摘 要：隨著社會(huì)科技的高速發(fā)展，電子通信產(chǎn)業(yè)因其廣泛的應(yīng)用和高含量的技術(shù)引領(lǐng)著社會(huì)其它行業(yè)的發(fā)展。MEMS的應(yīng)用能夠有效的主數(shù)據(jù)傳遞的效率和質(zhì)量，輸出和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文首先從MEMS的研究性質(zhì)、主要特征入手，對(duì)MEMS通信的應(yīng)用狀況進(jìn)行解讀，最后提出發(fā)展MEMS的基本設(shè)想，希望能對(duì)相關(guān)人士有所裨益。

關(guān)鍵詞：MEMS技術(shù)；電子通信；產(chǎn)業(yè)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）15-0263-02

1 引 言

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)，MicroElectro-MechanicalSystem）技術(shù)是指可批量生產(chǎn)的，集微傳感器、微執(zhí)行器、微運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、信號(hào)探測(cè)電路以及控制執(zhí)行電路，甚至于電源、接口和通信于一體的微型制造工藝。MEMS技術(shù)具有集成程度高、微型化突出、制造成本低和適宜大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，采用該技術(shù)設(shè)計(jì)制造的各種設(shè)備器件，尺寸量級(jí)小，內(nèi)部缺陷少，材料強(qiáng)度、耐沖擊性和可承受沖擊的性能也大為提高。機(jī)械傳感器的劣勢(shì)逐漸明顯，作為MEMS技術(shù)的重要分支，MEMS傳感器將逐步取代其地位，占據(jù)傳感器的應(yīng)用市場(chǎng)，與傳統(tǒng)傳感器相比，它在減小體積、降低成本、制輕重量、提高可靠性、便于集成并適用于批量化制造等方面的優(yōu)點(diǎn)比較突出，受到各個(gè)世界大國(guó)的高度重視。

2 MEMS技術(shù)概述

微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)（micro/nanotechnology）基礎(chǔ)上的21世紀(jì)前沿技術(shù)，是指對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造、測(cè)量和控制的微電子技術(shù)和微加工技術(shù)（包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術(shù)相結(jié)合的制造工藝），將機(jī)械（運(yùn)動(dòng)）構(gòu)件（裝置）、光學(xué)系統(tǒng)、發(fā)音系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、無(wú)線驅(qū)動(dòng)、化學(xué)分析、計(jì)算系統(tǒng)等系統(tǒng)級(jí)芯片集成為一個(gè)整體單元的微型系統(tǒng)（各種性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器和微系統(tǒng)）。MEMS是一門新型綜合學(xué)科，學(xué)科交叉現(xiàn)象極其明顯，將對(duì)未來(lái)人類生活產(chǎn)生革命性的影響，主要涉及微加工技術(shù)，材料物理與化學(xué)、精密光學(xué)、電子學(xué)，生物學(xué)、機(jī)械學(xué)/固體聲波理論，熱流理論等。對(duì)MEMS的研究主要包括理論基礎(chǔ)研究、制造工藝研究及應(yīng)用研究3類。理論研究主要是研究微尺寸效應(yīng)、微摩擦、微構(gòu)件的機(jī)械效應(yīng)以及微機(jī)械、微傳感器、微執(zhí)行器等的設(shè)計(jì)原理和控制研究等；制造工藝研究包括微材料性能、微加工工藝技術(shù)、微器件的集成和裝配以及微測(cè)量技術(shù)等；應(yīng)用研究主要是將所研究的成果，如微型電機(jī)、微型閥、微型傳感器以及各種專用微型機(jī)械投入使用。

