MEMS的案例
一期一會 | 什么是MEMS器件？
許多MEMS組件可安裝在硅晶圓上，而且工程師現在可獲得微米級器件，其中傳感器可以與其它電子信號調節電子器件共置，從而構建出更類似于傳感器的系統，而不僅僅是 “MEMS傳感器”。
MEMS器件通常分為四大類：電容式、陀螺儀式、壓電式和激光式MEMS。許多MEMS器件通常屬于一個或多個類別，因此很難將器件單獨歸為一類。不過，其可分為以下主要類別：
電容式MEMS：電容式MEMS用于導電應用，MEMS中的內部元件會檢測電容變化。
陀螺儀式MEMS：陀螺儀式MEMS通過將物體上的慣性力與參考值進行比較來測量系統的角速率。
壓電式MEMS：當器件出現機械變形時，這些MEMS會利用壓電效應（重新分配材料晶格中的電荷）來產生電流。
激光式MEMS：激光式MEMS通過將其輸出波長調整至所需的電磁頻譜大小/區域來調諧激光器。其可用于為不同應用調諧不同類型的激光，從聲光濾波器到光學通信和汽車照明，不一而足。
許多MEMS傳感器屬于慣性測量單元（IMU）類別，其會將機械響應轉換為電信號輸出。IMU可用于包括安全氣囊部署、虛擬現實頭戴設備、無人機導航和地圖系統的陀螺儀，以及用于視頻游戲機、攝像頭和飛機姿態控制系統應用的加速計。
一些常見的致動器包括數字光處理（DLP）芯片、揚聲器、微泵、旋轉微電機、鉗子、打印機、微齒輪、微閥、微鏡和開關等。開關是重要的致動器應用領域，需要了解“拉入”電壓以及拉入和釋放電壓之間的滯后，才能優化超小型開關的設計。
另一個基于MEMS的傳感器是觸覺傳感器，其包含電活性膠帶，這些膠帶按壓時會產生氣泡并發出電信號，或通過使用磁效應和電活性流體來產生電信號，其應用包括觸摸屏和指紋傳感器。其它MEMS傳感器，還包括氣體傳感器和應變傳感器等。
展開 MEMS氣體傳感器類型以及優勢
MEMS氣體傳感器的優勢
(1)微型化：MEMS器件體積小，一般單個 MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計量單位，重量輕、耗能低。同時微型化以后的機械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應時間短等優點。MEMS更高的表面體積比(表面積比體積)可以提高表面傳感器的敏感程度。
(2)硅基加工工藝，可兼容傳統 IC生產工藝：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢，同時可以很大程度上兼容硅基加工工藝。
(3)批量生產：以單個 5mm×5mm尺寸的 MEMS傳感器為例，用硅微加工工藝在一片 8英寸的硅片晶元上可同時切割出大約 1000個 MEMS芯片，批量生產可大大降低單個 MEMS的生產成本。
(4)集成化：一般來說，單顆 MEMS往往在封裝機械傳感器的同時，還會集成ASIC芯片，控制 MEMS芯片以及轉換模擬量為數字量輸出。同時不同的封裝工藝可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復雜的微系統。
(5)多學科交叉： MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，并集約了當今科學技術發展的許多尖端成果。
展開 一文秒懂RF MEMS 開關
經過長時間的技術開發努力之后，RF MEMS開關終于出現了，這個設想似乎成為了可能。
下面就來看下這個神奇的RF MEMS開關吧。
所謂，RF MEMS 開關，是一種是小型的微機械開關，功耗低，可以使用傳統的 MEMS 制造技術生產。它們類似于房間中的電燈開關，其中觸點打開或關閉以通過開關傳導信號。在 RF MEMS 器件的情況下，開關的機械組件只有微米級尺寸。與電燈開關不同，在 RF MEMS 開關中傳導的信號在射頻范圍內。
這是一種不同于機電射頻開關和固態射頻開關的技術。
