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mems(含传感器)行业情况
来源:思瀚产业研究院 发表于 2023/4/18

(1)mems 技术

mems(全称 micro electromechanical system)即微机电系统,是一种利用集成电路(ic)制造技术和微结构加工技术把微传感器、微执行器等制造在一块或者多块芯片上的微型集成系统,其尺寸约为几毫米乃至更小,其内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统。mems 是一个多学科交叉的前沿性研究领域,涉及了物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术。


mems 技术被誉为 21 世纪具有革命性的新技术,早可追溯到 1987 年美国,当年伯克利加州大学发明的微马达被认为是 mems 技术的开端。1993 年adi 公司的微加速度计产品大批量应用于汽车防撞气囊,mems 正式走入产业化阶段。


20 世纪 90 年代 mems 技术快速发展,围绕深槽蚀刻技术发展出多种加工工艺,微镜、喷墨打印头等 mems 产品不断涌现。2007 年以后,以智能手机为代表的消费电子产品大量应用 mems 传感器,惯性传感器、磁力计、光学mems、射频 mems 等应运而生。近年来,物联网的发展不断推动 mems 技术进步,mems 集成化、智能化是未来发展趋势。


(2)mems 传感器

mems 传感器即运用了 mems 技术的传感器。与传统传感器相比,mems传感器具有体积小、重量轻、集成度高、智能化、低成本、功耗低、可大规模生产等优点,mems 内部一般在微米甚至纳米级别,使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

mems 传感器由传感器、信息处理单元、执行器和通讯/接口单元等组成。其输入信号通过传感器转换为电信号,经过信号处理(模拟的或/和数字的)后,由执行器与外界产生作用。每一个微系统可以采用数字或模拟信号(电、光、磁等物理量)与其他的微系统进行通信。


资料来源:赛迪顾问

mems 传感器产业主要环节包括设计研发、生产制造、封装测试、系统应用。


在封装方面,相较于普通 ic 封装,mems 传感器产品的封装更庞大、更复杂、更困难。首先,相较于普通 ic 较为温和的工作环境,mems 传感器常处于高压力、强振动、高温度、高湿度等恶劣环境之中,因此要求封装结构与封装材料能适应各种复杂的工作环境,对封装技术要求较高。


其次,由于 mems 传感器需要感知外部世界,在封装过程中需要提供让芯片敏感区与外界环境交互作用的通道,因此相较于普通 ic 的封装,mems 封装还需保证芯片敏感区与外界环境充分交互作用。同时,mems 封装还需要保护芯片敏感区不因两者间的交互作用产生性能恶化,保持其性能稳定。由于上述两点需同时满足,这对封装技术而言是一个挑战。


此外,由于 mems 制造工艺的多样性、结构的复杂性以及应用环境的多样性,使得 mems 封装技术难以像普通芯片封装技术一样实现规范化与标准化,无法采用统一的封装形式与封装工艺,因此对封装技术提出了更高要求。


在测试方面,与传统 ic 不同,mems 传感器产品的非标准化特性明显,即使同类型传感器的测试方法、测试设备也可能存在差异,因此具备更高的测试难度。综上,在 mems 传感器产品的量产化过程中,封装与测试是重要的环节,其所占的成本比重已经越来越大。根据赛迪顾问统计,封装测试的成本往往占据产品成本的大半,甚至超过 70%。


编辑:曾婉甜

来源:思瀚产业研究院 高华科技


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