MEMS技術的案例
基于MEMS技術的新一代航空電子系統的實現
近幾代MEMS技術能夠為航空電子設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。
在航空電子行業以及其它同樣具有高要求的應用中，基于上一代MEMS或其它慣性技術的傳統解決方案在滿足性能目標方面有目共睹。 然而，這些技術在降低成本和其它經濟實用性方面卻未取得重大突破。 新一代的航空電子系統承受著改善這些情況的壓力，使設備制造商面臨著需在無更優技術可選的情況下完成開發目標的挑戰。 航空電子設備集成商目前所面對的是一個重大的兩難處境，即維持性能不變的同時改善SWAP/成本。
縱觀目前整個電子行業的慣性MEMS元件，可以看出，這項技術可分為三大不同的應用方向。 相應的解決方案都源于這些主要應用領域之一： 軍事、汽車或消費電子。 數十年來，面向軍事應用的技術一向極為可靠，但在SWAP和成本方面并不靈活。 面向消費電子的技術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，面向汽車行業的技術針對苛刻的目標專門對所有關鍵參數進行了優化：性能、耐用性、成本、尺寸、重量和功耗。 顯然，各行業進一步發展的路線圖/潛力都有極大的不同，參見圖1。
圖1： ADI MEMS技術最初面向汽車要求，獨有性能升級，同時改善SWAP和成本
新一代航空電子平臺滿足下文表1中的慣性檢測系統規格：
ADI MEMS技術能夠滿足這些要求的一個重要因素，便是其高度可靠的四核陀螺儀檢測結構，如圖2所示。 此結構可抑制角度檢測機制的沖擊和振動影響，用于航空電子、汽車、醫療和智能彈藥項目中具有良好的口碑。 兩對反相諧振器的對稱特性為非旋轉輸入提供了高共模抑制性，同時依靠高諧振器和高解調頻率（約18 kHz）提供出色的帶外信號抑制性能。 內核傳感器可執行包括高于諧振頻率掃描在內的可靠線性加速度/振動分析，展示了其抑制這類干擾的能力。
展開 新研究：讓超透鏡與MEMS技術相互融合
Capasso 表示：“這是史上首次成功地將MEMS技術和超透鏡技術相結合，他們的高度兼容的技術實現了這一目標，將為光學系統帶來高速和敏捷，以及前所未有的功能。”
工業自動化中MEMS傳感器的關鍵作用
但是小批量和批量生產會給組織帶來巨大的成本，企業可在工業自動化領域探索新技術和新機遇，這機遇便是微電子機械系統（MEMS）。繼機電一體化之后，便是微型機電一體化的時代。
MEMS體現了一種先進的半導體技術，它包括單個芯片上的移動元件和電子元件，它致力于將集成電路（IC）制造技術（如互補金屬氧化物半導體（CMOS）、BiCMOS（雙極結晶體管和CMOS技術的集成）與創新的硅微加工444結合在一起。
MEMS技術提供的可靠性、可擴展性、靈敏度和成本效益高的解決方案為工業自動化領域提供了大量的MEMS應用機會。
工業微型機電一體化時代則是MEMS技術對工業機器人尤其有利，因為該技術可以應用于觸覺傳感器、導航或接近傳感器。由于商業可行性較低的趨勢以及某些非MEMS近距離傳感技術在工業領域的根深蒂固，在將MEMS技術應用于制造接近或位置傳感器方面的研究受到限制。然而，MEMS技術允許開發或生產成本較低的觸覺傳感器，使機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行動作。微型化的趨勢為多傳感器在機器人、制造過程、過程控制以及生物技術和生命科學等領域的應用帶來了機遇。
MEMS的關鍵技術驅動因素
成本：最初采用MEMS技術的主要驅動因素是成本。MEMS技術具有降低成本的巨大潛力，因為它可以很容易批量制造。例如，模擬設備公司的制造方法已經標準化，每年能運送數百萬個加速計。與傳統的傳感器制造相比，該工藝流程簡化，且所需的勞動力更少。
