MEMS器件
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
MEMS器件的實例教程
微型機電系統(tǒng)（MEMS）是介于電子器件和機械器件之間的微米級系統(tǒng)。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(yīng)，反之亦然（機械輸出將對應(yīng)電信號輸入）。不過，MEMS始終需要具備機械功能，即便其內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)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(tǒng)。
MEMS包含大量微型化電子元件及機械結(jié)構(gòu)，其中包括致動器、微傳感器、懸臂、微鏡、薄膜、小型通道、開關(guān)、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(gòu)成IC，然后上面會添加其它微系統(tǒng)組件。
MEMS技術(shù)問世已有數(shù)年，而且隨著“小型化”技術(shù)發(fā)展趨勢，其被視為電子技術(shù)的未來。這是因為MEMS制造是基于當前使用的現(xiàn)有半導(dǎo)體微加工技術(shù)，例如表面微加工、光刻和干式蝕刻等。
盡管MEMS現(xiàn)在是一項極為成熟的技術(shù)，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(yè)應(yīng)用。從那時起，MEMS器件在許多應(yīng)用領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域都得到了普及。通過這一擴張和市場滲透，現(xiàn)在已出現(xiàn)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(gòu)建出獨特的高性能微米級系統(tǒng)。
MEMS器件的類型
許多MEMS器件都具有傳感、致動或諧振功能，可充分利用高級半導(dǎo)體制造技術(shù)來構(gòu)建具有低功耗的高精度小型輕量級器件。
許多MEMS器件被應(yīng)用在傳感器和致動器領(lǐng)域。這兩個領(lǐng)域之間的主要區(qū)別在于：傳感器會將非電信號（如機械信號）轉(zhuǎn)換為電氣輸出，而致動器則將接受電信號并將其轉(zhuǎn)換為機械運動。
展開 作者在ANSYS Workbench平臺上，利用ANSYS Mechanical 和ANSYS ACT對MEMS器件（包括微鏡）進行仿真模擬，解決了MEMS器件相關(guān)的多場耦合和結(jié)構(gòu)非線性問題。
微鏡是以單獨或陣列形式用于顯示器、便攜式投影儀及其他光學(xué)設(shè)備的MEMS器件。為了聚焦光線于一組微鏡，每個反射鏡須隨應(yīng)用情況旋轉(zhuǎn)角度，調(diào)節(jié)反射鏡旋轉(zhuǎn)角度會涉及到側(cè)向偏移和扭轉(zhuǎn)兩種運動。
為解決這兩種運動引起的問題，Ozen Engineering用ANSYS Mechanical和ANSYS ACT開發(fā)了新的仿真過程，以改良MEMS微鏡，促進其廣泛應(yīng)用。
挑戰(zhàn)
許多MEMS器件如開關(guān)、陀螺儀和微鏡都會經(jīng)歷大轉(zhuǎn)動。這些器件中的開關(guān)通常是兩端受約束并發(fā)生側(cè)向偏移。
這兩種情況都會在有限元模擬中引入幾何非線性效應(yīng)，但引入幾何非線性效應(yīng)后會出現(xiàn)以下兩個主要現(xiàn)象：
l 大撓度
當單元方向因轉(zhuǎn)動而改變時，局部剛度會向整體轉(zhuǎn)換。單元應(yīng)變產(chǎn)生明顯的面內(nèi)應(yīng)力（膜應(yīng)力）時，面外剛度顯著改變。
l 有應(yīng)力剛化的大撓度
大的膜應(yīng)力（SX）引起的硬化響應(yīng)。隨著垂直撓度的增加（UY），較大的膜應(yīng)力（SX）導(dǎo)致剛化響應(yīng)。
許多MEMS器件會同時表現(xiàn)出大撓度和應(yīng)力剛化。在模擬過程中，如果不對這兩個現(xiàn)象進行適當?shù)奶幚恚蠼獾慕Y(jié)果將會出現(xiàn)明顯偏差。
另一個影響因素被稱為初始應(yīng)力。其來自于MEMS制造過程，通常會在器件中留下明顯的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力顯著影響器件在吸合電壓、特征頻率和偏轉(zhuǎn)方面的性能特征。因此我們可以為選定的有限元指定初始應(yīng)力狀態(tài)，以模擬殘余應(yīng)力。
展開 編者按
作者在ANSYS Workbench平臺上，利用ANSYS Mechanical 和ANSYS ACT對MEMS器件（包括微鏡）進行仿真模擬，解決與MEMS器件相關(guān)的多場耦合和結(jié)構(gòu)非線性問題。
微鏡是以單獨或陣列形式用于顯示器、便攜式投影儀及其他光學(xué)設(shè)備的MEMS器件。為了聚焦光線于一組微鏡，每個反射鏡須隨應(yīng)用情況旋轉(zhuǎn)角度，調(diào)節(jié)反射鏡旋轉(zhuǎn)角度會涉及到側(cè)向偏移和扭轉(zhuǎn)兩種運動。
為解決這兩種運動引起的問題，Ozen Engineering用ANSYS Mechanical和ANSYS ACT開發(fā)了新的仿真過程，以改良MEMS微鏡，促進其廣泛應(yīng)用。
