工業自動化是一個突出的業務，它正朝著一個新的方向邁進。對品種、定制產品和產品差異化的需求不斷增加，使得制造商很難批量生產零部件。隨后，小批量和批量生產會給組織帶來巨大的成本。因此，公司開始在工業自動化領域探索新技術和新機遇；其中一項技術就是微電子機械系統（MEMS）。

繼機電一體化之后，這是微型機電一體化的時代。

MEMS——先進半導體技術

MEMS體現了一種先進的半導體技術，它包括單個芯片上的移動元件和電子元件。它致力于將集成電路（IC）制造技術（如互補金屬氧化物半導體（CMOS）、BiCMOS（雙極結晶體管和CMOS技術的集成）與創新的硅微加工444結合在一起。MEMS制造技術包括體積微機械加工，包括對基底材料進行部分蝕刻或使用化學物質去除基底形成結構，以及表面微機械加工，其中材料沉積在基底上并形成結構。

MEMS技術提供的可靠性、可擴展性、靈敏度和成本效益高的解決方案為工業自動化領域提供了大量的MEMS應用機會。

壓力傳感器和慣性傳感器（如加速度計和陀螺儀）是影響工業自動化領域的MEMS傳感器類型。例如，硅微機械壓力傳感器在工業過程控制、汽車測試、液壓和氣動監控/控制等工業應用中都有應用。壓力傳感器的其他廣泛應用包括冰箱狀態監測、制冷劑回收、HVAC風機控制或可變風量測量、壓力逐漸升高檢測、泄漏和壓降檢測以及許多其他工業過程控制應用。

工業微型機電一體化時代

MEMS技術對工業機器人尤其有利，因為該技術可以應用于觸覺傳感器、導航或接近傳感器。

由于商業可行性較低的趨勢以及某些非MEMS近距離傳感技術在工業領域的根深蒂固，在將MEMS技術應用于制造接近或位置傳感器方面的研究受到限制。然而，MEMS技術允許開發或生產成本較低的觸覺傳感器，使機器人能夠獲得感官信息，以便以更通用、自主的方式做出決策和執行動作。微型化的趨勢為多傳感器在機器人、制造過程、過程控制以及生物技術和生命科學等領域的應用帶來了機遇。

一方面，多傳感器提高了對多個參數進行精確可靠測量的能力。

一個關鍵的例子是美國宇航局開發的高溫氣體傳感器陣列，也稱為電子鼻。該鼻傳感器陣列采用MEMS技術制造，由多個傳感器組成，適用于高溫環境。該陣列由摻雜氮氧化物靈敏度的氧化錫傳感器、基于碳化硅的碳氫化合物傳感器和氧傳感器組成。傳感器的工作原理不同，分別是電阻、二極管和電化學電池，每個傳感器對環境中的個別氣體有著截然不同的響應。鼻陣適用于高溫環境，可以監測化學物質。由于多傳感器具有提供大量數據或信息的能力，可以提供更好的系統性能，因此，多傳感器的發展趨勢越來越明顯。

另一方面，MEMS濕度傳感器在制造業具有潛力，主要用于不同行業的暖通空調系統。

如因工業自動化市場的直接應用受到限制，Hygrometric Inc.參與制造基于水蒸氣的MEMS濕度傳感器。還有MEMS制造的熱電堆是紅外（IR）傳感器，用于測量各種工業應用中的溫度變化，如表面溫度監測和包裝（如食品和車輛）的溫度控制。這種裝置也在紅外氣體測量儀器中，反過來又被用于傳感二氧化碳，用于建筑物的按需通風。

基于MEMS的熱電堆紅外傳感器可以通過硅的體刻蝕來制作一種具有低熱導率的薄膜。MEMS熱電堆徑向安裝在薄膜上。當芯片暴露在紅外輻射下時，熱電堆測量薄膜中心和外圍之間的溫差。

除了已有的市場之外，MEMS還在幾個有希望的領域得到應用。

比如總部位于加州的集成微機械公司（integrated micromachines Inc.）開發了超小型硅微繼電器和微型開關，它們被用于高端工業應用。再比如，德州儀器公司正在使用微機械元件制造平板顯示器。以及桑迪亞國家實驗室演說家和其他機構的研究人員正在努力開發微型發動機的機會。研究和開發的重點也正在轉向大型陣列或MEMS傳感器網絡，而不僅僅是單個MEMS器件。

