物聯(lián)網(wǎng)在半導(dǎo)體中的日益普及、對智能消費(fèi)電子和可穿戴設(shè)備的需求不斷增加以及工業(yè)和家庭中自動化的日益普及是 MEMS 市場增長的重要因素。到 2026 年，全球 MEMS 市場預(yù)計將從 2020 年的 109.2 億美元增至 188.8 億美元。
MEMS 器件在生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)、無線、航空航天和消費(fèi)產(chǎn)品等各個領(lǐng)域都有不同的應(yīng)用。MEMS 也一直是新冠病毒時代的主要用途，因為它的壓力傳感器用于呼吸機(jī)的呼吸監(jiān)測以監(jiān)測患者的呼吸。除醫(yī)療設(shè)備外，MEMS 可用于由微型集成設(shè)備或結(jié)合機(jī)械和電氣組件的系統(tǒng)組成的每個小型設(shè)備。
ELE Times通訊員 Sheeba Chauhan 借此機(jī)會與 Patrick （Rick） Oden 博士、TI 研究員、DLP 產(chǎn)品和研究員 – 美國物理學(xué)會、德州儀器進(jìn)行了互動。對話富有洞察力，充滿了MEMS的實際應(yīng)用。
MEMS 器件從大批量商品或小批量向高度專業(yè)化的器件轉(zhuǎn)變
MEMS 的第一個小批量產(chǎn)品是來自 Novasensor 的壓力傳感器，這是 Kurt Peterson 博士幾十年前努力的產(chǎn)物。這個應(yīng)用程序已經(jīng)持續(xù)了幾十年。幾年前在 80 年代/ 90 年代已經(jīng)提出了更高容量的產(chǎn)品。它們現(xiàn)在已成為大多數(shù)手機(jī)的主要產(chǎn)品，并顯著提高了銷量。此外，25 年來，德州儀器 （TI） 一直致力于為具有合理體積的顯示應(yīng)用大規(guī)模并行表面 MEMS 陣列。確實，已經(jīng)從專用設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橥ǔ］^低的銷量，轉(zhuǎn)變?yōu)槊磕赇N售數(shù)百萬臺的設(shè)備。它主要是由對手持設(shè)備的需求和內(nèi)容可視化的傳播驅(qū)動的。
展望未來，下一代慣性傳感器平臺可能會進(jìn)一步適應(yīng)，以提供航位推算能力，以增強(qiáng)信號挑戰(zhàn)環(huán)境中的 GPS 協(xié)調(diào)。預(yù)計還將類似地繼續(xù)采用投影技術(shù)來滿足相鄰空間和需求。
MEMS 器件對安全關(guān)鍵市場以及封裝、芯片移位和變化等問題的影響
存在與安全關(guān)鍵且通常用于汽車級 MEMS 功能相關(guān)的成本。這種對細(xì)節(jié)和可量化規(guī)格的額外關(guān)注會對各種分層汽車供應(yīng)商必須轉(zhuǎn)嫁給客戶的設(shè)備成本產(chǎn)生影響。
最終，這會導(dǎo)致經(jīng)營成本和供應(yīng)商需要將其汽車產(chǎn)品組合與消費(fèi)級產(chǎn)品區(qū)分開來。
制造紀(jì)律是一場永遠(yuǎn)存在的戰(zhàn)斗。許多 MEMS 供應(yīng)商被迫利用外部制造廠進(jìn)行生產(chǎn)，這可能是一個復(fù)雜的過程，因為他們沒有得到供應(yīng)商的足夠重視和標(biāo)準(zhǔn)制造公差要求。對于那些擁有自己生產(chǎn)線的生產(chǎn)商來說，他們可以更準(zhǔn)確地控制他們的產(chǎn)品。
正在進(jìn)行的改進(jìn) MEMS 設(shè)備（慣性和陀螺儀傳感器）以及漂移、干擾和老化等問題的工作
許多生產(chǎn)商利用非常相似的正交傳感范式來檢測線性加速度或旋轉(zhuǎn)（陀螺儀）。這使生產(chǎn)商處于利潤減少的境地，并允許以擴(kuò)大能力為目標(biāo)，以將他們的產(chǎn)品供應(yīng)與競爭對手區(qū)分開來。
最終目標(biāo)是能夠生成一個慣性傳感器平臺，該平臺將通過標(biāo)準(zhǔn) GPS 的定位精度來增強(qiáng)功能。它將在 1 立方英尺的體積內(nèi)提供向上 5 分鐘的定位精度。這可能需要為慣性系統(tǒng)采用不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，幾家初創(chuàng)公司和大公司正在為此研究新的途徑。
