黑龙江驻京办餐厅价位:物联网研究系列之三：“物联网”最终的实现无法回避MEMS 的应用

1. 出发点：

       物联网(The Internet of things)是指把射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、公路、建筑、供水系统、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。物联网技术实现的过程中，难点之一便是如何让“无生命，无思想”的物品可以对环境变化恰当反应，即实现“传感+执行”的过程，而这一过程，恰恰可以通过MEMS来实现：根据现在的MEMS发展趋势，未来的MEMS芯片将整合进音讯、光线、化学分析及压力、温度感测等子系统，发展出人体眼睛、鼻子、耳朵、皮肤等感官功能的芯片；如果再加入对电磁、电力的感应与控制能力，将赋予物品一定的“生命力和思想”，使物联网的实现变成可能。

2. MEMS的简介：

         MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems），也称为微机电系统/微机械/微系统。它可分成几个独立的功能单元，包括微结构元器件、微传感器、微执行器和微系统等。简单来说，其工作原理是外部环境物理、化学和生物等信号输入，通过微传感器转换成电信号，经过信号处理（模拟信号或数字信号）后，由微执行器执行动作，达到与外部环境“互动”的功能。

3. MEMS发展现状及市场规模：

        MEMS技术发展日新月异，各种新产品不断涌现。随着新微机电系统和微系统产品的诞生和不断发展，这些产品的市场扩展非常迅速，MEMS产品在商业市场的每个方面都将占据主导地位。根据市场研究机构The Information Network预估，2008年全球MEMS应用市场将成长11%，市场规模可达78亿美元，其中MEMS在消费电子应用比例可近五成，规模将为35亿美元，预估到2012年全球MEMS应用市场规模将达154亿美元，其中MEMS消费电子应用规模可成长至71亿美元。iSuppli的报告则指出，手机将会是MEMS下一阶段最具潜力的应用市场，成长预期可超过PC周边和汽车感测领域；到2012年MEMS在手机领域的应用规模将达8.669亿美元，约为2007年3.048亿美元的3倍，出货量达2.009亿颗,是2007年的4倍。市调机构YoleDevelopment的报告更为乐观，其预计2012年MEMS零组件在手机应用市场规模可望达到25亿美元。

4. 部分MEMS重要应用介绍：
4.1 IT/消费电子领域
       众多机构都看好未来MEMS在IT/消费电子领域的应用，这一领域也是MEMS未来最大的市场。的确，Wii和iPhone的热销使得电子产品终端厂商不得不提高对MEMS的重视，加快了MEMS的普及。MEMS赋予电子产品独特的人机交互体验，使得电子产品更娱乐化、智能化。伴随着MEMS技术的不断成熟以及应用领域的不断拓展，MEMS产品将广泛地应用于喷墨打印头、投影仪、笔记本等计算机类产品，手机等通讯产品以及MP3、MP4、游戏机、麦克风等消费电子产品中。

4.2 汽车工业
       汽车工业是微机电系统的主要应用市场之一，规模较大。MEMS可以使汽车更安全，使驾驶更舒适，并可提高燃烧效率和降低排放。1993年，美国ADI公司采用MEMS技术成功将微型加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标志着MEMS技术商品化的开端。现阶段，MEMS在汽车中的应用可分为四类，即安全、发动机和动力系统、舒适和便利及汽车诊断和健康监测。

4.3 生物医学
       MEMS技术极大地推动了生物医学工程及相关领域的进步，使得诸如医学检测与分析、介入治疗、监测等方面获得很大的发展。举个例子，灵巧药丸或靶药物输送，实际上是包含传感器，储药囊和微压力泵的微型仪器，可注入人体，并在人体内部的精确部位施放精确剂量的药物；监测皮肤或体内温度的集成无线微型食品，可用来监测皮肤或相关器官温度等参数，并将信息以350Hz的载波频率传送到接收器，在尺寸为4.6mm*6.8mm的芯片上集成了传感器的电子线路和微天线。医学领域，细胞操作、临床化验、基因分析和遗传诊断、介入治疗以及生物芯片等都将是未来MEMS可以发挥优势的领域。