多用戶MEMS工藝（MUMPS）是一種標準化的表面微機械加工技術，它是利用MEMSCAP中的多晶硅來制造MEMS器件的最廉價的制造技術之一。硅是制造MEMS器件的主要材料，它可以使MEMS制造非常經濟高效，因此利潤非常可觀。
展開 讀懂十大國產MEMS廠商技術路線
在3月初舉辦的2023年中國MEMS制造大會（China MEMS 2023）上，公布了“2021中國MEMS十強企業”名單。該名單由中國半導體行業協會根據行業季度統計報表及各地方協會統計數據評選出。
今天我們就借用智慧芽研發情報庫，從技術研發的角度分析下這十家中國MEMS頭部企業各自的技術發展路線。（文章內企業排名不分先后）
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器件及微系統模組研發、生產與銷售為主的半導體公司，業務涵蓋芯片設計、產品開發、封裝測試和系統應用等產業鏈關鍵環節，可為客戶提供“芯片+器件+模組”的一站式產品解決方案。
從技術上看，歌爾微電子近幾年的技術主要布局于傳感器、麥克風、壓電陶瓷、聲能轉換等細分技術領域，致力于提高MEMS麥克風信噪比、改善MEMS麥克風聲學性能、實現MEMS麥克風定位功能等。
二、瑞聲聲學科技（深圳）有限公司
瑞聲科技成立于1993年，在聲學、光學、觸感、傳感器及半導體、精密制造等領域擁有強大的綜合競爭力，致力于為智能設備提供領先的微型專有技術解決方案，在聲學、光學、觸覺反饋、精密制造、微機電、無線射頻和天線領域擁有材料研發、仿真、算法、設計、自動化以及工藝開發等尖端技術。
從技術上看，瑞聲科技近幾年的技術主要布局于電聲轉換、麥克風、發聲器件、揚聲器等細分技術領域，致力于提高麥克風靈敏度、提升發聲器件聲學性能、提高麥克風可靠性等。
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電科，致力于MEMS器件與系統的研發、生產和銷售。
展開 
汽車市場會是MEMS傳感器的下一座金礦？
因此，對于汽車領域的MEMS技術（一種正在改變一切的技術），需要有清醒的認識，MEMS未來會改變我們從A點到B點的方式，MEMS在很多領域擁有高增長的市場機遇，但是，至少在IHS Markit的預測中，目前的汽車市場還算不上MEMS的金礦。
近年值得關注的新興MEMS和傳感器技術
在進行產業研究和預測時，市場分析師通常會從數百家公司收集數據，以提供有關現有技術的有價值情報，并確定短期內的商業機遇。作為面向各種商業應用的MEMS和傳感器咨詢公司，客戶經常會問，“未來什么技術或產品會火？”衡量一項新興技術在商業化后5到10年的市場前景，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產品，都是作為學術研究成果而誕生的。那些企業家們憑借數百萬美元的資助，歷經多年的努力研究，才得以將概念驗證研究轉化為新的商業產品。為了識別那些新興而有前景的技術，我們需要直接聚焦它們的源頭：學術會議和期刊文獻。
典型MEMS產品的商業化時間
Chirp Microsystems公司就是這一研究方法的有力證據：在2012年的一場關于新興技術的學術報告中，A.M. Fitzgerald & Associates聯合創始人兼首席執行官Alissa M. Fitzgerald博士強調了加州大學伯克利分校和加州大學戴維斯分校關于“應用氮化鋁（AlN）MEMS換能器在空氣中進行超聲波測距和角度估算”的研究。文章發表后不久，作者就成立了Chirp Microsystems公司將其技術商業化，用于手勢識別和指紋識別應用。
此后經過五年的研究和發展，Chirp Microsystems公司的產品正式進入市場。據麥姆斯咨詢此前報道，2018年2月，全球供應巨頭TDK收購了Chirp Microsystems，突顯了該公司的商業潛力。
今年，Alissa M.
