微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)是現(xiàn)在備受矚目的新興技術(shù)之一，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。MEMS的應(yīng)用范圍除了涵蓋熱門的IT、通信、消費類等領(lǐng)域外，也適用于汽車、軍事、生物、醫(yī)療、化學(xué)等各種領(lǐng)域，幾乎任何需要機(jī)械器件的小型化電子系統(tǒng)都可使用MEMS技術(shù)。

MEMS技術(shù)具有小尺寸、多樣化、微電子等特點，它將信息系統(tǒng)的微型化、多功能化、智能化和可靠性水平提高到了新的高度。MEMS與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，不僅體積縮小，而且，在力學(xué)原理和運動學(xué)原理，材料特性、加工、測量和控制等方面都將發(fā)生變化，同時，它又屬于多學(xué)科交叉的新領(lǐng)域，是融合微電子與精密機(jī)械加工的技術(shù);是集微型機(jī)構(gòu)、傳感器信號處理、控制等功能于一體的，具有信息獲取、處理和執(zhí)行等多功能的系統(tǒng)。

MEMS器件的產(chǎn)品類型繁多，目前商業(yè)化的主要產(chǎn)品包括微流體器件、慣性傳感器、壓力傳感器、RF MEMS、光學(xué)MEMS等等。In-stat/MDR指出，2004年全球MEMS市場規(guī)模約70億美元，銷售量約23.7億顆，其中以微流體器件最多，占整體銷售量的67.9%，總銷售額則為23%，它主要用于打印機(jī)及照片打印用的噴墨頭。但未來幾年中，預(yù)估光學(xué)MEMS及RF MEMS將會有大幅的成長，因此會造成其它器件的比重下滑。

1、慣性MEMS器件產(chǎn)品

慣性MEMS器件主要包括微加速度計和微型陀螺。慣性MEMS器件產(chǎn)品幾年前已上市，現(xiàn)在，年銷售額為3.7-5.8億美元，每年還在大幅激增。慣性MEMS器件對國民經(jīng)濟(jì)和軍事裝備起到越來越大的作用。商用微加速度計運動部件有很輕的質(zhì)量，可達(dá)1mg，因而，是靈敏度很高的加速度計，可以測量千分之幾的重力加速度。微加速度計商業(yè)化最重要的驅(qū)動力來自汽車工業(yè)，微加速度計正替代以往的機(jī)電式加速度傳感器，并伴隨著汽車安全氣囊系統(tǒng)日趨普及而高速增長。

2、航空航天方面的應(yīng)用

（1）導(dǎo)航
陀螺和慣性測量系統(tǒng)在導(dǎo)航中起到關(guān)鍵作用，它可以提供運動物體的姿態(tài)、位置和速度等信息。采用MEMS技術(shù)制造的微慣性測量組合系統(tǒng)，沒有轉(zhuǎn)動的部件，在壽命、可靠性、成本、體積和質(zhì)量等方面都要優(yōu)于常規(guī)的慣性儀表。

（2）納米衛(wèi)星
從太陽能電池到導(dǎo)航模塊和通信模塊都是硅材料制造的，制造工藝是納米級的，目前正在研究的一種簡單的納米衛(wèi)星可以由外表帶有太陽能電池和天線的、在硅基片上堆砌的專用集成微型儀器而組成，在體積和質(zhì)量上都小得多，而且成本也低許多，應(yīng)用更為廣泛。

（3）微型飛行器
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，作為新型的戰(zhàn)場偵察和對敵對通信進(jìn)行干擾的裝備已經(jīng)成為信息戰(zhàn)的重要組成部分。1995年美國率先提出了微型飛行器的概念，并在這方面取得了突破性的成果，預(yù)計在5至10年內(nèi)，就能研制出可供實際使用的微型飛行器。

3、光學(xué)MEMS

近年來，國外一些著名廠商將MEMS技術(shù)推廣應(yīng)用到光電領(lǐng)域，研制成功微型光電子系統(tǒng)，進(jìn)一步拓展了MEMS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。Agere公司日前新推出業(yè)界首款三維手持MEMS系統(tǒng)，該系統(tǒng)由微鏡像章動開關(guān)和驅(qū)動器芯片等一系列器件構(gòu)成，集光、電、微機(jī)械和微封裝技術(shù)于一體，其優(yōu)勢是能夠簡化交換設(shè)備和交叉連接等光纖聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計和制造，大大加快全光網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展步伐。