固態開關使用半導體技術進行操作，例如硅或 PIN 二極管、FET（場效應晶體管）和混合技術（結合了 PINS 和 FET），并使用硅基基板構建。而 RF MEMS 開關則與不斷改進的基于 RF-SOI（絕緣體上的硅）的開關競爭，后者是當今市場上的主導解決方案。
一般任何技術的發展也都會經歷一些動蕩的，RF MEMS 開關也是的。
因此，雖然RF MEMS 開關的開發，早在 20 多年前就開始了，但當時的市場卻成功有限。進入最近幾年，RF MEMS 成為了可能。它能夠可為包括智能手機、基礎設施和國防等任何類型的無線通信帶來巨大價值。
按照 Cavendish Kinetics 的說法，如今，智能手機使用 RF MEMS 進行天線調諧和阻抗匹配，以動態改變天線諧振，同時最大限度地提高功率傳輸；射頻 MEMS 技術也可用于射頻前端 (RFFE) 中的傳導路徑，以降低插入損耗并提高隔離度；在移動基礎設施方面，也可以使用 RF MEMS 來執行天線波束成形。
展開 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。
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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。
讀懂十大國產MEMS廠商技術路線
該公司擁有國際先進的6英寸MEMS工藝線和世界領先的產品測試標定設備，是國內最大的MEMS高端核心芯片、器件和系統產品供應商。旗下產品覆蓋MEMS慣性器件與系統、MEMS測試測量傳感器、汽車MEMS傳感器、射頻（RF）MEMS器件等。
從技術上看，美泰科技近幾年的技術主要布局于傳感器、氣體流量測量儀器、溫壓復合傳感器、壓力傳感器等細分技術領域，致力于致使標定時操作簡單高效、提高MEMS流量傳感器的穩定性和可靠性、增加MEMS流量傳感器厚度等。
四、美新半導體有限公司
美新半導體（MEMSIC）成立于1999年，是中國最早的IDM模式慣性傳感器供應商之一，于2007年在美國納斯達克上市，被譽為全球MEMS第一股。美新半導體致力于提供從MEMS傳感芯片、軟件算法和應用方案的一站式解決方案，擁有熱式加速度計、電容式加速度計、AMR地磁傳感器、低功耗霍爾開關和六軸IMU等產品。
從技術上看，美新半導體近幾年的技術主要布局于半導體封裝、集成式傳感器、磁場傳感器、微機電系統器件測試等細分技術領域，致力于提高三軸陀螺儀集成度、使三軸陀螺儀結構整體合理緊湊、提高器件可靠性等。
五、上海矽睿科技股份有限公司
矽睿科技成立于2012年，專注于高質量傳感器產品的設計、制造、以及增值應用與服務，致力于成為以應用為導向的多傳感器平臺。該公司產品包括多款MEMS傳感器，如六軸IMU、加速度計、環境傳感器、組合傳感器等；磁性傳感器芯片，如磁力計、磁編碼器、電流傳感器、霍爾傳感器等；及汽車與物聯網智能模組和系統。
從技術上看，矽睿科技近幾年的技術主要布局于半導體工藝、電子通訊、磁傳感、健康監測等細分技術領域，致力于提高第三軸靈敏度、增強第三軸感應能力、提高磁傳感裝置感應能力及靈敏度等。
展開 新研究：讓超透鏡與MEMS技術相互融合
（圖片來源：Capasso 實驗室 / Harvard SEAS）
超材料和微機電系統（MEMS）兩項技術看似無關，但是科研人員在嘗試將它們結合。例如，美國杜克大學科研人員就結合這兩項技術，設計出了首個具有紅外線發射特性的超穎材料裝置，它不僅能夠顯示出迅速變化的紅外線圖案，還可用于廢熱利用。此外，這種可重構的超穎材料還有望應用于動態紅外線光學隱身斗篷，以及紅外線范圍內的負折射率介質。
（圖片來源：參考資料【2】）
創新