展開 萬物之眼：傳感器的時代
因此，MEMS工藝技術是各種類型傳感器的共性基礎工藝技術，被業界稱之為傳感器創新源泉。
目前，MEMS成熟工藝有4英寸、6英寸、8英寸、12英寸。伴隨著半導體平面工藝更新換代和不斷升級，工藝設備與裝置水平成熟度增強，價格不斷降低，MEMS工藝也正在向更大尺寸方向發展，工藝成熟度也隨之不斷增強。產品廣泛應用于物理、化學和生物傳感器中，在聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏等傳感器中的應用業已成熟。不僅提高了產業化能力，降低了產品成本，也大大提高了產品的可靠性、穩定性、一致性，使得產品的分散性、離散性得到了極大改善，可進行規范化與標準化的封裝與生產，在批量化與規模化生產中發揮了重要作用。
2011年，美國業界認為MEMS工藝已經成熟，可以廣泛推廣應用，確立并形成了傳感器產業圍繞MEMS工藝技術和應用兩大方向的創新與突破：一是敏感機理創新與工藝突破。提高了MEMS工藝技術在材料與工藝結構等基礎理論與應用水平，比如在晶體與非晶體、各種半導體材料應用；在硅-硅鍵合工藝、硅薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個領域的工藝技術創新，大大提高了產品生產的微型化、低成本、復合型、集成度等產業化基礎水平。二是智能化水平提高和應用創新。在多功能集成化、模塊化構架、嵌入式能力、網絡化接口等方面形成了創新與突破。
這二者的突破，極大地改善了產用難以對接的矛盾，搭建了生產制造與市場應用的橋梁與技術通道，突破了行業在生產和應用長期形成的技術壁壘和發展瓶頸。同時也提高了各行業的產品自主選擇和應用設計能力，大大刺激了應用需求，拓展了市場空間。
展開 在智能家居領域中傳感器技術的應用和新趨勢
在未來，傳感器的技術將更精準、精確、迅速。所謂精準就是為系統提供對口、有效的數據，也就是不會誤報、漏報等情形；精確就是提供精度更高、誤差范圍更小的數據，保證數據不會失真；迅速就是反應靈敏度高、響應快，以滿足智能家居應用場景的需求。
隨著科學技術的發展，傳感器正朝著智能化、網絡化、集成化、微型化的方向發展，特別是MEMS技術的成熟，正不斷推動傳感器技術的進步。通過MEMS技術把傳感器芯片、處理器芯片、通信芯片、電路集成于一體，實現傳感器的智能化、網絡化、集成化和微型化。網絡化傳感器具備自組網功能，解決智能家居聯網繁瑣問題；智能化傳感器使得產品具有自學習、自校準、自測試等功能，提高系統的智能化程度；集成化傳感器使得產品具備多參數采集能力，實現布更少點采集更多的信息，減少安裝成本，提高整體美觀度；微型化傳感器讓終端產品的設計更加靈活，也更容易集成到傳統家電產品中，促進傳統家電的智能化轉型。
展開 MEMS氣體傳感器類型以及優勢
MEMS技術的進步，為氣體傳感器的集成化提供了堅實的基礎，毋庸置疑，基于MEMS的設計方案將成為未來氣體傳感器的主要發展方向之一。
目前，市場上以單晶硅材料為襯底，非硅材料為敏感層的MEMS氣體傳感器最為常見，今天工采網小編就給大家介紹一下市場上常見的MEMS氣體傳感器類型。
1、MEMS電導型氣敏傳感器
MEMS電導型氣敏傳感器的敏感材料是金屬氧化物半導體或導電聚合物，使用最多的金屬氧化物半導體是二氧化錫，其次是二氧化鈦、氧化鋅等。為提高氣敏傳感器靈敏度和選擇性，往往會向金屬氧化物中加入催化劑，如鉑、鈀等貴金屬或合適的金屬氧化物。
