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          MEMS技術(shù):現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)

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          作者:迎九 時(shí)間:2007-06-11 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          在美國(guó)Globalpress Summit 2007期間,有多組討論會(huì),技術(shù)就是非常引人注目的一個(gè)。

          技術(shù)市場(chǎng)

          主持人Jim Walker:Gartner

          就定義而言,(微機(jī)電系統(tǒng))是感知、計(jì)算和執(zhí)行的融合。它也是一種制造技術(shù)。它本身并不是某種產(chǎn)品。它為什么重要?從根 本上說(shuō),把電子和機(jī)械特性結(jié)合了起來(lái)。它可以同時(shí)執(zhí)行物理、化學(xué)、生物等方面的功能,因?yàn)樗芡瑫r(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和電作用。它實(shí)質(zhì)上是終極的片上系統(tǒng),是科學(xué)和技術(shù)的終極融合,而且生物也可以與之兼容。

          從MEMS市場(chǎng)的角度來(lái)看,2005年MEMS原材料的市場(chǎng)規(guī)模是3.85億美元,這些是與MEMS產(chǎn)品和半導(dǎo)體產(chǎn)品直接相關(guān)的。到2010年會(huì)翻一番,CAGR(年復(fù)合增長(zhǎng)率)可以達(dá)到15%。2005年器件的市場(chǎng)規(guī)模是53億美元,在2010年可以達(dá)到100億美元。更重要的是,希望大家看看MEMS系統(tǒng),它將是采用了MEMS產(chǎn)品的最終電子產(chǎn)品,到2010年,其規(guī)模將達(dá)到950億美元。

          如今,MEMS的應(yīng)用對(duì)象都是最常見(jiàn)的東西。TI的DLP是一種MOEMS(微光機(jī)電系統(tǒng)),還有噴墨打印頭,這是MEMS的兩個(gè)最大的應(yīng)用領(lǐng)域。但是,當(dāng)前還有相當(dāng)一些應(yīng)用,其歷史甚至比這兩種產(chǎn)品更長(zhǎng),其中大多數(shù)是在汽車(chē)方面,例如氣囊傳感器及相應(yīng)的執(zhí)行器,燃油系統(tǒng)中所采用的氣壓傳感器和氧氣傳感器。在車(chē)身上也有MEMS,如GPS、麥克風(fēng),這些領(lǐng)域是未來(lái)幾年中將取得巨大增長(zhǎng)的領(lǐng)域。在聲學(xué)方面,有公司在經(jīng)營(yíng)相應(yīng)的業(yè)務(wù),包括用于手機(jī)的麥克風(fēng),手機(jī)中的防沖擊裝置中的動(dòng)作檢測(cè)和執(zhí)行等功能。

          最后一種是生物醫(yī)學(xué)傳感器,可以植入人體。這也將是未來(lái)會(huì)獲得巨大增長(zhǎng)的領(lǐng)域。你可以在這里看到一些昔日的設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí),有DNA分析儀和光開(kāi)關(guān),他們是5年前所實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)在不那么引起人們興趣了。MEMS是科學(xué)和技術(shù)的聚合體,匯集了各方面的學(xué)科,如化學(xué)、通信、醫(yī)療、影音、光學(xué)、電子、機(jī)械,合成為終極的片上系統(tǒng),如MOEMS。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/60143.htm