近日，美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室與哈佛大學的研究人員進行合作，首次將在光通信、生物成像、激光雷達（LIDAR）系統中廣泛應用的兩種技術：微機電系統（MEMS）和超透鏡結合到了一起，成功地制造出位于MEMS平臺頂層之上的超透鏡。
下圖是集成到MEMS掃描器中的基于超表面的平面透鏡（方片）的近距離視圖。MEMS與超透鏡相結合，通過結合高速動態控制和精準波前空間處理的優勢，在傳感器中操控光線。這幅圖像由阿貢國家實驗室納米材料中心的光學顯微鏡拍攝。
（圖片來源：美國阿貢國家實驗室）
下圖是集成到MEMS掃描器中的基于超表面的平面透鏡（圓形）的近距離視圖。MEMS與超透鏡相結合，通過結合高速動態控制和精準波前空間處理的優勢，在傳感器中操控光線。這幅圖像由阿貢國家實驗室納米材料中心的光學顯微鏡拍攝。
（圖片來源：美國阿貢國家實驗室）
阿貢國家實驗室納米材料中心（美國能源部的一個科學用戶設施辦公室）納米制造和裝置小組的負責人 Daniel Lopez、Capasso 以及四位合著者在《APL Photonics》雜志上發表了一篇題為“基于MEMS技術的動態超表面透鏡”（"Dynamic metasurface lens based on MEMS technology." ）的論文，描述了相關研究成果。
展開 拿下全球九成MEMS時鐘份額后，SiTime為5G放了個大招！
振蕩器市場分析
在MEMS 問世之前，石英是振蕩器使用的主要技術。SAW (表面聲波) 也主要用于高頻低抖動振蕩器。SiTime在商品化MEMS振蕩器市場中占有領先地位，2007年以來，MEMS振蕩器出貨量已突破10億大關。MEMS 技術現在廣泛用于各種振蕩器，包括超低功耗kHz XO、超低抖動差分 XO、系統可編程XO，以及超穩定TCXO和OCXO。 這主要得益于SiTime在時鐘方案商的優勢。
據介紹，SiTime是全球唯一使用MEMS First?和EpiSeal?工藝生產MEMS諧振器的公司。這些諧振器與采用先進模擬技術制造的CMOS IC相結合組成高性能時鐘振蕩器。這些專利技術，以及SiTime 在MEMS和模擬技術方面專長和專業知識形成一系列特有優勢，如體積最小、高可靠性和高質量、抗振動和沖擊，并且能夠在溫度陡變的情況下保持高水平頻率穩定性。
SiTime過去多年在時鐘上的創新
革命性的Emerald平臺助力5G創新
基于此，他們推出了Emerald Platform?。據SiTime營銷執行副總裁Piyush Sevalia介紹，Emerald Platform是全球首個基于 MEMS 的系列OCXO，是改變5G 基礎設施游戲規則的時鐘解決方案。它是首款MEMS OCXO，支持任何環境下隨處部署5G設備，是業內唯一可編程OCXO。
SiTime 方面也表示，作為業界業界首款 MEMS 恒溫振蕩器 (OCXO)。Emerald 平臺在時序中提供頂級性能，是所有通信網絡可靠運行的關鍵。
展開 Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中建模DMD（MEMS）
所以布局顯示鏡子的不同部分有不同的角度：
非序列模式下的MEMS
讓我們看一下 {Zemax}\Samples\Non-sequential\Miscellaneous\MEMS device.zmx 下的Non-Sequential Mode示例文件
該示例文件描述了一個 1x15 MEMS反射鏡
因此，該器件可以看作：
現在讓我們看看像素處于哪個狀態（0,1,2）。P flag = 2，因此這意味著鏡像是單獨尋址的。
參數“像素 1-15”的值= 13245761。
我們可以推斷像素狀態定義如下：
這意味著我們有以下角度。
結論
MEMS可以在OpticStudio中輕松建模。
展開 MEMS傳感器在汽車上具體應用體現