挑戰(zhàn)
許多MEMS器件如開關(guān)、陀螺儀和微鏡都會經(jīng)歷大轉(zhuǎn)動。這些器件中的開關(guān)通常是兩端受約束并發(fā)生側(cè)向偏移。
這兩種情況都會在有限元模擬中引入幾何非線性效應(yīng)，但引入幾何非線性效應(yīng)后會出現(xiàn)以下兩個主要現(xiàn)象：
大撓度
當單元方向因轉(zhuǎn)動而改變時，局部剛度會向整體轉(zhuǎn)換。單元應(yīng)變產(chǎn)生明顯的面內(nèi)應(yīng)力（膜應(yīng)力）時，面外剛度顯著改變。
有應(yīng)力剛化的大撓度
大的膜應(yīng)力（SX）引起的硬化響應(yīng)。隨著垂直撓度的增加（UY），較大的膜應(yīng)力（SX）導(dǎo)致剛化響應(yīng)。
許多MEMS器件會同時表現(xiàn)出大撓度和應(yīng)力剛化。在模擬過程中，如果不對這兩個現(xiàn)象進行適當?shù)奶幚恚蠼獾慕Y(jié)果將會出現(xiàn)明顯偏差。
另一個影響因素被稱為初始應(yīng)力。
展開 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(yè)”名單。該名單由中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會根據(jù)行業(yè)季度統(tǒng)計報表及各地方協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)評選出。
今天我們就借用智慧芽研發(fā)情報庫，從技術(shù)研發(fā)的角度分析下這十家中國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、產(chǎn)品開發(fā)、封裝測試和系統(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、壓電陶瓷、聲能轉(zhuǎn)換等細分技術(shù)領(lǐng)域，致力于提高MEMS麥克風信噪比、改善MEMS麥克風聲學(xué)性能、實現(xiàn)MEMS麥克風定位功能等。
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)域擁有強大的綜合競爭力，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)、觸覺反饋、精密制造、微機電、無線射頻和天線領(lǐng)域擁有材料研發(fā)、仿真、算法、設(shè)計、自動化以及工藝開發(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、發(fā)聲器件、揚聲器等細分技術(shù)領(lǐng)域，致力于提高麥克風靈敏度、提升發(fā)聲器件聲學(xué)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(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。
展開 汽車新“四化”對車規(guī)級電子元器件產(chǎn)生了爆發(fā)式的需求，同時對其質(zhì)量和可靠性也有更高的要求；但是由于市場上國產(chǎn)器件沒有足夠的驗證數(shù)據(jù)，難以確認其可靠性，導(dǎo)致國產(chǎn)器件的采用仍然相對保守。
AEC-Q作為國際通用的車規(guī)級電子元器件測試規(guī)范，成為車用元器件質(zhì)量與可靠性的標志，電子元器件AEC-Q認證測試，對提升產(chǎn)品競爭力，并快速進入供應(yīng)鏈具有重要作用。
華碧實驗室是國內(nèi)領(lǐng)先的集檢測、鑒定、認證和研發(fā)為一體的第三方檢測與分析的新型綜合實驗室，擁有豐富的車規(guī)級電子認證經(jīng)驗，已成功幫助300多家企業(yè)順利通過AEC-Q系列認證。
華碧實驗室以車企車規(guī)芯片國產(chǎn)化需求為牽引，依托國產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，提供完善的檢測認證服務(wù)，通過AEC-Q100車用標準嚴格把控汽車芯片安全質(zhì)量，助力國產(chǎn)車規(guī)級芯片大力發(fā)展，為打造智能汽車安全體系再添新動力。
服務(wù)范圍：
集成電路、半導(dǎo)體分立器件、光器件、MEMS器件、MCM模組、阻容感晶振等無源電子元件。
檢測標準：
l AEC-Q100：適用于各類集成電路芯片；
l AEC-Q101：適用于BJT、MOSFET、IGBT、Diodes、Rectifier、Zeners、PIN、Varactors等分立器件；
l AEC-Q102：適用于LEDs、Optocoupler、Photodiodes、Phototransistors等光器件；
l AEC-Q103:適用于壓力傳感器、麥克風等MEMS器件；
l AEC-Q104：適用于各類多芯片組件MCM；
l AEC-Q200：適用于各類電容器、電阻器、電感器、變壓器、阻容網(wǎng)絡(luò)、保險絲等元件；
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MEMS器件的最新內(nèi)容
半導(dǎo)體器件失效分析
檢測功率半導(dǎo)體 IGBT、MEMS 器件的內(nèi)部裂紋、分層與鍵合缺陷，提前識別器件可靠性隱患，保障電子產(chǎn)品長期穩(wěn)定運行。
2.