以光學(xué)MEMS來說，其產(chǎn)品包括開關(guān)(switch)、交錯連結(jié)器(cross-connect)、光可調(diào)衰減器(variable optical attenuator)、可調(diào)變波長激光器(tunable laser)和可調(diào)式濾波器(tunable filter)，主要應(yīng)用領(lǐng)域為電信與顯示產(chǎn)業(yè)。在電信方面，由于光學(xué)MEMS制成的光學(xué)器件具有很好的效能，例如低插入損耗、優(yōu)良的波長平坦度和極小的串?dāng)_，而且能提高整合度及器件規(guī)模(Scalability)，極適用于高性能的光纖網(wǎng)絡(luò)。

顯示產(chǎn)業(yè)方面，包括整合式可配帶的攜帶型設(shè)備，以及條形碼掃描、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)、商用印刷等等。目前最成功的光學(xué)MEMS產(chǎn)品，正是由TI的DLP專利技術(shù)所制造的微面鏡器件。此技術(shù)其實早在1987年TI即已提出，但一直到近幾年才進(jìn)入到商業(yè)化的階段，成為前投與背投高階顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，提供極可靠的全數(shù)字化顯示解決方案。其中的DLP芯片可說是目前最復(fù)雜的光源開關(guān)，它包含了最多達(dá)220萬用鉸鏈安裝的微型運動鏡面組成的矩形數(shù)組，每片微型鏡面的大小都不超過人類頭發(fā)絲厚度的五分之一，對應(yīng)投影圖像中的一個像素。因此，單芯片的DLP投影系統(tǒng)可以產(chǎn)生至少1670萬種顏色，而專業(yè)產(chǎn)品與DLP影院投影系統(tǒng)中的三芯片系統(tǒng)甚至能夠產(chǎn)生35萬億種以上的色彩

4、RF MEMS

RF MEMS是利用MEMS技術(shù)加工RF產(chǎn)品。RF MEMS技術(shù)可望實現(xiàn)和MMIC的高度集成，使制作集信息采集、處理、傳輸和執(zhí)行于一體的系統(tǒng)集成芯片成為可能。MEMS技術(shù)在無線電通信、微波技術(shù)上的應(yīng)用已經(jīng)受到國內(nèi)外的廣泛重視，目前已成為MEMS研究的重要方向。

RF MEMS器件主要可分為兩大類：一類稱為無源MEMS，其結(jié)構(gòu)無可動零件；另一類稱為有源MEMS，有可動結(jié)構(gòu)，在電應(yīng)力作用下，可動零件會發(fā)生形變或移動。RF MEMS工藝技術(shù)在微電子工藝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有三維加工特色，應(yīng)用其工藝技術(shù)所研制的RF元器件在性能上相對常規(guī)的微波元器件發(fā)生質(zhì)的飛躍。RF MEMS基礎(chǔ)元件主要包括可變電容器、RF MEMS開關(guān)、MEMS電感器、MEMS諧振器、MEMS濾波器、MEMS傳輸線、MEMS移相器、微型天線等。

MEMS器件中僅包含金屬和介質(zhì)，不存在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，因此RF MEMS具有超低的損耗、良好的線性特性。MEMS的膜片、懸臂等零件惰性極小，因而響應(yīng)速度快，其運動受靜電控制，使直流功耗降低，MEMS獨特的工藝技術(shù)使系統(tǒng)單片集成化成為可能，其幾何尺寸、功能、質(zhì)量、物理性能等方面的優(yōu)越性可以實現(xiàn)更強(qiáng)的性能，以彌補(bǔ)MMIC的不足。

5、三軸加速計

三軸加速計可說是MEMS中相當(dāng)實用和有趣的一項新興產(chǎn)品。二軸加速計已廣泛被用在車輛當(dāng)中，當(dāng)車子一旦發(fā)生碰撞，它就會感測到并自動觸發(fā)安全氣囊。