當敏感材料暴露于被測氣體中，氣體會與它們發生反應，引起電導率或電阻率的變化，產生的電信號經過信號處理后，輸出為可識別氣體成分或氣體濃度的信號。
MEMS金屬氧化物半導體氣敏傳感器采用微電子技術的成膜工藝在硅襯底上淀積金屬氧化物敏感層，利用敏感層下的電阻做加熱器，利用二極管做測溫元件，必要的信號電路和讀出電路也可以集成在同一硅芯片上。
MEMS微氣體傳感器的制作工藝如圖所示，其特點在于將加熱電極、絕緣層和測試電極一層一層依次堆積疊加在一起。
2、MEMS固體電解質氣敏傳感器
固體電解質氣敏傳感器有電流型和電壓型兩種，電流型的靈敏度高，測量范圍大，溫漂小。但它的輸出電流和敏感性能與電極尺寸關系密切。傳統的燒結體型器件難于控制電極尺寸，因而輸出的電流和敏感性能也難于控制。由于MEMS技術制作的器件電機尺寸精度高，因而MEMS固體電解質電流型氣敏傳感器性能優異。
目前基于“三明治”結構的傳感器，可以實現MEMS工藝的兼容與加工，解決了傳統固體電解質式氣體傳感器工藝兼容性差、器件結構復雜等問題。
展開 自動駕駛汽車外型有救了？Cepton聯手小糸將激光雷達嵌入車燈
在Cepton的激光雷達里的機械部分中，其自主設計的微動掃描陣列，是區別于市場上其他同類產品的核心技術。該系統的工作原理與揚聲器的工作原理相似，通過電磁和動圈進行驅動，工作過程中不產生任何摩擦。這種設計能夠保證激光雷達的使用壽命并且減少功耗，更重要的是，該技術可以在未來的更新中擴展到更高的分辨率和更遠的探測距離。
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與目前市場上已有的固態激光雷達中使用的OPA、Flash LiDAR技術相比，微動技術最大的不同就是激光雷達內仍然有運動的器件。裴軍說：“從原理上說，OPA和Flash LiDAR應該是最好的技術，因為不動的東西是安全可靠的。但是實際上，許多物理機制導致了這類技術制成的激光雷達難以在陽光下工作，難以探測到足夠遠的區域。”
而與MEMS技術相比，微動技術與之有相似之處，最大的區別是使用鏡子。但在探測距離上，微動技術要更勝一籌，MEMS技術由于使用的光圈較小，因此探測距離不夠遠。另外，由于MEMS技術的組件不是車規級的，短時間內無法滿足車規要求，因而獲得車規認證的速度上，微動技術相對會快一些。
除了這一獨特的核心技術，Cepton的激光雷達在價格上也有很大的優勢，大部分采用的原材料都是市場上已有的，確保及時獲得所需材料的同時，也更容易滿足車規和成本要求。例該公司所使用的半導體脈沖激光發射器，就是已經生產了30多年的一款產品。
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而在光波上，Cepton選擇了905nm的激光，并通過改善接收端的性能提高了探測距離。雖然理論上1550nm的激光能夠達到更遠的探測距離，但其激光發射器所使用的原材料——砷化鎵的成本非常高，且短期內很難降下來。而905nm激光的原材料主要是硅，已經廣泛使用在電子產業中，相比之下更經濟適用。
另外，采用905nm激光產生的功耗也比1550nm的低，且受雨水天氣影響較小，可靠性高。
展開 華為汽車帝國版圖，揭開激光雷達背后的秘密！
一名華為內部人士透露，從2018年開始，華為進行傳感器技術的預研，當時僅作戰略儲備。后期，華為想通過現有傳感器供應商合作，自己僅從算法角度做整合。然而，市面上的激光雷達產品還不夠成熟，國際供應商則拒絕把最新的產品賣給華為。
談了近一年，廠商一直沒松口。無奈之下，最后華為干脆把預研項目轉為產品化。
