?　　MEMS是怎樣的技術(shù)，哪些已經(jīng)民用了？

　　首先先來(lái)解釋什么是MEMS。Microelectromechanical Systems， 這個(gè)讓老美念起來(lái)都繞口的詞，中文叫做“微機(jī)械機(jī)電系統(tǒng)”。MEMS的飛速發(fā)展，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)機(jī)電工藝制成的驅(qū)動(dòng)器和傳感器，在體積、價(jià)格、產(chǎn)能上無(wú)法適應(yīng)電子消費(fèi)、工業(yè)界、科學(xué)研究乃至軍工的需求。上世紀(jì)80年代末，隨著集成電路工業(yè)的迅速發(fā)展，把驅(qū)動(dòng)器和傳感器和集成電路芯片集成在一起， 就成為了科技發(fā)展的必然趨勢(shì)，這也就促成了MEMS的誕生。

　　【傳統(tǒng)機(jī)電工藝和MEMS的對(duì)比】

　　——傳統(tǒng)的加速度計(jì)：

　　Endevco 公司的壓電加速度計(jì)

　　體積比成年人的大拇指要大一點(diǎn)。如果再加上電路和讀出設(shè)備，一般需要一個(gè)手提箱才能帶著走。再看價(jià)格和產(chǎn)能，壓電材料（常見(jiàn)的石英，陶瓷）需要很精確的傳統(tǒng)工業(yè)加工技術(shù)，無(wú)法批量生產(chǎn)，價(jià)格也是MEMS加速度計(jì)的上千倍。

　　——傳統(tǒng)的陀螺儀：

　　Northrop Grumman的軍用半球形陀螺儀

　　可以從圖中直觀的看出其和一個(gè)美元quarter硬幣的大小對(duì)比。為了保證性能，這樣一個(gè)陀螺儀的產(chǎn)量之低，和價(jià)格之高也是可想而知的。

　　那么現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了 - 我們總不能把這么大的加速度計(jì)和陀螺儀放在手機(jī)里面吧（除非我們都回到大哥大時(shí)代）。而正因?yàn)橛辛薓EMS技術(shù)，我們手機(jī)里面的加速度計(jì)和陀螺儀可以變成是這樣小的體積：

　　【使用MEMS技術(shù)的好處】

　　列舉幾個(gè)最重要的：

　　原材料價(jià)格低廉，產(chǎn)量充足。

　　大部分集成電路和MEMS的原材料是硅（Si），這個(gè)神奇的VI族元素可以從二氧化硅中大量提取出來(lái)。而二氧化硅是什么？說(shuō)的通俗一點(diǎn)，就是沙子。沙子君在經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的加工過(guò)程之后，就變成了單晶硅，長(zhǎng)這個(gè)樣子：

　　這個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的大柱子，直徑可以是 1 inch （2.5 cm） 到 12 inch （30 cm），被切成一層層 500 微米厚的硅片 （英文：wafer，和威化餅同詞），長(zhǎng)這個(gè)樣子：

　　批量生產(chǎn) - 產(chǎn)能高，良品率高

　　MEMS驅(qū)動(dòng)器和傳感器大部分都含有微機(jī)械機(jī)構(gòu)。試想一下，我們要檢測(cè)一個(gè)一微米長(zhǎng)的彈簧移動(dòng)了一納米（微米尺度的懸臂梁在納米尺度的范圍內(nèi)移動(dòng)），這種加工精度在傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝上面是難以實(shí)現(xiàn)的。正因?yàn)橛辛薓EMS技術(shù)，現(xiàn)在我們可以使數(shù)以萬(wàn)計(jì)的MEMS芯片（有些工藝也會(huì)把集成電路芯片放在同一步驟加工）出現(xiàn)在了每一片wafer上面，如下圖所示。

　　這種批量生產(chǎn)（batch process）的過(guò)程目前已經(jīng)全自動(dòng)化控制，隔離了人為因素，確保了每一個(gè)MEMS芯片之間的工藝誤差可以得到嚴(yán)格的控制，從而提高了良品率。切片、封裝之后，就成為了一個(gè)個(gè)的MEMS芯片。從外觀上來(lái)看，大部分的MEMS芯片和集成電路芯片是差不多的。

　　納米技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)。

　　曾幾何時(shí)，微米和納米技術(shù)被稱為了科技的代言詞，但大部分人根本不理解微米和納米技術(shù)是什么。其實(shí)對(duì)于MEMS傳感器來(lái)講，最大的優(yōu)勢(shì)是體積和表面積的比數(shù)值小（體積：表面積）。我們都知道體積是跟長(zhǎng)度的三次方，而面積是長(zhǎng)度的二次方。所以把一個(gè)MEMS器件等比例縮小的結(jié)果就是體積：表面積會(huì)縮小，這樣會(huì)使得MEMS器件的信噪比增加（也就是有好處）。

　　【MEMS“民用”工藝】

　　我覺(jué)得更常用的說(shuō)法應(yīng)該是“商用”MEMS工藝。與其對(duì)應(yīng)的還有“軍用”MEMS工藝，還有做科學(xué)研究用的“科研”MEMS工藝。

　　最成功的幾個(gè)“商用”MEMS工藝其實(shí)屈指可數(shù)：

　　慣性傳感器：加速度器和陀螺儀。代表公司及工藝：InvenSense的Nasiri工藝，ST Microelectronic的THELMA工藝，Analog Devices的IMU工藝，博世（Bosch）的Bosch Process。這個(gè)技術(shù)用在了導(dǎo)航方面，比如大疆無(wú)人機(jī)，虛擬現(xiàn)實(shí)和體感輸入（智能手機(jī)、PlayStation手柄等），汽車安全氣囊和ABS防抱死系統(tǒng)。

　　圖： InvenSense的Nasiri工藝。其6軸慣性傳感器用在了目前最新的iPhone6

　　噴墨打印機(jī)。代表公司及工藝：Epson的壓電噴墨頭，Canon的memjet（熱驅(qū)動(dòng)）。

　　圖：Epson的壓電噴墨頭

　　投影儀DLP芯片。代表公司和工藝：Texas Instruments（德州儀器）的DLP （Digital Light Processing）技術(shù)，用在了目前全世界大于90%的投影儀當(dāng)中。

　　圖：TI的DLP技術(shù)

　　壓力傳感器。代表公司和工藝：ST Microelectronics和Bosch的壓力傳感器，用到了Piezoresistive壓阻技術(shù)，用于GPS、登山手表和智能手機(jī)上。

　　圖：Bosch的BMP180芯片。左邊是ASIC電路，右邊是壓力傳感器。可以看到，壓力傳感器東南西北四個(gè)方向都有壓阻電阻，用來(lái)檢測(cè)硅薄膜受到壓力之后的形變。

　　麥克風(fēng)。

　　MEMS的麥克風(fēng)也是近幾年才取代了過(guò)去磁感線圈式的麥克風(fēng)。以美國(guó)的Knowles和中國(guó)的歌爾聲學(xué)為主，MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)基本替換了大部分手機(jī)中的傳統(tǒng)麥克風(fēng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也相對(duì)簡(jiǎn)單，其實(shí)就是一個(gè)打了很多孔的壓力傳感器。

　　圖：Knowles用在iPhone中的麥克風(fēng)

　　MEMS現(xiàn)在應(yīng)用廣泛、發(fā)展前景較好，但是它的可靠性和精度并不能達(dá)到某些傳統(tǒng)工藝的標(biāo)準(zhǔn)，所以在軍事和航天領(lǐng)域依然還是需要傳統(tǒng)工藝來(lái)解決問(wèn)題。