新一代的加速器則能沿三軸來感知運動，因此具有更大的應(yīng)用可能性。最為實用的例子仍是作為保護(hù)加速計，但是用于計算機(jī)產(chǎn)品，尤其是筆記型計算機(jī)。它可作為筆記型計算機(jī)墜落時的檢測裝置，并在筆記型計算機(jī)碰撞地面前鎖住硬盤磁頭，以免造成的硬盤驅(qū)動器上數(shù)據(jù)的遺失。

第二大應(yīng)用則是作為狀態(tài)識別裝置，例如通過傾斜角度來向上或向下滾動手機(jī)、PDA及3D游樂器的屏幕，或以搖動的方式來關(guān)閉這些設(shè)備。這種通過特定動作來下達(dá)控制指令的用途，除了提供了鍵盤輸入以外的便利途徑，也為強(qiáng)調(diào)趣味變化與加值功能的消費性手持設(shè)備增添了許多想象空間。當(dāng)然三軸加速器也適用于商業(yè)、醫(yī)療設(shè)備或安全管理等其它領(lǐng)域。

目前已有許多大小型的廠商投入該市場，包括ADI、Freescale、STMicroelectronics等大廠，德國傳感器供貨商Robert BoschGmbH甚至成立了一家專注于此市場業(yè)務(wù)的子公司Bosch Sensortec，其它的廠商還包括Kionix、HitachiMetals、OkiElectric等，到2005年底，全球至少有10家公司提供這種芯片，已成為眾多公司激烈競爭的市場領(lǐng)域。

6、MEMS麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器

由于采用MEMS制程的麥克風(fēng)具有低成本、高性能和小型化等特色，在一些應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)于傳統(tǒng)的ECM產(chǎn)品，因此也是MEMS廠商極看好的一個市場。

據(jù)Information Network的調(diào)查指出，MEMS麥克風(fēng)在2005年時只能取得5%的整體市場率，但到2008年，預(yù)計在30億支麥克風(fēng)市場中MEMS產(chǎn)品占據(jù)15%，復(fù)合成長率達(dá)240%。在揚(yáng)聲器市場也有類似的情況，預(yù)估到2008年時MEMS揚(yáng)聲器的出貨量將達(dá)5億支。

目前投入MEMS聲學(xué)器件的廠商雖然眾多，但能夠量產(chǎn)的供貨商只有美國樓氏電子(Knowles Acoustics)，該公司幾乎壟斷了整個市場。我國臺灣也有意急起直追，日前包括臺灣“工研院電子所”、美律、亞太優(yōu)勢、探微、日月光、菱生、硅品、天瀚等20余家揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)和其它電聲器件廠商，共同成立了“微電聲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，以整合上、中、下游廠商，建立從電聲器件設(shè)計、器件制作/代工、器件封裝至系統(tǒng)模塊的完整產(chǎn)業(yè)需求為發(fā)展目標(biāo)。

（1）美國樓氏電子
美國樓氏電子的“數(shù)字式”系列SiSonic貼片式麥克風(fēng)采用MEMS技術(shù)，并提供各種封裝尺寸，適用于對零部件密度要求嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域，例如移動電話、數(shù)碼相機(jī)和MP3播放器等。與“模擬式”SiSonic麥克風(fēng)相比，“數(shù)字式”SiSonic為脈沖密度調(diào)制（Pulse Density Modulation）產(chǎn)品，包含集成休眠模式，能夠與立體聲輸入應(yīng)用兼容，符合無鉛要求。

（2）英飛凌科技
英飛凌科技股份公司在2006慕尼黑國際電子元器件和組件貿(mào)易博覽會上展出了適用于普通消費通信設(shè)備和計算機(jī)通訊設(shè)備的“微型”硅基麥克風(fēng)。該新型麥克風(fēng)大約只有普通麥克風(fēng)的一半大小，但其功耗僅為普通麥克風(fēng)的三分之一。新型麥克風(fēng)采用硅基MEMS工藝，具有與普通麥克風(fēng)相同的聲學(xué)和電學(xué)性能，但卻更加結(jié)實耐用，耐熱性能更強(qiáng)。
 
