MEMS汽车应用是热点 多元与集成是趋势

特约撰稿人 李东宏 徐相秋

MEMS技术开辟了一个全新的自然科学领域及全新的产业，它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。

国外MEMS已形成产业化

在科学家们的大力推动下，MEMS微机电系统受到了美国、德国、日本等发达国家的重视，他们投入了大量的人力物力去推动该产业的发展，多年来取得了众多新成果。

美国政府把航空航天、信息和MEMS作为科技发展的三大重点。美国国家科学基金会把MEMS作为一个新崛起的研究领域，制定了资助微机电系统的研究计划。1994年发布的《美国国防部技术计划》报告，把MEMS列为关键技术项目。从1998年开始，美国政府投资资助麻省理工学院等8所大学和贝尔实验室，从事MEMS领域的研究与开发，美国国防部高级研究计划局积极领导和支持MEMS的研究和军事应用，现已建成一条MEMS标准工艺线，以促进新型元件/装置的研究与开发。而美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器(机械部分)和集成电路集成在3mm×3mm的硅片内。

欧洲工业发达国家也相继对微机电系统的研究开发进行了重点投资。德国自1988年开始设立了微系统计划项目。德国科技部于1990年～1993年拨款4万马克支持微系统计划研究，并把微系统列为本世纪初科技发展的重点。德国首创的LIGA工艺，即光刻、电铸和塑铸工艺，为MEMS的发展提供了新的技术手段，并已成为三维结构制作的优选工艺。德国利用LIGA工艺，已制成了悬臂梁、执行机构、微型泵、微型喷嘴、湿度传感器、流量传感器以及多种光学器件。

法国1993年启动了投资7000万法郎的“微系统与技术”项目。

欧盟组成“多功能微系统研究网络NEXUS”，联合协调46个研究所的研究。

瑞士基于其传统的钟表制造行业和小型精密机械工业的基础，也投入MEMS的开发工作。1992年开始投资1000万美元。

英国政府也制定了纳米科学计划，在机械、光学、电子学等领域列出8个项目进行研究与开发。

为了加强欧洲开发MEMS的力量，一些欧洲公司已组成MEMS开发集团。

在中国，MEMS传感器的基础性科研开发已取得显著成果，但尚未具备大批量生产的能力，与国际上的产业化水平存在一定差距。

汽车应用提供广阔市场

基于MEMS技术的微型传感器具有降低汽车电子系统成本及提高其性能的优势，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。

在市场引导，科技推动，风险投入，政府介入等多重因素作用下，汽车MEMS传感器发展迅速，现已成为相关部门争先投资开发的热点。

随着纳米技术的进步，体积更小、造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在汽车的各个方面。在未来几年内，包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、刹车防抱死系统、车辆动力学控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的汽车应用将为MEMS技术提供广阔的市场。

在高档汽车中，每辆车大约采用25只到40只传感器，技术上日趋成熟完善，可满足汽车对可靠性高、精度准确、成本低的要求，极大地推动了电子技术在汽车上的应用。

发动机的电子控制一直被认为是MEMS技术在汽车中的主要应用领域之一，发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元提供发动机的工作状况信息，供电子控制单元对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力，降低油耗并减少废气排放。

目前，可以提供汽车MEMS压力传感器的有美国凯乐尔、特种测量、SSI、菲尔科、德州仪器、德国博世、日本电装等公司，部分厂家已研制成功汽车MEMS压力传感器，如博世公司采用表面MEMS技术，研制出微型化的硅质量流量传感器，很多汽车厂家正对这种新型传感器进行评估。

多元化和集成化是趋势

未来MEMS技术的主要发展趋势是多元化和集成化，多元化趋势包括研究方向多元化和加工工艺多元化。

MEMS技术的研究方向日益多元化，MEMS技术涉及的研究领域主要包括惯性器件，如加速度计与陀螺、AFM(原子力显微镜)、数据存储、三维微型结构的制作、微型阀门、泵和微型喷口、流量器件、微型光学器件、各种执行体、微型机电器件性能模拟、封装键合、医用器件、实验表征器件、压力传感器、麦克风以及声学器件等众多发展方向，应用内容涉及军事、民用等各个应用领域。

加工工艺多元化是指多种工艺相结合，如：传统的体硅加工工艺、表面牺牲层工艺、溶硅工艺、深槽刻蚀与键合相结合工艺、LIGA加工工艺、厚胶与电镀相结合的金属牺牲层工艺、MAMOS(金属空气MOSFET)工艺、体硅与表面牺牲层相结合工艺等，而具体的加工方法更是多种多样。

此外，未来MEMS技术的系统单片集成化趋势明显。

由于一般传感器的输出信号(电流或电压)很弱，如果将它连接到外部电路，那么寄生电容、电阻等的影响会彻底掩盖有用的信号。因此采用灵敏元件外接处理电路的方法已不可能得到质量很高的传感器，只有把两者集成在一个芯片上，才能具有最好的性能。