器件設(shè)計：準確預(yù)測微結(jié)構(gòu)的剛度，避免過度保守設(shè)計增材制造：考慮打印微觀結(jié)構(gòu)尺度的力學(xué)行為優(yōu)化生物力學(xué)：骨骼、軟組織等具有特征微結(jié)構(gòu)的材料建模壓痕測試：正確解讀微納壓痕數(shù)據(jù)，區(qū)分真實材料參數(shù)與尺寸效
七、從"數(shù)學(xué)點"回到"物理實體"
回歸物理本質(zhì)：經(jīng)典力學(xué)的失效不是因為數(shù)學(xué)不夠復(fù)雜，而是因為忽略了"材料點"實際上有有限尺寸這一基本事實。
從那時起，MEMS器件在許多應(yīng)用領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域都得到了普及。通過這一擴張和市場滲透，現(xiàn)在已出現(xiàn)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(gòu)建出獨特的高性能微米級系統(tǒng)。
MEMS器件的類型
許多MEMS器件都具有傳感、致動或諧振功能，可充分利用高級半導(dǎo)體制造技術(shù)來構(gòu)建具有低功耗的高精度小型輕量級器件。
- 考慮測量精度要求：如果您需要測量的是高精度的微小零部件，如微機電系統(tǒng)（MEMS）器件，那么就需要選擇精度達到微米級甚至更高精度的閃測儀。
- 根據(jù)測量范圍選擇視野大小：對于大型工件的測量，需要選擇具有較大視野的閃測儀，以確保能夠完整地拍攝到工件的全貌；而對于小型零部件，則可以選擇較小視野但精度更高的型號。
（2）微機電系統(tǒng)（MEMS）研究：MEMS 器件的尺寸通常在微米或納米級別，其表面形貌和結(jié)構(gòu)對器件的性能和可靠性有著重要的影響。白光干涉儀可以用于 MEMS 器件的表面形貌測量、結(jié)構(gòu)尺寸測量、薄膜厚度測量等，為 MEMS 器件的設(shè)計、制造和性能評估提供重要的技術(shù)支持。而雙重防撞保護功能為 MEMS 研究中的高精度測量提供了可靠保障，防止因意外碰撞導(dǎo)致儀器精度下降甚至損壞。
在微機電系統(tǒng)（MEMS）制造中，也經(jīng)常需要測量微小結(jié)構(gòu)的臺階高度，以保證MEMS器件的性能和可靠性。
應(yīng)用領(lǐng)域：白光干涉儀在半導(dǎo)體制造、3C電子、光學(xué)加工、微納材料制造、汽車零部件、MEMS器件等超精密加工行業(yè)中有廣泛應(yīng)用 。
8. 圖像拼接技術(shù)：為了擴大測量視野范圍，白光干涉儀可以采用圖像拼接技術(shù)，通過軟件處理將多個測量區(qū)域的數(shù)據(jù)拼接成一個完整的三維形貌圖 。
9. 表面參數(shù)表征：白光干涉儀能夠測量并分析表面粗糙度、臺階高度、幾何輪廓等參數(shù)，為材料表面質(zhì)量提供全面的評估。
10.
不斷提升展會的國際化、專業(yè)化、品牌化水平
利用區(qū)位優(yōu)勢，助推世界級產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)
參觀人群
新能源電動車
物流企業(yè)采購，技術(shù)人員
各省市城市道路公交系統(tǒng)采購
各省市設(shè)施建設(shè)、建筑工程
汽車經(jīng)銷商、渠道商
展示范圍
1、車載電子元件
車載被動元件，電源，連接器，線束，PCB，顯示屏
2、 車載半導(dǎo)體元器件
集成電路與解決方案、分立半導(dǎo)體器件、分立光電子器件
臺階儀應(yīng)用場景適應(yīng)性，廣泛用于半導(dǎo)體、太陽能光伏、光學(xué)加工、MEMS器件、微納材料制備等各行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的工業(yè)企業(yè)與高校院所等科研單位，對被測樣品的反射率特性、材料種類及硬度等均無特殊要求。
在實際應(yīng)用中，選擇合適的測量儀器需要綜合考慮樣品的性質(zhì)、測量需求和精度要求。
4.適應(yīng)性：具有很強的應(yīng)用場景適應(yīng)性，其對被測樣品的反射率特性、材料種類及硬度等均無特殊要求，能夠廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽能光伏、光學(xué)加工、MEMS器件、微納材料制備等各行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的工業(yè)企業(yè)與高校院所等科研單位。