新型麥克風(fēng)內(nèi)含兩個芯片：MEMS芯片和專用集成電路（ASIC）芯片。兩顆芯片被封裝在一個表面貼裝器件中。MEMS芯片包括一個剛性穿孔背電極和一片用作電容器的彈性硅膜。該彈性硅膜將聲壓轉(zhuǎn)換為電容變化。ASIC芯片用于檢測電容變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，傳遞給相關(guān)處理器件，如基帶處理器或放大器等。這些硅基MEMS麥克風(fēng)用途廣泛，既可用于新型手機(jī)和手機(jī)模型，也可用于消費類電子產(chǎn)品、筆記本電腦以及醫(yī)療設(shè)備（如助聽器），還可應(yīng)用于汽車行業(yè)（如免提通話裝置）。

7、生物醫(yī)療和生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

微機(jī)械技術(shù)在生物醫(yī)療中的應(yīng)用尤其令人驚嘆。例如:將微型傳感器用口服或皮下注射法送入人體，就可對體內(nèi)的五臟六腑進(jìn)行直接有效的監(jiān)測。將特制的微型機(jī)器人送入人體，可刮去導(dǎo)致心臟病的油脂沉積物，除去體內(nèi)的膽固醇，可探測和清除人體內(nèi)的癌細(xì)胞，進(jìn)行視網(wǎng)膜開刀時，大夫可將遙控機(jī)器人放入眼球內(nèi)，在細(xì)胞操作、細(xì)胞融合、精細(xì)外科、血管、腸道內(nèi)自動送藥等方面應(yīng)用甚廣。MEMS的微小(可進(jìn)入很小的器官和組織)和智能(能自動地進(jìn)行細(xì)微精確的操作)的特點，可大大提高介入治療的精度，直接進(jìn)入相應(yīng)病變地進(jìn)行工作，降低手術(shù)風(fēng)險。同時，可進(jìn)行基因分析和遺傳診斷，利用微加工技術(shù)制造各種微泵、微閥、微攝子、微溝槽、微器皿和微流量計的器件適合于操作生物細(xì)胞和生物大分子。所以，微機(jī)械在現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)中的應(yīng)用潛力巨大，為人類最后征服各種絕癥延長壽命帶來了希望。

8、硅MEMS振蕩器

從19世紀(jì)40年代中期以來，石英晶體一直作為基本的時鐘器件。目前，這一局面將有望得到改變，美國3家風(fēng)險企業(yè)最近公布了具體的硅MEMS振蕩器量產(chǎn)計劃，這3家公司分別是SiTime、Discera和Silicon Clocks。
 
其中，最先公布量產(chǎn)計劃的是SiTime。該公司是一家總部設(shè)在硅谷的風(fēng)險企業(yè)，自2004年12月成立后，不到2年就實現(xiàn)了量產(chǎn)。2006年4月開始供應(yīng)樣品，10月開始量產(chǎn)，目標(biāo)是取代供貨量大的民用設(shè)備用石英晶體振蕩器。

第一代SiTime振蕩器有2.0×2.5mm、2.5×3.2mm和3.2×5.0mm尺寸及0.85mm高度的封裝，與目前的石英振蕩器PCB兼容。兩個產(chǎn)品系列包括SiT8002可編程振蕩器和SiT11xx固定頻率振蕩器，具備相同的規(guī)范和性能，因此客戶使用可編程版本進(jìn)行設(shè)計和測試而使用固定頻率的版本用于生產(chǎn)制造。產(chǎn)品的頻率范圍1至125MHz，各種溫度變化，電壓變化和老化效應(yīng)下的頻率誤差范圍是+/-100至+/-50ppm。這些規(guī)范與普通消費類，工業(yè)和計算機(jī)應(yīng)用的石英產(chǎn)品相類似。

在SiTime之后計劃量產(chǎn)的是Discera。該公司2006年秋季開始供應(yīng)樣品，預(yù)定2007年2月開始量產(chǎn)。該公司的目標(biāo)市場也是民用設(shè)備，將與SiTime展開競爭。技術(shù)方面，相對于其它2家公司在單芯片上集成振蕩器和周邊電路，Discera則將MEMS部分和周邊電路LSI的2枚芯片集成在1個封裝中。

Silicon Clocks預(yù)定2007年底開始供應(yīng)樣品，2008年初實施量產(chǎn)。最初的目標(biāo)并不是大眾消費品市場，而是高端計時元件市場。具體是指傳輸速度在數(shù)百Mbps到數(shù)Gbps的高速串行通信設(shè)備用時鐘源。