其它領(lǐng)域那么強(qiáng)，因此受到經(jīng)濟(jì)波動的影響較小。雖然 2020 年 MEMS 的 ％增長率與整體半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) ％的預(yù)期增長率相形見絀，但 MEMS 市場的 20202020年復(fù)合增長率是 ％，高于整體半導(dǎo)體市場的 ％。 整體來看， 2020 年經(jīng)濟(jì)低迷對 MEMS 市場的影響要小于半導(dǎo)體市場。因此， MEMS 市場的 2020 年“反彈效應(yīng)”不 如后者強(qiáng)勁。在 MEMS 領(lǐng)域，工業(yè)應(yīng)用、航空軍事和醫(yī)療等行業(yè)應(yīng)用的相對重要性相對較高，占 20％。相比之下，這些領(lǐng) 域占總體半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的份額 9％。這些領(lǐng)域?qū)τ诰皻庵芷跊]有那么敏感。另外，對于乘用車的安全標(biāo)準(zhǔn)或者排放規(guī)定對整體 MEMS 市場有很大影響，也不太受周期性波動的影響。 全球微機(jī)電系統(tǒng)市場銷售額分析 根據(jù) iSuppli 公司預(yù)測，在來自消費電子與無線應(yīng)用的新需求的推動下， 2020 年全球微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)