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源于IC、超越IC微机电技术迈向标准化

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  微机电系统(micro electromechanical system,MEMS)的发展是建立在IC半导体技术的基础上,但制程上仍存在差异,例如晶圆 大 小 、 蚀 刻 、 双 面 配 向 、lithography critical dimension、牺牲层、handling、刮片、封装与测试等都有所差异,而且MEMS并没有标准制程。不过微机电组件潜力庞大的商机,仍然吸引着许多先天上具有技术优势的半导体业者的投入。目前比较具有成果的MEMS组件包括压力传感器、加速传感器、微陀螺仪、硅晶、话筒甚至生物芯片等,主要应用在汽车安全气囊、胎压监测、行动电话手机或者数字相机等消费性产品,且不断地有新的应用被开发出来,前景相当地看好。

  1、业标准化的机会与挑战

  半导体产业在21世纪初的最大成就之一,就是将包括逻辑、记忆和感测等功能成功地整合为一颗系统单芯片(SoC),让一颗芯片能够像一台计算机一样具有完整的处理能力。不过,这或许只是芯片系统化的一个开始,目前更为广泛的跨领域整合正在快步的发展中,MEMS正是其中的一个极具影响力的技术。

  MEMS的发展与半导体技术息息相关,它是一项结合电子与机械的微小化工程技术,也就是借由改善传统精密机械加工技术并应用半导体制程技术,可制作各种的微小组件。本上,任何需要机械组件的小型化电子系统都可能使用到MEMS,例如惯性传感器、开关和继电器、谐振器和机械滤波器、微型电容器、电感和探头以及倾斜计、电子管、DNA序列分析仪、化学和生物药剂传感器等等。

  当SoC遇上MEMS,一颗芯片的能力就产生了无穷的拓展空间,它的内部可以整合包括运动装置、光学系统、发音系统、化学分析、无线系统及计算系统等次系统,进而具备光束控制、检测分子、感测温度或力等类似人体感官的功能。这是将今日的IC提升到功能性电路的新愿景,然而,要将想象从实验室过渡到商业化的阶段,成功的关键在于制程技术的成熟化。

  目前MEMS的制程也使用光微影技术,也就是利用光罩在硅芯片上复制微组件,如此一来,可以一次制造多个具有相同精密度的微组件。再者,为了让组件同时具有机械结构与集成电路整合的优点,也得在制造微电子控制线路的同时,以硅芯片制造机械组件母材的微传感器和微致动器。

  MEMS组件如果想要在市场上普及,最佳的策略自然是采用纯粹CMOS的标准制程来达成MEMS组件的生产目标,这才能实现大量生产和降低成本的效益。然而,事与愿违,今日的MEMS产业如同二十多前的半导体业,仍处于纷乱的战国时代,竞争厂商各有一套独门的绝活;此外,由于MEMS组件的用途特殊,除了需要量身订制的程序外,往往还需要用到如陶瓷、玻璃和塑料等非硅材料,而且产量可能也不大,因此要发展为芯片设计与代工的产业分工型态,MEMS仍处于蹒跚处步的阶段。

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标签: MEMS
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