帶你感受MEMS的難度,MEMS傳感器到底難不難做?

就MEMS而言,其實大家還是比較熟悉的,因為MEMS技術在生活中的應用真的是太多了.比如說,MEMS芯片以及MEMS傳感器.但是,大家對MEMS芯片和MEMS傳感器是否真的了解呢?而且,大家知道MEMS芯片的制造難度嗎?

一、什么是MEMS芯片、MEMS傳感器

MEMS是Micro-Electro-Mechanical System的縮寫，中文名稱是微機電系統。MEMS芯片簡而言之，就是用半導體技術在硅片上制造電子機械系統，再形象一點說就是做一個微米納米級的機械系統，這個機械系統可以把外界的物理、化學信號轉換成電信號。這類芯片做出來可以干嘛?最常用的是承擔傳感功能。在整個大的信息系統里有點類似于人的感官系統，例如MEMS麥克風芯片相當于人的耳朵，可以感知聲音;MEMS揚聲器芯片相當于人的嘴巴，可以發出聲音;MEMS加速度計、陀螺儀、磁傳感器芯片相當于人的小腦，可以感知方向和速度;MEMS壓力芯片相當于人的皮膚，可以感知壓力;MEMS化學傳感器相當于人的鼻腔，可以感知味道和溫濕度。沒有MEMS芯片的人工智能和萬物互聯，就相當于沒有感官器官的人。

MEMS被認為是21世紀最有前途的技術之一，如果半導體微制造被視為第一次微制造革命，MEMS則是第二次革命。通過結合硅基微電子技術和微機械加工技術，MEMS具有革命性的工業和消費產品的潛力。

在此需要劃重點的是，MEMS是一種制造技術，諸如杠桿、齒輪、活塞、發動機甚至蒸汽機都是由MEMS制造的。事實上，MEMS這個詞實際上有一定誤導，因為許多微機械設備在任何意義上都不是機械的。然而，MEMS又不僅僅是關于機械部件的微型化或用硅制造東西，它是是一種利用批量制造技術設計、創建復雜機械設備和系統及其集成電子設備的范例。再具化一點講，集成電路的設計是為了利用硅的電學特性，而MEMS則利用硅的機械特性，或者說利用硅的電學和機械特性。

那MEMS傳感器又是什么?MEMS傳感器就是把一顆MEMS芯片和一顆專用集成電路芯片(ASIC芯片)封裝在一塊后形成的器件。左圖是一張典型的MEMS麥克風內部構造的放大圖，圖內右邊的芯片是MEMS芯片，左邊的芯片是ASIC芯片。右圖是封裝后的MEMS麥克風。

MEMS傳感器里最重要的就是MEMS芯片。MEMS芯片可以把外界的物理、化學信號轉換成電信號，而ASIC是把MEMS芯片產生的電信號進一步處理和傳輸到下一級電路。沒有MEMS芯片，MEMS傳感器就是一個沒有靈魂的空殼。

二、MEMS芯片到底有多難做

MEMS這項技術的發明時間比晶體管的發明整整晚了40年，某位全球半導體知名投資基金的中國區負責人，當初在南加州大學伯克利分校實驗室的顯微鏡下第一次看到MEMS芯片里飛速旋轉的齒輪時，直呼“Amazing(不可思議)!”

如果你去問半導體圈的人，他們通常會告訴你：芯片創業難，MEMS芯片創業更難!為什么呢?因為MEMS芯片的制造工藝和集成電路芯片完全不同，而且一種MEMS芯片對應一種制造工藝。什么意思呢?就是說一個MEMS芯片研發公司，好不容易從實驗平臺上做出實驗片以后，很有可能發現沒有現成的芯片生產廠商(類似于臺積電、中芯國際)可以生產，如果要真正出貨，還得自己吭哧吭哧地去研發芯片制造的工藝，再找到愿意開發這類業務的芯片生產廠商一起合作開發生產工藝。這就是敏芯股份為什么推動了MEMS產業鏈全國產化的原因，后文會詳細說。

那即使有代工廠可以生產，是不是就一定能做出來呢?也不是，因為是在硅片上制造三維立體的機械系統，工藝定制化特點突出，芯片研發公司還是得經常到芯片生產廠商里調整工藝。到這里大家可以看得出來，芯片研發公司要想做出性能出色的MEMS芯片，首先自己就得有開發生產工藝的能力。這可和一般的集成電路芯片研發企業不同，集成電路的生產工藝高度標準化，芯片研發企業只需要把電路結構設計好，就有芯片生產廠商可以幫它實現量產。這就是MEMS芯片企業創業艱難的核心所在!