MEMS技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
MEMS技術(shù)的視頻教程
午芯高科國(guó)產(chǎn)首款“電容式”超高分辨率MEMS氣壓計(jì)芯片率先上市時(shí)間？
在MEMS芯片領(lǐng)域，通過(guò)“愚公移山”的創(chuàng)新精神，中國(guó)必將誕生出優(yōu)秀的MEMS芯片企業(yè)，不斷在MEMS芯片各細(xì)分領(lǐng)域取得技術(shù)突破，獲得核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并且面向全球市場(chǎng)成功推出得到廣泛認(rèn)可的高性能MEMS芯片產(chǎn)品，積極參與國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)，與世界共舞。
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MEMS技術(shù)的實(shí)例教程
近幾代MEMS技術(shù)能夠?yàn)楹娇针娮釉O(shè)備提供高度可靠的性能，并大幅改善尺寸、重量、功耗(SWAP)與成本。
在航空電子行業(yè)以及其它同樣具有高要求的應(yīng)用中，基于上一代MEMS或其它慣性技術(shù)的傳統(tǒng)解決方案在滿足性能目標(biāo)方面有目共睹。 然而，這些技術(shù)在降低成本和其它經(jīng)濟(jì)實(shí)用性方面卻未取得重大突破。 新一代的航空電子系統(tǒng)承受著改善這些情況的壓力，使設(shè)備制造商面臨著需在無(wú)更優(yōu)技術(shù)可選的情況下完成開(kāi)發(fā)目標(biāo)的挑戰(zhàn)。 航空電子設(shè)備集成商目前所面對(duì)的是一個(gè)重大的兩難處境，即維持性能不變的同時(shí)改善SWAP/成本。
縱觀目前整個(gè)電子行業(yè)的慣性MEMS元件，可以看出，這項(xiàng)技術(shù)可分為三大不同的應(yīng)用方向。 相應(yīng)的解決方案都源于這些主要應(yīng)用領(lǐng)域之一： 軍事、汽車或消費(fèi)電子。 數(shù)十年來(lái)，面向軍事應(yīng)用的技術(shù)一向極為可靠，但在SWAP和成本方面并不靈活。 面向消費(fèi)電子的技術(shù)能夠滿足苛刻的成本要求，但在性能和耐用性方面作了可觀的讓步。 另一方面，面向汽車行業(yè)的技術(shù)針對(duì)苛刻的目標(biāo)專門(mén)對(duì)所有關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化：性能、耐用性、成本、尺寸、重量和功耗。 顯然，各行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的路線圖/潛力都有極大的不同，參見(jiàn)圖1。
圖1： ADI MEMS技術(shù)最初面向汽車要求，獨(dú)有性能升級(jí)，同時(shí)改善SWAP和成本
新一代航空電子平臺(tái)滿足下文表1中的慣性檢測(cè)系統(tǒng)規(guī)格：
ADI MEMS技術(shù)能夠滿足這些要求的一個(gè)重要因素，便是其高度可靠的四核陀螺儀檢測(cè)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。 此結(jié)構(gòu)可抑制角度檢測(cè)機(jī)制的沖擊和振動(dòng)影響，用于航空電子、汽車、醫(yī)療和智能彈藥項(xiàng)目中具有良好的口碑。 兩對(duì)反相諧振器的對(duì)稱特性為非旋轉(zhuǎn)輸入提供了高共模抑制性，同時(shí)依靠高諧振器和高解調(diào)頻率（約18 kHz）提供出色的帶外信號(hào)抑制性能。 內(nèi)核傳感器可執(zhí)行包括高于諧振頻率掃描在內(nèi)的可靠線性加速度/振動(dòng)分析，展示了其抑制這類干擾的能力。
展開(kāi) Capasso 表示：“這是史上首次成功地將MEMS技術(shù)和超透鏡技術(shù)相結(jié)合，他們的高度兼容的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，將為光學(xué)系統(tǒng)帶來(lái)高速和敏捷，以及前所未有的功能。”
但是小批量和批量生產(chǎn)會(huì)給組織帶來(lái)巨大的成本，企業(yè)可在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域探索新技術(shù)和新機(jī)遇，這機(jī)遇便是微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）。繼機(jī)電一體化之后，便是微型機(jī)電一體化的時(shí)代。
MEMS體現(xiàn)了一種先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，它包括單個(gè)芯片上的移動(dòng)元件和電子元件，它致力于將集成電路（IC）制造技術(shù)（如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）、BiCMOS（雙極結(jié)晶體管和CMOS技術(shù)的集成）與創(chuàng)新的硅微加工444結(jié)合在一起。
