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控制工程网版权所有,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控制工程网版权所有,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只传感器控制工程网版权所有,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。
目前控制工程网版权所有,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控制工程网版权所有,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