MEMS 的全稱是微型電子機械系統(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、微機械機構(gòu)、信號處理和控制電路、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。
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，MEMS傳感器將會在 AR/VR、可穿戴等消費電子，智能駕駛、智能工廠、智慧物流、 智能家居、環(huán)境監(jiān)測、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實現(xiàn)運動和心率監(jiān)測。 Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計、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)備需要足夠精確測定頭部轉(zhuǎn)動的速度、角度和距離，采用MEMS加速度計、陀螺儀和磁力計來進行測定是重要的解決方案之一，幾乎成為VR設(shè)備的標配。Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR都采用了MEMS加速度計和陀螺儀，未來VR設(shè)備也可能會使用MEMS眼球追蹤技術(shù)。
3、無人機應(yīng)用
無人機飛行姿態(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，同時獲得高精度的輸出。MEMS加速度計和陀螺儀在無人機上的應(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。在智能汽車時代，主動安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領(lǐng)域，需要改進現(xiàn)有的主動安全系統(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感測車身姿態(tài)。
語音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風(fēng)將迎來發(fā)展新機遇。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值加速度計和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器）、汽車發(fā)動機（應(yīng)用于檢測進氣量的進氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器）等。
5、自動駕駛應(yīng)用
自動駕駛技術(shù)的興起，進一步推動了MEMS傳感器進入汽車。雖然GPS接收器可以計算自身位置和速度，但在GPS信號較差的地方（地下車庫、隧道）和信號受到干擾的時候，汽車的導(dǎo)航會受到影響，這對自動駕駛來說是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計獲取速度和位置（角速度和角位置），車輛任何細微的動作和傾斜姿態(tài)，都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過總線，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)時代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測，MEMS加速度計可以用來監(jiān)測工業(yè)設(shè)備的振動和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業(yè)機器人的導(dǎo)航和轉(zhuǎn)動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)，整個產(chǎn)業(yè)鏈涉及設(shè)計、制造、封裝測試、軟件及應(yīng)用方案環(huán)節(jié)。MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的上游負責(zé)MEMS器件設(shè)計、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整個產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，涉及的廠商眾多；中國的設(shè)計、制造、封裝測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因為其在汽車電子和消費電子的雙重布局，牢牢占據(jù)著行業(yè)的第一的位置，其營收約占五大公司合計營收的三分之一。
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，平行的也有 IDM廠商垂直參與到整條產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(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，獨立的代工廠提供的MEMS代工，其中獨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，獨立的MEMS代工廠努力尋求標準化的工藝以提升規(guī)模經(jīng)濟，減少制造時間和降低成本，使得獨立的MEMS代工廠快速成長，但目前IDM代工仍處于市場領(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；臺積電目前是全球最大的獨立的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,國內(nèi)的中芯國際、華宏宏利、上海先進半導(dǎo)體也有生產(chǎn)MEMS的能力。
3、MEMS封裝測試
目前具備MEMS封裝測試能力的國際廠商主要有日月光、安靠、矽品、力成科技等，國內(nèi)有華天科技、長電科技、晶方科技、中科飛龍等廠商。盡管國內(nèi)的MEMS前端制造還落后于國際大廠，由于國內(nèi)的封裝技術(shù)起步較早，國內(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，對企業(yè)的要求很高。眾所周知，MEMS器件價格下降非常之快，目前部分MEMS器件中封裝成本甚至占到總價格的40%到60%。如何做到低成本封裝是封測廠商面臨的巨大挑戰(zhàn)。
經(jīng)過四十多年的發(fā)展，微機電系統(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。