          慣導(dǎo)應(yīng)用

          Honeywell - Earl Benser,先進(jìn)技術(shù)事業(yè)部航空航天組微系統(tǒng)先進(jìn)傳感小組主任
          我將簡(jiǎn)要介紹一下我們?cè)趯EMS變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品的過(guò)程中進(jìn)行的活動(dòng)和實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變。Honeywell在MEMS技術(shù)的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化方面有著悠久的歷史,從1970年代末期就開(kāi)始了,當(dāng)時(shí)是從質(zhì)量流量傳感器入手的,主要針對(duì)家庭和建筑的環(huán)境控制。另外的一個(gè)成功的領(lǐng)域是用于非冷卻紅外成像的紅外探測(cè)器,其規(guī)模僅次于流量傳感器。我們向這一領(lǐng)域的多家制造商發(fā)放了許可證。除此之外,我們還有種類(lèi)多樣的MEMS器件系列,主要針對(duì)傳感應(yīng)用。最近,我們的主要活動(dòng)都集中在MEMS技術(shù)在慣性器件的應(yīng)用上。我們已經(jīng)開(kāi)發(fā),而且現(xiàn)在航空航天產(chǎn)品中部署了這些技術(shù),具體來(lái)說(shuō)就是慣性測(cè)量系統(tǒng)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)。MEMS的加速度計(jì)和陀螺正在替代非MEMS的器件。這種替代使得產(chǎn)品的堅(jiān)固性得以提高,而在功耗、尺寸、成本等方面得以降低,這些產(chǎn)品尺寸小、價(jià)格相對(duì)低廉,能提供優(yōu)良的性能,可以與其他導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度集成,這推動(dòng)了在新產(chǎn)品中的應(yīng)用。

          我們正在用MEMS技術(shù)取代慣性產(chǎn)品系列中的成員。傳統(tǒng)上,慣性基準(zhǔn)和慣性測(cè)量單元所使用的傳感器總是回轉(zhuǎn)質(zhì)量陀螺儀等,Honeywell在70年代末和80年代初開(kāi)發(fā)激光陀螺,現(xiàn)在這種技術(shù)在航空航天類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)上占據(jù)了統(tǒng)治地位?,F(xiàn)在我們用MEMS陀螺來(lái)取代部分的環(huán)形激光陀螺,這正如我們前面所說(shuō)的那樣,減小了尺寸和重量,提高了堅(jiān)固性和性能,而且價(jià)格更低。對(duì)客戶及其產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一種非常有吸引力的技術(shù)。

          通信與醫(yī)療

          Olympus - George Yokoi, MEMS傳感器與應(yīng)用部高管

           我過(guò)去是半導(dǎo)體工程師,現(xiàn)在轉(zhuǎn)向日本Olympus公司的MEMS和NEMS技術(shù)方面的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)、許可證發(fā)放、調(diào)研、采購(gòu)和孵化工作。今天我要介紹那些通信與醫(yī)療有關(guān)的MEMS技術(shù)。



          除了通信、無(wú)線技術(shù)外,我們還研發(fā)顯示器、攝錄機(jī)、掃描儀以及人機(jī)接口,以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地為任何人服務(wù)的無(wú)線通信、處理等功能??梢栽O(shè)想一下,未來(lái)在桑那浴室,裸體的人們可以在手上帶個(gè)手環(huán),再置入一些裝置,然后就可以實(shí)現(xiàn)通信了。

          Olympus同樣提供醫(yī)療方面的技術(shù),以前提供的是包括只能提供觀察結(jié)果的內(nèi)窺鏡在內(nèi)的幾種技術(shù),現(xiàn)在則提供集成了多種儀器的藥物釋放系統(tǒng)(Drug Delivery System, DDS)。最近,我們向市場(chǎng)發(fā)布了新的膠囊式內(nèi)窺鏡。在歐洲,我們已經(jīng)在去年將產(chǎn)品交付到醫(yī)生手中。現(xiàn)在我們正在等待美國(guó)的FDA和日本政府批準(zhǔn)在兩國(guó)國(guó)內(nèi)的使用許可。我們將展示這個(gè)膠囊式內(nèi)窺鏡中的MEMS技術(shù),包括封裝和材料。它內(nèi)部沒(méi)有電池,所以我們從外部通過(guò)電磁手段提供能量。其內(nèi)部有CCD和LED照明、捕捉圖像的傳感器、圖像處理系統(tǒng),它可以將信息傳送到外部的終端上。

