?　　MEMS是怎樣的技術(shù)，哪些已經(jīng)民用了？

　　首先先來解釋什么是MEMS。Microelectromechanical Systems， 這個讓老美念起來都繞口的詞，中文叫做“微機械機電系統(tǒng)”。MEMS的飛速發(fā)展，是因為傳統(tǒng)機電工藝制成的驅(qū)動器和傳感器，在體積、價格、產(chǎn)能上無法適應(yīng)電子消費、工業(yè)界、科學(xué)研究乃至軍工的需求。上世紀80年代末，隨著集成電路工業(yè)的迅速發(fā)展，把驅(qū)動器和傳感器和集成電路芯片集成在一起， 就成為了科技發(fā)展的必然趨勢，這也就促成了MEMS的誕生。

　　【傳統(tǒng)機電工藝和MEMS的對比】

　　——傳統(tǒng)的加速度計：

　　Endevco 公司的壓電加速度計

　　體積比成年人的大拇指要大一點。如果再加上電路和讀出設(shè)備，一般需要一個手提箱才能帶著走。再看價格和產(chǎn)能，壓電材料（常見的石英，陶瓷）需要很精確的傳統(tǒng)工業(yè)加工技術(shù)，無法批量生產(chǎn)，價格也是MEMS加速度計的上千倍。

　　——傳統(tǒng)的陀螺儀：

　　Northrop Grumman的軍用半球形陀螺儀

　　可以從圖中直觀的看出其和一個美元quarter硬幣的大小對比。為了保證性能，這樣一個陀螺儀的產(chǎn)量之低，和價格之高也是可想而知的。

　　那么現(xiàn)在問題來了 - 我們總不能把這么大的加速度計和陀螺儀放在手機里面吧（除非我們都回到大哥大時代）。而正因為有了MEMS技術(shù)，我們手機里面的加速度計和陀螺儀可以變成是這樣小的體積：

　　【使用MEMS技術(shù)的好處】

　　列舉幾個最重要的：

　　原材料價格低廉，產(chǎn)量充足。

　　大部分集成電路和MEMS的原材料是硅（Si），這個神奇的VI族元素可以從二氧化硅中大量提取出來。而二氧化硅是什么？說的通俗一點，就是沙子。沙子君在經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的加工過程之后，就變成了單晶硅，長這個樣子：

　　這個長長的大柱子，直徑可以是 1 inch （2.5 cm） 到 12 inch （30 cm），被切成一層層 500 微米厚的硅片 （英文：wafer，和威化餅同詞），長這個樣子：

　　批量生產(chǎn) - 產(chǎn)能高，良品率高

　　MEMS驅(qū)動器和傳感器大部分都含有微機械機構(gòu)。試想一下，我們要檢測一個一微米長的彈簧移動了一納米（微米尺度的懸臂梁在納米尺度的范圍內(nèi)移動），這種加工精度在傳統(tǒng)機械加工工藝上面是難以實現(xiàn)的。正因為有了MEMS技術(shù)，現(xiàn)在我們可以使數(shù)以萬計的MEMS芯片（有些工藝也會把集成電路芯片放在同一步驟加工）出現(xiàn)在了每一片wafer上面，如下圖所示。

　　這種批量生產(chǎn)（batch process）的過程目前已經(jīng)全自動化控制，隔離了人為因素，確保了每一個MEMS芯片之間的工藝誤差可以得到嚴格的控制，從而提高了良品率。切片、封裝之后，就成為了一個個的MEMS芯片。從外觀上來看，大部分的MEMS芯片和集成電路芯片是差不多的。

　　納米技術(shù)本身的優(yōu)勢。

　　曾幾何時，微米和納米技術(shù)被稱為了科技的代言詞，但大部分人根本不理解微米和納米技術(shù)是什么。其實對于MEMS傳感器來講，最大的優(yōu)勢是體積和表面積的比數(shù)值小（體積：表面積）。我們都知道體積是跟長度的三次方，而面積是長度的二次方。所以把一個MEMS器件等比例縮小的結(jié)果就是體積：表面積會縮小，這樣會使得MEMS器件的信噪比增加（也就是有好處）。

　　【MEMS“民用”工藝】

　　我覺得更常用的說法應(yīng)該是“商用”MEMS工藝。與其對應(yīng)的還有“軍用”MEMS工藝，還有做科學(xué)研究用的“科研”MEMS工藝。

　　最成功的幾個“商用”MEMS工藝其實屈指可數(shù)：

　　慣性傳感器：加速度器和陀螺儀。代表公司及工藝：InvenSense的Nasiri工藝，ST Microelectronic的THELMA工藝，Analog Devices的IMU工藝，博世（Bosch）的Bosch Process。這個技術(shù)用在了導(dǎo)航方面，比如大疆無人機，虛擬現(xiàn)實和體感輸入（智能手機、PlayStation手柄等），汽車安全氣囊和ABS防抱死系統(tǒng)。

　　圖： InvenSense的Nasiri工藝。其6軸慣性傳感器用在了目前最新的iPhone6

　　噴墨打印機。代表公司及工藝：Epson的壓電噴墨頭，Canon的memjet（熱驅(qū)動）。

　　圖：Epson的壓電噴墨頭

　　投影儀DLP芯片。代表公司和工藝：Texas Instruments（德州儀器）的DLP （Digital Light Processing）技術(shù)，用在了目前全世界大于90%的投影儀當中。

　　圖：TI的DLP技術(shù)

　　壓力傳感器。代表公司和工藝：ST Microelectronics和Bosch的壓力傳感器，用到了Piezoresistive壓阻技術(shù)，用于GPS、登山手表和智能手機上。

　　圖：Bosch的BMP180芯片。左邊是ASIC電路，右邊是壓力傳感器。可以看到，壓力傳感器東南西北四個方向都有壓阻電阻，用來檢測硅薄膜受到壓力之后的形變。

　　麥克風。

　　MEMS的麥克風也是近幾年才取代了過去磁感線圈式的麥克風。以美國的Knowles和中國的歌爾聲學(xué)為主，MEMS麥克風已經(jīng)基本替換了大部分手機中的傳統(tǒng)麥克風。技術(shù)實現(xiàn)上也相對簡單，其實就是一個打了很多孔的壓力傳感器。

　　圖：Knowles用在iPhone中的麥克風

　　MEMS現(xiàn)在應(yīng)用廣泛、發(fā)展前景較好，但是它的可靠性和精度并不能達到某些傳統(tǒng)工藝的標準，所以在軍事和航天領(lǐng)域依然還是需要傳統(tǒng)工藝來解決問題。