MEMS传感器未来发展趋势分析 |
微机电系统（Microelectromechanical Systems，简称 MEMS）是将微电子技术与精密机械技术结合发展出来的工程技术，尺寸在 1 微米到 100 微米量级，涵盖机械（移动、旋转）、光学、电子（开关、计算）、热学、生物等功能结构，主要分为传感器、致动器、三维结构器件等三大类。与 MEMS 类似，NEMS（Nanoelectromechanicalsystems，纳机电系统）是专注纳米尺度领域的微纳系统技术，只不过尺寸更小。
相比传统的机械传感器与致动器，MEMS 具有微型化、重量低、功耗低、成本低、多功能等竞争优势，可通过微纳加工工艺进行批量制造、封装、测试，因而 MEMS/NEMS广泛应用于汽车、消费电子、工业、医疗、航空航天、通信等领域。 相比上一代产品，移动设备的每次更新换代要求功能增多和性能提升。随着消费电子产品尺寸的缩小，特别是智能手机“轻、薄”化，电子元器件的布局空间也随着减少，进而推动 MEMS 走向小型化。无论是单个 MEMS 器件，还是集成了加速度计、磁力计、陀螺仪、电子罗盘的MEMS 惯性导航单元，封装尺寸的趋势是封装面积在不断缩小，或者在面积相等的情况下从二维向三维拓展，集成更多的电子元件，赋予MEMS 更多的功能。 MEMS 小型化的趋势是走向 NEMS。MEMS 尺寸缩小带来微系统功能密度增加、成本下降、传感性能提升、低功耗等优势。MEMS器件的尺度是微米量级，NEMS 器件是纳米尺度。NEMS 的加工工艺难度相比 MEMS 要求更高，工艺设备更加复杂、精密。 目前 MEMS 技术处在从微米尺度向纳米尺度过渡阶段，NEMS 领域在惯性传感器和化学传感器已经有部分商用产品。根据Yoledeveloppement 的研究，单个 MEMS 的平均成本在 0.1 美元~5 美元之间，面积在 1mm2~15 mm2，单个 NEMS 的平均成本在 0.1 美元~1 美元之间，面积在 1 mm2~10 mm2。据 MEMSIC 的数据，2016 年美新半导体的消费类加速度计和磁传感器销售均价分别为 1.06 元、1.01 元。 MEMS 小型化的趋势是封装尺寸减小。在 MEMS 传感器的晶圆级封装开发工艺中，封装成本约占 MEMS 传感器总成本的 30%~40%，封装尺寸面积的减少能够降低 MEMS传感器的成本、提高传感器的灵敏度。根据市场调研机构 Yole Développement 的研究，MEMS 典型器件中，加速度计的封装管脚从 2009 年的 3×5 mm2 缩小至2014 年的 1.6×1.6 mm2，面积减小了 83%。 |
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