          時(shí)鐘

          Silicon Clocks - Andrew McCraith, 創(chuàng)始人

          Silicon Clocks提供時(shí)基解決方案。正如前面所提到的那樣,MEMS只是一種技術(shù)??蛻糍?gòu)買(mǎi)產(chǎn)品,而技術(shù)的意義就到此為止。Silicon Clocks提供基于創(chuàng)新性的MEMS和IC技術(shù)的時(shí)基解決方案。

          公司成立到現(xiàn)在有幾年的時(shí)間。技術(shù)團(tuán)隊(duì)既包括MEMS技術(shù)人員,也包括時(shí)間基準(zhǔn)的調(diào)理技術(shù)方面的老手,他們已經(jīng)提供了上億的時(shí)鐘產(chǎn)品。我們把這兩種背景結(jié)合起來(lái),得到了利用MEMS技術(shù)的時(shí)鐘產(chǎn)品。

          大家要問(wèn)的一個(gè)問(wèn)題是,這些各異公司都是什么來(lái)頭,他們究竟相互間有什么特色區(qū)別?時(shí)鐘產(chǎn)品方面的公司有數(shù)十至上百家。到目前為止,傳統(tǒng)的技術(shù)是石英晶體。廠商們形成了兩個(gè)陣營(yíng),第一類(lèi)廠商生產(chǎn)振蕩器。他們實(shí)際上生產(chǎn)石英晶體模塊,提供雙芯片方案,瞄準(zhǔn)低端消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng),提供最簡(jiǎn)單的時(shí)鐘信號(hào)功能,例如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、PC上用的。市場(chǎng)的另外一端是時(shí)鐘IC,廠商包括ICS(編者注:2006年已被IDT收購(gòu)),Silicon Labs和Cypress。這些產(chǎn)品的價(jià)值更高,特色更為鮮明,也更為復(fù)雜。MEMS大潮的確提供了一種替代方案。第一批冒出來(lái)的公司像石英振蕩器廠商那樣生產(chǎn)雙芯片模塊,并瞄準(zhǔn)低端市場(chǎng)。

          Silicon Clocks是如今唯一一家生產(chǎn)單芯片MEMS時(shí)鐘解決方案,瞄準(zhǔn)高端市場(chǎng)的公司。

          另一個(gè)要問(wèn)的問(wèn)題是:MEMS時(shí)鐘技術(shù)何時(shí)能得到大發(fā)展?我們認(rèn)為,MEMS時(shí)鐘技術(shù)將像其他技術(shù)那樣經(jīng)歷3個(gè)階段。第一個(gè)階段是僅僅實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的MEMS結(jié)構(gòu),只是從學(xué)術(shù)上展示MEMS技術(shù)的可行性。過(guò)去在技術(shù)上當(dāng)然存在限制,特別是在相噪聲和穩(wěn)定性方面,獨(dú)立的結(jié)構(gòu)可以解決這些問(wèn)題。下一個(gè)階段是開(kāi)放集成的解決方案,如雙芯片模塊,這種方案可以解決簡(jiǎn)單的技術(shù)問(wèn)題,但為客戶提供MEMS的全部?jī)?yōu)點(diǎn)——它們?cè)谕獗砩吓c現(xiàn)有的產(chǎn)品是一樣的,只是內(nèi)臟更換了。真正的創(chuàng)新是單芯片的解決方案,它可以帶給你雙芯片方案所不能提供的新能力,特別是功耗、可靠性、尺寸和新功能。采用單芯片方案后,可以制作多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu),從而提供多種的時(shí)基和冗余性。你還可以把多塊芯片集成為單芯片。此時(shí),我們就會(huì)看到市場(chǎng)廣泛采用MEMS技術(shù)。最初可能有人采用MEMS模塊,而最終,正如慣性器件和麥克風(fēng)一樣,實(shí)現(xiàn)了單芯片集成后,市場(chǎng)才會(huì)充分采用MEMS技術(shù)。

