MEMS技術在電子通信產業(yè)的應用

摘 要：隨著社會科技的高速發(fā)展，電子通信產業(yè)因其廣泛的應用和高含量的技術引領著社會其它行業(yè)的發(fā)展。MEMS的應用能夠有效的主數(shù)據(jù)傳遞的效率和質量，輸出和檢驗實驗結果數(shù)據(jù)，具有廣闊的應用前景。本文首先從MEMS的研究性質、主要特征入手，對MEMS通信的應用狀況進行解讀，最后提出發(fā)展MEMS的基本設想，希望能對相關人士有所裨益。

關鍵詞：MEMS技術；電子通信；產業(yè)；應用

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）15-0263-02

1 引 言

MEMS（微機電系統(tǒng)，MicroElectro-MechanicalSystem）技術是指可批量生產的，集微傳感器、微執(zhí)行器、微運動機構、信號探測電路以及控制執(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的特點，采用該技術設計制造的各種設備器件，尺寸量級小，內部缺陷少，材料強度、耐沖擊性和可承受沖擊的性能也大為提高。機械傳感器的劣勢逐漸明顯，作為MEMS技術的重要分支，MEMS傳感器將逐步取代其地位，占據(jù)傳感器的應用市場，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)點比較突出，受到各個世界大國的高度重視。

2 MEMS技術概述

微機電系統(tǒng)技術是建立在微米/納米技術（micro/nanotechnology）基礎上的21世紀前沿技術，是指對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的微電子技術和微加工技術（包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術相結合的制造工藝），將機械（運動）構件（裝置）、光學系統(tǒng)、發(fā)音系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、無線驅動、化學分析、計算系統(tǒng)等系統(tǒng)級芯片集成為一個整體單元的微型系統(tǒng)（各種性能優(yōu)異、價格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅動器和微系統(tǒng)）。MEMS是一門新型綜合學科，學科交叉現(xiàn)象極其明顯，將對未來人類生活產生革命性的影響，主要涉及微加工技術，材料物理與化學、精密光學、電子學，生物學、機械學/固體聲波理論，熱流理論等。對MEMS的研究主要包括理論基礎研究、制造工藝研究及應用研究3類。理論研究主要是研究微尺寸效應、微摩擦、微構件的機械效應以及微機械、微傳感器、微執(zhí)行器等的設計原理和控制研究等；制造工藝研究包括微材料性能、微加工工藝技術、微器件的集成和裝配以及微測量技術等；應用研究主要是將所研究的成果，如微型電機、微型閥、微型傳感器以及各種專用微型機械投入使用。

3 MEMS特征

MEMS器件的特征長度是1mm～1μm，相比之下頭發(fā)的直徑大約是50μm。MEMS可以看作互補式金屬氧化物半導體（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS）集成電路的擴展。如果將CMOS比喻為人的大腦和神經網絡，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之前已經相當成熟的微電子技術、集成電路技術及其加工工藝。MEMS往往會采用常見的機械零件和工具所對應微觀模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其他結構。然而，MEMS器件加工技術并非機械式。相反，它們采用類似于集成電路批處理式的微制造技術。批量制造能顯著降低大規(guī)模生產的成本。若單個MEMS傳感器芯片面積為5mm×5mm，則一個8英寸（直徑20cm）硅片（wafer）可切割出約1000個MEMS傳感器芯片，分攤到每個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品本身性能、可靠性外，還有很多工作集中于擴大加工硅片半徑（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/移動設備在智能手機中，iPhone5采用了4個MEMS傳感器，三星GalaxyS4手機采用了8個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（BoschSensortecBMA280）、磁力計、大氣壓力計（BoschSensortecBMP280）、指紋傳感器（AuthenTec的TMDR92）、距離傳感器、環(huán)境光傳感器（來自AMS的TSL2581）和MEMS麥克風。iphone6s與之類似，稍微多一些MEMS器件，例如采用了4個MEMS麥克風。預計將來高端智能手機將采用數(shù)十個MEMS器件以實現(xiàn)多模通信、智能識別、導航/定位等功能。MEMS硬件也將成為LTE技術亮點部分，將利用MEMS天線開關和數(shù)字調諧電容器實現(xiàn)多頻帶技術。以智能手機為主的移動設備中，應用了大量傳感器以增加其智能性，提高用戶體驗。通信系統(tǒng)中，大量不同頻率的頻帶（例如不同國家間使用不同的頻率，2G，3G，LTE，CDMD以及藍牙、WiFi等不同技術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頻率的產生。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天線雙工器的中流砥柱。另一個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關，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技術在電子通信產業(yè)的發(fā)展趨勢

隨著社會經濟的發(fā)展以及科技的進步，MEMS技術在通信產業(yè)中的應用也在不斷地深化，其中以微型系統(tǒng)、微型傳感器、微型執(zhí)行器三個方面應用最為廣泛。其中微型系統(tǒng)：是MEMS技術在未來發(fā)展的必然趨勢，具有半集成化的優(yōu)勢。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品，并利用MEMS技術對其進行改進與完善，推出全新的電子產品，例如微型閥與微馬達等，使用時具有多樣化的功能類型；并且，MEMS還常應用于射頻位系統(tǒng)生產過程中，與MIC一起集成，可以對電子數(shù)據(jù)信息進行合理的收集、整合、分析與應用，還可應用于電子零部件的批量生產過程中，有效確保電子零部件的穩(wěn)定性、可靠性與安全性，從而降低其生產成本，提升電子企業(yè)營業(yè)利潤。MEMS技術在微生物芯片中的應用，可以使所生產出來的微生物芯片體積與成本降低，功能應用性更強，還可對部分零部件進行有效的處理、分析與檢測，推動電子行業(yè)快速發(fā)展。除此之外，隨著MEMS技術在電子通訊產業(yè)當中的運用，大家逐步對在信息變化時代這一背景之下的電子通訊技術的重要影響產生了足夠的認識，加強了對有關技術的探討，這樣做不僅僅能夠促進社會經濟的快速穩(wěn)定發(fā)展，還可以提高人們的生活質量。與其他相關技術相比，運用MEMS技術所超出的產品體積能夠達到盡可能小的目的.且其成本也會較低，所以，MEMS技術被當做是下個世紀最有前景的技術之一。但是，在封裝這一方面，MEMS技術還有著一系列的問題存在，比如怎樣可以控制成本的同時，又可以保障MEMS產品的性能，實現(xiàn)對于封裝成本的控制，這是有關專業(yè)人員需要把控的難題所在。

5 結束語

MEMS傳感器主要優(yōu)點是體積小、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。常見的壓力傳感器、加速度計、陀螺、靜電致動光投影顯示器、DNA擴增微系統(tǒng)、催化傳感器等，將逐漸取代傳統(tǒng)機械傳感器，在各個領域幾乎都有涉及，包括消費電子產品、汽車工業(yè)，甚至航空航天、機械、化工及醫(yī)藥等各領域。MEMS與CMOS在各方面依然存在很大差異：①設計思路；②基底材料；③工藝步驟；④構件封裝；⑤技術生命周期等。我國應充分利用現(xiàn)有基礎，緊貼國際MEMS技術發(fā)展的大脈搏，根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略方針，在對社會經濟發(fā)展有重要影響的工業(yè)自動化、信息技術等行業(yè)，掌握與MEMS技術相關的設計、加工、測試、封裝、裝配和系統(tǒng)集成等具有自主知識產權的理論方法和關鍵技術。

參考文獻

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收稿日期：2018-4-24