目前，壓力傳感器、加速計、陀螺儀與流量傳感器四類器件合計占汽車MEMS系統的99%。其五年增長率均在3%~12%。MEMS壓力傳感器是汽車中應用最多的傳感器，汽車用MEMS壓力傳感器的價格大概在5~7美元。在汽車領域，MEMS壓力傳感器營業收入2013年預計達到12.6億美元，占當年總體產業營業收入的74%。至少18個汽車應用領域將促進壓力傳感器的增長，包括：輪胎壓力，電子穩定控制系統中的剎車傳感器，側面氣囊，與日益嚴格的排放標準相關的引擎控制，大氣壓力與廢氣再循環壓力。
MEMS器件多物理場耦合仿真分析
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器件相關的多場耦合和結構非線性問題。
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設備的MEMS器件。為了聚焦光線于一組微鏡，每個反射鏡須隨應用情況旋轉角度，調節反射鏡旋轉角度會涉及到側向偏移和扭轉兩種運動。
為解決這兩種運動引起的問題，Ozen Engineering用ANSYS Mechanical和ANSYS ACT開發了新的仿真過程，以改良MEMS微鏡，促進其廣泛應用。
挑戰
許多MEMS器件如開關、陀螺儀和微鏡都會經歷大轉動。這些器件中的開關通常是兩端受約束并發生側向偏移。
這兩種情況都會在有限元模擬中引入幾何非線性效應，但引入幾何非線性效應后會出現以下兩個主要現象：
l 大撓度
當單元方向因轉動而改變時，局部剛度會向整體轉換。單元應變產生明顯的面內應力（膜應力）時，面外剛度顯著改變。
l 有應力剛化的大撓度
大的膜應力（SX）引起的硬化響應。隨著垂直撓度的增加（UY），較大的膜應力（SX）導致剛化響應。
許多MEMS器件會同時表現出大撓度和應力剛化。在模擬過程中，如果不對這兩個現象進行適當的處理，求解的結果將會出現明顯偏差。
另一個影響因素被稱為初始應力。其來自于MEMS制造過程，通常會在器件中留下明顯的殘余應力。殘余應力顯著影響器件在吸合電壓、特征頻率和偏轉方面的性能特征。因此我們可以為選定的有限元指定初始應力狀態，以模擬殘余應力。
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午芯高科國產首款;電容式超高分辨率MEMS氣壓計芯片率先上市
午芯高科國產首款;電容式超高分辨率MEMS氣壓計芯片率先上市
高性能：
- “電容式”噪聲超低的高精度MEMS氣壓傳感器；
- 高度差測量精確度小至2cm；
- 可在很大的溫度范圍內（-40~85°C）實現精確而穩定的性能。
近期，全球芯片需求端旺盛、國產替代的迫切性將國產芯片產業推上了時代的舞臺，初創企業如雨后春筍一般涌現。這片“欣欣向榮”背后所暗藏的危機也逐漸暴露出來，如人才不足、技術含量較低、同質化競爭等問題成為了國內芯片產業發展的新挑戰。眾所周知歐美企業幾乎壟斷了芯片產品鏈；中國幾乎是世界上芯片應用量最高的國家，但國產替代率卻僅為個位數，其中的苦澀無需多言。
如何實現技術突破，提高芯片產品性能是中國芯片企業苦苦思考的問題。縱觀全世界，中國無疑是解決芯片危機的最優之選。在MEMS芯片領域，通過“愚公移山”的創新精神，中國必將誕生出優秀的MEMS芯片企業，不斷在MEMS芯片各細分領域取得技術突破，獲得核心知識產權，并且面向全球市場成功推出得到廣泛認可的高性能MEMS芯片產品，積極參與國際化競爭，與世界共舞。
據麥姆斯咨詢報道，近日，中國芯片企業午芯高科技有限公司（簡稱“午芯高科”）宣布在全球范圍內推出基于其SWOT開發平臺的“電容式”MEMS高性能數字氣壓傳感器——WXP380，相比傳統MEMS傳感器芯片，其創新的WXP380實現了芯片面積小、性能參數優異且一致性好、成本低等優點。
展開 基于MEMS技術的新一代航空電子系統的實現
ADI將其專利的MEMS IP與業界領先的信號處理能力相結合，從而在高性能MEMS領域一枝獨秀。
