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MEMS傳感器未來發(fā)展趨勢(shì)分析 |
微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，簡(jiǎn)稱 MEMS）是將微電子技術(shù)與精密機(jī)械技術(shù)結(jié)合發(fā)展出來的工程技術(shù)，尺寸在 1 微米到 100 微米量級(jí)，涵蓋機(jī)械（移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)）、光學(xué)、電子（開關(guān)、計(jì)算）、熱學(xué)、生物等功能結(jié)構(gòu)，主要分為傳感器、致動(dòng)器、三維結(jié)構(gòu)器件等三大類。與 MEMS 類似，NEMS（Nanoelectromechanicalsystems，納機(jī)電系統(tǒng)）是專注納米尺度領(lǐng)域的微納系統(tǒng)技術(shù)，只不過尺寸更小。
相比傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器與致動(dòng)器，MEMS 具有微型化、重量低、功耗低、成本低、多功能等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可通過微納加工工藝進(jìn)行批量制造、封裝、測(cè)試，因而 MEMS/NEMS廣泛應(yīng)用于汽車、消費(fèi)電子、工業(yè)、醫(yī)療、航空航天、通信等領(lǐng)域。 相比上一代產(chǎn)品，移動(dòng)設(shè)備的每次更新?lián)Q代要求功能增多和性能提升。隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品尺寸的縮小，特別是智能手機(jī)“輕、薄”化，電子元器件的布局空間也隨著減少，進(jìn)而推動(dòng) MEMS 走向小型化。無論是單個(gè) MEMS 器件，還是集成了加速度計(jì)、磁力計(jì)、陀螺儀、電子羅盤的MEMS 慣性導(dǎo)航單元，封裝尺寸的趨勢(shì)是封裝面積在不斷縮小，或者在面積相等的情況下從二維向三維拓展，集成更多的電子元件，賦予MEMS 更多的功能。 MEMS 小型化的趨勢(shì)是走向 NEMS。MEMS 尺寸縮小帶來微系統(tǒng)功能密度增加、成本下降、傳感性能提升、低功耗等優(yōu)勢(shì)。MEMS器件的尺度是微米量級(jí)，NEMS 器件是納米尺度。NEMS 的加工工藝難度相比 MEMS 要求更高，工藝設(shè)備更加復(fù)雜、精密。 目前 MEMS 技術(shù)處在從微米尺度向納米尺度過渡階段，NEMS 領(lǐng)域在慣性傳感器和化學(xué)傳感器已經(jīng)有部分商用產(chǎn)品。根據(jù)Yoledeveloppement 的研究，單個(gè) MEMS 的平均成本在 0.1 美元~5 美元之間，面積在 1mm2~15 mm2，單個(gè) NEMS 的平均成本在 0.1 美元~1 美元之間，面積在 1 mm2~10 mm2。據(jù) MEMSIC 的數(shù)據(jù)，2016 年美新半導(dǎo)體的消費(fèi)類加速度計(jì)和磁傳感器銷售均價(jià)分別為 1.06 元、1.01 元。 MEMS 小型化的趨勢(shì)是封裝尺寸減小。在 MEMS 傳感器的晶圓級(jí)封裝開發(fā)工藝中，封裝成本約占 MEMS 傳感器總成本的 30%~40%，封裝尺寸面積的減少能夠降低 MEMS傳感器的成本、提高傳感器的靈敏度。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu) Yole Développement 的研究，MEMS 典型器件中，加速度計(jì)的封裝管腳從 2009 年的 3×5 mm2 縮小至2014 年的 1.6×1.6 mm2，面積減小了 83%。 |
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