3 MEMS特征

MEMS器件的特征長(zhǎng)度是1mm～1μm，相比之下頭發(fā)的直徑大約是50μm。MEMS可以看作互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS）集成電路的擴(kuò)展。如果將CMOS比喻為人的大腦和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，那么MEMS就是大腦智慧的“手臂”，為這信息系統(tǒng)提供了獲取信號(hào)的微傳感器和執(zhí)行命令的微執(zhí)行器。MEMS的快速發(fā)展是基于MEMS之前已經(jīng)相當(dāng)成熟的微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)及其加工工藝。MEMS往往會(huì)采用常見(jiàn)的機(jī)械零件和工具所對(duì)應(yīng)微觀模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其他結(jié)構(gòu)。然而，MEMS器件加工技術(shù)并非機(jī)械式。相反，它們采用類似于集成電路批處理式的微制造技術(shù)。批量制造能顯著降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。若單個(gè)MEMS傳感器芯片面積為5mm×5mm，則一個(gè)8英寸（直徑20cm）硅片（wafer）可切割出約1000個(gè)MEMS傳感器芯片，分?jǐn)偟矫總€(gè)芯片的成本則可大幅度降低。因此，MEMS商業(yè)化的工程除了提高產(chǎn)品本身性能、可靠性外，還有很多工作集中于擴(kuò)大加工硅片半徑（切割出更多芯片），減少工藝步驟總數(shù)，以及盡可能地縮傳感器大小。3MEMS與通信/移動(dòng)設(shè)備在智能手機(jī)中，iPhone5采用了4個(gè)MEMS傳感器，三星GalaxyS4手機(jī)采用了8個(gè)MEMS傳感器。iPhone6Plus使用了六軸陀螺儀加速度（InvenSenseMPU-6700）、三軸電子羅盤（AKMAK8963C）、三軸加速度計(jì)（BoschSensortecBMA280）、磁力計(jì)、大氣壓力計(jì)（BoschSensortecBMP280）、指紋傳感器（AuthenTec的TMDR92）、距離傳感器、環(huán)境光傳感器（來(lái)自AMS的TSL2581）和MEMS麥克風(fēng)。iphone6s與之類似，稍微多一些MEMS器件，例如采用了4個(gè)MEMS麥克風(fēng)。預(yù)計(jì)將來(lái)高端智能手機(jī)將采用數(shù)十個(gè)MEMS器件以實(shí)現(xiàn)多模通信、智能識(shí)別、導(dǎo)航/定位等功能。MEMS硬件也將成為L(zhǎng)TE技術(shù)亮點(diǎn)部分，將利用MEMS天線開(kāi)關(guān)和數(shù)字調(diào)諧電容器實(shí)現(xiàn)多頻帶技術(shù)。以智能手機(jī)為主的移動(dòng)設(shè)備中，應(yīng)用了大量傳感器以增加其智能性，提高用戶體驗(yàn)。通信系統(tǒng)中，大量不同頻率的頻帶（例如不同國(guó)家間使用不同的頻率，2G，3G，LTE，CDMD以及藍(lán)牙、WiFi等不同技術(shù)使用不同的通信頻率）被使用以完成通信功能，而這些頻帶的使用離不開(kāi)頻率的產(chǎn)生。聲表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）器件，作為一種片外（off-chip）器件，與IC集成難度較大。MEMS的SAW和體聲波（BulkAcousticWave，BAW）諧振器的頻率器件是手機(jī)天線雙工器的中流砥柱。另一個(gè)MEMS典型例子是依靠材料屬性變化的MEMS器件，例如基于相變材料的開(kāi)關(guān)，加入不同電壓可以使材料發(fā)生相變，分別為低阻和高阻狀態(tài)。

4 MEMS技術(shù)在電子通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，MEMS技術(shù)在通信產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用也在不斷地深化，其中以微型系統(tǒng)、微型傳感器、微型執(zhí)行器三個(gè)方面應(yīng)用最為廣泛。其中微型系統(tǒng)：是MEMS技術(shù)在未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，具有半集成化的優(yōu)勢(shì)。微型傳感器：能夠形成了全新壓力傳感器與加深傳感器，有效的減少電力能源與工作時(shí)間的消耗，提高工作效率。微型執(zhí)行器：能夠很好地控制電子產(chǎn)品，并利用MEMS技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與完善，推出全新的電子產(chǎn)品，例如微型閥與微馬達(dá)等，使用時(shí)具有多樣化的功能類型；并且，MEMS還常應(yīng)用于射頻位系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中，與MIC一起集成，可以對(duì)電子數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理的收集、整合、分析與應(yīng)用，還可應(yīng)用于電子零部件的批量生產(chǎn)過(guò)程中，有效確保電子零部件的穩(wěn)定性、可靠性與安全性，從而降低其生產(chǎn)成本，提升電子企業(yè)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)。MEMS技術(shù)在微生物芯片中的應(yīng)用，可以使所生產(chǎn)出來(lái)的微生物芯片體積與成本降低，功能應(yīng)用性更強(qiáng)，還可對(duì)部分零部件進(jìn)行有效的處理、分析與檢測(cè)，推動(dòng)電子行業(yè)快速發(fā)展。除此之外，隨著MEMS技術(shù)在電子通訊產(chǎn)業(yè)當(dāng)中的運(yùn)用，大家逐步對(duì)在信息變化時(shí)代這一背景之下的電子通訊技術(shù)的重要影響產(chǎn)生了足夠的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)有關(guān)技術(shù)的探討，這樣做不僅僅能夠促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，還可以提高人們的生活質(zhì)量。與其他相關(guān)技術(shù)相比，運(yùn)用MEMS技術(shù)所超出的產(chǎn)品體積能夠達(dá)到盡可能小的目的.且其成本也會(huì)較低，所以，MEMS技術(shù)被當(dāng)做是下個(gè)世紀(jì)最有前景的技術(shù)之一。但是，在封裝這一方面，MEMS技術(shù)還有著一系列的問(wèn)題存在，比如怎樣可以控制成本的同時(shí)，又可以保障MEMS產(chǎn)品的性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)于封裝成本的控制，這是有關(guān)專業(yè)人員需要把控的難題所在。

5 結(jié)束語(yǔ)

MEMS傳感器主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成等，是微型傳感器的主力軍。常見(jiàn)的壓力傳感器、加速度計(jì)、陀螺、靜電致動(dòng)光投影顯示器、DNA擴(kuò)增微系統(tǒng)、催化傳感器等，將逐漸取代傳統(tǒng)機(jī)械傳感器，在各個(gè)領(lǐng)域幾乎都有涉及，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車工業(yè)，甚至航空航天、機(jī)械、化工及醫(yī)藥等各領(lǐng)域。MEMS與CMOS在各方面依然存在很大差異：①設(shè)計(jì)思路；②基底材料；③工藝步驟；④構(gòu)件封裝；⑤技術(shù)生命周期等。我國(guó)應(yīng)充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，緊貼國(guó)際MEMS技術(shù)發(fā)展的大脈搏，根據(jù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略方針，在對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的工業(yè)自動(dòng)化、信息技術(shù)等行業(yè)，掌握與MEMS技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試、封裝、裝配和系統(tǒng)集成等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)。

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收稿日期：2018-4-24