隨著計算機輔助設計工具和軟件的滲透，MEMS器件的設計軟件市場也得到了發展。

例如，Coventor提供了MEMS設計軟件，可以在三維空間中提供MEMS器件的精確模型。

MEMS的關鍵技術驅動因素

成本：最初采用MEMS技術的主要驅動因素是成本。

MEMS技術具有降低成本的巨大潛力，因為它可以很容易批量制造。例如，模擬設備公司的制造方法已經標準化，每年能運送數百萬個加速計。與傳統的傳感器制造相比，該工藝流程簡化，且所需的勞動力更少。多用戶MEMS工藝（MUMPS）是一種標準化的表面微機械加工技術，它是利用MEMSCAP中的多晶硅來制造MEMS器件的最廉價的制造技術之一。硅是制造MEMS器件的主要材料，它可以使MEMS制造非常經濟高效，因此利潤非?？捎^。

靈敏度提高：MEMS傳感器比傳統傳感器更敏感。

這是MEMS傳感器優于傳統傳感器的主要原因，尤其是在高精度和高精度的應用中。

小尺寸優勢：緊湊是電子或機械設備市場的主流趨勢。

MEMS技術提供了在小面積內填充更多MEMS組件的能力，這可以降低特定產品的整體尺寸。具有多種功能的MEMS組件可以增強產品的能力，例如工業機器人。

MEMS發展的主要技術路障

MEMS技術需要大量的初始投資。

由于在某些工業自動化應用中實現大規模的體積需求，企業可能不愿意對MEMS進行大規模投資。

MEMS技術也具有特殊的應用，因此存在著非常少量的標準化MEMS工藝。

例如，壓力傳感器、加速度計、噴墨打印機、顯示器和所有其他類型的MEMS都采用不同的工藝模塊。因此，在設計、包裝、測試和工具開發方面缺乏協同或合作。

最終，定制工藝在MEMS市場中最為普遍。

盡管壓力傳感器和加速度計標準化工藝的發展正在開辟新的可能性，但高水平的知識產權阻礙了新MEMS器件的標準化。

封裝技術仍然是MEMS傳感器成功商業化的核心技術障礙。

隨著MEMS技術的應用日益特殊，MEMS器件的封裝對于特定應用的封裝將是一個重大挑戰。

MEMS傳感器滲入廣泛應用，推動工業自動化發展

工業自動化是一個成熟的市場，有著成熟的流程。它也比大宗商品型傳感器的更高的體積市場對價格敏感；而且大多數工藝都是一次性投資。工業自動化目前并不傾向于成為基于MEMS的傳感器和執行器的大容量市場。由于MEMS器件的制造需要大量的初始投資，因此可以將精力集中在應用領域，因為在這些領域，如消費電子等需求量較大，以平衡投資成本。

因此，尋求大批量應用的MEMS公司可能傾向于不專注于工業自動化，因為它可能無法產生某些其他細分市場的產量。然而，工業自動化領域可以為MEMS開發人員和供應商提供機會，以創造和提供更高價值的基于MEMS的傳感器和驅動裝置，與用于更高價格敏感、更高容量應用的MEMS設備相比，這些傳感器和驅動裝置的價格可能更高。

MEMS傳感器的壓力、流量、加速度/振動/傾斜、角速度等參數在一定程度上影響著工業自動化技術領域。

目前，基于MEMS的傳感器技術在這一領域的滲透往往局限于過程監控應用、工業安全、機械監控，在裝配線制造應用中也有一定程度的應用。然而，隨著工業領域向智能化、分布式以及無線監控方向發展，MEMS技術在這一領域可能發揮著越來越重要的作用。MEMS支持的小型化和微機電一體化的趨勢正在推動工業應用的組件、設備、系統和子系統的發展。

然而，集中研究和發展努力，解決各種技術和科學問題，將有助于在其他領域的轉彎，并推動未來幾年工業自動化的發展。

責任編輯：lq