MEMS技術(shù)提供的可靠性、可擴(kuò)展性、靈敏度和成本效益高的解決方案為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域提供了大量的MEMS應(yīng)用機(jī)會(huì)。
工業(yè)微型機(jī)電一體化時(shí)代則是MEMS技術(shù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人尤其有利，因?yàn)樵?em>技術(shù)可以應(yīng)用于觸覺(jué)傳感器、導(dǎo)航或接近傳感器。由于商業(yè)可行性較低的趨勢(shì)以及某些非MEMS近距離傳感技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的根深蒂固，在將MEMS技術(shù)應(yīng)用于制造接近或位置傳感器方面的研究受到限制。然而，MEMS技術(shù)允許開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)成本較低的觸覺(jué)傳感器，使機(jī)器人能夠獲得感官信息，以便以更通用、自主的方式做出決策和執(zhí)行動(dòng)作。微型化的趨勢(shì)為多傳感器在機(jī)器人、制造過(guò)程、過(guò)程控制以及生物技術(shù)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了機(jī)遇。
MEMS的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素
成本：最初采用MEMS技術(shù)的主要驅(qū)動(dòng)因素是成本。MEMS技術(shù)具有降低成本的巨大潛力，因?yàn)樗梢院苋菀着恐圃臁＠纾M設(shè)備公司的制造方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，每年能運(yùn)送數(shù)百萬(wàn)個(gè)加速計(jì)。與傳統(tǒng)的傳感器制造相比，該工藝流程簡(jiǎn)化，且所需的勞動(dòng)力更少。
多用戶MEMS工藝（MUMPS）是一種標(biāo)準(zhǔn)化的表面微機(jī)械加工技術(shù)，它是利用MEMSCAP中的多晶硅來(lái)制造MEMS器件的最廉價(jià)的制造技術(shù)之一。硅是制造MEMS器件的主要材料，它可以使MEMS制造非常經(jīng)濟(jì)高效，因此利潤(rùn)非常可觀。
展開(kāi) 在3月初舉辦的2023年中國(guó)MEMS制造大會(huì)（China MEMS 2023）上，公布了“2021中國(guó)MEMS十強(qiáng)企業(yè)”名單。該名單由中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)行業(yè)季度統(tǒng)計(jì)報(bào)表及各地方協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)評(píng)選出。
今天我們就借用智慧芽研發(fā)情報(bào)庫(kù)，從技術(shù)研發(fā)的角度分析下這十家中國(guó)MEMS頭部企業(yè)各自的技術(shù)發(fā)展路線。（文章內(nèi)企業(yè)排名不分先后）
一、歌爾微電子股份有限公司
歌爾微電子成立于2017年，前身為歌爾股份有限公司微電子事業(yè)群，2021年變更為歌爾微電子股份有限公司。該公司是一家以MEMS器件及微系統(tǒng)模組研發(fā)、生產(chǎn)與銷售為主的半導(dǎo)體公司，業(yè)務(wù)涵蓋芯片設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、封裝測(cè)試和系統(tǒng)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可為客戶提供“芯片+器件+模組”的一站式產(chǎn)品解決方案。
從技術(shù)上看，歌爾微電子近幾年的技術(shù)主要布局于傳感器、麥克風(fēng)、壓電陶瓷、聲能轉(zhuǎn)換等細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域，致力于提高MEMS麥克風(fēng)信噪比、改善MEMS麥克風(fēng)聲學(xué)性能、實(shí)現(xiàn)MEMS麥克風(fēng)定位功能等。
二、瑞聲聲學(xué)科技（深圳）有限公司
瑞聲科技成立于1993年，在聲學(xué)、光學(xué)、觸感、傳感器及半導(dǎo)體、精密制造等領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，致力于為智能設(shè)備提供領(lǐng)先的微型專有技術(shù)解決方案，在聲學(xué)、光學(xué)、觸覺(jué)反饋、精密制造、微機(jī)電、無(wú)線射頻和天線領(lǐng)域擁有材料研發(fā)、仿真、算法、設(shè)計(jì)、自動(dòng)化以及工藝開(kāi)發(fā)等尖端技術(shù)。