ADI慣性測量單元(IMU)解決了復雜航空航天系統中慣性傳感器的部署難題，此種部署必須依靠尺寸各有不同的多種傳感器類型才能正確識別復雜的運動。iSensor IMU集成高達10自由度的檢測能力，提供全部必要的對齊、校準、一階傳感器融合、出廠集成和測試。
圖3：ADIS16485慣性測量單元
比如說，ADIS16485/8 IMU（圖3）是目前航空電子系統所采用的6/10自由度傳感器，滿足一切性能和可靠性目標（表2），SWAP優勢高達一個數量級。
表2.航空電子系統性能演示：讓新一代產品更進步，具有業界領先的SWAP/成本優勢
經驗證，該MEMS技術優于FOG慣性技術。 最近我們將一款ADI IMU與一款價值3萬美元的FOG IMU進行了橫向對比，結果表明高性能MEMS技術有顯著進步，并且能達到與傳統FOG系統相似的性能，在關鍵的SWAP/成本參數方面的優勢要高出一個數量級。 表3總結了這項行業研究的結果，其中，關鍵的MEMS航向性能參數與價值3萬美元的FOG器件的性能差異不到5%。
表3：ADI MEMS技術縮短了其與FOG和其他傳統慣性技術的性能差距，且具有極大的經濟優勢
在復雜和惡劣條件下保持關鍵性能
MEMS IMU設計中有三項關鍵因素，可確保抑制振動或其它外來信號輸入的相關錯誤運動偽像。 無論在內核傳感器元件、子系統設計或是信號處理中，設計要求在本質上都需要抑制一切干擾運動，從而保持復雜運動條件下的信號完整性。
展開 MEMS器件多物理場耦合仿真分析
這使您能夠：
◆ 定義MEMS相關的多物理場單元
◆ 添加特定的MEMS材料屬性
◆ 應用MEMS相應的邊界條件
小結
在ANSYS Workbench平臺上，利用ANSYS Mechanical 、和ANSYS ACT可用于解決與MEMS器件（包括微鏡）相關的非常困難的非線性問題。
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和機械式旋轉激光雷達相比，MEMS固態激光雷達有哪些優勢和劣勢？
來源 | 知乎同名問題
如題，雖然MEMS固態激光雷達有很多優勢，但機械式旋轉激光雷達依然還有它的應用市場，具體是哪些優勢和場合？
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作為研發過激光雷達的一線人員進行一些優缺點總結：
MEMS雷達的優點：
1.相比于機械雷達，MEMS更省收發組件，傳統32線機械雷達需要32個收發模塊排列，利用率極低，采用MEMS微振鏡模式，只需要保證振鏡震動，若干個收發組件即可實現大范圍場景覆蓋。
2.機械式激光雷達由于存在旋轉結構，供電和數據傳輸比較考驗，內部通信要保證一定的通信質量，因此魯棒性低。MEMS微振鏡不存在這個問題，整個結構只需要保證振鏡運動，降低了設計難度。
缺點：
1.雖然節省了收發模塊，但是MEMS微振鏡成本并不低，工藝一致性也不能完全保證。在控制振鏡這塊，不同振鏡物理特性不一樣，一致性的問題導致了MEMS雷達振鏡調整需要大量的人工調試環節。
2.MEMS微振鏡的掃描方式決定了其受制于物理尺寸限制，存在不可調和矛盾。為了保證刷新率，振鏡尺寸要小，震動頻率高，但是尺寸小降低了反光面積，就降低了接收孔徑，影響接收能量，從而降低了激光雷達的探測距離，如果尺寸做大，提高雷達探測距離，但是同樣降低了雷達的刷新幀率，又影響在自動駕駛這塊的實時性。
3.兩軸振動仍然不夠成熟，還需要時間在其工藝上有所進展，目前仍然不能保證量產，穩定性不夠。
4.在車輛上工作，如果遇到較大的振動，mems振鏡仍然有損壞的隱患，目前過車規仍然是難點。
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隨著今年下半年小鵬P5、極狐阿爾法S、蔚來ET7等搭載激光雷達的車型相繼面世，“激光雷達”一詞也頻頻登上熱搜。
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