祥解MEMS的前世今生，商用化緩慢然而前景廣闊

微機電系統(MEMS)在1954年由貝爾實驗室的Charles Smith通過硅的壓阻效應發明，在不到十年之前，在新澤西的同一個貝爾實驗室，John Bardeen和其團隊發明了晶體管 - 現代半導體時代的基礎。

盡管MEMS和半導體集成電路芯片處理過程類似，但它們的商業化卻在發明后的隨后的50年內千差萬別，集成電路市場已經成長到超過2200億美元，而MEMS市場據報告總量還低于100億美元，差異是為何這么大呢？

很多產品從發明到完全商用化需要花費時間和資源，直到1990年首款基于壓阻效應的MEMS壓力傳感器才得以商用。在90年代初，加速傳感器在轎車氣囊中得以采用，與1970年代壓力傳感器在汽車電控引擎控制中得到采用一樣，這是個非常大的勝利。

用于氣囊的加速器芯片顯示了傳感器和ASIC的爆發。

眾多的MEMS器件在近年來得以商用化 - 主要原因是MEMS價格下降了，我們已經看到了集成的MEMS擴音器、加速器、顯示和RF器件，它們在便攜式設備（如手機）和游戲機（如Wii）等設備上采用。

每一年我們統計MEMS產業方面的14個重要的勝利，并創造了一個“MEMS商用報告卡片”，從A到D標明其重要性。

下面是2007年報告中的重要發現，該報告通過采訪全球超過50家的MEMS供應商，使用者和設備提供商得到（2008年的報告會在2009年初發布）。

2007的報告卡級別是“B-”，但分開來看，各項級別都不一樣。MEMS已經進入了工業和消費產品的各個大的領域，最終會集成到我們日常生活接觸到的方方面面的產品。

產業基礎架構的革新：A-

MEMS基礎架構的發展從1998年以來的C+級別達到了07年的A-級別。

MEMS基礎架構的發展與半導體工業發展的軌跡很相似，主要的廠商（實際上就是過去五年來的MEMS初創廠商）都采用了無晶圓或輕晶圓模式。

原因是目前全球有超過60家的代工廠提供各種各樣的服務，從晶圓廠（比如Asia Pacific Microsystems和Colibrys），設備廠（EVG, Suss Microtec）到封裝廠（Engent, Infotonics）和軟件開發工具（Microcosm, SoftMEMS）。

有大量的資源支持MEMS開發的快速上市和降低成本的需求。

可制造和測試性的設計：B

MEMS商用化最大的障礙是技術供應商在可制造性和可測試性方面的設計能力不足。傳統來說，MEMS開發聚焦在MEMS器件上 - 如加速器、壓力傳感器等等 - 而不是通常與ASIC結合的整個解決方案。

部分原因是因為MEMS設計商一般是考慮它們的MEMS器件與各種理論數據相聯系，而不是與真實世界的封裝或者集成相聯系。ASIC一般是MEMS價格的兩到三倍，而且掩模層數至少是MEMS的兩到三倍，硅表面面積至少達到四到五倍。

通常，MEMS功能可以在單片器件的表面來實現，但其功能對于設計者來說是被獨立的。直到最近，才開始采用晶圓級和其他芯片堆棧策略來減少方案的體積。許多新的MEMS設計者還加入了網絡功能 - 有線和無線均有 - 可以在單獨的芯片上實現或者集成到ASIC中。

最大的挑戰是MEMS必須在艱苦的環境下生存。與他們的半導體同行（比如PC板）通常在良性環境下發展不同，MEMS環境惡劣，比如在車載部分，必須考慮溫度、加速、振動，和EMI/RFI等其他變化。

MEMS要在該環境生存需要依靠封裝，必須具備魯棒性且不能太貴。而且，封裝不能機械的影響到MEMS器件到達到其電氣特性的目標點。

基于MEMS的解決方案有60%到70%的成本花在了封裝和測試方面。因此，從MEMS設計周期的第一天起就應該考慮他與系統級設計的優化。

在芯片設計并選擇是在MEMS上還是在ASIC上面實現某些功能完成之后，再決定封裝和測試策略，這樣的結果可能是高價格、低可靠性的方案。

系統解決方案實例

MEMS方案的一個全新領域是胎壓檢測系統（TPMS）。許多公司都在生產傳感器模塊，模塊上有很多元器件，包括MEMS壓力傳感器、溫度傳感器、運動傳感器/加速傳感器和一顆集成ADC的ASIC芯片，電源管理部分，信號調理和補償，甚至還有Tx/Rx芯片用于與車廂內人機顯示介面進行發送和接收通信。

別忘了還有軟件！供應商的集成和分立方案都不同，但都是基于MEMS的解決方案。這種“系統的考慮”對于MEMS商用化的持續的成功是必須的。

到2008第四季度，可以看到一些趨勢：

研發工作可能會走下坡路因為聯邦和商業組織的預算更加緊張。

基于經濟形勢的暗淡對MEMS初創公司的投資將縮減。

MEMS相關市場的預算會下降。

好消息是，可制造&測試性設計仍然會取得進展，必須感謝MEMS在消費電子產品大規模生產中吸取的經驗教訓。

Roger H. Grace是Roger Grace Associates的主席