三、直擊前裝量產
從商業化的角度來看，傳統機械旋轉式雷達成本高，體積大，且很難通過車規級驗證，不適合自動駕駛汽車的前裝量產，這也和華為的戰略背道而馳——“把華為智能方案裝進每一輛車”一樣，把激光雷達帶入每一輛車。
法雷奧雖然是目前唯一過車規的量產激光雷達供應商，但這套機械轉鏡式方案局限性在于，線數很難做高，這導致垂直視場角和角分辨率都受到很大限制。因此，法雷奧也轉而研發固態激光雷達，包括采用基于MEMS技術的Scala 3中長距激光雷達（半固態），以及基于Flash技術的近距激光雷達（全固態），但兩者量產上車還未有時間表。
短期內，全固態激光雷達因技術未成熟，仍屬于“明日之星”。不排除華為在全固態激光雷達上有秘密技術儲備，但是目前，為滿足其全棧式自動駕駛解決方案的量產上市，推出半固態激光雷達實現快速上車是最佳方案。
更為重要的是，相比主流激光雷達廠商的兩條腿走路，華為沒有歷史包袱，可以避開前人的坑，直接跳過相對簡單的低線數產品做起，而是從一開始就高舉高打，切入可量產的MEMS技術激光雷達，做到“等效96線”。
■華為的“葵花寶典”
在激光雷達賽道上，華為是一個新玩家，但用華為融合感知產品部總經理段忠毅的話來說，“華為做激光雷達是‘跨行不跨界’。核心還是華為過去在ICT領域的積累，作為智能駕駛戰略的一個分支，華為激光雷達技術底座其實也來源于ICT。”
技術行不行，專利最有發言權。
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氣體質量流量計的測量精度是否會隨時間變化？
答案是肯定的，但這一過程并非不可控，任何精密測量設備在長期運行中，受物理磨損、環境因素及介質特性的影響，確實可能出現微小的精度偏差，然而這種“隨時間變化”的程度，很大程度上取決于儀表的核心技術架構與維護策略。
氣體質量流量計：https://www.bronkhorst-china.com/
傳統的熱線式質量流量計依賴加熱元件和溫度傳感器來測量氣體帶走的熱量，隨著時間的推移，傳感器表面可能會因氣體中的微量雜質而發生沉積或腐蝕，導致熱傳遞效率改變，進而引起零點漂移或量程系數的變化，此外電子元件的老化也可能對信號處理產生細微影響，如果缺乏定期的校準，這些累積誤差可能會超出工藝允許的公差范圍，導致產品報廢或實驗數據失真。
但是高端解決方案正在重新定義“長期穩定性”，以布瑯軻鍶特（Bronkhorst）的產品為例，采用的先進微機電系統（MEMS）芯片技術，相比傳統繞線式傳感器具有顯著優勢，MEMS芯片體積極小，熱響應速度極快，且由于結構堅固，對振動和長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技術的流量計能保持更長時間的初始精度，顯著延長了校準周期。
更重要的是精度的維持不僅僅依靠硬件，更依賴于科學的驗證體系，布瑯軻鍶特建議用戶建立定期的校準計劃，通過追溯至國家基準的標準校準服務，可以及時修正隨時間產生的微小偏差，使儀表“煥然一新”，恢復到出廠時的高精度狀態，對于關鍵工藝，采用帶有自診斷功能的智能流量計，更能實時監控內部狀態，提前預警潛在的性能下降。
展開 MEMS流體陀螺研究
不過，由于該方向的研究剛剛展開，不成熟的環節還較多，如何將原理與實際的應用相結合，探尋更有效的高精度方案，完善配套技術以降低制造成本、縮小體積重量都是有待進一步研究的問題。
2 結 語
