MEMS有各種尺寸和功能，從微型化的傳感器芯片，到獨特的微納米架構，可以感知、測量、傳輸并控制幾乎所有傳感模式。MEMS實現了具有感知、控制和執行能力的增強型微系統，這在十多年前幾乎無法想象。

MEMS傳感器

SMART Microsystems是從事MEMS研發的公司之一，該公司專門致力于微電子裝配，具有環境壽命測試和失效分析能力。

SMART Microsystems董事、總經理Matt Apanius表示：“我們的產品種類繁多，其中大部分都是傳感器，其中包括MEMS。當客戶需要為新產品提供定制化裝配時，我們通常會與他們合作研發。我們的客戶可能不一定是財富500強企業，但他們往往是這些大公司的供應商。”

與這類客戶合作，SMART Microsystems必須始終處于微電子產品創新的前沿。Apanius 稱：“我們樂于跟客戶密切合作，以確保材料要求以及我們開發的工藝能夠達到設計和成本目標。”

據麥姆斯咨詢介紹，DunAn Sensing（盾安傳感）是另一家MEMS傳感器公司，專注于生產MEMS壓力傳感器。據盾安傳感銷售和營銷副總裁Gary Winzeler表示，盾安傳感制造壓力傳感器芯片，然后對它們進行各種不同的封裝。

“我們的產品直接供向大型暖通空調設備（HVAC）、制冷設備、冷凍機以及任何使用制冷循環的設備制造商，”Winzler說，“即使是電動汽車制造商也在使用制冷設備來冷卻電池。這是一個很大的市場，而且還在不斷增長。”

Roger Grace Associates總裁Roger H. Grace已經密切跟蹤這個不斷增長的MEMS市場超過35年。Roger Grace Associates致力于為MEMS和其他先進封裝領域的客戶提供各種市場和咨詢服務，他們專注于為傳感器和電子產業把脈，特別是器件開發和制造領域。

“我們開展的研究有助于我們的客戶更好地了解他們需要繞過的‘坑’，以幫助他們成功地進入新的技術和產品開發領域，包括從產品規劃到推出，以及在此之間的所有事宜，” Grace表示，“我們幫助客戶確定他們的產品需要做什么，采用什么樣的封裝以實現這些功能，甚至這些產品應該被設計成什么樣子。要制造一款產品，首先需要具有完整的功能，并為設計目標確定最佳的傳感器。”

技術挑戰

“封裝、測試和制造方法都由MEMS器件的應用所決定，”SMART Microsystems公司Matt Apanius說，“器件的分辨率越高，意味著具有更多互連的大尺寸芯片。由于許多原因，具有大像素陣列的芯片存在一定的挑戰性。常見的封裝問題，例如機械應力和隔熱，變得更加難以處理。此外，芯片本身的成本也會很高，使得裝配良率變得更加重要。”

Apanius說：“晶圓的雙面加工一直是MEMS技術的一部分。在過去十年左右的時間里，IC產業采用了硅通孔（TSV）技術來支持高密度互連。盡管這些都取得了顯著發展，但我們的客戶在互連方面依然青睞引線鍵合，我們幾乎所有的工藝都涉及引線鍵合。”

盾安傳感的Gary Winzeler表示，盾安傳感的目標市場首先是制冷壓力測量、熱泵、HVAC系統以及所有使用HVAC系統和設備的產業。

“對于一款標準的MEMS器件，為了接入高腐蝕和嚴苛介質的環境，目前通常用不銹鋼隔膜保護MEMS，然后在兩者之間注油。這種方案成本高且耗時，需要額外的機械加工部件，而且注油成本很昂貴，并且實際上會削弱MEMS芯片的精度和可重復性，”他解釋說，“我們換一種思路，想出了一種將芯片安裝到陶瓷上的方法，然后通過封裝連接，周圍不需要其他保護。下一步是我們剛剛發布的產品，已經去除了O形環，使其更加堅固。”

在開始瞄準該市場的同時，盾安傳感也在尋求其它一系列應用：泵制造商、閥門制造商、壓縮機制造商和氣體壓縮機廠商等。Winzeler稱，有很多應用可以從我們的產品中受益。

