什么叫mems传感器_一文看懂MEMS传感器

导语：传感器发展到今天，小型化、智能化、集成化已经成为升级的必由之路。今天我们来介绍一下传感器家族的迷你产品—— MEMS传感器。

MEMS的全称是微机电系统。微机电系统(Micro-electro-mechanical system)是指可批量制造，将微机械、微传感器、微致动器、信号处理与控制电路、接口、通信和电源集成在一个或多个芯片上的微型器件或系统。MEMS传感器是利用微电子和微机械加工技术制造的一种新型传感器。

MEMS是以半导体制造技术为基础，结合传统半导体工艺和材料的先进制造技术，其交叉学科现象极其明显，主要涉及微加工技术、力学/固态声波理论、热流理论、电子学、材料学、物理学、化学、生物学、医学等。经过40多年的发展，它已成为举世瞩目的重大科技领域之一。

一、加工技术

MEMS技术基于成熟的微电子技术、集成电路技术及其加工技术。它与传统的集成电路工艺有许多相似之处，如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光等。然而，一些复杂的微结构很难用集成电路工艺实现，必须用微机械加工技术制造。

微加工技术包括体微加工技术、表面微加工技术和硅的特种微加工技术。体加工技术是指沿硅衬底厚度方向刻蚀硅衬底的工艺，包括湿法刻蚀和干法刻蚀，是实现三维结构的重要方法。表面微加工是薄膜沉积、光刻和蚀刻的过程。通过在牺牲层膜上沉积结构层膜，然后移除牺牲层以释放结构层，来实现可移动结构。

除了上述两种微机械加工技术，MEMS制造还广泛使用多种特种加工方法，其中常见的方法有键合、LIGA、电镀、软光刻、微压铸、微立体光刻和微细电火花加工。

二、应用材料

硅基材料：大部分集成电路和MEMS的原材料是硅(Si)，这是一种神奇的VI元素，可以从二氧化硅中大量提取出来。二氧化硅是什么？通俗地说，就是沙子。经过一系列复杂的加工过程，沙子俊变成了单晶硅，看起来是这样的：

这个直径可以是1英寸(2.5厘米)到12英寸(30厘米)的长柱，被切割成500微米厚的硅晶片层(英文：wafer，与wafer是同一个词)，看起来是这样的：

硅基材料具有优异的电学性能。硅材料的强度、硬度、杨氏模量与铁相近，密度与铝相近，热导率与钼、钨相近。如果单个MEMS传感器芯片的面积为5mm5mm，一个8英寸(直径20 cm)的晶圆可以切割大约1000个MEMS传感器芯片，分摊到每个芯片上的成本可以大大降低。

非硅材料：近年来，MEMS材料逐渐被非硅材料取代，学术研究人员现在正专注于开发聚合物和纸基微器件。用这些材料研制的器件不仅环保，而且制造设备简单，成本低。与硅材料相比，它们大大降低了R&D的预算。聚合物和纸基微型设备的许多创新都指向医疗应用。对于这一领域，材料的生物相容性和柔韧性是基本要求。

纸基和聚合物微器件的功能和性能开发仍处于相对早期的阶段，此类器件的生产设施尚未开发出来。这些新技术的成熟和商业化可能需要10年以上的时间。因此，基于硅材料的微型器件的研究还有大量的创新工作要做，否则将面临发展停滞的风险。

三、技术优势

利用MEMS技术制造传感器、执行器或微结构，具有小型化、集成化、智能化、低成本、高效率、大批量生产、高生产率和高成品率的特点。MEMS技术使得每个晶圆上出现了成千上万个MEMS芯片(有些工艺也会把集成电路芯片放在同一个步骤中)。

目前这种批量工艺是全自动的，隔离了人为因素，保证了每个MEMS芯片之间的工艺误差能够得到严格控制，从而提高良率。切片封装后，一个个变成MEMS芯片。从外观上看，大部分MEMS芯片都类似于集成电路芯片。

综上所述，微米级的特征尺寸使得MEMS传感器能够完成一些传统机械传感器无法完成的功能。作为微传感器的主力军，它正逐渐取代传统的机械传感器，广泛应用于消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工和医学等领域。常见产品包括压力传感器、加速度计、陀螺仪、静电驱动光投影显示器、DNA放大微系统和催化传感器。

四、和传统传感器的区别

下图中，我们以麦克风为例，更清楚的了解传统麦克风和MEMS麦克风的区别。

传统驻极体麦克风；

MEMS麦克风：

传统麦克风的七八种机械配件全部集成在一个非常小的MEMS传感器芯片上，体积非常小，重量也很轻。因为是芯片做的，一致性好，功耗低，更容易量产。但是对技术的要求非常高。MEMS传感器的出现极大地满足了产品小体积、高性能的要求。

五、传感器分类

每个MEMS传感器都有很多细分方法。比如加速度计根据检测质量的运动方式可以分为角振动加速度计和线振动加速度计。常见的MEMS传感器包括压力传感器、加速度传感器、微机电系统、惯性传感器、MEMS硅麦克风等。MEMS传感器种类繁多，不同MEMS之间的参数也很多，没有完全标准的工艺。

术语：明石微纳传感技术研究院致力于压力传感器的生产、设计和制造，应用于医用血压计、呼吸机等医疗行业，气泵、按摩椅、暖风空调系统、余压控制系统等消费电子行业。拥有上千平米的无尘车间，专业的封装测试设备，与Xi交大等高校合作，同时也寻求各行业公司的合作共赢！联系电话：19963699133-起重工人。

审计唐子红

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