在任何多系統(tǒng)實施方案（多芯片模塊）中，電氣和機(jī)械漂移和干擾考慮顯然很重要，并且最終將成為最終解決方案。材料科學(xué)方面的考慮是設(shè)備開發(fā)周期中的一項要求。然而，雖然在某些領(lǐng)域這種情況目前正在發(fā)生，但在其他領(lǐng)域，它顯然缺乏牽引力。
異構(gòu)封裝問題影響MEMS的應(yīng)力、潛在熱失配和材料純度以及現(xiàn)有市場的變化
通常，它代表對 MEMS 器件最終目標(biāo)的寄生作用。MEMS 中的第二個“M”代表機(jī)械，這是出了名的容易受到來自各種路徑的漂移考慮的影響。這包括封裝基礎(chǔ)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)所需材料的不匹配。
封裝在 MEMS 開發(fā)工作中通常沒有得到應(yīng)有的重視。這通常會導(dǎo)致技術(shù)開發(fā)過程失敗，包括那些具有成功基礎(chǔ)傳感器或執(zhí)行器的過程。在可預(yù)見的未來，對尺寸和溫度范圍規(guī)范的不斷推動將繼續(xù)提高 MEMS 的封裝復(fù)雜程度。
例如，在時鐘領(lǐng)域，這是一個非常重要的考慮因素，是供應(yīng)商驅(qū)動的主要規(guī)范。穩(wěn)定性會受到許多因素的影響，這些因素可以創(chuàng)建一個復(fù)雜的可能性矩陣，人們需要了解這些可能性，才能獲得產(chǎn)品成功。
航位推算位置精度對于手機(jī)、產(chǎn)品交付和一些開發(fā)公司來說是一種令人興奮的可能性。這受到提高準(zhǔn)確性和信號強(qiáng)度的愿望的影響，例如，在沒有足夠 GPS 覆蓋的倉庫或建筑物中。這將導(dǎo)致我們在社會中采購商品和服務(wù)的方式發(fā)生重大變化。
具有仿生能力的傳感器系統(tǒng)在萬物互聯(lián)中提供化學(xué)和/或物理傳感網(wǎng)格似乎是另一種可能性。今天，我們擁有需要通過 Internet 進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)診斷的設(shè)備的 IP 地址。
新時代RF MEMS開關(guān)的用途和問題
在低功率和高功率 RF 之間切換的能力是軟件可定義無線電以及 RF 天線適配等方向的重要功能。RF-MEMS 的機(jī)會提供了進(jìn)行此類切換的能力，同時顯著提高了效率和外形尺寸。這種類型的開關(guān)可以通過接觸式 MEMS 設(shè)備來完成，這些 MEMS 設(shè)備可以形成和斷開成排的機(jī)械接觸。
這里出現(xiàn)的復(fù)雜情況之一是，雖然被切換的 RF 功率量很小，但它所處理的是最終具有納米級接觸尺寸的東西。因此，很容易產(chǎn)生熔斷開關(guān)關(guān)閉的熔接效應(yīng)。這最終是一個材料問題，系統(tǒng)解決方案可能會幫助它保持電源切換，直到出現(xiàn)已知良好的機(jī)械接觸。
MEMS/NEMS 的新興趨勢和新機(jī)遇（例如，量子、物聯(lián)網(wǎng)、非線性動力學(xué)、人工智能和機(jī)器人等）
這里的機(jī)會是巨大的！利用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造能力來進(jìn)一步降低 MEMS 的維度，可以提高性能，并有望開辟新的影響領(lǐng)域。
今天，我們處于量子計算時代，尋找量子交換能力的能力將成為未來幾年從學(xué)術(shù)界到初創(chuàng)企業(yè)的熱門話題。物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 范式還將推動傳感器和傳感器系統(tǒng)的重大創(chuàng)新，以及它們?nèi)绾吻短自谝黄鹨蕴峁┘w簽名。利用 MEMS 中的非線性轉(zhuǎn)換將提高設(shè)備的靈敏度，否則將不存在。所有這些都將為快速增長的機(jī)器人和人工智能需求提供許多可能性。
