本文主要探討MEMS傳感器的發(fā)展趨勢以及現在主要的應用幾個(gè)重要領(lǐng)域。MEMS傳感器是一種新型的傳感器技術(shù)，是多學(xué)科領(lǐng)域交叉的前沿科技技術(shù)。
MEMS突出的優(yōu)點(diǎn)是利用微電子技術(shù)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(shí)現傳感器芯片的大規模批量制造，已廣泛用于信息、汽車(chē)、消費、工控等領(lǐng)域，并成為國際競爭的戰略制高點(diǎn)。
究其傳感器和MEMS的發(fā)展過(guò)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(shù)和擴展應用方面，八十年代系列生產(chǎn)更為復雜的器件，九十年代是集成敏感系統的發(fā)展，2000年以后無(wú)線(xiàn)微系統開(kāi)始發(fā)展。
縱觀(guān)2000年以后的MEMS傳感器專(zhuān)利數據，得到以下的數據：雖然從2000年以后，MEMS傳感器技術(shù)迅速發(fā)展，但是每個(gè)階段都有各自獨到的特點(diǎn)并且存在很大的差異。為便于分析可以把它劃分成三個(gè)階段，2000至2006年稱(chēng)之為成長(cháng)期，2007至2010年定義為發(fā)展期，2011年到現在被視為迅猛成長(cháng)期。
伴隨著(zhù)MEMS市場(chǎng)需求的日益增長(cháng)，可以預測到MEMS技術(shù)必定會(huì )以快速發(fā)展的狀態(tài)并且一直保持快速地增長(cháng)勢頭MEMS技術(shù)發(fā)展依賴(lài)與市場(chǎng)的需求，并且以市場(chǎng)需求為導向，它的發(fā)展快慢和所需的類(lèi)型都和市場(chǎng)的所需密不可分。上世紀九十年代末，隨著(zhù)MEMS技術(shù)越來(lái)越走向商業(yè)，該技術(shù)經(jīng)歷了起步期、生長(cháng)期，大量的微傳感器產(chǎn)物大量的沖入了市場(chǎng)。
資料來(lái)源：敏芯股份招股說(shuō)明書(shū)
隨后2000至2006年這六年期間，主要為汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，而汽車(chē)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(fā)展可以說(shuō)是進(jìn)入了多元化階段，雖然在從專(zhuān)利數量方面分析并沒(méi)有發(fā)生很大的變化，但是應用領(lǐng)域卻在不斷的擴大、拓寬，例如：在航空航天技術(shù)、生物醫藥領(lǐng)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(shí)，物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的成長(cháng)在一定程度上起到了催促作用。
資料來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
通過(guò)對專(zhuān)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(fā)中很長(cháng)一段時(shí)間都占居重要的地位。羅伯特?博世公司的Gerhard Lammel預測：汽車(chē)工業(yè)是MEMS傳感器第一次被大量的推廣并被廣泛應用，消費類(lèi)產(chǎn)業(yè)占主導地位的就是智能手機，被認為是第二次大潮，而物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)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(jìn)的提升，在科研人員的不懈努力下，開(kāi)發(fā)研究出有獨立自主的知識產(chǎn)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(fā)基地，在短時(shí)間內，形成了我國微納制造技術(shù)（NEMS）的研究和開(kāi)發(fā)體系。
863計劃的八個(gè)領(lǐng)域
這十幾年以來(lái)，我國已經(jīng)有數百家公司從事MEMS/NEMS產(chǎn)品研發(fā)，已經(jīng)介入MEMS/NEMS技術(shù)研發(fā)的企業(yè)中也出現了大型集成電路生產(chǎn)骨干企業(yè)。實(shí)現了在消費類(lèi)、汽車(chē)工業(yè)等行業(yè)的MEMS/NEMS的代工生產(chǎn)模式。
MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
結合國外的發(fā)展趨勢，可以看出，我國在MEMS技術(shù)方面和規?；a(chǎn)方面的研究和投入較為不足，這就使得MEMS產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)化集成設計與規模生產(chǎn)兩方面的能力就顯得比較薄弱。
MEMS的五大趨勢
1.自供能化
傳感器低功耗及自供能需求日趨增加。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)等應用對傳感需求的快速增長(cháng)，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(huán)境能量收集實(shí)現自供能，增強續航能力的需求將會(huì )伴隨傳感器發(fā)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(gè)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(zhù)多種傳感器進(jìn)一步集成，越來(lái)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(chǎn)品發(fā)展必將從系統應用的定義開(kāi)始，開(kāi)發(fā)具有軟件融合功能的智能傳感器，促進(jìn)人工智能在傳感器領(lǐng)域更廣闊的應用。
4. MEMS向NEMS演進(jìn)
隨著(zhù)終端設備小型化、種類(lèi)多樣化，推動(dòng)微電子加工技術(shù)特別是納米加工技術(shù)的快速發(fā)展，智能傳感器向更小尺寸演進(jìn)是大勢所趨。與MEMS類(lèi)似，NEMS（納機電系統）是專(zhuān)注納米尺度領(lǐng)域的微納系統技術(shù)，只不過(guò)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(jué)和觸摸界面等。未來(lái)MEMS器件的驅動(dòng)模式預計將從傳統的靜電梳齒驅動(dòng)轉向壓電驅動(dòng)。