從技術(shù)上看，瑞聲科技近幾年的技術(shù)主要布局于電聲轉(zhuǎn)換、麥克風(fēng)、發(fā)聲器件、揚(yáng)聲器等細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域，致力于提高麥克風(fēng)靈敏度、提升發(fā)聲器件聲學(xué)性能、提高麥克風(fēng)可靠性等。
三、河北美泰電子科技有限公司
美泰科技成立于2011年，隸屬于大型央企中國(guó)電科，致力于MEMS器件與系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。
展開(kāi) 在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)研究和預(yù)測(cè)時(shí)，市場(chǎng)分析師通常會(huì)從數(shù)百家公司收集數(shù)據(jù)，以提供有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的有價(jià)值情報(bào)，并確定短期內(nèi)的商業(yè)機(jī)遇。作為面向各種商業(yè)應(yīng)用的MEMS和傳感器咨詢公司，客戶經(jīng)常會(huì)問(wèn)，“未來(lái)什么技術(shù)或產(chǎn)品會(huì)火？”衡量一項(xiàng)新興技術(shù)在商業(yè)化后5到10年的市場(chǎng)前景，往往需要采用不同的研究策略。
歷史告訴我們，今天的大部分重磅MEMS產(chǎn)品，都是作為學(xué)術(shù)研究成果而誕生的。那些企業(yè)家們憑借數(shù)百萬(wàn)美元的資助，歷經(jīng)多年的努力研究，才得以將概念驗(yàn)證研究轉(zhuǎn)化為新的商業(yè)產(chǎn)品。為了識(shí)別那些新興而有前景的技術(shù)，我們需要直接聚焦它們的源頭：學(xué)術(shù)會(huì)議和期刊文獻(xiàn)。
典型MEMS產(chǎn)品的商業(yè)化時(shí)間
Chirp Microsystems公司就是這一研究方法的有力證據(jù)：在2012年的一場(chǎng)關(guān)于新興技術(shù)的學(xué)術(shù)報(bào)告中，A.M. Fitzgerald & Associates聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Alissa M. Fitzgerald博士強(qiáng)調(diào)了加州大學(xué)伯克利分校和加州大學(xué)戴維斯分校關(guān)于“應(yīng)用氮化鋁（AlN）MEMS換能器在空氣中進(jìn)行超聲波測(cè)距和角度估算”的研究。文章發(fā)表后不久，作者就成立了Chirp Microsystems公司將其技術(shù)商業(yè)化，用于手勢(shì)識(shí)別和指紋識(shí)別應(yīng)用。
此后經(jīng)過(guò)五年的研究和發(fā)展，Chirp Microsystems公司的產(chǎn)品正式進(jìn)入市場(chǎng)。據(jù)麥姆斯咨詢此前報(bào)道，2018年2月，全球供應(yīng)巨頭TDK收購(gòu)了Chirp Microsystems，突顯了該公司的商業(yè)潛力。
今年，Alissa M.
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MEMS技術(shù)的最新內(nèi)容
但是高端解決方案正在重新定義“長(zhǎng)期穩(wěn)定性”，以布瑯軻鍶特（Bronkhorst）的產(chǎn)品為例，采用的先進(jìn)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）芯片技術(shù)，相比傳統(tǒng)繞線式傳感器具有顯著優(yōu)勢(shì)，MEMS芯片體積極小，熱響應(yīng)速度極快，且由于結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)振動(dòng)和長(zhǎng)期老化的敏感度大幅降低，這意味著在相同的工況下，基于MEMS技術(shù)的流量計(jì)能保持更長(zhǎng)時(shí)間的初始精度，顯著延長(zhǎng)了校準(zhǔn)周期。
傳感器設(shè)計(jì)采用旁通毛細(xì)管結(jié)構(gòu)或直通式MEMS芯片技術(shù)，熱傳導(dǎo)響應(yīng)極快，確保即使在微小流量（如幾 sccm）或快速變化的動(dòng)態(tài)工況下，也能保持優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能和重復(fù)性。
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來(lái)哪些實(shí)際價(jià)值？
工藝優(yōu)化：在半導(dǎo)體制造、燃料電池測(cè)試、生物反應(yīng)器等場(chǎng)景中，精確控制反應(yīng)氣體比例對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量非常重要，實(shí)時(shí)反饋可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
