來源：傳感器專家網

本文主要探討MEMS傳感器的發展趨勢以及現在主要的應用幾個重要領域。MEMS傳感器是一種新型的傳感器技術，是多學科領域交叉的前沿科技技術。

編輯：感知芯視界 Link

MEMS突出的優點是利用微電子技術把傳感器、執行器和處理電路這三部分集成在一起，組成單片集成傳感器或系統，更可以實現傳感器芯片的大規模批量制造，已廣泛用于信息、汽車、消費、工控等領域，并成為國際競爭的戰略制高點。

究其傳感器和MEMS的發展過程，二十世紀六十年代剛出現微加工器件，七十年代主要研究新的技術和擴展應用方面，八十年代系列生產更為復雜的器件，九十年代是集成敏感系統的發展，2000年以后無線微系統開始發展。

MEMS傳感器發展的三個階段

縱觀2000年以后的MEMS傳感器專利數據，得到以下的數據：雖然從2000年以后，MEMS傳感器技術迅速發展，但是每個階段都有各自獨到的特點并且存在很大的差異。為便于分析可以把它劃分成三個階段，2000至2006年稱之為成長期，2007至2010年定義為發展期，2011年到現在被視為迅猛成長期。

伴隨著MEMS市場需求的日益增長，可以預測到MEMS技術必定會以快速發展的狀態并且一直保持快速地增長勢頭MEMS技術發展依賴與市場的需求，并且以市場需求為導向，它的發展快慢和所需的類型都和市場的所需密不可分。上世紀九十年代末，隨著MEMS技術越來越走向商業，該技術經歷了起步期、生長期，大量的微傳感器產物大量的沖入了市場。

隨后2000至2006年這六年期間，主要為汽車工業的發展，而汽車上需要的傳感器之多，這其中主要以壓力、加速度和熱傳感器為代表。而2007至2010年這三年，MEMS的發展可以說是進入了多元化階段，雖然在從專利數量方面分析并沒有發生很大的變化，但是應用領域卻在不斷的擴大、拓寬，例如：在航空航天技術、生物醫藥領域、醫療電子、消費電子和化工機械等方面，都逐漸展現出了MEMS傳感器的影子。與此同時，物聯網和智能制造的成長在一定程度上起到了催促作用。

通過對專利權人的分析，可以獲得下面的定論：美國的霍尼韋爾公司和德國的羅伯特?博世公司，在全世界的MEMS研發中很長一段時間都占居重要的地位。羅伯特?博世公司的Gerhard Lammel預測：汽車工業是MEMS傳感器第一次被大量的推廣并被廣泛應用，消費類產業占主導地位的就是智能手機，被認為是第二次大潮，而物聯網及服務被視為第三次大潮。

國家“863計劃”15年持續不斷的支持，MEMS傳感器在設計、加工、測試、封裝、裝配等方面都有了突飛猛進的提升，在科研人員的不懈努力下，開發研究出有獨立自主的知識產權，并且形成了我國自己的MEMS研究隊伍，建立了一大批MEMS研發基地，在短時間內，形成了我國微納制造技術（NEMS）的研究和開發體系。

“863計劃”的八個領域

這十幾年以來，我國已經有數百家公司從事MEMS/NEMS產品研發，已經介入MEMS/NEMS技術研發的企業中也出現了大型集成電路生產骨干企業。實現了在消費類、汽車工業等行業的MEMS/NEMS的代工生產模式。

MEMS傳感器產業鏈全景圖

結合國外的發展趨勢，可以看出，我國在MEMS技術方面和規模化生產方面的研究和投入較為不足，這就使得MEMS產業在產業化集成設計與規模生產兩方面的能力就顯得比較薄弱。

MEMS的六大趨勢

1.自供能化

傳感器低功耗及自供能需求日趨增加。隨著物聯網等應用對傳感需求的快速增長，傳感器使用數量急劇增加，能耗也將隨之翻倍。降低傳感器功耗，采用環境能量收集實現自供能，增強續航能力的需求將會伴隨傳感器發展的始終，且日趨強烈。

2. 集成化

MEMS和傳感器呈現多項功能高度集成化和組合化的趨勢。由于設計空間、成本和功耗預算日益緊縮，在同一襯底上集成多種敏感元器件、制成能夠檢測多個參量的多功能組合MEMS傳感器成為重要解決方案。

3.智能化及邊緣計算

軟件正成為MEMS傳感器的重要組成部分，隨著多種傳感器進一步集成，越來越多的數據需要處理，軟件使得多種數據融合成為可能。MEMS產品發展必將從系統應用的定義開始，開發具有軟件融合功能的智能傳感器，促進人工智能在傳感器領域更廣闊的應用。

4. MEMS向NEMS演進

隨著終端設備小型化、種類多樣化，推動微電子加工技術特別是納米加工技術的快速發展，智能傳感器向更小尺寸演進是大勢所趨。與MEMS類似，NEMS（納機電系統）是專注納米尺度領域的微納系統技術，只不過尺寸更小。

5.大量使用新敏感材料

薄膜型壓電材料具有更好的工藝一致性、更高的可靠性、更高的良率、更小的面積，可用于MEMS執行器、揚聲器、觸覺和觸摸界面等。未來MEMS器件的驅動模式預計將從傳統的靜電梳齒驅動轉向壓電驅動。