4.4 航空航天和国防军事
       MEMS技术首先将促进航天器内传感器的微型化、节能、降低成本和大幅度提高系统可靠性，其微小，灵活和智能化的特点正是在国防军事应用方面难得的优点。如，可作为侦察敌情用的微型航空器，可称为芯片级的微型航天器和纳卫星，以及能跟踪，监测的分布式无人值守传感器群等。美国国防部正在推动的军事领域MEMS应用主要有：(1)武器、制导和平衡中采用MEMS惯性测量；(2)分布式传感、控制维护、智能化和化学识别；(3)大容量数据存储、显示的信息技术。除此之外，近年来，科技人员也提出了智能卫星小组（Intelligentsatellite teams）的概念，主要致力于数十个，上百个，上千个同类卫星，如纳米卫星（10g-10kg）或皮卫星（10mg-10g）的协同工作，完成太空任务，如空间硬件的构建，地球和空间科学等。

5. MEMS未来技术发展趋势
5.1 研究方向多样化
       MEMS技术未来涉及的领域将主要包括惯性器件如加速度计与陀螺、AFM（原子力显微镜）、数据存储、三维微型结构的制作、微型阀门、泵和微型喷口、流量器件、微型光学器件、各种执行器、微型机电器件性能模拟、各种制造工艺、封装键合、医用器件、实验表征器件、压力传感器、麦克风以及声学器件等16个发展方向。内容涉及军事、民用等各个应用领域。

5.2 加工工艺多样化
        加工工艺多种多样，如：传统的体硅加工工艺、表面牺牲层工艺、溶硅工艺、深槽刻蚀与键合工艺相结合、SCREAM工艺、LIGA加工工艺、厚胶与电镀相结合的金属牺牲层工艺、MAMOS（金属空气MOSFET）工艺、体硅
工艺与表面牺牲层工艺相结合等。而具体的加工手段更是多种多样。

5.3 系统单片集成化
         由于一般传感器的输出信号（电流或电压）很弱，若将它连接到外部电路，则寄生电容、电阻等的影响会彻底掩盖有用的信号。因此采用灵敏元件外接处理电路的方法已不可能得到质量很高的传感器。只有把两者集成在一个芯片上，才能具有最好的性能，美国ADI公司生产的集成式加速度计就是将敏感器件与集成电路集成在同一芯片上的。

5.4 MEMS 器件芯片制造与封装统一考虑

        MEMS器件与集成电路芯片的主要不同在于，MEMS器件芯片一般都有活动部件，比较脆弱，在封装前不利于运
输。所以MEMS器件芯片制造与封装应统一考虑。封装技术是MEMS的一个重要研究领域，几乎每次MEMS国际会议都对封装技术进行专题讨论。

5.5 普通商业应用低性能MEMS 器件与高性能特殊用途如航空、航天、军事用MEMS 器件并存
       例如加速度计，既有大量的只要求精度为0.5g以上，可广泛应用于汽车安全气囊等的具有很高经济价值的加
速度计；也有要求精度为10-8g的，可应用于航空航天等高科技领域的加速度计。对于陀螺，也是有些情况要求其精度为0.1o/h，有的则只要求10000o/h。

6. 国内MEMS相关企业
国内在MEMS产业上，产品种类比较少，主要是惯性器件和压力传感器，而且多是中低端产品。MEMS芯片(Die)方面，供应商主要有上海微系统所、沈阳仪表所、电子部13研究所、北京微电子所等；除此之外，无锡纳微电子有限公司、北京广微积电科技有限公司、西安中星测控有限公司、苏州敏芯微电子技术有限公司等公司也在MEMS技术上拥有一定积累。代工方面，中芯国际等代工厂目前已拥有MEMS代工业务，但只限于针对生产线准备有MEMS制造工艺清单。封装领域，国内MEMS技术发展已较为成熟，国内三大封装厂均已开始涉足MEMS封装业务。

上市公司中拥有MEMS业务的公司

1.华天科技：部分募投资金用于开发MEMS封装技术，预计2010年能够投入市场，届时公司MEMS封装能力将达到     2000万块/年，产品客户以国内企业为主

2.通富微电：国内最早研究开发MEMS封装，也是国内最先实现MEMS量产的厂家，客户包括意法半导体、美新等国内外知名的MEMS企业

3.长电科技：已掌握MEMS封装技术，并以实现量产

4.歌尔声学：募投资金部分投向MEMS麦克风技改项目，达产后将拥有MEMS麦克风8,000万只/年产能。公司在北京建立了MEMS研发团队，已申请MEMS麦克风芯片设计方案相关专利19项