6.更大的晶圓尺寸
相比于目前業(yè)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(chǎn)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(jìn)和互相推動(dòng)的。
MEMS的四大新興應用領(lǐng)域
1.在生物醫藥領(lǐng)域的應用
我國的生物醫藥領(lǐng)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(guò)口服方式將芯片送入人體，實(shí)現對身體目標器官的檢驗與分析。
此外，還可發(fā)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(zhì)，同時(shí)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(shù)之前來(lái)發(fā)揮功能，從而降低術(shù)中所形成風(fēng)險，為提高手術(shù)的成功率提供重要的保障。
2.在環(huán)保項目生產(chǎn)運營(yíng)管理領(lǐng)域中的應用
從污泥處理方面來(lái)講，企業(yè)需在整個(gè)運營(yíng)期間對各類(lèi)機組進(jìn)行隨時(shí)監控，搜集一手數據信息，并將其發(fā)送到中央控制室，依據項目的具體要求來(lái)完成生產(chǎn)運營(yíng)系統、全廠(chǎng)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(shí)還需依據運營(yíng)平臺數據庫及界面風(fēng)格的具體要求，對設計進(jìn)行統一設置，為后續的數據等層面對接提供便利。為實(shí)現上述要求，可對污泥處理企業(yè)的運營(yíng)管理系統E-MES進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)。該系統具有多協(xié)議接入功能，可接入到監管平臺，對污泥的計量、視頻場(chǎng)景等各指標進(jìn)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(shù)結合使用，便可在既定的空間范圍內實(shí)現信號傳輸。由于傳感器的質(zhì)量較小，其可應用在超微型衛星中。但衛星系統的飛行時(shí)間較短，這便會(huì )影響MEMS傳感器在軍事系統中發(fā)揮更大的作用。
部分國家也將其應用在裝甲兵的車(chē)用輪胎內，可通過(guò)使用衛星技術(shù)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(huán)境中。
在軍事方面，可通過(guò)戰斗機的彈座系統對傳感器進(jìn)行科學(xué)的測試，提升系統對惡劣環(huán)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(huán)境和地形進(jìn)行系統識別，以此提高應用功能。
4. 在航空航天領(lǐng)域中的應用
MEMS傳感器能夠在航空航天領(lǐng)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(shí)還可依據安裝位置來(lái)實(shí)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(guò)MEMS傳感器來(lái)分析氣流環(huán)境、聲學(xué)等信息，同時(shí)對系統的控制部件進(jìn)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(chǎn)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(shí)現數據的傳輸，輔助完成拍攝的工作內容。
推進(jìn)中國MEMS傳感器技術(shù)發(fā)展思路
1. 完善產(chǎn)業(yè)鏈
可將研究院、高校作為創(chuàng )新的載體，將工業(yè)類(lèi)的MEMS傳感器的研究作為后續的發(fā)展方向，設置囊括產(chǎn)品設計、封裝和測試等的全產(chǎn)業(yè)鏈的服務(wù)平臺，打造資源共享的服務(wù)體系，從而開(kāi)辟出技術(shù)創(chuàng )新的新渠道。將公共服務(wù)平臺作為基礎，將工業(yè)MEMS傳感器等的應用作為目標，可盡量對示范企業(yè)提供扶持，形成布局更為優(yōu)化的產(chǎn)業(yè)結構。
2.攻克關(guān)鍵核心技術(shù)
可廣泛利用各類(lèi)資源協(xié)同實(shí)施研究活動(dòng)，深化研究多種能量收集器的集成設計、規?；瘻y試、晶圓級封裝等技術(shù)，研發(fā)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(fā)揮作用，實(shí)現更為理想的應用效果。
3. 提升應用規模與水平
可通過(guò)發(fā)揮公共技術(shù)平臺的作用來(lái)實(shí)現多個(gè)工業(yè)類(lèi)MEMS傳感器等的轉化工作，并將其拓展應用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，針對重點(diǎn)領(lǐng)域和行業(yè)應用各類(lèi)產(chǎn)品，促使產(chǎn)品數量和質(zhì)量均能夠實(shí)現質(zhì)的提升。研究人員需努力挖掘產(chǎn)品的功能及優(yōu)勢，結合產(chǎn)品的特征來(lái)將其投放到適合的領(lǐng)域，充分發(fā)揮產(chǎn)品的價(jià)值，從而實(shí)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)等的應用需求，選擇市場(chǎng)需求量較大的MEMS傳感器，開(kāi)展封裝技術(shù)、單片集成多傳感設備等方面的重點(diǎn)技術(shù)研究，充分發(fā)揮研究人員的職業(yè)精神與素養，深化鉆研技術(shù)，全面提升產(chǎn)品的技術(shù)水平，不斷提升我國的科技競爭力，促使我國成為國際工業(yè)領(lǐng)域傳感器市場(chǎng)的重要供應商，以科技創(chuàng )新推動(dòng)我國向強國邁進(jìn)，深化落實(shí)科技興國的戰略思想。