產業顧問Grace提出，目前有多種平臺可以構造傳感器，包括硅、紙、塑料和其它功能性結構等。必須根據每種應用，權衡功能、規格、特性以及相關的優劣勢。每一位電子工程師大腦里的“設計工具箱”，都需要包括每種類型的傳感器及其技術。

“當前和未來的成功產品都應用了先進的封裝和集成概念。這種封裝概念必須在產品開發周期的最初階段便引入。這是該解決方案的系統級方案（如圖1），”Grace說，“參與項目的每個人都必須在這個過程的早期階段聚集在一起，并在第一次會議中創建一個應對所有設計問題的系統。在CAD系統中可以開發出優秀的設計，但是當涉及到制造的現實問題時，時常會發現無法完成設計的制造，又會再回到版圖設計部分，這就是為什么這么多新器件如此昂貴，甚至始終無法實現。我們所設計的器件必須能夠在其浸入的環境中生存，完成其工作，成本還不能太高，并且能讓我們獲利。在我看來，從互連到測試再到封裝，這一切都充滿真正的挑戰。”

圖1：設計人員在選擇傳感器時必須考慮一種系統設計方案，尤其是通常由ASIC實現的接口電路

SMART Microsystems公司的Apanius認為，基于MEMS的小型化解決方案將繼續推動市場發展。“這是SMART Microsystems的戰略。我們背后的系統集成商和制造商（如Parker Hannifin、Eaton、Rockwell Automation以及Nestle等），也都在考慮同樣的事情：如何獲得更多的收益？他們正在研究依賴傳感器等電子器件的基于數據的系統解決方案，”Apanius說，“這就是我們的切入點，我們為所有主要行業提供定制化服務。我們現在看到一些不錯的增長趨勢，有幾個新項目正在走向成熟，我們對此感到非常興奮！”

盾安傳感的Winzeler表示，“盾安傳感推出了一系列新產品，這些產品采用革命性的方式連接MEMS和媒質。我們這樣做是為了獲得一種非常低成本的封裝方法，同時保持高可靠性和經濟性。我們還提出了一種將溫度傳感器與壓力傳感器整合在同一個MEMS封裝中的器件。在HVAC領域，特別是在制冷領域，客戶通常需要同時測量制冷劑的壓力和溫度。然后，他們可以計算過熱，以控制系統內的各種風扇、壓縮機和控制器。”

Winzler補充說，“為了達成目前所需的能效，對所有參數的控制至關重要，因此，客戶希望可以在同一測量點完成所有這些工作。因此，我們將客戶所需要的技術結合在一起，為他們提供雙輸出的器件，實現單點的所有參數測量。在我們的無O型環MEMS封裝（如圖2）中，將封裝注塑成型為非常堅固且具有出色環境接口的單個器件。它可以浸沒在水中，承受極高的濕度和劇烈的振動。相比目前市場上的其他器件，我們的這款產品具有更好的結構和環境保護性能。”

圖2：用于環境保護的注塑成型封裝

Winzeler所能給出的最好的建議是，所有開發未來技術的公司都應該走出去，與客戶交流。“你必須找到現實生活中的需求，然后回過頭來開發解決方案。許多公司的規模變得很大，以至于使他們失去了與客戶一對一的機會。如果公司可以解決客戶的問題，那么公司的規模大小就無關緊要。只要他們花時間去為客戶提供解決方案。隨著MEMS在壓力和溫度傳感領域的應用，它們在面對腐蝕性介質或者封裝方面，肯定會有所變化和發展。這一切都需要關注客戶的需求。”

Grace認為，未來在于那些能夠測量心理化學/生物現象的傳感器市場，包括血液、汗液和淚液。這些和其他心理現象的測量，可以用于確定身體狀況的重要變化，例如運動員或老年人的脫水。鑒于這些需求，從生命周期來看，硅基MEMS等技術正逐漸成熟并走向衰落，同時，印刷/柔性技術即將崛起（如圖3）。

圖3：根據四大創新浪潮，硅基MEMS等技術正在走向成熟并終將走向衰落，而印刷/柔性技術正在崛起