MEMS是什么 MEMS应用发展介绍【详解】

　　MEMS,什么是MEMS

　　MEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。

　　MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。

　　微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路(IC)类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺 ，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

　　完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

　　沿着系统及产品小型化、智能化、集成化的发展方向，可以预见：MEMS会给人类社会带来另一次技术革命，它将对21世纪的科学技术、生产方式和人类生产质量产生深远影响，是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。

　　制造商正在不断完善手持式装置，提供体积更小而功能更多的产品。但矛盾之处在于，随着技术的改进，价格往往也会出现飙升，所以这就导致一个问题：制造商不得不面对相互矛盾的要求——在让产品功能超群的同时降低其成本。

　　解决这一难题的方法之一是采用微机电系统，更流行的说法是MEMS，它使得制造商能将一件产品的所有功能集成到单个芯片上。MEMS对消费电子产品的终极影响不仅包括成本的降低、而且也包括在不牺牲性能的情况下实现尺寸和重量的减小。事实上，大多数消费类电子产品所用MEMS元件的性能比已经出现的同类技术大有提高。虽然MEMS过去只限于汽车、工业和医疗应用，但据调查公司估计：“MEMS消费类电子产品的销售额将在2005年前达到15亿美元”。

　　手持式设备制造商正在逐渐意识到MEMS的价值以及这种技术所带来的好处——大批量、低成本、小尺寸，而且开始转向成功的MEMS公司，其所实现的成本削减幅度之大，将影响整个消费类电子世界，而不仅是高端装置。

　　MEMS特点

　　微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短;

　　集成化：可以把不同功能、不同敏感方向和致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，形成微传感器阵列或微执行器阵列，甚至可以把多种器件集成在一起以形成更为复杂的微系统。微传感器、微执行器和IC集成在一起可以制造出高可靠性和高稳定性的智能化MEMS;

　　多学科交叉：MEMS的制造涉及电子、机械、材料、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，同时MEMS也为上述学科的进一步研究和发展提供了有力的工具。

　　MEMS 的广泛应用

　　跟上发展步伐

　　正在日益流行的MEMS应用是步程计，它用于测量人行走时的速度或距离。将在z轴方向上的机械平移运动转换为电脉冲是MEMS器件的作用所在。这些脉冲馈入一个峰值检测器电路，该电路随后在每个脉冲作用下触发一次计数。精心设计峰值检测算法则能根据所选用的加速度计情况来获得最优的测量效果。

　　如果步程计安装到被测人的足部，当该人跑步时，则步程计就会定期受到极大的冲击作用。如果产品使用加速度计的话，如此之高的冲击指标会大大限制产品的性能。例如，有些加速度计设计在过载超过一定程度时会出现被称作“粘死”的现象，加速度计在受到很大冲击时将出现饱和，即使大过载消除后仍然保持饱和输出。为了使其摆脱这种状态，可能需要将电源极性颠倒过来。MEMSIC公司的加速度计以热敏感原理来检测加速度，因此没有其它加速度计在大负载情况下出现的问题，如粘死，这是因为它们根本就没有敏感质量的缘故。

　　让GPS更可靠

　　不管是在偏僻的小路上游览还是简单的为汽车导航，手持式全球定位系统(GPS)都是一件安全、方便且理想的随身装备。

　　利用GPS接收机支持的人员和车辆定位系统可以确定位置，而且提供路线方面的引导。采用GPS系统时，信号接收并非始终是100%可靠的，但是若有基于MEMS技术的加速度计，就可以由能推算出行驶(走)距离的导航解算方法来弥补信号方面的损失。此外，在修正这些系统所用的3轴电子罗盘的磁偏角方面，加速度计也非常有用。加速度计可以跟踪偏离重力方向零位基准的角位移信息，获得这些信息后，就可以修正磁偏角，这样即使装置不处于水平状态，仍可以得出精确的方向读数。

　　手持式GPS制造商要解决的问题之一是如何在恶劣的天气条件下保证装置的性能。这些系统在极端温度条件下都必须可靠而且能够耐受强烈的冲击。目前的加速度计在很多情况下尚不能承受恶劣环境下所存在的强冲击影响。MEMSIC公司所设计的新产品则实现了高抗冲击性能——5万g，因此其几乎不可能失效。而大多数MEMS加速度计的冲击过载耐受范围是500g~2000g，常常会失效，因为器件无法在更加恶劣的环境中保持完好无损。

　　为游戏应用提供更佳的控制能力

　　在改善电子游戏的体验方面，MEMS加速度计还能提供运动和倾斜检测。这些游戏可以在多种平台上运行——包括Microsoft Xbox、Sony的Playstation、Nintendo GameCube等游戏机和Nintendo GameBoy、Palm或Pocket PC PDA等手持式装置，以及其它膝上型和桌上型电脑，改善控制盘和操纵杆的倾斜及运动敏感功能。

　　该功能让用户沉浸在游戏之中，体验其中的乐趣。特别是玩飞行模拟类游戏时，用户需要让游戏控制盘或者操纵杆倾斜来使飞机转弯——无论是操控螺旋桨式飞机还是喷气式战斗机，大多数用户在完成大斜度转弯时都会出现整个身体都倾斜的现象，这让他们产生更为身临其境的感觉。

　　像Nintendo公司的Gameboy等手持式装置，都提供了一种靠倾斜、摇摆来控制的游戏“Kirby倾斜和翻转”。在游戏中，球形主人公Kirby要根据不断滚摆的浮空平台倾斜情况来滚转，摇动Gameboy可以帮助Kirby跳到下一个浮空平台。在采用MotionSense公司软、硬件的掌上型或便携式PC PDA装置中，也可以添加与此类似的迷宫游戏。

　　体育比赛类游戏也可以利用MEMS加速度计带来的好处。装备了MEMS加速度计及陀螺的棒球棍或者高尔夫球棍可以提供全部旋转信息，用来精确的复现出击球的动作。

　　随着MEMS价值得到证明，越来越多的消费类电子产品制造商采用这项技术。蜂窝式器件的制造商也已经象游戏业一样意识到了它的重要性，特别是开发无线产品的厂商。随着手持式市场继续获得爆炸性增长，低成本将成为其成功的推动因素，而该增长可以通过MEMS技术的利用来获得。