一期一會(huì) | 什么是MEMS器件？4個(gè)月前
射頻（RF）濾波器是另一種基礎(chǔ)MEMS器件，目前是MEMS技術(shù)最大的市場(chǎng)之一。在這種情況下，機(jī)械輸出會(huì)創(chuàng)建一款小型低成本的濾波器，其可執(zhí)行多種濾波功能，其中包括寬帶、窄帶、低通和高通濾波。在RF濾波器領(lǐng)域，MEMS可用于構(gòu)建聲表面波（SAW）和體聲波（BAW）濾波器。
TGS8410的氣體敏感素子使用MEMS技術(shù)在硅基板上集成的加熱器以及該基板上形成的金屬氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成。僅需0.087mW（平均值），可應(yīng)用于省電節(jié)能、電池驅(qū)動(dòng)的儀器。
為消除酒精等氣體干擾產(chǎn)生的影響，TGS8410加裝了濾帽，進(jìn)一步提高了對(duì)甲烷氣體高選擇性的靈敏度特性。對(duì)于使用環(huán)境尤其復(fù)雜的家庭住宅用氣體泄漏檢測(cè)儀來(lái)說(shuō)是理想的傳感器選擇。
氫氣傳感器的技術(shù)進(jìn)展
工采網(wǎng)提供了多種類型的氫氣傳感器，每種都有其獨(dú)特的原理和技術(shù)特點(diǎn)：
MTCS2601（熱導(dǎo)型氫氣傳感器）：MTCS2601 傳感器由基于 MEMS 技術(shù)的4個(gè) Ni-Pt 電阻組成的微機(jī)械的熱電導(dǎo)率傳感器。此傳感器安裝在小型的 SMD 封裝內(nèi)。
MFC4000系列采用Siargo公司專有的MEMS流量傳感芯片，集成了MEMS熱量傳感技術(shù)和智能電子技術(shù)。這種獨(dú)特的質(zhì)量流量傳感技術(shù)消除了對(duì)常見(jiàn)氣體的敏感性，對(duì)于敏感性氣體可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)氣體識(shí)別。MEMS芯片表面采用氮化硅陶瓷材料鈍化，并結(jié)合防水、防油納米涂層，提高了產(chǎn)品性能和可靠性。
其核心技術(shù)涉及五個(gè)方面，分別是壓電技術(shù)、熱式傳感技術(shù)、微流控Bio MEMS技術(shù)、磁傳感技術(shù)和柔性傳感技術(shù)。多個(gè)智能傳感器還可組建成相應(yīng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，并且具備從系統(tǒng)到單元的反向分析與自主校準(zhǔn)能力。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的趨勢(shì)下，智能傳感器機(jī)器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵⒊蔀橥苿?dòng)制造業(yè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的重要力量。
Gomez、Rachel等人指出，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)和納米基材料技術(shù)的發(fā)展使得助聽(tīng)器內(nèi)部可以應(yīng)用上更高能量密度和相對(duì)較高的能量轉(zhuǎn)換效率的燃料電池。燃料電池通過(guò)使用氧氣和甲醇的安全電化學(xué)反應(yīng)為助聽(tīng)器提供動(dòng)力。該反應(yīng)產(chǎn)生的唯一廢物是少量的水和二氧化碳。目前WIDEX （唯聽(tīng)）已經(jīng)生產(chǎn)出DMFC商業(yè)化電池并運(yùn)用到了助聽(tīng)器產(chǎn)品中。
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)由于其微型尺寸（毫米），對(duì)于設(shè)計(jì)這些產(chǎn)品非常有用。
MEMS麥克風(fēng)遵循電容原理。它由兩個(gè)硅基電極組成，由一個(gè)薄氣隙隔開(kāi)；一個(gè)電極是剛性的（稱為背板），另一個(gè)是在聲壓下偏轉(zhuǎn)的膜。氣隙充當(dāng)電極之間的介電材料，電容隨電極之間的距離而變化。
本示例說(shuō)明了如何分析電容式MEMS麥克風(fēng)的響應(yīng)。
該公司在多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域保持了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位，如綠色電源芯片技術(shù)、MEMS傳感器技術(shù)、LED照明和屏顯技術(shù)、高壓智能功率模塊技術(shù)、第三代功率半導(dǎo)體器件技術(shù)、數(shù)字音視頻技術(shù)等。
從技術(shù)上看，士蘭微近幾年的技術(shù)主要布局于開(kāi)關(guān)電源、半導(dǎo)體制造、光源控制、微麥克風(fēng)等細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域，致力于提高器件可靠性、避免MEMS麥克風(fēng)可靠性下降、提高器件耐壓特性等。