本文根據微流體陀螺的不同原理介紹了幾種常見的MEMS微流體陀螺，并對它們的基本原理、優缺點和應用前景進行了簡單的介紹，這幾種MEMS微流體陀螺都具有體積小、重量輕、成本低和抗高沖擊等獨特優點，使得它們都較適合應用在慣性導航、自動控制等相關領域，因而具有廣闊的應用前景，隨著微機電技術的發展和新型材料的應用，流體陀螺的種類將進一步多樣化，微流體陀螺將在慣性導航和自動控制等方面發揮越來越重要的作用。
展開 一期一會 | 什么是MEMS器件？
大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業知識觸手可及。
微型機電系統（MEMS）是介于電子器件和機械器件之間的微米級系統。在MEMS器件中，電信號會輸入到器件中，然后輸出是一個機械響應，反之亦然（機械輸出將對應電信號輸入）。不過，MEMS始終需要具備機械功能，即便其內部的機械結構并沒有明顯的運動。因此，盡管包含先進的電子器件，但它們通常會被稱為機械系統。
MEMS包含大量微型化電子元件及機械結構，其中包括致動器、微傳感器、懸臂、微鏡、薄膜、小型通道、開關、空腔，以及作為MEMS的“大腦”和控制中心的微電子集成電路（IC）。一般情況下，由硅基板構成IC，然后上面會添加其它微系統組件。
MEMS技術問世已有數年，而且隨著“小型化”技術發展趨勢，其被視為電子技術的未來。這是因為MEMS制造是基于當前使用的現有半導體微加工技術，例如表面微加工、光刻和干式蝕刻等。
盡管MEMS現在是一項極為成熟的技術，但直到2006年任天堂在其Wii遙控器中使用了基于MEMS的加速計，其才有了大量的商業應用。從那時起，MEMS器件在許多應用領域和工業領域都得到了普及。通過這一擴張和市場滲透，現在已出現了種類繁多的MEMS器件，它們能夠集成和組合許多具有不同電氣和機械特性的小型部件和組件，從而構建出獨特的高性能微米級系統。
展開 抬頭顯示系統HUD（二）：HUD技術原理
PGU是HUD的核心技術壁壘，其技術路線的選擇直接決定未來的產業發展路線，具體可分為TFT-LCD、DLP和MEMS激光投影三種技術。不同的技術路線，其光源和光學組件都完全不同。
1. 薄膜晶體管液晶顯示屏技術TFT-LCD
TFT是LCD液晶顯示技術的一種，TFT-LCD的工作原理是LCD被背光光源照亮后，通過集成在LCD面板每個像素點背后的薄膜晶體管驅動液晶分子旋轉改變光源偏振狀態，從而呈現不同的明暗灰度，再通過RGB濾色片呈現彩色圖像。
圖 3 TFT-LCD
TFT-LCD可以做到高響應速度、高亮度、高對比度地顯示圖像信息，且技術成熟、成本低，是目前HUD的主流技術路線。
TFT-LCD技術的劣勢主要在于熱管理難度大，需要有更多熱管理方面的光學設計。
2. 數字光處理技術DLP
DLP是一種以數字微鏡裝置作為主要光學控制元件調節反射光，并在勻光片上實現投射成像的技術。DLP是美國德州儀器的專利技術，通過集成數十萬個超微型鏡片的DMD（數字微鏡芯片），可將強光源經過數字系統計算反射后投影出來。
圖 4 DLP
DLP技術的優勢包括熱效應不嚴重，及圖像明亮度、顏色飽和度等表現較佳。
DLP技術的劣勢有圖像對位、清晰度、銳度、重影、失真等問題，以及成本相對較高。
3. 激光掃描技術MEMS
MEMS技術使用具有較高功率的紅、綠、藍（三基色）單色激光器為光源，激光經相應的光學元件和處理芯片的整合與掃描后投射在顯示屏上。
圖 5 MEMS
MEMS方案的優勢為低能耗、高亮度、大視場和高對比。
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