          開(kāi)發(fā)工具

          SoftMEMS - Mary Ann Maher博士,創(chuàng)始人

          我們公司的使命是在向那些計(jì)劃在系統(tǒng)中采用MEMS器件的設(shè)計(jì)師們提供解決方案。方式是提供設(shè)計(jì)工具和流程,并為工程師提供服務(wù)和培訓(xùn)。

          正如前面提到過(guò)的那樣,MEMS是電路上的機(jī)械部件,是機(jī)電合一的系統(tǒng)。所以,我們通過(guò)與主要的EDA方案供應(yīng)商的合作,以及與主要的MDA(Mechanical Design Automation,機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化)供應(yīng)商的合作,來(lái)提供CAD平臺(tái)。我們也與MEMS和IC制造商合作,但是主要是通過(guò)提供設(shè)計(jì)套裝和實(shí)驗(yàn)室的方法,來(lái)讓我們的客戶能更為有效地利用這些Fab的服務(wù)。

          MEMS的市場(chǎng)和方案已經(jīng)隨著MEMS設(shè)計(jì)師的需求變化而發(fā)生了變化。在早期的微系統(tǒng)開(kāi)放方面,最常見(jiàn)的問(wèn)題是:我們到底能不能做出這樣的產(chǎn)品來(lái)。最早的產(chǎn)品是由專(zhuān)業(yè)知識(shí)深厚的微系統(tǒng)專(zhuān)家開(kāi)發(fā)出來(lái)的,其過(guò)程非常復(fù)雜,而且上市時(shí)間長(zhǎng)?,F(xiàn)在,我們很高興地看到已經(jīng)出現(xiàn)了許多MEMS產(chǎn)品。設(shè)計(jì)者在不斷提出各種各樣的問(wèn)題,于是我們提供了不同的CAD工具。譬如,廠商總是希望提高成品率,提出統(tǒng)計(jì)類(lèi)工具來(lái)提高M(jìn)EMS的產(chǎn)品率??蛻粢苍诳疾斐杀痉治龉ぞ?,因?yàn)槿绻覀兡芙档彤a(chǎn)品的成本,就能進(jìn)入新的市場(chǎng)??蛻粼谶M(jìn)入新的市場(chǎng)領(lǐng)域時(shí)還需要對(duì)自己已有的設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)用。



          人們也會(huì)考察自己應(yīng)該采用何種技術(shù)。于是我們就提供了技術(shù)評(píng)估工具。最后,人們?cè)诟具€沒(méi)有開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品前,就希望對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化了。

          SoftMEMS的工具必須照顧到MEMS方面的特殊需求,而這些需求與EDA工具不同。MEMS涉及不同的能量域,有電、機(jī)械、熱、磁、光等。MEMS的設(shè)計(jì)也相應(yīng)要求團(tuán)隊(duì)合作。團(tuán)隊(duì)里需要電、生物、封裝、測(cè)試、材料等方面的工程師合作,他們還將共用軟件工具。在許多領(lǐng)域,產(chǎn)品和方法都已經(jīng)相當(dāng)成熟,但另一些領(lǐng)域則還處于研究階段。與EDA不同的一點(diǎn)是,不像數(shù)字設(shè)計(jì)那樣有原理原型。最后,我們的封裝是對(duì)外界開(kāi)放的,要幫助人們?yōu)镸EMS設(shè)計(jì)出好的封裝的確是一個(gè)挑戰(zhàn)。

          系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們必須能用上現(xiàn)成的MEMS部件。所以,我們必須幫助開(kāi)發(fā)出那些不僅能幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)者評(píng)價(jià)這些IP,而且還能將其集成到這一系統(tǒng)中,并融入設(shè)計(jì)上已有的基礎(chǔ)環(huán)境中。而這一基礎(chǔ)環(huán)境往往來(lái)自于EDA行業(yè)。我們的工具的作用就是幫助客戶生產(chǎn)軟IP,它們?cè)诔叽绾托阅苌隙伎梢詳U(kuò)展,以植入系統(tǒng)中。



          評(píng)論


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