6.更大的晶圓尺寸

相比于目前業界普遍應用的6英寸、8英寸晶圓制造工藝，更大的晶圓尺寸能夠很大程度上降低成本、提高產量，并且晶圓尺寸的擴大與芯片特征尺寸的縮小是相應促進和互相推動的。

MEMS的四大新興應用領域

1.在生物醫藥領域的應用

我國的生物醫藥領域使用MEMS傳感器的頻率較高，主要可用于臨床化驗、健康指數的檢測等多項內容。使用的MEMS傳感器主要為壓力傳感器、微型流體傳感器等多種系統。將MEMS傳感器應用到醫用口服液當中，可通過口服方式將芯片送入人體，實現對身體目標器官的檢驗與分析。

此外，還可發揮MEMS傳感器的吸附作用，逐漸消除人體內存在的危害細胞等物質，同時清除多余的脂肪，以此降低人體出現心臟疾病的幾率。在生物醫療應用方面，MEMS傳感器還可介入到手術之前來發揮功能，從而降低術中所形成風險，為提高手術的成功率提供重要的保障。

2.在環保項目生產運營管理領域中的應用

從污泥處理方面來講，企業需在整個運營期間對各類機組進行隨時監控，搜集一手數據信息，并將其發送到中央控制室，依據項目的具體要求來完成生產運營系統、全廠視頻監控系統等內容的構建。

結合項目所提出的具體要求，接入對應的監管平臺中，將項目各監控子站的數據同步上傳到監管平臺，同時還需依據運營平臺數據庫及界面風格的具體要求，對設計進行統一設置，為后續的數據等層面對接提供便利。為實現上述要求，可對污泥處理企業的運營管理系統E-MES進行深度開發。該系統具有多協議接入功能，可接入到監管平臺，對污泥的計量、視頻場景等各指標進行遠程監控。

3.在軍事中的應用

將MEMS傳感器系統與衛星技術結合使用，便可在既定的空間范圍內實現信號傳輸。由于傳感器的質量較小，其可應用在超微型衛星中。但衛星系統的飛行時間較短，這便會影響MEMS傳感器在軍事系統中發揮更大的作用。

部分國家也將其應用在裝甲兵的車用輪胎內，可通過使用衛星技術及探測儀等設備，拓展MEMS傳感器的應用范圍。MEMS傳感器的耐磨和耐久性均較為理想，可布設在較為惡劣的環境中。

在軍事方面，可通過戰斗機的彈座系統對傳感器進行科學的測試，提升系統對惡劣環境條件的適應性，以此促使傳統MEMS傳感器芯片能夠在使用期間具有更高的穩定性。此外還可對通信環境和地形進行系統識別，以此提高應用功能。

4. 在航空航天領域中的應用

MEMS傳感器能夠在航空航天領域具有更為理想的應用前景，不但可將其安裝在飛機的核心部分，同時還可依據安裝位置來實施更為精準的操作，提高控制的精準性。

如在飛機飛行期間，可通過MEMS傳感器來分析氣流環境、聲學等信息，同時對系統的控制部件進行研究，在保證飛機平穩運行的前提下，提高燃料系統的運行效果，減少飛機飛行產生的噪音。此外，MEMS傳感器還可用于對宇宙的探索，將其植入到探測設備中，可實現數據的傳輸，輔助完成拍攝的工作內容。

推進中國MEMS傳感器技術發展思路

1. 完善產業鏈

可將研究院、高校作為創新的載體，將工業類的MEMS傳感器的研究作為后續的發展方向，設置囊括產品設計、封裝和測試等的全產業鏈的服務平臺，打造資源共享的服務體系，從而開辟出技術創新的新渠道。將公共服務平臺作為基礎，將工業MEMS傳感器等的應用作為目標，可盡量對示范企業提供扶持，形成布局更為優化的產業結構。

2.攻克關鍵核心技術

可廣泛利用各類資源協同實施研究活動，深化研究多種能量收集器的集成設計、規模化測試、晶圓級封裝等技術，研發出多種能量收集器傳感設備，從而能夠拓展能量收集器的應用范圍，促使其發揮作用，實現更為理想的應用效果。

3. 提升應用規模與水平

可通過發揮公共技術平臺的作用來實現多個工業類MEMS傳感器等的轉化工作，并將其拓展應用到工業互聯網領域，針對重點領域和行業應用各類產品，促使產品數量和質量均能夠實現質的提升。研究人員需努力挖掘產品的功能及優勢，結合產品的特征來將其投放到適合的領域，充分發揮產品的價值，從而實現預期目標。

4.加強支持力度

依據我國目前在智能微納傳感設備等方面提出的要求，針對“工業互聯網”等的應用需求，選擇市場需求量較大的MEMS傳感器，開展封裝技術、單片集成多傳感設備等方面的重點技術研究，充分發揮研究人員的職業精神與素養，深化鉆研技術，全面提升產品的技術水平，不斷提升我國的科技競爭力，促使我國成為國際工業領域傳感器市場的重要供應商，以科技創新推動我國向強國邁進，深化落實科技興國的戰略思想。

審核編輯：湯梓紅