5分鐘帶你了解什么是MEMS

　　子系統(tǒng)建模

　　由于亞毫米器件的直觀性不強(qiáng)，模型對(duì)MEMS設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)非常必要。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的微機(jī)電系統(tǒng)太過(guò)復(fù)雜，難以從整體上進(jìn)行模型分析，因此，通常須要將該模型劃分為多個(gè)子系統(tǒng)。

　　子系統(tǒng)建模的其中一種方式是按功能進(jìn)行分類(lèi)，比如傳感器、作動(dòng)器、微電子元件、機(jī)械結(jié)構(gòu)等。集總元件建模采用了這種方法，將系統(tǒng)的物理部分表示為理想化特征的分離元件。電子電路以同樣的方式進(jìn)行建模，使用理想化的電阻、電容、二極管以及各種復(fù)雜元件。據(jù)我們了解，在可以的情況下，電路建模時(shí)電氣工程師會(huì)使用大大簡(jiǎn)化的基爾霍夫電路定律，而不是使用麥克斯韋方程。

　　再次，如同電子領(lǐng)域一樣，系統(tǒng)可以使用框圖進(jìn)行更抽象的建模。在該層次上，可以非常方便地將每個(gè)元件的物理特性放置在一邊，而僅使用傳遞函數(shù)來(lái)描述系統(tǒng)。這種MEMS模型將更有利于控制理論技術(shù)，這是最高性能設(shè)計(jì)的一套重要工具。

　　設(shè)計(jì)集成

　　盡管標(biāo)準(zhǔn)IC設(shè)計(jì)通常由一系列步驟組成，但MEMS設(shè)計(jì)則截然不同;設(shè)計(jì)、布局、材料以及MEMS封裝本質(zhì)上是交織在一起的。正因?yàn)槿绱?，MEMS設(shè)計(jì)比IC設(shè)計(jì)更復(fù)雜——通常要求每一個(gè)設(shè)計(jì)“階段”同步發(fā)展。

　　MEMS封裝過(guò)程可能是與CMOS設(shè)計(jì)分歧最大的地方。 MEMS封裝主要是指保護(hù)設(shè)備免受環(huán)境損害，同時(shí)還提供一個(gè)對(duì)外接口以及減輕不必要的外部壓力。 MEMS傳感器通常須要進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量，過(guò)大的應(yīng)力可能因器件變形及傳感器漂移而影響正常功能。

　　每個(gè)MEMS設(shè)計(jì)的封裝往往是唯一的，并且必須進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。眾所周知，在產(chǎn)業(yè)中封裝成本占總成本的很大一部分——在某些情況下會(huì)超過(guò)50%。

　　MEMS封裝沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，僅最近就有多種封裝技術(shù)涌現(xiàn)，其中包括MEMS晶圓級(jí)封裝(WLP)和硅通孔(TSV)技術(shù)。

　　制造

　　源自微電子，MEMS制造的優(yōu)勢(shì)在于批處理。就像其它任何產(chǎn)品，MEMS器件規(guī)模量產(chǎn)加大了它的經(jīng)濟(jì)效益。如同集成電路制造，MEMS制造中光刻方法往往最具成本效益，當(dāng)然也是最常用的技術(shù)。然而，其它處理方式，同時(shí)兼具優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，也在使用，包括化學(xué)/物理氣相沉積(CVD/ PVD)、外延和干法蝕刻。

　　盡管很大程度上取決于特定應(yīng)用，但相比于其電子性能，MEMS器件中使用的材料更看重它們的機(jī)械性能。所需的機(jī)械性能可能包括：高剛度，高斷裂強(qiáng)度和斷裂韌性，化學(xué)惰性，以及高溫穩(wěn)定性。微光學(xué)機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)可能需要透明的基底，而許多傳感器和作動(dòng)器必須使用一些壓電或壓阻材料。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　David Askew 是一個(gè)技術(shù)專(zhuān)家，特別是在嵌入式系統(tǒng)和軟件方面。他擁有美國(guó)德州大學(xué)阿靈頓分校的電子工程學(xué)士學(xué)位。